1、150第十章 采煤方法第一节 采煤方法及地压管理当煤层被开拓并掘进了必需的采准巷道构成生产系统后，直接用来采取煤炭的井下巷道称为“回采工作面” 。采煤方法包括两项主要内容：巷道系统和回采工艺。巷道系统是指与回采有关的巷道布置方式，掘进和回采工作的安排顺序，以及由此建立的通风、运输、供电、排水等生产系统。回采工艺，是指回采工作面内所进行的落煤、装煤、运媒、支护和采空区处理等工作、及其相互配合方式。不同的巷道系统和回采工艺相配合，就可形成不同的采煤方法。一、采煤方法分类1. 按巷道系统构成分类采煤方法按巷道系统构成情况可分为壁式和柱式的两大体系。（1）壁式体系采煤方法根据煤层厚度不同，薄及中厚煤层
2、，般都是按煤层全厚一次采出，即所谓的单长壁式采煤法。对厚煤层，一般把它分为若干中等厚度的分层来开采，即所谓分层长壁式采煤法。按照回采工作的推进方向不同，又可分为走向长壁（工作面沿倾向布置、沿走向推进）和倾斜长壁（工作面沿走向布置、沿倾向推进）两种类型。其中倾斜长壁采煤法又可分为向上回采（仰采）和向下回采（俯采）两种。（2）柱式体系采媒方法柱式体系采煤方法可分为房式、房柱式及巷柱式三种类型。房式及房柱式采煤的实质是在煤层内开掘些煤房，煤房之间以联络巷相通，回采在煤房中进行。煤柱可留下不采或等煤房采完后再采。前者称房式采煤法，后者称房柱式采煤法。巷柱式采煤法的实质是在采区（盘区）范围内，预先开掘大
3、量的巷道，待煤层切割成 6m 6m20m 20m 的方形煤柱。然后有计划地回来这些煤柱。采空地带的顶板任其自行垮落。柱式采法方法需要沿煤层走向和倾斜开掘大量的煤巷、采煤工作面不支护或极少支护，所以与壁式采煤方法相比，存在巷道掘进率高、产煤量少、劳动生产率低、通风条件恶劣、生产很不安全和煤块资源损失多的缺点。所以建国以后，除极个别的小型矿井外，已基本上不再采用柱式采煤方法。2. 按回采工艺分类（1）炮采法回采工作面用爆破落煤、人工（或机械）装煤、输送机运煤、摩擦式金属支柱（或木支柱、单体液压支柱）支护顶板、冒落（或充填）法处理采空区时，以爆破落煤为主151要特征，称为“炮采” 。炮采工作面的工人
4、劳动强度大、生产效率低、安全条件差。日前应用的比较少，般适用于小型或不具备机械化采煤条件的矿井。（2）机械化采煤法回采工作面用单滚筒采煤机（或刨煤机）落煤、可弯曲刮板输送机运煤、摩擦式金属支柱（或木支柱、单体液压支柱）支护顶板、冒落（或充填）法处理采它区时，以机械落煤、装煤和运煤为主要特征，称为机械化采煤、简称为“机采” 。机采工作面的主要工序实现了机械化，减轻了工人的劳动强度，但顶板支护及采空区处理还要人工操作。由于机采适应性较强，技术管理和生产操作比较简单，所以目前在我国应用较广泛。（3）综合机械化采煤法回采工作面用双滚筒采煤机落煤装煤、可弯曲刮板输送机运煤，自移式液压支架支护顶板、全部工
5、序实现了机械化，称为综合机械化采煤，简称为”综采” 。综采与炮采、机采相比，具有如下优点： 工人大量的工作是操纵机械手把，因而大大减轻了工人的劳动强度。 使用液压支架管理顶板，工人在支架保护下进行操作，大大减少了冒顶事故。 综采可提高生产能力和生产效率，使生产更加集中化。 降低了材料消耗和生产成本。（4）水力采煤法用高压泵输出的高压水通过水枪射出，形成高压水射流、在回采工作面直接破落煤体、并利用水力完成运输和提升的方法、称为水力采煤法简称“水采” 。水采因受到一定条件的限制，所以目前应用得不很多。（5）露天开采将煤炭上覆岩石揭开而直接使用挖煤机等采煤、运煤设备将煤炭采出的一种方法，叫露天开采法
6、。二、煤层顶板分类在缓倾斜、倾斜煤层中，回采工作空间主要以控制顶板为主（除个别有底板隆起的以外） 。为了分析矿压规律，指导工作面顶板管理，选择支架和采空区处理方式，需对顶板进行分类。（1）伪顶 它直接位于煤层之上，是一层极易垮落的薄岩层页岩或泥质页岩组成，厚度一般在 0.30.5m 以下。（2）直接顶 它直接位于伪顶或煤层（无伪顶时）之上，常由一层或数层页岩、砂质页岩组成，厚度由几米至十余米，不很坚硬，是工作面支架支护的主要对象。一般在回柱或移支架后很快垮落。（3）老顶 它是位于直接顶或煤层（因为有些煤层无伪顶或无直接顶）之上，是由砂岩、石灰岩或砾岩等组成的厚而坚硬的岩层。一般情况下、老顶能在
