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河南理工大学《采煤概论》精品课程第四篇准备方式与采煤方法第12章采煤方法主要内容第12章采煤方法第一节基本概念第二节采煤方法分类第三节爆破采煤工艺第四节普通机械化采煤工艺第五节综合机械化采煤工艺第六节放顶煤采煤法复习思考题第一节基本概念一、采场和采煤工作面用来直接大量采取煤炭的场所，称为采场。在采场内进行回采的煤壁，称为采煤工作面。二、采煤工作在采场内，为了采取煤炭所进行的一系列工作，称为采煤工作。采煤工作可分为基本工序和辅助工序。破煤装煤运煤支护采空区处理第一节基本概念三、采煤工艺按照一定顺序完成各项工作的方法及其配合，称为采煤工艺。在一定时间内，按照一定的顺序完成采煤工作各项工序的过程，称为采煤工艺过程。四、采煤系统采煤巷道之间在时间上的配合以及在空间上的相互位置关系，称为采煤巷道布置系统。也即为采煤系统。五、采煤方法是采煤工艺与采煤系统在时间上、空间上相互配合的总称。根据不同的矿山地质及技术条件，可有不同的采煤系统与采煤工艺相配合，从而构成多种多样的采煤方法。第二节采煤方法分类采煤方法的分类方法很多，通常按采煤工艺、矿压控制特点，首先将采煤方法分为壁式体系和柱式体系两大类。第二节采煤方法分类一、壁式体系采煤方法又称长壁体系采煤方法，以长工作面采煤为主要标志。一般特点：①采煤工作面长度较长，通常在80m以上；②随着采煤工作面推进，顶板暴露面积增大，矿山压力显现较为强烈；③采煤工作面可分别用爆破、滚筒式采煤机或刨煤机破、装煤，用与采煤工作面相平行铺设的刮板输送机运煤，用支架支护工作空间，用放顶垮落法或充填法处理采空区；④在采煤工作面两端，一般至少各有一条回采巷道，构成完整的生产系统。壁式体系采煤法按所采煤层倾角，分为缓斜、倾斜煤层采煤法和急斜煤层采煤法；按煤层厚度，可分为薄煤层采煤法、中厚煤层采煤法和厚煤层采煤法。按采用的采煤工艺不同，可分为爆破采煤法，普通机械化采煤法和综合机械化采煤法。第二节采煤方法分类按采空区处理方法不同，可分为垮落采煤法、刀柱（煤柱支撑）采煤法、充填采煤法。按采煤工作面布置及推进方向的不同，可分为走向长壁采煤法和倾斜长壁采煤法。按工作面向仰斜或倾斜推进的方向不同，倾斜长壁又有仰斜长壁和俯斜长壁之分。按是否将煤层全厚进行一次开采，可分为整层采煤法和分层采煤法。薄煤层、厚度小于3m的中厚煤层采用整层采煤法；厚度较大的中厚煤层、厚煤层既可采甩整层也可采用分层采煤法。第二节采煤方法分类1．薄及中厚煤层单一长壁采煤方法图12—2单一长壁采煤法示意图（a）走向长壁；(b）倾斜长壁（仰斜）；（c）倾斜长壁（俯斜）1、2—区段运输、回风平巷；3—采煤工作面；4，5—分带运输、回风斜巷表12—1中国煤矿采用的主要采煤方法及其特征表第二节采煤方法分类图12—3刀柱式采煤法示意图第二节采煤方法分类2．厚煤层分层开采的采煤方法开采厚煤层时，利用单一长壁采煤法来开采将会遇到困难，在技术上较复杂。煤层厚度超过5m，采场空何支护技术、装备目前尚无法合理解决。因此有时为了克服单一长壁开采的困难，可把厚煤层分成若干采高2~3m的分层来开采。根据煤层赋存条件及开采技术不同，分层采煤法又可以分为：倾斜分层、水平分层、斜切分层三种，前者用于缓斜、倾斜厚煤层，后两种主要用于急斜厚煤层（图12—4）。倾斜分层水平分层斜切分层图12—4厚煤层分层方法（a)倾斜分层；（b)水平分层；（c)斜切分层1—顶板；2—底板第二节采煤方法分类各分层的回采有下行式和上行式两种顺序。回采顺序与处理采空区的方法有极为密切的关系。当用下行式回采顺序时，可采用垮落或充填法来处理采空区；采用上行式采序时，则一般采用充填法。不同的分层方法、回采顺序以及采空区处理方法的综合运用，可以演变出各式各样的分层采煤方法。但是，在实际工作中一般采用的主要有下列三种：①倾斜分层下行垮落采煤法。