第五章 近水平、緩斜及中斜煤層采煤方法

1、采礦概論江蘇徐州 | 中國礦業(yè)大學(xué) 韓昌良 講師第五章第五章 近水平、緩斜及中斜煤層采煤方法近水平、緩斜及中斜煤層采煤方法1 1采煤方法采煤方法概念概念2 2長壁工作面長壁工作面采煤工藝采煤工藝3 3放頂放頂煤采煤工藝煤采煤工藝4 4回采巷道回采巷道布置系統(tǒng)布置系統(tǒng) 第一節(jié)第一節(jié) 采煤方法概念采煤方法概念 1. 采煤工作面采煤工作面采煤工作面采煤工作面：煤礦開拓和掘進必需的巷道之后，形成了進行：煤礦開拓和掘進必需的巷道之后，形成了進行采煤作業(yè)的場所。采煤作業(yè)的場所。如圖如圖5-1所示。所示。 開切眼開切眼：最初掘進，供安裝采煤設(shè)備的巷道。：最初掘進，供安裝采煤設(shè)備的巷道。采空區(qū)采空區(qū)：采煤后廢

2、棄的空間。：采煤后廢棄的空間。圖圖5-1 工作面空間和采空區(qū)工作面空間和采空區(qū)a-開切眼；開切眼；b-在開切眼附近；在開切眼附近；c-正?；夭蓵r正?；夭蓵r 2. 采煤工藝采煤工藝： 采煤工作面采煤工作面各工序各工序所用所用方法方法、設(shè)備設(shè)備及其在及其在時間時間、空空間間上的相互配合稱為上的相互配合稱為采煤工藝采煤工藝。 回采工藝過程包括回采工藝過程包括破煤破煤、裝煤裝煤、運煤運煤、支護支護和和處理處理采空區(qū)采空區(qū)等五道主要工序。這些工序按破煤、裝煤、運煤、等五道主要工序。這些工序按破煤、裝煤、運煤、移輸送機、支護、處理采空區(qū)的順序依次進行。移輸送機、支護、處理采空區(qū)的順序依次進行。 3. 采煤

3、工藝方式采煤工藝方式： 爆破采煤工藝爆破采煤工藝、普通機械化采煤工藝普通機械化采煤工藝和和綜合機械化綜合機械化采煤工藝采煤工藝三類。三類。 4. 采煤方法采煤方法： 采煤工藝采煤工藝與與回采巷道布置回采巷道布置及其在時間上、空間上的及其在時間上、空間上的相互配合叫相互配合叫采煤方法采煤方法。 5. 壁式體系采煤法壁式體系采煤法： 走向長壁采煤法走向長壁采煤法：長壁工作面沿煤層走向推進的采：長壁工作面沿煤層走向推進的采煤方法，即為走向長壁采煤法；煤方法，即為走向長壁采煤法； 傾斜長壁采煤法傾斜長壁采煤法：長壁工作面沿煤層傾斜推進的采：長壁工作面沿煤層傾斜推進的采煤方法，即為傾斜長壁采煤法。如圖煤

4、方法，即為傾斜長壁采煤法。如圖5-2所示。所示。 圖圖5-2 兩種采煤方法示意圖兩種采煤方法示意圖 第二節(jié)第二節(jié) 長壁工作面采煤工藝長壁工作面采煤工藝 一、一、 采煤工作面礦山壓力采煤工作面礦山壓力 （一）頂板與底板（一）頂板與底板 圖圖5-3 煤層、頂板、底板的相對位置關(guān)系煤層、頂板、底板的相對位置關(guān)系基本底直接底煤層基本頂直接頂偽頂（二）采動后頂板活動的一般規(guī)律（二）采動后頂板活動的一般規(guī)律 長壁工作面長壁工作面如圖如圖5-4所示。所示。圖圖5-4 直接頂初次垮落直接頂初次垮落 1. 直接頂初次垮落直接頂初次垮落：2. 巖石碎脹系數(shù)巖石碎脹系數(shù)：巖石破碎后與破碎前體積的比值叫：巖石破碎后與

