第四章采煤方法

第四章采煤方法--1--第四章采煤方法第一节采煤方法的概念及分类一、采煤方法的概念为了全面理解采煤方法及其生产过程，需首先了解有关采煤方法的一些基本概念。采煤工作面进行采煤作业的场所，是由煤壁至采空区边缘的采煤工作空间。煤壁在采煤工作面中，直接进行采掘的煤层暴露面。每次落煤的煤壁高度，称为采高。采煤工作在采煤工作面内为开采煤炭所进行的各项工作，例如落煤、装煤、运煤、支护工作空间和采空区处理等。这些采煤工作所采用的方法、设备及其在时间和空间上进行的顺序及其相互配合关系，就形成了工作面的采煤工艺。采煤系统在采区（盘区）或条带等开采单元内，准备、采煤巷道的布置以及按其建立的运输、通风等生产系统的总称。采煤方法采煤工艺与采煤系统及其在时间上、空间上的相互配合。不同的采煤系统与采煤工艺相结合，就形成了不同的采煤方法。而且两者是相互影响和制约的，不同的采煤系统，必须要有相适应的采煤工艺；同样，不同的采煤工艺也要有与其相适应的采煤系统。所以随着采煤机械化的发展，采煤工艺过程发出变化，就要求采煤系统随之进行变革。图4-1长壁工作面布置图a--走向长壁b、c—倾斜长壁1—区段运输平巷2—区段回风平巷3—采煤工作面4—回风斜巷5—运料斜巷--2--采煤技术-2-二、采煤方法的分类由于煤层的赋存状态和开采技术的不同，形成了种类繁多的采煤方法。按其主要的开采技术特征，首先有露天开采和井工开采之分，本书所讨论的开采方法专指井工开采，井工开采大体上可分为壁式体系采煤法与柱式体系采煤法两大类。1、壁式体系采煤法壁式体系采煤法，一般以具有较长的工作面为其基本特征。根据采煤工作面长度不同，又分为长壁式与短壁式两种。壁式采煤法根据煤层厚度不同，可分为整层开采与分层开采。若一次开采煤层全厚时，称为单一长壁式；将厚煤层划分为若干分层后依次开采时，称为分层长壁式。长壁工作面沿煤层倾向布置，沿走向方向推进的称为走向长壁（图4-la)；工作面沿煤层走向布置，沿倾斜方向推进的称为倾斜长壁（图4-lb，c）。2、柱式体系采煤法柱式体系采煤法包括房式与房柱式等采煤法，它与壁式体系采煤法相比，最显著的特点是采煤工作面短。它是采用大量巷道将煤层切割成若干块段，煤柱间用联络巷连通，构成煤房采煤生产系统。如果先采煤房，后回收煤柱（或部分回收煤柱），称为房柱式采煤法；若只采煤房，不回收煤柱，则称为房式采煤法。壁式体系与柱式体系采煤法相比，工作面产量高，巷道掘进率低，煤炭损失少，采煤系统简单，安全生产条件好。但壁式体系采煤法工艺比较复杂，组织管理水平要求高。目前，世界主要产煤国家除美国、印度、澳大利亚等国因地质条件简单而采用柱式体系采煤法外，大多数国家采用壁式体系采煤法。我国煤层赋存比较复杂，是世界上采煤方法最多的国家，煤炭产量的90％以上是由壁式体系采煤法采出的。但是，在近些年有一些矿井开始引进柱式体系采煤技术与设备（如寺河矿），进行井下试验与推广应用，并取得了较好的效果。综上所述，采煤方法的种类很多，由于分类标准不同，分类方法也很多。现根据采煤方法的开采特点进行如下分类：第四章采煤方法--3--第二节采煤系统一、缓斜薄及中厚单一煤层走向长壁采煤法采煤系统这种采区巷道布置有双面采区和单面采区两种方式。图4-2为双面采区的巷道布置示例。（一）、采区巷道布置和生产系统1、采区巷道布置图4－2所示的情况，采区内划分3个阶段，一区段在回采，二区段在准备。在采区石门接近煤层处，开掘下部车场。由下部车场沿煤层开掘轨道上山和运输上山，两条上山相距20~25m，以上部车场与采区回风石门连通。从中部车场，用双巷掘进法，开掘一区段的运输平巷和二区段的回风平巷。回风平巷超前运输平巷100~150m，沿走向每隔80~100m开掘联络眼。当回风平巷和运输平巷掘到采区边界后，就可开掘开切眼进行回采。--4--采煤技术-4-随着一区段的回采，应及时准备出二区段。2、运输系统工作面采出的煤，经区段运输平巷、运输上山、采区煤仓装车外运。