7、采空区上方维持很大的悬露面积，不随直接顶一起垮落。在实际生产中，还有呈塑性弯曲下沉的顶板。它的特点是煤层直接顶虽具有一定厚度的坚硬岩层（如石灰岩、砂岩） ，但由平行理裂隙发育，特别是平行于工作面而又垂直于层理的节理发育，因而岩块在移动过程小常能互相牵制而形成“砌体粱”式的平衡。152由于“砌休梁”的作用，使老顶来压比较稳定（工作面顶板压力不出现升高和降低的现象） 。但“砌体梁”式平衡限于一定的高差（高差过大时、 “砌体梁”分解或根本不能形成） 。所以在薄煤层开采中比较多见。三、回采工作面矿压显现规律1. 支承压力区和卸压区的形成在煤体末采动前，煤体所所受的原始应力为 H（单位面积上所受岩体的质
8、量） 。这里 是上覆岩层平均密度，H 为距地表的垂高。煤体中开拓巷道后，原始的应力状态受到破坏，应力将重新分布，如图 10-1 所示。开切眼上方岩石质量由两侧煤体平均分担。因此，在两侧煤体中产生了应力集中现象，这种集中应力称为支承压力。一般支承压力为原始应力的 1.252.5 倍。回采工作从开切眼开始后，随着工作面的推进，在工作面前方的煤体中同样产生支承压力带。其范围由工作面前方 23m 起直至 1045，如图 10-2 所示。在工作面的后方，当顶板垮落的岩石或充填体压实到相当程度后，也产生了支承压力带。前后两个支承压力带随回采工作面的推进而移动，因此、又称之为回采工作面的移动支承压力。由于支
9、点压力作用在工作面前方煤体，将使煤壁附近的煤“压酥” ，这种现象有利于落煤工作；但也增加了煤壁“片帮”的机会，影响安全，所以应加以注意并采取相应的措施。图 10-1 煤体中开掘巷道后应力重新分布示意图 图 10-2 回采工作面应力分布示意图a应力降低区；b应力升高区或支承压力带；c 原始应力区由图 10-2 中还可以看出，回采工作面空间显然处于应力降低区，但其顶板在自重及上覆岩层的作用下，也会发生弯曲下沉。般用顶板下沉量和下沉速度（单位时间内顶板下沉量）来表示。它们是选择工作面支护型式和安排回采工序的主要参数。2. 老顶初次来压当直接顶厚度与工作面采高之比较小时，直接顶垮落后不能充满空区支撑老
10、顶（岩石具碎胀性） 。那么，随着工作面的不断推进，老顶悬露跨度不断增加，开始变形。当达到极限跨度时，老顶（双支撑梁段）发生断裂和大面积的垮落，称为老顶初次垮落，如图 10-3 所示。老顶初次垮落时给工作面造成的压力增大的现象，称为老顶初次来压。老顶初次垮落时，开切眼煤壁至工作面煤壁的距离，称为老顶初次垮落步距（图 10-3 中 L） 。老顶初次垮落步距与其岩石性质及距地表垂深有关一般在 2050m。153老顶初次来压的主要表现形式是，来压前工作面顶板压力并不显著，而煤壁内支承压力增大（煤壁片帮） ；来压一般比较突然，破坏和影响范围广，来压时顶板下沉速度急增等。初次来压一般要持续 23 天，在这
11、期间易发生事故。因此，在生产上要严加注意，一般采用加强支护。3. 老顶周期来压老顶初次垮落以后，回采工作面压力就降低了。但随着工作面的继续推进，老顶的悬露面积又逐渐增大。当老顶的悬露跨度达到一定长度时（此时老顶呈“悬臂梁”状） ，在老顶自重及上部岩体弯曲下沉的作用下，又将发生老顶的折断和垮落。随着工作面的推进，老顶的这种垮落现象周而复始地出现，称为老顶周期垮落，如图 10-4 所示。周期垮落时给工作而造成压力增大的现象、称为老顶周期来压。每次周期来压的间隔距离称为周期来压步距。周期来压步距一般为 1020m。图 10-3 老顶初次垮落L初次来压步距 图 10-4 老顶的周期垮落L周期来压步距周
12、期来压的主要表现形式是：顶板下沉速度急增；下沉量大；支护栽荷增大，能引起煤壁片帮、支柱折损，顶板台阶下沉等：生产中应采取与初次来压相似的措施控制周期来压。4. 影响矿压显现的主要因素1）采高与控顶距在一定地质条件下，采高是影响上覆岩层破坏状况的重要因素之一。采距越大，采出的空间越大，顶板下沉即工作面的矿压显现也越严重。2）工作面推进速度工作面推进速度快可在短期内降低顶板下沉量，而长期稳定在一定的推进速度时，顶板下沉速度与推进速度成正比，即推进速度快，相对顶板“悬臂梁”长，顶板下沉速度快。3）开采深度开采深度直接影响原始应力大小，如在松软岩层中开拓巷道，随着深度的增加，巷道围岩的“挤、压、鼓”现