②倾斜分层上行充填采煤法。③水平或斜切分层下行垮落采煤法。第二节采煤方法分类急斜特厚煤层条件下，近几年来已在水平分层采煤法基础上，成功地采用了水平分段综采放顶煤采煤法，煤厚一般25m以上，分段高度可为10~12m，分段底部采高约3m，放顶煤高度7~9m.。第二节采煤方法分类3．厚煤层整层开采的采煤方法在缓斜厚煤层（煤厚3.5~5.0m）条件下，随着综采的发展，成功地采用了大采高一次采全厚的单一长壁采煤法。在缓斜厚煤层（煤厚一般大于5m）条件下，特别是厚度变化较大的特厚煤层，可采用综采放顶煤长壁采煤法。沿煤层底板开采采高3m左右的一个分层，随后放出上部的顶煤。在急斜煤层条件下，可利用煤层倾角较大的特点，使工作面俯斜布置，依靠重力下放工作面支架，为有效地进行顶板管理创造条件，在煤层赋存较稳定条件下河成功采用掩护支架采煤法，实现整层开采。第二节采煤方法分类二、柱式体系采煤方法以房柱间隔进行采煤为主要标志。一般特点：1．在煤层内布置一系列宽为５~7m的煤房，采煤房时形成窄（短）工作面成组向前推进。房与房之间留设煤往孟煤柱宽数米至二三十米不等，每隔一定距离用联络巷贯通，构成生产系统，并形成条状或块林煤柱，支撑顶板；2．采房时矿山压力显现较和缓，用锚杆支护工作空间，支护较简单；3．采煤用爆破或连续采煤机配套设备。采煤在一组房内交替作业；4．采掘合一，掘进准备也是采煤过程，回收房间煤柱时，也使用同一种类型的采煤配套设备。第二节采煤方法分类高度机械化的柱式体系采煤方法，一般又分为房式采煤法和房柱式采煤法两类。煤柱可根据条件留下不采--房式采煤法—部分回采。在煤房采完后，再将煤柱按要求尽可能采出--前者称为房柱式采煤法—全部回采。典型房柱式采煤法的基本特点是采用短工作面推进，将煤柱作为暂时或永久的支撑物，采用连续采煤机、梭车（或万向接长机）、锚杆等配套设备进行采煤。随着工作面（房）推进，只用较简单的锚杆支架支护顶板，用于防止顶板岩石冒落。由于采用锚杆支护增大了工作面空间，为机械化采煤创造了有利条件。此外，由于采用同类机械采房与采柱提高了采煤的灵活性。第二节采煤方法分类图12—5房柱式采煤法示意图1—房；2-煤柱；3—采柱第三节爆破采煤工艺爆破采煤工艺（又称炮采工艺），其工艺过程包括打眼、放炮落煤和装煤、人工装煤、刮板输送机运煤、移置输送机、人工支架和回柱放顶等主要工序。一、爆破落煤爆破落煤由打眼、装药、填炮泥、联炮线及放炮等工序组成。一般常用的炮眼布置有以下三种：单排眼，双排眼，三排眼。第三节爆破采煤工艺图12—6炮眼布置图a—单排眼；b--双排眼；c--三排眼第三节爆破采煤工艺爆破采用串联法联线，一般将可弯曲刮板输送机移近煤壁。近年来推广微差爆破，使炮采工艺发生深刻变化。微差爆破一次多发炮，顶板震动次数减少，爆破产生的地震波因互相干扰、抵消，从而减少了对顶板的震动，有利于顶板管理；同时微差爆破有利于提高爆破装煤率。第三节爆破采煤工艺二、装煤与运煤1．爆破装煤2．人工装煤3．机械装煤图12—7爆破装煤第三节爆破采煤工艺1.炮采工作面支护目前，我国正规炮采工作面都采用金属支柱和铰接顶梁支护，并正在推广单体液压支柱，其布置形式主要有两种：正悬臂齐梁直线柱(图12—8,a)和正悬臂错梁三角柱(图12—8,b)。但后者现在采用较少。在有周期来压的工作面中，当工作空间达到最大控顶距时，为了加强对放顶处顶板的支撑作用，回柱之前常在放顶排处另外架设一些加强支架，称为工作面的特种支架。特种支架的形式很多，有丛柱、密集支柱、木垛、斜撑以及切顶墩为等图12—8炮采面使用单体支柱和铰接顶梁的支架布置形式a--正悬臂齐梁直线柱布置；b--正悬臂错梁三角柱布置第三节爆破采煤工艺2．采空区处理全部垮落法通常适用于直接顶易于垮落或具有中等稳定性的顶板。其方法是当工作面从开切眼推进一定距离后，主动撤除采煤工作空间以外的支架，使直接顶自然垮落。以后随着工作面推进，每隔一定距离就按预定计划回柱放顶。