材料自下部车场，经轨道上山、上部车场、区段回风平巷运至工作面或由采区回风石门，经区段回风平巷运至工作面。3、通风系统新风从采区运输石门进人采区，经下部车场、轨道上山、中部车场，分两翼经区段回风平巷、联络眼到工作面。乏风经区段回风平巷和上部车场进人采区回风石门。（二）、区段平巷布置区段平巷直接与回采工作面联通，为工作面服务。它沿煤层掘进，因此容易掘进，但受工作面采动影响大，维护困难。特别是距工作面前、后方50~120m的巷道，受采动影响最大。当煤层采动后，在区段巷道煤柱上，形成支承压力。区段运输平巷下部为未采煤层，受一侧工作面采动影响，煤柱受一侧支承压力作用，而区段回风平巷，受两侧工作面采动影响，煤柱受两侧支承压力作用。所以回风巷比运输巷维护更为困难。故区段平巷布置须选择适当的位置，使其处于支承压力较小的地点。区段平巷的布置通常有：留护巷煤柱，沿空留巷，沿空送道。1、留护巷煤柱长期以来普遍采用保留煤柱的方法维护区段平巷。根据煤层的厚度和顶板岩石的性质，煤柱的尺寸沿倾斜方向的宽度一般为8~15m.开采薄及中厚煤层，用保留煤柱方法维护巷道时，只需在上区段回采工作面的运输平巷与下区段回采工作面的回风平巷之间，保留一定尺寸的煤柱即可。为了减少煤炭损失，下区段回采时应尽量回收这部分煤柱。2、沿空留巷即保留和维护上区段的运输平巷，作为下区段的回风平巷。这种方法可以少掘1条巷道，减少区段煤柱损失，而且巷道处于减压区，易于维护。保留和维护巷道的方法有：靠采空区一侧砌矸石带（图6-4)，带宽4～6m。石料取自垮落的顶板，这种方法砌带工作量大，一般用于采高为1.5-2.0m的煤层；靠采空区一侧，随着工作面推进，及时打双排排柱或木垛（图6-5），这种方法支撑顶板及时，强度较大。此外，还有采用预制混凝土支座、硬石膏充填带来维护巷道的上帮，这些方法一般费用都比较高。第四章采煤方法--5--3、沿空送道即沿上区段采空区边缘掘进下区段的回风平巷。这种方法虽没有减少区段平巷数目，但不留煤柱，减少了区段平巷间的联络巷。它适用于顶板压力较大、沿空留巷难以维护的缓斜、倾斜的厚煤层。沿空送道必须在采空区顶板活动稳定后开始掘进，一般情况下，应在工作面回采后4~6个月，个别情况8~10个月开始沿空掘进。回采工作面与掘进工作面的间距，一般不小于80~100m。巷道支护，最好也采用可缩拱形金属支架。二、厚煤层倾斜分层开采的采区巷道布置开采缓斜和倾斜厚煤层，常采用倾斜分层采煤法。所谓倾斜分层，就是沿煤层倾斜，把煤层分为若干个厚度相当于中厚煤层的分层，每个分层分别进行回采。用顶板垮落法，先采顶分层，再依次回采以下各分层。（一）、分层同采的采区巷道布置分层同采的巷道布置比较复杂，因为除了各分层工作面要求的分层运输平巷和分层回风平巷外，还要有区段集中运输平巷和区段集中回风平巷。图6-6是这种采煤法的采区巷道布置示例。1、采区巷道布置和生产系统⑴、采区巷道布置在采区走向的中部阶段运输大巷处，开掘采区下部车场，由下部车场向上开掘岩石输送机上山和岩石轨道上山，直至采区上部边界。轨道上山以平甩式车场，运输上山以回风石门与阶段回风大巷相通。上述上山是为各分层服务的，称为集中上山，两者距煤层一般不小于15m，轨道上山比输送机上山距煤层近2m左右，2条上山相距一般为20^25ma然后，在第一区段下部开掘中部车场和区段石门，并由此分别在煤层底板约lom处开掘岩石集中运输巷，和顶分层超前于集中运输巷掘进集中轨道巷。每隔一定距离（一般为1台刮板输送机的长度）开掘岩石溜煤眼和联络眼。至采区边界后，由联络眼掘进顶分层超前运输平巷和顶分层开切眼（掘进出煤由溜煤眼至集中运输巷）。与此同时，在采区上部边界不再另掘区段集中回风巷，利用阶段回风大巷掘进回风石门和顶分层超前回风平巷，各回风石门的间距为100m左右。综采时，为了减少设备搬迁次数，先在采区一翼准备好的工作面，采用后退式进行回采，跨越上山后，再用前进式推进采区另一边界。在开掘上述各巷道的过程中，同时开掘采区变电所、绞车房、中部溜煤眼和采区煤仓。