13、象将更为严重。在坚硬顶板的条件下，开采深度对工作面的顶板压力大小影响不太突出、但总体规律是采深增加支承压力必然增加，从而导致煤壁片帮及底板鼓起的机率增加。4）煤层倾角的影响154实际观测证明，煤层倾角对回采工作面矿山压力显现的影响也是很大的。随着煤层倾角增加，顶板下沉将逐渐变小。因此，在同样的生产技术条件下，采用沿倾斜向下推进的倾斜长壁工作面与沿走向推进的工作面相比，在上覆岩层中更容易形成“铰接梁”而对工作面顶板管埋有利。第二节 缓倾斜、倾斜薄及中厚煤层长壁式采煤方法一、走向长壁式采煤方法1.采区巷道布置走向长壁式采煤方法的采区巷道布置有双面采区和单面采区两种布置方式。（1）双面采区巷道布置方
14、式1）巷道系统图 10-5 所示为单一煤层走向长壁式采煤法的采区巷道（双面）布置。掘进时，由采区运输石门 1 开掘采区下部车场（包括装煤车场 3 和绕道材料车场 4） 。在采区中央沿煤层掘进输送机上山 5 和轨道上山 6，直至井田上部边界，与采区回风石门 2 沟通。在轨道上山的尽头处开掘绞车房 7 和上部车场 8。为了准备出第一区段的回采工作面，在第一区段下部开掘中部车场 9，然后向采区两翼双巷掘进第一区段运输平巷 10 和第二区段回风平巷 11，并每隔 80100m 掘联络眼 12 连通 10 和 11。在采区上部，从上部车场 8 向两翼掘第一区段回风平巷 13。在采区边界，由区段运输平巷
15、10 沿煤层向上掘开切眼、连通区段回风平巷 13。此外，还要开掘采区煤仓 14 和采区变电所等。当上述巷道掘进完毕，安装好机电设备后，便可投入生产。2）生产系统采区生产系统包括：运煤系统、运料排矸系统、通风系统、水系统等。运煤系统如图 10-5 所示，回采工作面采出的煤炭，经区段运输平巷 10，转入输送机上山 5，进入采区煤仓 14，在采区下部车场 3 装入矿车，用电机车牵引，由采区石门1 经主要运输大巷至井底车场，再由主井提至地面。通风系统 采区通风一般要求避免乏风下行流动，因为瓦斯比空气轻、下行回风瓦斯易在高处积存，影响安全。因此，图 10-5 中，新鲜风流由采区运输石门 1 进入采区，经
16、下部车场 4、轨道上山 6、中部车场 9、分两翼经区段平巷 11、联络眼 12、区段运输平巷 10 进入回采工作面。清洗工作面后的乏风经上区段回风平巷 13、上部车场 8 进入采区回风石门 2，排出采区。掘进工作面所需的新鲜风流，从轨道上山 6 经中部车场 9分两翼送至区段平巷 11，在平巷内用局部通风机送往掘进工作面；乏风则从区段运输平巷 10流出，经输送机上山 5 及采区石门 2 排出采区。采区绞车房 7 和采区变电所 15 所需的新鲜风流由轨道上山直接通入，绞车房的回风经联络巷进入采区回风石门变电所的回风经输送机上山 5 进入采区回风石门 2 中。为了使风流能按上述路线流动，在相应地点须
17、设置局部通风机、风门和调节风窗等。155运料排矸系统 排矸运料采用 600mm 轨距的矿车及平板车。材料或设备从采区运输石门 1 进入，经采区下部车场 4、轨道上山 6、到上部车场 8，然后经上区段回风平巷13 送至回采工作面。区段回风平巷 11、11和区段运输平巷 10、10所需的材料和设备，从轨道上山 6 经中部车场 9、9送入。图 10-5 走向长壁采煤法采区巷道布置1采区运输石门；2采区回风石门；3采区下部装煤车场；4采区下部材料车场；5输送机上山；6轨道上山；7绞车房；8采区上部车场；9一区段中部车场；10一区段运输平巷；11二区段回风平巷；12、12联络眼；13一区段回风平巷；14
18、采区煤仓；15采区变电所；16行人巷；9二区段中部车场；10二区段运输平巷；11三区段回风平巷掘进巷道时所出的煤和矸石，利用矿车从各平巷运出，经轨道上山 6 下放到采区下部车场 4、再经采区运输石门 1 运出。1563） 区段平巷布置方式可分为两种布置方式：双巷布置和单巷布置。图 10-5 中区段平巷为双巷布置方式，其特点是掘进工作比较安全，掘进通风也比较方便。因为它可以利用一条巷道进风，另条巷道回风，但回风平巷 11 的维护时间较长，特别是受上区段回采时的压力影响，维护比较困难。此外，由于留有护巷煤柱，使煤炭损失增加。单巷布置方式包括沿空送巷和沿空护巷。沿空送巷 如图 10-6 所示，区段运
