礦井開采技術(shù).doc

礦井開采技術(shù)一、基本概念1. 采場(chǎng)和采煤工作面用來(lái)直接大量采取煤炭的場(chǎng)所，稱為采場(chǎng)。在采場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行采煤的煤壁稱為采煤工作面。在實(shí)際工作中，采煤工作面與采場(chǎng)是同義語(yǔ)。2. 采煤工作在采場(chǎng)內(nèi)，為了采取煤炭所進(jìn)行的一系列工作，稱為采煤工作。采煤工作可分為基本工序和輔助工序。把煤從整體煤層中破落下來(lái)，稱為煤的破落，簡(jiǎn)稱破煤。把破落下來(lái)的煤炭裝入采場(chǎng)中的運(yùn)輸工具內(nèi)，稱為裝煤。煤炭運(yùn)出采場(chǎng)的工序，稱為運(yùn)煤。煤的破、裝、運(yùn)是采煤工作中的基本工序。為了使基本工序順利進(jìn)行, 必須保持采場(chǎng)內(nèi)有足夠的工作空間，這就要用支架來(lái)維護(hù)采場(chǎng)，這項(xiàng)工序稱為工作面支護(hù)。煤炭采出后，被廢棄的空間，稱為采空區(qū)。為了減輕礦山壓力對(duì)采場(chǎng)的作用，以保證采煤工作順利進(jìn)行, 在大多數(shù)情況下，必須處理采空區(qū)的頂板，這項(xiàng)工作稱為采空區(qū)處理。此外，通常還需進(jìn)行移置運(yùn)輸及采煤設(shè)備等工序。除了基本工序以外的這些工序，統(tǒng)稱為輔助工序。3. 采煤工藝由于煤層的自然條件和采用的機(jī)械設(shè)備不同，完成這些工序的方法也就不同，并且在進(jìn)行的順序上、時(shí)間和空間上，必須有規(guī)律地加以安排和配合。這種按照一定順序完成破煤、裝煤、運(yùn)煤、工作面支護(hù)、采空區(qū)處理等各項(xiàng)工序的方法及其配合，稱為采煤工藝或回采工藝。我國(guó)目前普遍采用的采煤工藝有：爆破采煤工藝、普通機(jī)械化采煤工藝、綜合機(jī)械化采煤工藝、綜采放頂煤采煤工藝。4. 采煤系統(tǒng)采煤巷道的掘進(jìn)一般是超前于采煤工作進(jìn)行的。它們之間在時(shí)間上的配合以及在空間上的相互位置關(guān)系，稱為采煤巷道布置系統(tǒng)，也稱為采煤系統(tǒng)。5. 采煤方法根據(jù)不同的礦山地質(zhì)及技術(shù)條件，可有不同的采煤系統(tǒng)與采煤工藝相配合，從而構(gòu)成多種多樣的采煤方法?？偲饋?lái)認(rèn)為：采煤方法就是采煤系統(tǒng)與采煤工藝的綜合及其在時(shí)間和空間上的相互配合。采煤方法主要分為壁式和柱式體系兩種。我國(guó)大多采用壁式體系采煤法。二、壁式體系采煤法璧式體系采煤法是指回采工作面長(zhǎng)度較長(zhǎng)(一般為 80250m左右)，工作面兩端各有一條巷道，用于通風(fēng)及運(yùn)輸，采落的煤炭沿著平行于煤壁的方向運(yùn)出工作面，隨著回采工作面推進(jìn)要求及時(shí)和有計(jì)劃地處理采空區(qū)的采煤方法。由于煤層厚度及傾角的不同，開采技術(shù)和采煤方法會(huì)有所區(qū)別。對(duì)于薄及中厚煤層，一般都是按煤層全厚一次采出，即整層開采；對(duì)于厚煤層，可把它分為若干中等厚度（23m) 的分層進(jìn)行開采，即分層開采，也可采用放頂煤整層開采。