采煤方法课件

採煤方法第一節基本概念

一、采場和採煤工作面用來直接大量採取煤炭的場所，稱為采場。在采場內進行回採的煤壁，稱為採煤工作面。二、採煤工作在采場內，為了採取煤炭所進行的一系列工作，稱為採煤工作。採煤工作可分為基本工序和輔助工序。破煤裝煤運煤支護采空區處理第一節基本概念三、採煤工藝按照一定順序完成各項工作的方法及其配合，稱為採煤工藝。在一定時間內，按照一定的順序完成採煤工作各項工序的過程，稱為採煤工藝過程。四、採煤系統採煤巷道之間在時間上的配合以及在空間上的相互位置關係，稱為採煤巷道佈置系統。也即為採煤系統。五、採煤方法是採煤工藝與採煤系統在時間上、空間上相互配合的總稱。根據不同的礦山地質及技術條件，可有不同的採煤系統與採煤工藝相配合，從而構成多種多樣的採煤方法。第二節採煤方法分類採煤方法的分類方法很多，通常按採煤工藝、礦壓控制特點，首先將採煤方法分為壁式體系和柱式體系兩大類。第二節採煤方法分類一、壁式體系採煤方法又稱長壁體系採煤方法，以長工作面採煤為主要標誌。一般特點：①採煤工作面長度較長，通常在80m以上；②隨著採煤工作面推進，頂板暴露面積增大，礦山壓力顯現較為強烈；③採煤工作面可分別用爆破、滾筒式採煤機或刨煤機破、裝煤，用與採煤工作面相平行鋪設的刮板輸送機運煤，用支架支護工作空間，用放頂垮落法或充填法處理采空區；④在採煤工作面兩端，一般至少各有一條回採巷道，構成完整的生產系統。壁式體系採煤法按所採煤層傾角，分為緩斜、傾斜煤層採煤法和急斜煤層採煤法；按煤層厚度，可分為薄煤層採煤法、中厚煤層採煤法和厚煤層採煤法。按採用的採煤工藝不同，可分為爆破採煤法，普通機械化採煤法和綜合機械化採煤法。第二節採煤方法分類按采空區處理方法不同，可分為垮落採煤法、刀柱（煤柱支撐）採煤法、充填採煤法。按採煤工作面佈置及推進方向的不同，可分為走向長壁採煤法和傾斜長壁採煤法。按工作面向仰斜或傾斜推進的方向不同，傾斜長壁又有仰斜長壁和俯斜長壁之分。按是否將煤層全厚進行一次開採，可分為整層採煤法和分層採煤法。薄煤層、厚度小於3m的中厚煤層採用整層採煤法；厚度較大的中厚煤層、厚煤層既可采甩整層也可採用分層採煤法。第二節採煤方法分類1．薄及中厚煤層單一長壁採煤方法圖12—2單一長壁採煤法示意圖（a）走向長壁；(b）傾斜長壁（仰斜）；（c）傾斜長壁（俯斜）1、2—區段運輸、回風平巷；3—採煤工作面；4，5—分帶運輸、回風斜巷表12—1中國煤礦採用的主要採煤方法及其特徵表第二節採煤方法分類圖12—3刀柱式採煤法示意圖第二節採煤方法分類2．厚煤層分層開採的採煤方法開採厚煤層時，利用單一長壁採煤法來開採將會遇到困難，在技術上較複雜。煤層厚度超過5m，采場空何支護技術、裝備目前尚無法合理解決。因此有時為了克服單一長壁開採的困難，可把厚煤層分成若干采高2~3m的分層來開採。根據煤層賦存條件及開採技術不同，分層採煤法又可以分為：傾斜分層、水準分層、斜切分層三種，前者用於緩斜、傾斜厚煤層，後兩種主要用於急斜厚煤層（圖12—4）。傾斜分層水準分層斜切分層圖12—4厚煤層分層方法（a)傾斜分層；（b)水準分層；（c)斜切分層1—頂板；2—底板第二節採煤方法分類各分層的回採有下行式和上行式兩種順序。