19、输平巷采用单巷布置，随回采随报废，等上区段回采完毕，顶板活动稳定后，再紧靠上区段采空区边缘掘下区段的回风平巷。沿空护巷 如图 10-7 所示，区段运输平巷采用单巷布置。随回采工作面的推进，在紧靠平巷上帮处砌 46m 宽的矸石带（俗称石墙） ，也有的利用打木垛或密集支柱代替矸石带，加强平巷的支护，以保留上区段的运输平巷作下区段回来时的回风平巷用。图 10-6 区段回风平巷沿空送巷 图 10-7 砌矸石带沿空护巷单巷布置方式可以减少煤炭损失，节约掘进费用，缓和采、掘衔接的关系。但对于采高较大的采区，其巷道的维护和维修较困难，甚至不适用。（2）单面采区巷道布置方式157图 10-8 所示为单面采区巷
20、道布置方式。采区内布置及生产系统基本上相当于双面采区布置的一翼。亦可采用单、双区段平巷。双面采区布置与单面采区布置相比的优点：双面采区可布置两个回采工作面同时生产、有利于集中生产，扩大采区生产能力；采区走向长度较长，可达1km 以上（综采可达 1.52.0km） ，使阶段内的采区数目相对减少，减少采区上山和车场的开掘费用，同时减少了上山运输设备的安装、拆移工作，可提高劳动生产率；由于阶段内采区数目的减少，采区间的保护煤柱损失减少，有利于提高采区回采率；生产和装载工作比较集中，管理方便。双面采区布置的缺点：通风系统和采区中部车场较复杂；采区的一翼存在反向运输；要求地质条件比较简单等。由于双面采区
21、比单面采区的优点多，因此，在一般条件下应尽量考虑采用双面采区布置方式。在井田的边角地块或受地质构造所影响的区域、不能布置双面采区时，再采用单面采区布置方式。2. 回采工艺（1）炮采工作面回采工艺1）爆破落煤爆破落煤，是用钻眼爆破的方法把煤从煤壁上崩落下来，它包括钻眼、装药、联线和放炮等工序。对爆破落煤的要求是：煤块粒度均匀、煤壁平直、不破顶、不留底、不崩倒支架，并且材料消耗少。若想取得较好的爆破效果，主要在于炮眼布置合理、装药量适当、炮眼充填质量好。2）装煤爆破落煤后，一般采用人工装煤，但为了减轻炮采工作面装煤工作的笨重劳动，应推广使用擢煤机和爆破装煤。爆破装煤是把输送机安设在距煤壁 0.2m
22、 处，并在输送机靠近采空区侧安设挡板，防止煤炭抛向采空区。一般爆破装煤效果可达 3138左右。3）运煤回采工作面煤炭的运输方式主要有：自重运输和刮板输送机运输两种方式。自重运输 在煤层倾角大于 25 时，工作面的底板上铺设溜槽（俗称“笨溜子” ） ，靠煤的自重溜煤。刮板输送机运输 刮板输送机（俗称“电溜子” ） ，它可分为拆移式刮板输送机和可弯曲刮板输送机两种。这些输送机移置方便、强度高、输送能力大，能适合于爆破装煤和图 10-8 单面采区巷道布置1输送机上山；2轨道上山158装煤机装煤。4）移输送机可弯曲刮板输送机采用液压干斤顶或其它类用的千斤顶移置。5）支护采煤过程中，要对悬露的顶板及时支
23、护。在采用金属支柱和金属顶梁的工作面，通常先挂顶梁护住顶板，在顶梁下面顶上柱子支撑。顶梁的首尾相连形成一条可以不断延长的延续梁。挂梁后梁下面暂时不打支柱也有一定的支护能力，可防止顶板局部垮落。支柱沿工作面倾斜方向的密度，通常是每隔一米一根，整齐地排列成行。最小的控顶距离是三排。随着工作面煤壁向前推进，支架增加到 46 排即最大控顶距。这时可撤出采空区的一排或两排支柱和顶梁，使顶板随之垮落。回柱要有熟练的技术和细心的工作，注意安全，避免支架被大块的岩石压住，造成损失和破坏。6）采空区处理采空区的处理方法有垮落法、充填法、煤柱支撑法和缓慢下沉法等几种，如图 10-9所示。（2）机采工作面回采工艺1
24、）采煤机简介一般机械化采煤工作面常用的采煤机，主要有滚筒式采煤机和刨煤机两种。滚筒采煤机主要由截煤部、牵引部、电动机及辅助装置组成。滚筒式采煤机的类型较多，但就其工作机构来说，主要有单滚采煤机和双滚筒采煤机两种。单滚筒采煤机的功率图 10-9 采空区处理方法159a垮落法；b局部充填法；c煤柱支撑法；d缓慢下沉法小、生产能力低，适用于采高不大的中厚煤层，作为机采工作面的主要采煤机械。它的外形如图 10-10 所示。双滚筒采煤机的功率较大、生产能力大，索引速度高，适用于采高较大的中厚煤层，一般是作为综采工作面的主要采煤机械。它的外形如图 10-11 所示。图 10-10 单滚筒采煤机1电动机；2
25、截煤部减速器；3摇臂；4滚桶；5挡煤板；6牵引部减速器；7链轮；8锚链；9电缆；10刮板输送机；11底托架；12喷雾装置图 10-11 双滚筒采煤机1牵引链；2弧形挡煤板；3滚筒；4翻转挡煤板装置；5摇臂；6左控制箱；7左截割部减速箱；8牵引部；9电动机部；10右截割部减速箱；11右控制箱；12滑靴；13可弯曲输送机；14底托架；15调高油缸；16调料油缸刨煤机是根据刨削原理工作的浅截深（一次刨深在 50100mm）采煤机。刨煤机组是由刨煤机、可弯曲刮板输送机、液压推进装置和电气控制等部分组成。160目前我国使用刨煤机的煤矿中，拖钩刨的使用较多些。因为拖钩刨相对其它类型刨煤机的结构简单、牵引链