無(wú)論整層開采或分層開采， 依據(jù)不同傾角、按采煤工作面推進(jìn)方向，又可分為走向長(zhǎng)壁開采和傾斜長(zhǎng)壁開采兩種類型。1. 薄及中厚煤層單一長(zhǎng)壁采煤方法圖2-3-1(a) 所示為單一走向長(zhǎng)壁垮落采煤法示意圖。所謂“單一”，即表示整層開采；“垮落”表示采空區(qū)處理是采用垮落的方法。由于絕大多數(shù)單一長(zhǎng)壁采煤法均用垮落法處理采空區(qū)，故一般可簡(jiǎn)稱為單一走向長(zhǎng)壁采煤法。首先將采（盤）區(qū)劃分為區(qū)段，在區(qū)段內(nèi)布置回采巷道（區(qū)段平巷、開切眼），采煤工作面呈傾斜布置，沿走向推進(jìn)，上下回采巷道基本上是水平的，且與采（盤）區(qū)上山相聯(lián)。圖2-3-1單一長(zhǎng)壁采煤法示意圖 (a)走向長(zhǎng)壁 (b)傾斜長(zhǎng)壁(仰斜) (c)傾斜長(zhǎng)壁(俯斜) 1,2區(qū)段運(yùn)輸和回風(fēng)平巷；3采煤工作面；4,5分帶運(yùn)輸和回風(fēng)斜巷對(duì)于傾斜長(zhǎng)壁采煤法，首先將井田或階段劃分為帶區(qū)及分帶，在分帶內(nèi)布置回采巷道 (分帶斜巷、開切眼) ，采煤工作面呈水平布置，沿傾向推進(jìn)，兩側(cè)的回采巷道是傾斜的，并通過(guò)聯(lián)絡(luò)巷直接與大巷相聯(lián)。采煤工作面向上推進(jìn)稱仰斜長(zhǎng)壁圖2-3-1 (b )；向下推進(jìn)稱俯斜長(zhǎng)壁圖2-3-1 (c )。為了便于順利開采，煤層傾角不宜超過(guò)12。當(dāng)煤層頂板極為堅(jiān)硬時(shí)，若采用強(qiáng)制放頂(或注水軟化頂板)垮落法處理采空區(qū)有困難, 有時(shí)可采用煤柱支撐法(刀柱法)，稱單一長(zhǎng)壁刀柱式采煤法，如圖2-3-2所示。采煤工作面每推進(jìn)一定距離，留下一定寬度的煤柱(即刀柱)支撐頂板。但這種方法工作面搬遷頻繁，不利于機(jī)械化采煤，資源的采出率較低，是在特定條件下的一種采煤方法。當(dāng)開采急傾斜煤層時(shí)，為了便于生產(chǎn)和安全，工作面可俯偽斜布置，仍沿走向推進(jìn)，則稱為單一偽斜走向長(zhǎng)壁采煤法。另外，近十年來(lái)在緩斜厚煤層(5 m)中成功采用大采高一次采全厚的采煤法，也屬于單一長(zhǎng)壁采煤法的一種。單一長(zhǎng)壁采煤法是我國(guó)采用最為普遍的一種采煤方法，其產(chǎn)量比重占國(guó)有重點(diǎn)煤礦60%左右。圖2-3-2刀柱式采煤法示意圖2. 厚煤層分層開采的采煤方法開采厚煤層及特厚煤層時(shí)，采用整層采煤法開采將會(huì)遇到困難，在技術(shù)上較復(fù)雜。煤層厚度超過(guò)5m，采場(chǎng)空間支護(hù)技術(shù)和裝備目前尚無(wú)法合理解決。因此，為了克服整層開采的困難，可把厚煤層分為若干中等厚度的分層來(lái)開采。根據(jù)煤層賦存條件及開采技術(shù)不同，分層采煤法又可以分為傾斜分層、水平分層、斜切分層三種，分別如圖2-4-3 ( a)( b)( c)所示。圖2-3-3厚煤層開采分層方法(a)傾斜分層 (b)水平分層 (c)斜切分層1頂板;2底板;煤層傾角; 分層與水平夾角 傾斜分層將煤層劃分成若干個(gè)與煤層層面相平行的分層，見圖2-4-3 (a)。工作面沿走向或傾向推進(jìn)。 