回採順序與處理采空區的方法有極為密切的關係。當用下行式回採順序時，可採用垮落或充填法來處理采空區；採用上行式采序時，則一般採用充填法。不同的分層方法、回採順序以及采空區處理方法的綜合運用，可以演變出各式各樣的分層採煤方法。但是，在實際工作中一般採用的主要有下列三種：①傾斜分層下行垮落採煤法。②傾斜分層上行充填採煤法。③水準或斜切分層下行垮落採煤法。第二節採煤方法分類急斜特厚煤層條件下，近幾年來已在水準分層採煤法基礎上，成功地採用了水準分段綜采放頂煤採煤法，煤厚一般25m以上，分段高度可為10~12m，分段底部采高約3m，放頂煤高度7~9m.。第二節採煤方法分類3．厚煤層整層開採的採煤方法在緩斜厚煤層（煤厚3.5~5.0m）條件下，隨著綜采的發展，成功地採用了大采高一次采全厚的單一長壁採煤法。在緩斜厚煤層（煤厚一般大於5m）條件下，特別是厚度變化較大的特厚煤層，可採用綜采放頂煤長壁採煤法。沿煤層底板開採采高3m左右的一個分層，隨後放出上部的頂煤。在急斜煤層條件下，可利用煤層傾角較大的特點，使工作面俯斜佈置，依靠重力下放工作面支架，為有效地進行頂板管理創造條件，在煤層賦存較穩定條件下河成功採用掩護支架採煤法，實現整層開採。第二節採煤方法分類二、柱式體系採煤方法以房柱間隔進行採煤為主要標誌。一般特點：1．在煤層內佈置一系列寬為５~7m的煤房，採煤房時形成窄（短）工作面成組向前推進。房與房之間留設煤往孟煤柱寬數米至二三十米不等，每隔一定距離用聯絡巷貫通，構成生產系統，並形成條狀或塊林煤柱，支撐頂板；2．采房時礦山壓力顯現較和緩，用錨杆支護工作空間，支護較簡單；3．採煤用爆破或連續採煤機配套設備。採煤在一組房內交替作業；4．採掘合一，掘進準備也是採煤過程，回收房間煤柱時，也使用同一種類型的採煤配套設備。第二節採煤方法分類高度機械化的柱式體系採煤方法，一般又分為房式採煤法和房柱式採煤法兩類。煤柱可根據條件留下不采--房式採煤法—部分回採。在煤房采完後，再將煤柱按要求盡可能采出--前者稱為房柱式採煤法—全部回採。典型房柱式採煤法的基本特點是採用短工作面推進，將煤柱作為暫時或永久的支撐物，採用連續採煤機、梭車（或萬向接長機）、錨杆等配套設備進行採煤。隨著工作面（房）推進，只用較簡單的錨杆支架支護頂板，用於防止頂板岩石冒落。由於採用錨杆支護增大了工作面空間，為機械化採煤創造了有利條件。此外，由於採用同類機械采房與采柱提高了採煤的靈活性。第二節採煤方法分類圖12—5房柱式採煤法示意圖1—房；2-煤柱；3—采柱第三節爆破採煤工藝爆破採煤工藝（又稱炮采工藝），其工藝過程包括打眼、放炮落煤和裝煤、人工裝煤、刮板輸送機運煤、移置輸送機、人工支架和回柱放頂等主要工序。一、爆破落煤爆破落煤由打眼、裝藥、填炮泥、聯炮線及放炮等工序組成。一般常用的炮眼佈置有以下三種：單排眼，雙排眼，三排眼。第三節爆破採煤工藝圖12—6炮眼佈置圖a—單排眼；b--雙排眼；c--三排眼第三節爆破採煤工藝爆破採用串聯法聯線，一般將可彎曲刮板輸送機移近煤壁。近年來推廣微差爆破，使炮采工藝發生深刻變化。