26、在采空区侧易于检修。拖钩刨煤机结构如图 10-12 所示。2）回采工艺机械落煤与装煤 机采工作面的落煤与装煤是由机械来完成的。刨煤机落煤是由刨头上的刨刀进行的，装煤是用两侧犁形板，将刨落的煤炭铲入可弯曲刮板输送机。滚筒式采煤机的滚筒上镶有反向螺旋板，在螺旋板上布有截齿滚筒在旋转割煤（落煤）的同时，可将煤抛掷装入可弯曲利板输送机内。影响工作面落煤和装煤效率的因素很多，但是，在滚筒采煤机选型以后，最主要的因素是采煤机的割煤方式和进刀方式。运煤机采工作面运煤除必须采用可弯曲刮板输送机（炮采可采用自重运输）外，与炮采工作面运煤相同。支护 机采工作面广泛使用金属摩擦支柱或单体液压支柱。单体液压支柱是用高
27、压液体作动力的单体支柱，分内注式和外注式两种。内注式是在地面将一定量的油液注入支柱内、支柱工作时，活柱像千斤顶一样、靠液压伸出。外注式是由井下平巷液压泵站经高压软管向支拄供液，使活柱升降（与液压支架中的 l 根立柱相似） 。单体液压支柱比金属摩擦支柱的初撑力大 46 倍；回柱效率可提高 62%以上，顶板下沉量是金属磨擦柱的 1214。但是它比金属摩擦支柱造价高 56 倍。除了一些顶板坚硬或薄煤层工作面可以用戴帽点柱外，机采工作面的支架布置方式通常采用悬臂支护，这样可以实现追机挂梁、及时支护新暴露的顶板。悬臂支架的布置方式有齐梁式和错梁式两种。齐梁式适用于顶板比较稳定的条件；错梁式适用于顶板比较
28、破碎的条件。移输送机 在距采煤机 15m 以远处，利用液压（或其它类型）千斤顶将输送机移到正确地点，并使输送机平、直符合要求。采空区处理 采空区处理与炮采相同。对极坚硬的顶板、可利用深孔爆破方法放顶，以保证工作面的安全生产，避免因采用煤柱支撑法而增加工作面的搬家次数。（3） 综采工作面回采工艺图 10-12 拖钩刨煤机结构1底划刀；2超前刀；3预割刀；4顶刨刀；5板式刀；6刨体；7右撑板；8刀架；9加高块；10导向块；11限位块；12牵引块1611）综采工作面的设备配置综合机械化采煤（简称综采）工作面的主要设备有：采煤机、可弯曲刮板输送机和液压自移支架。用在综采工作面的采煤机通常是双滚筒（机体
29、两端各一个）采煤机，滚筒也是通过摇臂与机体连接，以便调整滚筒的高度。可弯曲刮板输送机采用重型的，而且靠煤壁一侧带有铲煤板。综采工作面使用的液压自移支架有三种类型支撑式、掩护式和支撑掩护式。支撑式自移支架如图 10-13 所示，它由前粱、 ，顶梁、支柱 6、底座 4、推移千斤顶等主要部件组成。通过操纵阀，可使支柱升起支撑顶板、或下降而卸载。推移千斤顶与工作面刮板输送机连接着。采煤后，支架不动，千斤顶伸出，可将输送机推靠煤壁，输送机不动时，支柱卸载，千斤顶收缩，就可拉支架前移。支撑式支架其支撑力集中在支架后部，挡矸性能不好，适用在直接顶完整，老顶来压强烈的条件。掩护式自移支架如图 10-14 所示
30、，它由顶梁 1，掩护粱 3、支柱 2、底座 4，推移千斤顶 5 等主要部件组成。其特点是支柱与掩护梁连接，底座与掩护梁用四连杆连接。这类支架挡矸性能良好，但其支撑力主要集中在支架前部，不适应强烈的老顶来压，因而宜用在直接顶破碎而老顶来压不明显的条件。图 10-13 支撑式自移支架162图 10-14 掩护式自移支架1顶梁；2支柱；3掩护架；4底座；5推移千斤顶；6刮板输送机；7液压油管支撑掩护式自移支架如图10-15 所示。它的支柱与顶粱连接来支撑顶板，具有支撑式支架的特点；而顶粱后有掩护梁，掩护梁通过四连杆与底座连接，又具有掩护式支架的特点。这类支架的适应性比较强，能适用于直接顶破碎又有老顶
31、来压的采煤工作面。综采工作面设备的配套问题很关键，尤其应使采煤机、刮板输送机和液压支架这三大设备均符合工作面的条件，并在生产能力、设备强度、空间尺寸等方面配套。综采工作面布置如图 10-16 所示。图 10-15 支撑掩护式自移支架163图 10-16 综采工作面的布置1滚筒采煤机；2可弯曲刮板输送机；3液压支架；4端头支架；5锚固支架；6巷道棚梁；7转载机；8转载机推进装置；9带式输送机；10集中控制台；11配电站；12泵站；13配电站及泵站移动装置；14移动变电站；15煤仓；16安全绞车；17单轨运输吊车2）回采工艺由于双滚筒采煤机摇臂较长，因而不需要开上、下缺口。采煤机一般也是用斜切进刀