5、破碎前體積的比值叫巖石碎脹系數(shù)。巖石碎脹系數(shù)。3. 直接頂充填系數(shù)直接頂充填系數(shù)：直接頂厚度與煤層采高的比值。：直接頂厚度與煤層采高的比值。 如圖如圖5-5所示所示。 圖圖5-5 直接頂垮落后直接頂垮落后的巖石充填情況的巖石充填情況圖圖5-6 基本頂呈雙基本頂呈雙固定支點梁狀態(tài)固定支點梁狀態(tài) 4. 基本頂初次來壓基本頂初次來壓：基本頂初次破斷在采煤工作面引：基本頂初次破斷在采煤工作面引起的礦壓顯現(xiàn)稱為初次來壓（如圖起的礦壓顯現(xiàn)稱為初次來壓（如圖5-7所示）；由開切眼到所示）；由開切眼到初次來壓時工作面推進的距離叫初次來壓時工作面推進的距離叫基本頂初次來壓步距基本頂初次來壓步距。 5. 基本頂周

6、期來壓基本頂周期來壓：基本頂周期折斷在采煤工作面引：基本頂周期折斷在采煤工作面引起的礦壓顯現(xiàn)稱為周期來壓；基本頂巖梁周期性折斷的距起的礦壓顯現(xiàn)稱為周期來壓；基本頂巖梁周期性折斷的距離叫做基本頂離叫做基本頂周期來壓步距周期來壓步距（如圖（如圖5-8所示）。所示）。 圖圖5-7 基本頂初次來壓基本頂初次來壓 圖圖5-8 基本頂周期來壓基本頂周期來壓 （三）采煤工作面頂板分類（三）采煤工作面頂板分類 表表5-1 直接頂類別代號及名稱直接頂類別代號及名稱 類別類別 1類類 2類類 3類類 4類類 1a 1b 不穩(wěn)定不穩(wěn)定 中等穩(wěn)定中等穩(wěn)定 穩(wěn)定穩(wěn)定 非常穩(wěn)定非常穩(wěn)定 巖性和巖性和結(jié)構(gòu)特結(jié)構(gòu)特征征 泥巖

7、、泥頁泥巖、泥頁巖，節(jié)理裂巖，節(jié)理裂隙發(fā)育或松隙發(fā)育或松軟。軟。 泥巖、碳質(zhì)泥巖、碳質(zhì)泥巖，節(jié)理泥巖，節(jié)理裂隙發(fā)育。裂隙發(fā)育。 致密泥巖、粉致密泥巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥砂巖、砂質(zhì)泥巖，節(jié)理裂隙巖，節(jié)理裂隙不發(fā)育。不發(fā)育。 砂巖、石灰砂巖、石灰?guī)r，節(jié)理裂巖，節(jié)理裂隙很少。隙很少。 致密砂巖、致密砂巖、石灰?guī)r，節(jié)石灰?guī)r，節(jié)理裂隙極少。理裂隙極少。 （四）采煤工作面圍巖支承壓力及其變化（四）采煤工作面圍巖支承壓力及其變化 1. 原巖應(yīng)力原巖應(yīng)力：天然存在于原巖內(nèi)的應(yīng)力叫做原巖應(yīng)力。：天然存在于原巖內(nèi)的應(yīng)力叫做原巖應(yīng)力。 2.支承壓力支承壓力：采煤后，由于采掘空間原被采物承受的載采煤后，由于采掘空間原被采

8、物承受的載荷轉(zhuǎn)移到周圍支承體上而形成的壓力，叫支承壓力。如圖荷轉(zhuǎn)移到周圍支承體上而形成的壓力，叫支承壓力。如圖5-9所示。所示。 圖圖5-9 工作面周圍巖體內(nèi)應(yīng)力工作面周圍巖體內(nèi)應(yīng)力重新分布概況重新分布概況 3. 礦壓礦壓：存在于采掘空間圍巖內(nèi)的力叫做礦山壓力，簡稱：存在于采掘空間圍巖內(nèi)的力叫做礦山壓力，簡稱“礦壓礦壓”。 4. 應(yīng)力集中系數(shù)應(yīng)力集中系數(shù)：工作面周圍巖體內(nèi)最高應(yīng)力與原始應(yīng)力：工作面周圍巖體內(nèi)最高應(yīng)力與原始應(yīng)力的比值叫做應(yīng)力集中系數(shù)。的比值叫做應(yīng)力集中系數(shù)。 5. 支承壓力分布支承壓力分布: （1）工作面：（圖）工作面：（圖5-9所示）所示） （2）底板傳遞：（圖）底板傳遞：（圖