微差爆破一次多發炮，頂板震動次數減少，爆破產生的地震波因互相干擾、抵消，從而減少了對頂板的震動，有利於頂板管理；同時微差爆破有利於提高爆破裝煤率。第三節爆破採煤工藝二、裝煤與運煤1．爆破裝煤2．人工裝煤3．機械裝煤圖12—7爆破裝煤第三節爆破採煤工藝1.炮采工作面支護目前，我國正規炮采工作面都採用金屬支柱和鉸接頂梁支護，並正在推廣單體液壓支柱，其佈置形式主要有兩種：正懸臂齊梁直線柱(圖12—8,a)和正懸臂錯梁三角柱(圖12—8,b)。但後者現在採用較少。在有週期來壓的工作面中，當工作空間達到最大控頂距時，為了加強對放頂處頂板的支撐作用，回柱之前常在放頂排處另外架設一些加強支架，稱為工作面的特種支架。特種支架的形式很多，有叢柱、密集支柱、木垛、斜撐以及切頂墩為等圖12—8炮采面使用單體支柱和鉸接頂梁的支架佈置形式a--正懸臂齊梁直線柱佈置；b--正懸臂錯梁三角柱佈置第三節爆破採煤工藝2．采空區處理全部垮落法通常適用於直接頂易於垮落或具有中等穩定性的頂板。其方法是當工作面從開切眼推進一定距離後，主動撤除採煤工作空間以外的支架，使直接頂自然垮落。以後隨著工作面推進，每隔一定距離就按預定計畫回柱放頂。這樣，不僅可以及時減少工作面的控頂面積，而且由於頂板垮落後破碎矸石體積膨脹而充填采空區，從而減輕工作面壓力和防止對工作面產生不良影響。其主要工序是配合工作面的推進，定期地進行回柱放頂工作，如圖12—9所示。當工作面推進一次或二次之後，工作空間達到允許的最大寬度，即最大控頂距，應及時回柱放頂，使工作空間只保留回採工作所需要的最小寬度，即最小控頂距。如果不放頂工作面繼續向前推進，就會使頂板懸伸寬度和頂板壓力過大，佔用支柱和頂梁過多。最小控頂距一般為3排支柱，最大控頂距為4排或5排支柱。最大控頂距與最小控頂距之差即為放頂步距。圖12—9全部垮落法回柱放頂工序a—最小控頂距時支架形式；b—第一次推進後支架形式；c—放頂前（最大控頂距）支架形式；d—放頂後恢復到最小控頂狀態第四節普通機械化採煤工藝一、普采面單滾筒採煤機割煤方式普采面的生產是以採煤機為中心的。採煤機割煤以及與其它工序的合理配合，稱為採煤機割煤方式。(1)雙向割煤、往返一刀。(2)“8”字形割煤、往返一刀圖12—10雙向割煤、往返一刀a一上行割頂煤，b一下行割底煤圖12—11“”字形割煤、往返一刀a--上行割頂煤；b--下行割底煤第四節普通機械化採煤工藝（3）單向割煤、往返一刀這種割煤方式適用於采高1.5m以下的較薄煤層，滾筒直徑接近采高，頂板較穩定，煤層粘頂性強，割煤後頂煤不能及時垮落等條件。圖12—12

單向割煤、往返一刀

a--上行割煤、掛梁；b--下行裝煤、推移輸送機、支柱

第四節普通機械化採煤工藝（4）雙向割煤、往返二刀,該方式又稱穿梭割煤。首先採煤機自下缺口沿上行割煤，隨機掛梁和推移輸送機，並同時鏟裝浮煤、支柱，待採煤機割至上缺口後，翻轉弧形擋煤板，下行重複同樣工藝過程。當煤層厚度大於滾筒直徑時，掛梁前要處理頂煤。該方式主要用於煤層較薄、並且煤層厚度和滾筒直徑相近的普采面。普采面使用雙滾筒採煤機時，一般也採用雙向割煤往返二刀的割煤方式。該方式在綜采面普遍採用。故留待下節敘述。