32、方式而开始割煤的，沿工作面往返一次进两刀。每刀 0.6 米。综采日进度比普采大约大一倍。综采工作面的回采工艺过程有两种方式：采煤机沿煤壁采煤（沿采煤机移动方向，前滚筒割顶煤，后滚筒割底煤） ，落后采煤机 15m 推移输送机，接着拉液压支架，这是滞后支护方式，用在直接顶完整的条件。或者，采煤机沿煤壁采煤，紧随着前滚筒就拉液压支架，落后采煤机 15m 再推移输送机，这是及时支护方式，用在直接顶破碎的条件。多数情况下，随着支架前移，采空区顶板就自动冒落。完成一次采煤、推溜（输送机） ，移架，或采煤，移架，推溜，就完成一个循环。因此，综采是每昼夜甚至每班都是多循环作业。二、倾斜长壁式采煤方法长壁工作面
33、沿煤层走向布置，沿煤层倾向推进的采煤方法。1.采区巷道布置（单一煤层）（1）巷道系统以倾斜推进工作面为例，采区巷道布置如图 10-17 所示。沿水平运输大巷 1 每隔一164定距离（工作面长度） ，沿倾斜布置一条斜巷道直掘到采区边界。在边界将相邻两条斜巷连通（即开切眼） 。其中条巷道为运输巷 4、另一条巷道为回风巷 5。运输巷中靠近工作面安装一台可伸缩带式输送机，其余为吊挂式带式输送机。回风巷中铺设轨道，用无级绳绞车或单轨吊车运送设备和材料。（2）生产系统运煤系统 煤炭由工作面 3 运出，经工作面运输巷道 4 到煤仓 6，在水平大巷 1 装车运出采区。通风系统 新鲜风流由水平运输大巷 1，经进
34、风、行人斜巷 7、工作面运输巷 4 进人工作面 3；乏风由工作面回风巷 5 进入水平回风大巷 2 排出。（3）回采方式仰斜回采和俯斜回采 倾斜长壁回采工作面，按推进方向分为仰斜回采和俯斜回采两种。工作面沿倾斜从下向上推进的称为俯斜回采，适用于煤层顶板破碎、煤质较硬或顶板淋水较大煤层。工作面沿倾斜从上向下推进的称为俯斜回采，适用于煤层厚度较大、煤质松软、易片帮或瓦斯含量较大煤层。单工作面和对拉工作面布置 倾斜长壁工作面可以按单工作面布置，也可按对拉工作面布置（图 10-17） 。对拉工作面比单工作面布置可少掘一条巷道，占用设备也少，所以在布置倾斜长壁工作面时应首先考虑对拉布置。图 1017 单一
35、煤层倾斜长壁采煤巷道布置1水平运输大巷；2水平回风大巷；3回采工作面；4工作面运输巷道；5工作面回风巷道；6煤仓；7进风、行人斜巷为维护工作面巷道可以留煤柱，也可采用沿空送巷或沿空护巷方法（与走向长壁区段平巷的相同） 。2. 回采工艺倾斜长壁采煤方法的回采工艺与走向长壁采煤万法的回采工艺基本相同，也有三种形式,即炮采、机采和综采。因为工作而沿倾斜推进，所以，对使用的机械设备提出如下要求：165 保证采煤机工作的稳定性、仰斜方式回采时，防止采煤机掉道，在输送机槽两侧需要安装导向装置。 保证输送机工作的稳定性，在输送机下需设可调节的三角形托架。3. 倾斜长壁采煤方法的特点 倾斜长壁开采时，取消了采
36、区上（下）山，简化了巷道布置减少了巷道工程量。 倾斜长壁工作面是水平的，而其两侧的运输、通风巷则是沿煤层开掘的方向固定不变的倾斜巷道，回采工作面长度基本不变，能够适应综合机械化采煤的要求。 倾斜长壁采煤法回采方式灵活多样，有利于安全生产。 倾斜长壁开采，减少了一个运输环节，把“运煤三道弯”改为“两道弯”生产系统。取消了走向长壁开采的区段运输巷的运输设备，从而节省了运输费用。 存在辅助运输和行人距离长、水平运输大巷装车站多的不足。目前我国的倾斜长壁采煤法一般适用于地质构造简单、煤层倾角小于 12 的煤层，尤其适应开采近水平的薄及中厚煤层，技术、经济效果显著。如果开采条件适宜，应大力推广倾斜长壁采
37、煤法。目前我国正致力研制适应于倾斜长壁采煤法的采掘机械设备，改进巷道布置，以便扩大其使用范围。第三节 急倾斜煤层采煤法我国煤矿开采急倾斜煤层，使用过多种采煤方法。下面将简要介绍常用的几种方法。一、倒台阶工作面走向长壁采煤法图 10-18 所示为倒台阶工作面走向长壁采煤法采区巷道布置。 图中采区分为两个区段。图 10-18 倒台阶采煤法采区巷道布置1阶段运输平巷；2采区运输石门；3采区溜煤眼；4运料眼；5行人眼；6联络巷；7采区回风石门；8回风平巷；9阶段回风平巷；10区段运输平巷；11倒台阶工作面；12溜煤眼166自阶段运输平巷 1 开掘采区运输石门 2 进入煤层，在石门两侧掘采区溜煤眼 3，