9、5-10所示）所示） 煤體上的支承壓力還會傳遞到底板巖層中，如圖煤體上的支承壓力還會傳遞到底板巖層中，如圖5-10所示。所示。 圖圖5-10 底板應(yīng)力升高區(qū)示意圖底板應(yīng)力升高區(qū)示意圖 二、爆破采煤工藝二、爆破采煤工藝 爆破采煤工藝，又稱爆破采煤工藝，又稱“炮采炮采”，指在，指在長壁工作面用爆破長壁工作面用爆破方法破煤和裝煤方法破煤和裝煤、人工裝煤、輸送機或溜槽運煤和單體支柱、人工裝煤、輸送機或溜槽運煤和單體支柱支護采空區(qū)的采煤工藝。支護采空區(qū)的采煤工藝。 1. 破煤破煤：（如圖（如圖5-11所示）所示） 圖圖5-11 炮采工作面炮眼布置圖炮采工作面炮眼布置圖 2. 裝煤裝煤：爆破裝煤、人工裝煤

10、和機械裝煤三種。：爆破裝煤、人工裝煤和機械裝煤三種。3. 運煤運煤：可彎曲刮板輸送機和溜槽運煤。：可彎曲刮板輸送機和溜槽運煤。4. 支護支護：單體液壓支柱和鉸接頂梁支護采空區(qū)。單體液壓支柱和鉸接頂梁支護采空區(qū)。圖圖5-12、圖、圖5-13 圖圖5-12 單體液壓支柱結(jié)構(gòu)單體液壓支柱結(jié)構(gòu) 圖圖5-13 金屬鉸接頂梁結(jié)構(gòu)圖金屬鉸接頂梁結(jié)構(gòu)圖 5. 處理采空區(qū)處理采空區(qū)：全部垮落法、充填法和煤柱支承法等三種。：全部垮落法、充填法和煤柱支承法等三種。6. 炮采工作面回采工藝過程如圖炮采工作面回采工藝過程如圖5-15所示。所示。 圖圖5-15 回采工藝過程回采工藝過程 7. 采煤循環(huán)：采煤循環(huán)：循環(huán)就是

11、采掘工作面周而復(fù)始地完成一整循環(huán)就是采掘工作面周而復(fù)始地完成一整套工序的過程套工序的過程。采煤工作面循環(huán)，即完成落煤、裝煤、運煤、。采煤工作面循環(huán)，即完成落煤、裝煤、運煤、支護和處理采空區(qū)的全過程。以放頂為標志，稱為一個循環(huán)。支護和處理采空區(qū)的全過程。以放頂為標志，稱為一個循環(huán)。 圖圖5-16 炮采工作面循環(huán)作業(yè)圖表炮采工作面循環(huán)作業(yè)圖表 8. 循環(huán)循環(huán)圖表：循環(huán)圖表：循環(huán)圖表表示工圖表表示工作面作面各工序各工序進行的時間進行的時間和空間位置和空間位置關(guān)系關(guān)系。 三、普通三、普通機械化機械化采煤工藝采煤工藝 普通機械化采煤普通機械化采煤工藝，簡稱工藝，簡稱“普采普采”，是是用機械方法破煤和用機

12、械方法破煤和裝煤、輸送機運煤裝煤、輸送機運煤、單體支柱和鉸接頂梁單體支柱和鉸接頂梁支護采空區(qū)頂板支護采空區(qū)頂板的采的采煤工藝。普采工作面煤工藝。普采工作面布置如圖布置如圖5-17所示。所示。 圖圖5-17 普采工作面布置示意圖普采工作面布置示意圖 1. 工作面主要設(shè)備：采煤機、輸送機、單體液壓支柱、工作面主要設(shè)備：采煤機、輸送機、單體液壓支柱、鉸接頂梁。鉸接頂梁。 圖圖5-21 單滾筒采煤機端頭進刀工藝過程單滾筒采煤機端頭進刀工藝過程 2. 采煤工藝：采煤工藝： （1）采采-破、裝、破、裝、運：由采煤機和輸送運：由采煤機和輸送機完成。機完成。 （2）控控-支護、支護、處理采空區(qū)。處理采空區(qū)。