水平分層將煤層劃分成若干個(gè)與水平面相平行的分層，見圖2-4-3 ( b)。工作面一般沿走向推進(jìn)。 斜切分層將煤層劃分成若干個(gè)與水平面成一定角度的分層，見圖2-4-3 ( c)。工作面沿走向推進(jìn)。各分層的回采有下行式和上行式兩種順序。先采上部分層，然后依次回采下部分層的 方式稱為下行式；先回采最下分層，然后依次回采上部分層的方式稱為上行式。 回采順序與處理采空區(qū)的方法有極為密切的關(guān)系。當(dāng)用下行式回采順序時(shí)，可采用垮 落或充填法來(lái)處理采空區(qū)；采用上行式回采順序時(shí)，則一般采用充填法。 不同的分層方法、回采順序以及采空區(qū)處理方法的綜合應(yīng)用，可以演變出各式各樣的分 層采煤方法。但是，在實(shí)際工作中一般采用的主要有下列三種：傾斜分層下行垮落采煤法；傾斜分層上行充填采煤法；水平或斜切分層下行垮落采煤法。 分層采煤法是當(dāng)前我國(guó)在厚煤層中采用的主要采煤方法，最常用的是傾斜分層。頂板管理主要采用垮落法，充填法采用較少。分層方法多用于開采緩斜、傾斜厚及特厚煤層，有時(shí)也可用于傾角較小的急斜厚煤層；開采急斜厚煤層時(shí)，過(guò)去常用的水平(或斜切)分層采煤法已部分為掩護(hù)支架采煤法所替代，采用較少。急斜特厚煤層條件下，近幾年來(lái)已在水平分層采煤法基礎(chǔ)上成功地采用了水平分段綜采放頂煤采煤法，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79m。3. 厚煤層整層開采的采煤方法 隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，在厚煤層開采中整層開采有了較大發(fā)展。近幾年來(lái)，由于綜合機(jī)械化采煤技術(shù)裝備的發(fā)展、大采高支架的應(yīng)用，為5m以下的緩斜厚煤層采用大采高一次采全厚的單一長(zhǎng)壁采煤法創(chuàng)造了條件，并已得到較好的發(fā)展。 在緩傾斜、厚度為5.0m以上的厚煤層條件下，特別是厚度變化較大的特厚煤層，采用 了綜采放頂煤采煤法。綜合機(jī)械化放頂煤工藝是綜合機(jī)械化壁式 (長(zhǎng)壁或短壁)采煤工藝與放頂煤工藝有機(jī)結(jié)合的綜合采煤技術(shù)，是厚煤層采煤方法的新發(fā)展，其實(shí)質(zhì)是沿煤層 (或分段)底部首先采出一個(gè)分層厚度，分層上方的頂煤靠礦山壓力的作用破碎成散體狀態(tài)，然后靠重力落煤， 通過(guò)支架放煤口放出，人為控制頂煤開采的一種采煤方法。其工藝流程為：采煤機(jī)割煤拉移支架推移前部刮板輸送機(jī)放煤拉移后部刮板輸送機(jī)，放出的頂煤經(jīng)過(guò)后部刮板輸送機(jī)運(yùn)出工作面。綜采放頂煤采煤法主要有以下幾類： 預(yù)采頂分層放頂煤采煤法。 其方法為沿煤層頂板布置一個(gè)長(zhǎng)壁工作面進(jìn)行預(yù)采。在采煤過(guò)程中，沿底板鋪設(shè)金屬網(wǎng)。相隔一段距離和時(shí)間后，再沿底板布置一個(gè)綜采放頂煤工作面進(jìn)行開采，并將上、下工作面之間的煤層放落，利用放頂煤工作面后部輸送機(jī)，將放落的煤運(yùn)出。該方法適用于特厚煤層開采。 預(yù)采中分層放頂煤采煤法（圖2-3-4）。該方法也用于特厚煤層開采。