38、运料眼 4，行人眼 5，并用联络巷连通。为保证安全，行人眼错开掘进。当各上山眼掘至回风水平与采区回风石门连通形成通风系统后，即掘进区段运输平巷 10 和回风平巷 8，至采区边界后，向上掘开切眼进行回采。工作面成倒台阶状，各台阶之间的错距一般为 2m 左右。工作面最下一个台阶加宽到 56m，用来暂时存放部分煤炭，同时便于行人和通风。工作面采出的煤，沿工作面自溜，经溜煤眼到区段运输巷 l0，用输送机运至采区溜煤眼 3，下放至采区石门 2 装车外运至井底车场。新鲜风流经行人眼、运料眼、区段运运输巷进入回采工作面、然后经回风巷、采区回风石门排至阶段回风平巷。工作面所需的材科、设备一般由回风石门运入，沿
39、回风巷送至工作面。下区段工作面用料，可用运料眼中安装的小绞车提升至区段回巷道，再送至各回采工作面。工作面长度为 4050m 左右，一般由 23 个台阶组成。台阶长度一般为 1020m 左右。工作面落煤一般用风镐或用炮采。落煤一般先从上隅角开始然后逐次沿台阶面向下采。每班进 24 排柱，排距为 0.80.9m。倒台阶工作面一般采用顺板棚子，采空区处理多用全部垮落法。倒台阶采煤法的优点是：巷道系统简单，掘进率低，回采率高，通风方便。但是，这种采煤方法具有生产工艺复杂，工作面支护和顶板管理工作量大，操作不便，以及坑木消耗大，安全条件差，工作面难以实现机械化等缺点。因此，近年来它的使用已逐渐减少。当煤
40、层不适宜用掩护支架开采时，厚度 2m 以下的煤层可采用倒台阶采煤法。二、直线工作面（钢丝绳煤锯）采煤法这种采煤方法巷道布置与缓倾斜煤层的工作面布置基本相似，但工作面般长度在20 一 30 米左右。其生产过程是：在回采工作面两端的区段平巷中各装 l 台绞车，绞车带动 1 根牵引钢丝绳，并经过导向轮与锯绳（锯绳上每隔 11.5m 装一个煤锯齿）连接。锯绳紧压工作面煤壁，做上下往复运动，锯齿在煤壁上拉出条沟槽。随着沟槽的不断加深，沟上下两帮的煤炭在地压作用下自行垮落并沿工作面底板下滑，经工作面下端溜煤眼到运输平巷的输送机（或装入运输平巷中的矿车）运出。这种采煤方法的特点是：工人可以不进入工作面落煤，
41、只在平巷中开动绞车和移动导向滑轮，比较安全；工作面不进行支护和顶板管理工作，因此减轻了劳动强度，提高工效，节约材料消耗。但是它仅适用于煤厚在 2 米以下、煤质松软不含夹石层、不粘顶粘底、顶板稳定的煤层中。三、水平分层及及斜切分层采煤法水平分层采煤法就是把煤层沿水平面划分成若干分层，并在每个分层中布置准备巷道及回采工作面，然后顺次进行回采，回采工作面一般沿走向推进。水平分层采煤法分层间的开采顺序及采空区处理方法，有下行垮落法和和上行（下行）充填法。我国煤矿都采用的是下行垮落法。167图 10-19 为水平分层下行垮落煤法的采区巷道布置。在双面采区的中间，沿煤层底板布置一组上山眼。采区沿倾斜分为
42、56 个区段，区段高度一般为 1520 m。区段内的分层数目一般为 57 个，每个分层的厚度为2.22.8m。当上山眼与采区回风石门贯通后，从上山眼开始同时掘进区段运输和回风平巷。最上面区段的回风平巷与上水平已采区之间，保留 57 m 煤柱。为了便于掘进时通风和运煤，区段运输和回风平巷之间每隔 2030 m 掘一联络眼。两条平巷掘到采区边界后，从第一分层平巷开掘沟通煤层顶底板的煤门，作为第一分层的回采工作面。与此同时，从区段运输平巷，沿走向每隔 56m 向上掘进小眼贯通第一分层平巷，用于回采时通风、溜煤、行人和运料。工作面从采区边界后退回采。随着回采，要超前工作面掘好小眼，同时掘进第二分层平巷
43、和煤门，准备也回采第二分层。这样，依次回采以下各分层。上下分层应保持一定错距，一般为 68m。为了溜煤和通风，每一分层工作面应保持两个小眼的控顶距。根据产量要求，以及运输和通风条件，可以同时有 36 分层回采。分层工作面的运煤系统是，采落的煤人工擢入附近的小眼，淄到区段运输平巷的输送机上，然而运到采区溜煤眼，下放到采区运输石门内装车运往井底车场。所用的支架材料、设备经采区运料井提到区段回风平巷，再经小眼送到分层工作面。图 10-19 水平分层下行垮落采煤法采区巷道布置1采区运输石门；2采区回风石门；3区段运输平巷；4区段回风平巷；5分层回采工作面；6小眼；7分层平巷168各分层工作面的通风是串