圖12—13雙向割煤、往返二刀a--上行割煤、掛梁、推移輸送機；b--下行重複上行時工序第四節普通機械化採煤工藝二、普采面單體支架普采面單體支架佈置應與煤層賦存條件、頂底板性質相適應，並符合採煤機割煤特點，除確保回採空間作業安全外，還要力求減少支設工作量。1．支架佈置方式帶帽點柱外，單體液壓支柱或磨擦式金屬支柱與鉸接頂梁組成的懸臂支架。第四節普通機械化採煤工藝普采工作面支架佈置，按梁的排列特點分為齊梁式和錯梁式兩種（圖12—15）。為了行人和工人作業方便，工作面支柱一般排成直線狀，三角形排列已很少使用。圖12—15支架齊梁式和錯梁式佈置a—齊梁直線柱式佈置；b--錯梁直線柱式佈置1—臨時柱；2—正式柱圖12—14單體支架正懸臂與倒懸臂佈置a—正懸臂佈置；b—倒懸臂佈置(a)(b)第四節普通機械化採煤工藝2．支架佈置特點齊梁直線柱佈置特點是懸樑端沿煤壁方向相齊，支柱排成直線。根據截深與頂梁長度的關係，又可分梁長等於截深和梁長等於截深的2倍。梁長等於截深時，每割一刀煤沿工作面全部掛梁、支柱，一般全部為正懸臂支架。這種支架形式簡單，規格品質容易掌握，放頂線整齊；工序較簡單，便於組織和管理，當截深為0.8m和1.0m時，一般都採用這種佈置方式。但這種佈置方式由於截深大，每架支架都要掛梁和支柱，故割一刀煤需時較長。因此在煤層鬆軟、頂板穩定性差的條件下不宜使用。第四節普通機械化採煤工藝當頂梁長度是截深二倍時，若全部採用正懸臂支架，則割二刀煤掛一次梁。割第一刀時每架支架打臨時柱；割第二刀時，掛梁並將臨時支柱改為永久支柱。因割第一刀時掛不上梁，機道控頂距太大，頂板易垮落，加之工人的工作量不均衡，故該方式使用較少。錯梁直線柱佈置的特點是：截深為頂梁長度的一半；正倒懸臂支架相間；每割一刀煤間隔掛梁，頂梁向前交錯；割第一刀煤時，支臨時支柱，割第二刀煤時，臨時支柱改為永久支柱，每割二刀煤工作面增加一排控頂距，該佈置方式機道上方頂板懸露窄，支護及時；每割一刀煤掛梁、支柱數量少，工作量均衡；支柱成直線，行人、運料方便；在切頂線支柱不易被埋住，因此為現場多用。但對切頂不利，倒懸梁易損壞。第五節綜合機械化採煤工藝一、綜采面雙滾筒採煤機割煤方式綜采面採煤機的割煤方式是綜合考慮頂板管理、移架與進刀方式、端頭支護等因素確定的，主要有如下幾種：1．往返一次割兩刀。這種割煤方式也叫“穿梭割煤”，多用於煤層賦存穩定，傾角較緩的綜采面，工作面為端部進刀。2．往返一次割一刀，即單向割煤，工作面中間或端部進刀。該方式適用於頂板穩定性差的綜采面；煤層傾角大，不能自上而下移架，或輸送機易下滑，只能自下而上推移的綜采面；采高大而滾筒直徑小，採煤機不能一次采全高的綜采面；採煤機裝煤效果差，需單獨牽引裝煤行程的綜采面；割煤時產生煤塵多，降塵效果差，移架工不能在採煤機的回風平巷一端工作的綜采面。第五節綜合機械化採煤工藝二．綜采面液壓支架的移架方式我國採用較多的移架方式有三種：①單架依次順序式，又稱單架連續式，支架沿採煤機牽引方向依次前移，移動步距等於截深，支架移成一條直線，該方式操作簡單，容易保證規格品質，能適應不穩定頂板，應用較多；②分組間隔交錯式；③成組整體依次順序式。三．綜采工作面工序配合方式綜采面割煤、移架、推移輸送機三個主要工序，按照不同順序有兩種配合方式，即及時支護方式(圖12—17)和滯後支護方式。圖12—17及時支護方式圖12—16液壓支架移架方式（a）單架依次順序式；（b)，（c）分組間隔交錯式；(d),(e）成組整體依次順序式第五節綜合機械化採煤工藝