采用這種方法時(shí)，先在距煤層底板約3m處布置一個(gè)工作面進(jìn)行預(yù)采；爾后再沿底板布置一個(gè)放頂煤工作面，采出沿底板的煤層并回收采空區(qū)破碎了的頂煤。這種方法易于回收頂煤，適用于特厚煤層開采。由于頂煤預(yù)先受到破壞，對(duì)易于自燃發(fā)火煤層，容易導(dǎo)致采空區(qū)煤的自然，且放頂煤時(shí)煤塵較大，采用較少。 整層開采放頂煤采煤法（圖2-3-5）。沿底板布置一個(gè)放頂工作面，一次回收完頂煤。該方法采用的較多，兗州礦區(qū)綜采礦井普遍采用這種方法。 分段放頂煤采煤法（圖2-3-6）。當(dāng)煤層厚度超過(guò)二十米乃至幾十米甚至上百米時(shí)，可以將煤層分為1012m的若干段。上下分段前后保持一定距離，同時(shí)采兩個(gè)分段，或者逐段下行采煤。這種方法適用于特厚煤層開采。圖2-3-4 預(yù)采中分層放頂煤采煤法 圖2-3-5 整層開采放頂煤采煤法圖2-3-6 分段放頂煤采煤法從總的情況來(lái)看，目前厚煤層整層開采所占比重比分層開采小。壁式體系采煤法為機(jī)械化采煤創(chuàng)造了條件。按工藝方式不同，長(zhǎng)壁工作面可有綜合機(jī)械化采煤、普通機(jī)械化采煤和爆破采煤三種工藝方式。壁式體系采煤法一般具有下列主要特點(diǎn)：通常具有較長(zhǎng)的采煤工作面長(zhǎng)度，我國(guó)一般為120180m，但也有較短的180120m，或更長(zhǎng)的180240m；在采煤工作面兩端至少各有一條巷道，用于通風(fēng)和運(yùn)輸；隨采煤工作面推進(jìn)，應(yīng)有計(jì)劃地處理采空區(qū)；采下的煤沿平行于采煤工作面的方向運(yùn)出采場(chǎng)。 我國(guó)、原蘇聯(lián)、波蘭、德國(guó)、英國(guó)、法國(guó)和日本等廣泛采用壁式體系采煤法；美國(guó)、澳大利亞等近年來(lái)也在發(fā)展壁式體系采煤法。三、柱式體系采煤法柱式體系采煤法有兩種基本類型，即房式采煤法和房柱式采煤法。根據(jù)地質(zhì)和技術(shù)條件的不同，每類采煤法又有很多變化。柱式體系采煤法的實(shí)質(zhì)是在煤層內(nèi)開掘一系列寬為57m左右的煤房，煤房間用聯(lián)絡(luò)巷相連，形成近似于長(zhǎng)條形或塊狀的煤柱，煤柱寬度由數(shù)米至二十多米不等。采煤在煤房中進(jìn)行。煤柱可根據(jù)條件留下不采，或在煤房采完后，再將煤柱按要求盡可能采出。留下煤柱不采的稱為房式采煤法，既采煤房又采煤柱的稱為房柱式采煤法。1. 房式采煤法這種采煤方法的特點(diǎn)是只采煤房不回收煤柱，用房間煤柱支承上覆巖層。房式采煤法根據(jù)煤柱尺寸和形狀還可分為很多種形式，如長(zhǎng)條式、切塊式等。但其基本布置方式相似。房式采煤法主要適用于頂板穩(wěn)定、堅(jiān)硬的條件，根據(jù)頂板性質(zhì)來(lái)確定房和柱的尺寸，采出率可達(dá)50%60% 。2. 房柱式采煤法這種方法的特點(diǎn)是房間留設(shè)不同形狀的煤柱，采完煤房后有計(jì)劃地回收這些煤柱。圖2-4-7為切塊式房桂式采煤法。該方法通常把45個(gè)以上煤房組成一組同時(shí)掘進(jìn)，煤房寬56m，煤房中心距為2030m，每隔一定距離用聯(lián)絡(luò)巷貫通，形成方塊或矩形煤柱。煤房掘進(jìn)到預(yù)定長(zhǎng)度后，即可回收煤柱。圖2-3-7 房柱式采煤法示意圖1房；2