--6--采煤技术-6-随着分层的推进，继续掘进上、下超前平巷，超前距离一般应保持工作面前至少有两个溜煤眼和回风石门分别与集中平巷和阶段回风大巷相通。待顶分层回采工作面采过一定距离后，即可由联络眼（靠近采区边界的），在假顶下开掘中分层的超前运输平巷和中分层切割眼。同时，从回风石门开掘中分层的超前回风平巷。随中分层回采工作面的推进，按上述要求的距离，继续掘进中分层超前平巷，从而实现厚煤层在同一区段内和倾斜分层下行垮落法一般同采2个分层，第三分层可作为顶分层的接续面。采区内各区段的开采顺序是，先采一区段，而后依次开采二、三区段。因此，在一区段采完之前，应及时准备出二区段的巷道。一区段的集中运输巷道，将作为二区段的集中回风巷道使用，二区段的运输巷道布置和掘进顺序，完全和一区段相同。⑵、运输系统工作面采出的煤，分别在各超前运输平巷内用刮板输送机运到溜煤眼，经区段集中运输平巷的带式输送机，再经区段溜煤眼转至输送机上山的带式输送机，最后到采区煤仓装车外运。第四章采煤方法--7--采区所需的器材，由下部车场运来，经轨道上山、上部车场、阶段回风大巷回风石门、顶分层和中分层超前回风平巷，分别送到一区段顶分层和中分层工作面。也由阶段回风大巷，经上部车场运人。顶分层和中分层超前运输平巷所需的器材，从轨道上山经区段石门和中部车场、集中轨道平巷、联络眼运进。岩石集中平巷所需的材料，从轨道上山经中部车场运进。⑶、通风系统新风由阶段运输大巷进人轨道上山下部甩车场和行人联络眼，沿轨道上山和输送机上山而上。为了不使风流短路，在输送机上山的上端和轨道上山的上部车场处安设风门，在绞车房的通道内安设调节风窗，使新风进人区段石门、中部车场和中部行人联络眼。由此，一部分新风沿集中运输平巷、溜煤眼、至超前运输平巷。另一部分新风沿集中轨道平巷、经联络眼到顶分层和中分层超前运输平巷，然后一起进入回采工作面。清洗工作面的乏风，由顶分层和中分层回风道，经回风石门，进入阶段回风大巷。采区内掘进巷道所需的风量，是由局部通风机供给。（二）、分层分采的采区巷道布置分层分采的采区巷道布置，没有共用的区段集中平巷，每一分层的区段平巷都是单独准备的。分层平巷不是利用集中平巷随着采煤工作面推进超前掘进的，而是当上分层采完后采空区垮落基本稳定之后，才在第二分层层位沿着上分层铺设好的假顶（或再生顶板）下掘出第二分层的区段平巷。厚煤层各分层采用联合开采的方式，其上（下）山一般布置在煤层底板岩层中，上（下）山通过采区车场及石门、斜巷或立眼与各分层平巷联系。分层开采的优点是，采区巷道布置简单，取消了岩石区段集中平巷及联络巷等岩石巷道，工程量少，有利于减少掘进率和加快掘进速度，缩短采区和区段的准备时间。由于上、下分层工作面采煤间隔时间较长，有利于形成再生顶板，有利于下分层巷道的掘进和维护。厚煤层分层分采，其各个分层的采煤和掘进工作面都具有独立通风系统，通风系统简单，有利于通风管理，采掘相互干扰少，运输环节少。分层分采在工作面单产较低的情况下，存在一下缺点：⑴不能实现同一区段内上下分层同采，开采强度底。⑵为了在上分层顶板垮落稳定的采空区下掘进下分层巷道，同一区段内下分层工作面不能及时接替上分层工作面。尤其是当采区内有两个以上工作面采煤时，相邻区段之间难以及时接替必须采用两翼倒替或区段间隔“跳采”才能保证工作面的正常接替，因而造成采掘工作分散，生产不集中，采掘设备搬迁距离远等问题⑶由于上下分层采煤间隔时间长，容易造成人工假顶材料腐朽，不利于下分层的掘进和采煤。如果煤层自燃发火期短，则增加了煤炭自燃的危险。⑷沿煤层走向开掘的分层平巷，必须一次性掘出巷道全长，巷道维护长度大，维护时间长，维护费用高。随着高产高效综合机械化采煤的发展，采煤工作面单产不断提高，采区内只需一、两个工作面生产即可达到产量的要求。同时综采工作面推进速度较快，使分层巷道维护时间有所缩短，近几年巷道支护和维护技术的发展，使得分层巷道维护的问题基本得以解决。目前，随着采煤机械化工艺和矿