1．及時支護方式。採煤機割煤後，支架依次或分組隨機立即前移支護頂板，輸送機隨移架逐段移向煤壁，推移步距等於採煤機截深。這種支架方式，推移輸送機後，在支架底座前端與輸送機之間要富裕一個截深的寬度，工作空間大，有利於行人、運料和通風；若煤壁易片幫時，可先於割煤進行移架，支護新暴露出來的頂板。但這種支護方式增大了工作面控頂寬度，不利於控制頂板。2．滯後支護式。割煤後輸送機首先逐段移向煤壁，支架隨輸送機前移，二者移動步距相同。這種配合方式在底座前端和機槽之間沒有一個截深富裕量，比較能適應週期壓力大及直接頂穩定性好的頂板，但對直接頂穩定性差的頂板適應性差，在我國使用較少。第六節放頂煤採煤法放頂煤採煤法是沿煤層的底板或煤層某一厚度範圍內的底部佈置一個採煤工作面，利用礦山壓力將工作面頂部煤層在工作面推進過後破碎冒落，並將冒落頂煤予以回收的一種採煤方法。一、放頂煤採煤法的分類（一）頂采頂分層放頂煤採煤法沿煤層頂板佈置一個長壁工作面，用炮采、普采或綜采，進行預采。在採煤過程中，沿底板鋪設金屬網。相隔一段距離後，再沿底板佈置一個綜采放頂煤工作面進行開採並將上下工作面之間的煤層放落，利用放頂煤工作面後面的輸送機，將放落的煤運出。這種方法由於在頂層鋪設金屬網，可以減少放落煤中的含矸量。其缺點是：需要掘進頂底兩個工作面的設備；開採頂分層後一般礦山壓力減弱，不利於放落煤的破壞，常有大塊煤出現，需要鬆動爆破第六節放頂煤採煤法（二）預采中分層放頂煤採煤法採用這種方法時，先在距煤層底板約3m處佈置一個破煤工作面，進行預采。而後再沿底板佈置一個放頂煤工作面，采出沿底板的煤層並回收采空區破碎了的頂煤（圖12—19）。這種方法易於回收頂煤。但當底板起伏不平時，很難保證放頂煤工作面采高一致，同時，因為頂煤預先受到破壞，對於易於自然發火煤層，容易導致采空區煤的自然，且放頂煤時煤塵較大。圖12—18預采頂分層頂煤採煤法圖12—19預采中分層頂煤採煤法第六節放頂煤採煤法（三）整層開採放頂煤採煤法沿底板佈置一個放頂工作面採煤回收頂煤。其優點是：回採巷道掘進量及維護量少；工作面設備少；采區運輸、通風系統簡單；實現了集中生產；防頂在礦山壓力作用下易於回收。缺點是媒質較軟時，工作面運輸及回風巷維護困難。如圖12—20所示。（四）分段放頂煤採煤法當煤層厚度超過20m乃至幾十米上百米時，可以將特厚煤層分為10m～12m的若干分段。上下分段前後保持一定距離，同時采兩個分段，或者一個一個逐段下行回採。採用這種方法時，可以在第一個放頂煤工作面進行鋪網，使以後各分段放頂煤工作，都在網下進行，以提高煤的采出率和減少煤的含矸量。當然也可以根據頂板沿性不鋪網（圖12—21）。第六節放頂煤採煤法圖12—20整層開採頂煤採煤法

圖12—21分段放頂煤採煤法第六節放頂煤採煤法二、頂煤工藝根據我國