这样，不仅可以及时减少工作面的控顶面积，而且由于顶板垮落后破碎矸石体积膨胀而充填采空区，从而减轻工作面压力和防止对工作面产生不良影响。其主要工序是配合工作面的推进，定期地进行回柱放顶工作，如图12—9所示。当工作面推进一次或二次之后，工作空间达到允许的最大宽度，即最大控顶距，应及时回柱放顶，使工作空间只保留回采工作所需要的最小宽度，即最小控顶距。如果不放顶工作面继续向前推进，就会使顶板悬伸宽度和顶板压力过大，占用支柱和顶梁过多。最小控顶距一般为3排支柱，最大控顶距为4排或5排支柱。最大控顶距与最小控顶距之差即为放顶步距。图12—9全部垮落法回柱放顶工序a—最小控顶距时支架形式；b—第一次推进后支架形式；c—放顶前（最大控顶距）支架形式；d—放顶后恢复到最小控顶状态第四节普通机械化采煤工艺一、普采面单滚筒采煤机割煤方式普采面的生产是以采煤机为中心的。采煤机割煤以及与其它工序的合理配合，称为采煤机割煤方式。(1)双向割煤、往返一刀。(2)“8”字形割煤、往返一刀图12—10双向割煤、往返一刀a一上行割顶煤，b一下行割底煤图12—11“”字形割煤、往返一刀a--上行割顶煤；b--下行割底煤第四节普通机械化采煤工艺（3）单向割煤、往返一刀这种割煤方式适用于采高1.5m以下的较薄煤层，滚筒直径接近采高，顶板较稳定，煤层粘顶性强，割煤后顶煤不能及时垮落等条件。图12—12单向割煤、往返一刀a--上行割煤、挂梁；b--下行装煤、推移输送机、支柱第四节普通机械化采煤工艺（4）双向割煤、往返二刀,该方式又称穿梭割煤。首先采煤机自下缺口沿上行割煤，随机挂梁和推移输送机，并同时铲装浮煤、支柱，待采煤机割至上缺口后，翻转弧形挡煤板，下行重复同样工艺过程。当煤层厚度大于滚筒直径时，挂梁前要处理顶煤。该方式主要用于煤层较薄、并且煤层厚度和滚筒直径相近的普采面。普采面使用双滚筒采煤机时，一般也采用双向割煤往返二刀的割煤方式。该方式在综采面普遍采用。故留待下节叙述。图12—13双向割煤、往返二刀a--上行割煤、挂梁、推移输送机；b--下行重复上行时工序第四节普通机械化采煤工艺二、普采面单体支架普采面单体支架布置应与煤层赋存条件、顶底板性质相适应，并符合采煤机割煤特点，除确保回采空间作业安全外，还要力求减少支设工作量。1．支架布置方式带帽点柱外，单体液压支柱或磨擦式金属支柱与铰接顶梁组成的悬臂支架。第四节普通机械化采煤工艺普采工作面支架布置，按梁的排列特点分为齐梁式和错梁式两种（图12—15）。为了行人和工人作业方便，工作面支柱一般排成直线状，三角形排列已很少使用。图12—15支架齐梁式和错梁式布置a—齐梁直线柱式布置；b--错梁直线柱式布置1—临时柱；2—正式柱图12—14单体支架正悬臂与倒悬臂布置a—正悬臂布置；b—倒悬臂布置(a)(b)第四节普通机械化采煤工艺2．支架布置特点齐梁直线柱布置特点是悬梁端沿煤壁方向相齐，支柱排成直线。根据截深与顶梁长度的关系，又可分梁长等于截深和梁长等于截深的2倍。梁长等于截深时，每割一刀煤沿工作面全部挂梁、支柱，一般全部为正悬臂支架。这种支架形式简单，规格质量容易掌握，放顶线整齐；工序较简单，便于组织和管理，当截深为0.8m和1.0m时，一般都采用这种布置方式。但这种布置方式由于截深大，每架支架都要挂梁和支柱，故割一刀煤需时较长。因此在煤层松软、顶板稳定性差的条件下不宜使用。第四节普通机械化采煤工艺当顶梁长度是截深二倍时，若全部采用正悬臂支架，则割二刀煤挂一次梁。割第一刀时每架支架打临时柱；割第二刀时，挂梁并将临时支柱改为永久支柱。因割第一刀时挂不上梁，机道控顶距太大，顶板易垮落，加之工人的工作量不均衡，故该方式使用较少。错梁直线柱布置的特点是：截深为顶梁长度的一半；正倒悬臂支架相间；每割一刀煤间隔挂梁，顶梁向前交错；割第一刀煤时，支临时支柱，割第二刀煤时，临时支柱改为永久支柱，每割二刀煤工作面增加一排控顶距，该布置方式机道上方顶板悬露窄，支