44、联的，如 10-19 中的箭头所示。在各分层工作面，距分层平巷较远的地点依靠扩散通风。 当煤层厚度较大附，例如大于 78m，工作面人工擢煤距小眼太远，很困难。而且扩散通风效果很差。这时，可以采用斜切分层的方法，使工作面向溜煤小眼方向倾斜2530 ，利用搪瓷溜槽溜煤，以减轻擢煤的繁重劳动。为了克服扩散通风的缺点、可沿顶板再掘一条分层平巷，并用斜煤门与沿底板的分层平巷贯通，如图 10-20 所示。图 10-20 斜切分层采煤法分层平巷布置1区段运输平巷；2区段回风平巷（第 分层沿底板平巷） ；3第一分层沿顶板平巷；4小眼；5斜煤门水平分层和斜切分层工作面的回采工作基本上是一样的，包括落煤、装煤、支
45、架、铺假顶、回柱放顶等工序。工作面落煤一般用打眼放炮或用风镐。工作面支架多采用金属支柱或金属铰接顶梁，顶梁垂直工作面布置。水平分层、斜切分层采煤法的主要优点是煤层地质条件适应件强，能适应煤层倾角和厚度的变化，回采率较高。这种采煤法的主要缺点是：巷道布置和通风系统复杂，巷道掘进量大，回采工序多，通风运料困难，工作面劳动动强度大。由于这些缺点，这种采煤方法的产量、效率较低，材料消耗较多。其适用条件是：厚度大于 2m 的急倾斜煤层，由于倾角、煤厚变化而不能采用伪斜柔性掩护支架采煤法时，可以采用水平分层采煤法；而斜切分层采煤法则适用于更厚的急倾斜煤层。第四节 水力采煤方法一、概述169水力采煤是用高压
46、泵输出的高压水通过水枪（图 10-21）射出，形成高压水射流直接破碎煤体，并利用水力完成运煤和提煤。其生产系统与一般采煤矿井有较大区别。我国从 20 世纪 50 年代末开始试验水力采煤，经过 40 多年的生产实践，在生产工艺、巷道布置和设备制造等方面都有很大改进和发展。二、水力采煤的生产系统水力采煤生产系统如图 10-22 所示。在地面（或井下）用高压水泵 1 把清水池 2 内的水加压至 5.8819.6MPa，高压水沿供水管路 3向回采水枪 4 和掘进水枪 5 供水（掘进水枪也可以由另外的低压或中压水泵供水） 。高压水通过水枪喷嘴形成射流，冲击煤壁，使煤体破碎。碎煤与水混合后，沿着定坡度（7
47、%12%）铺设的溜槽 6 流至采区煤水硐室，经固定筛或震动筛 7 分离开大块煤炭。大块煤炭可以用机械（输送机或矿车等）运至井底提至地面；也可通过破碎机破碎后与筛图 10-21 水枪外形1喷嘴；2枪筒；3垂直回转接头；4水平回转接头；5操纵把手；6底座图 10-22 水采矿井生产系统示意图1高压水泵；2清水池；3高压水管；4回采水枪；5掘进水枪；6溜槽；7脱水筛；8输送机；9采区煤水仓；10、13煤水泵；11、14煤水管；12井底煤水仓；15脱水车间；16补给水源；17贮煤仓170下的煤水一起流入采区煤水仑 9，经煤水泵 10 加压后沿煤水管 11 排至井底煤水仓 l2，再水煤水泵 13 由井筒
48、中的煤水管 14 至地面脱水车间 15 或洗选厂。进行脱水或洗选，煤泥经沉淀池沉淀后，水质符合要求的水可输回清水池 2 循环使用。 三、水力采煤方法水力采煤法有漏斗式和走向短壁式两种。1. 漏斗式采煤法缓倾斜煤层常用漏斗式采煤法，巷道布置如图 10-23 所示。当采区运输石门 2 通入煤层后，在底板岩层中开掘采区煤水硐室（包括脱水硐室 12、压入式煤水仓 13 和煤水泵房 14 等） ，然后，沿煤层倾斜方向在采区中部开掘煤水上山 5 和运料上山 6，从上山向采区两翼以 712的坡度掘进区段运输巷 7 和回风巷 8，直至采区边界。从采区边界开始，由区段运输巷 7 沿煤层倾斜向上掘进一系列的回采眼
49、 9，与区段回风巷 8 相通。回采眼之间的距离应在水枪的有效射程范围内，一般为 l016m（单面漏斗）或1824m（双面漏斗） 。回采眼之间用联络巷 l0 贯通，用于掘进和回采时的通风。由于在回采眼内运输材料和设备比较困难，故回采眼长度不宜过大，一般为 100150m。采区一翼长度一般在 300600m 左右。图 10-23 漏斗式采煤法巷道布置1岩石运输大巷；2采区运输石门；3岩石回风大巷；4采区回风石门；5煤水上山；6运料上山；7区段运输巷；8区段回风巷；9回采眼；10联络眼；11煤水通道；12脱水筛硐室；13压入式煤水仓；14煤水泵房171回采时从回采眼的上端开始，自上而下逐次后退回采。水力采煤的回采工艺比较简单，破煤、装煤、运煤都由水枪连续完成，回采工作面内不再进行支