13、3. 普采工作面的普采工作面的采煤工藝過程為：采煤工藝過程為： 圖圖5-21所示為單所示為單滾筒采煤機斜切進刀滾筒采煤機斜切進刀的工藝過程。的工藝過程。4. 圖圖5-22是普采工作面循環(huán)圖表。是普采工作面循環(huán)圖表。 圖圖5-22 普采工作面循環(huán)作業(yè)圖表普采工作面循環(huán)作業(yè)圖表 四、綜合機械化采煤工藝四、綜合機械化采煤工藝 綜合機械化采煤，簡稱綜合機械化采煤，簡稱“綜采綜采”。在長壁工作面用。在長壁工作面用機械方式破煤和裝煤、輸送機運煤和液壓支架支護頂板機械方式破煤和裝煤、輸送機運煤和液壓支架支護頂板的采煤工藝。的采煤工藝。 1. 綜采工作面配備的主要設(shè)備有：雙滾筒采煤機、綜采工作面配備的主要設(shè)備

14、有：雙滾筒采煤機、可彎曲刮板輸送機、自移式液壓支架?？蓮澢伟遢斔蜋C、自移式液壓支架。 綜采工作面使用的液壓支架有：支撐式、支撐掩護綜采工作面使用的液壓支架有：支撐式、支撐掩護式、掩護式等三種。式、掩護式等三種。 （1）支撐式自移式液壓支架如圖）支撐式自移式液壓支架如圖5-23所示。所示。 （2）掩護式自移式液壓支架如圖）掩護式自移式液壓支架如圖5-24所示。所示。 （3）支撐掩護式自移式液壓支架如圖）支撐掩護式自移式液壓支架如圖5-25所示。所示。 圖圖5-23 支撐式液壓支架支撐式液壓支架 圖圖5-24 掩護式液壓支架掩護式液壓支架 圖圖5-25 支撐掩護式液壓支架支撐掩護式液壓支架 2.

15、 綜采工綜采工作面布置如圖作面布置如圖5-26所示。所示。 圖圖5-26 綜采工作面綜采工作面布置布置 3. 采煤工藝：采煤工藝： （1）采）采-破、裝、破、裝、運：由采煤機、輸送運：由采煤機、輸送機完成。斜切進刀方機完成。斜切進刀方式，圖式，圖5-27。 （2）控）控-液壓支液壓支架：及時支護架：及時支護-采煤、采煤、移架、推溜；滯后支移架、推溜；滯后支護護-采煤、推溜、移采煤、推溜、移架。架。圖圖5-27 采煤機端部斜切進刀工藝過程采煤機端部斜切進刀工藝過程 4. 圖圖5-28是綜采工作面典型循環(huán)圖表是綜采工作面典型循環(huán)圖表 圖圖5-28 綜采工作面循環(huán)作業(yè)圖表綜采工作面循環(huán)作業(yè)圖表 第三

16、節(jié)第三節(jié) 放頂煤采煤工藝放頂煤采煤工藝 放頂煤采煤工藝實質(zhì)是，在放頂煤采煤工藝實質(zhì)是，在開采煤層的底部（沿底板或開采煤層的底部（沿底板或在煤層中某一高度范圍的底部）布置一個回采工作面在煤層中某一高度范圍的底部）布置一個回采工作面，用常，用常規(guī)的機械化采煤方法進行回采，工作面上方的頂煤，規(guī)的機械化采煤方法進行回采，工作面上方的頂煤，利用礦利用礦山壓力的作用或輔以人工松動方法使其破碎，并隨工作面推山壓力的作用或輔以人工松動方法使其破碎，并隨工作面推進在后方放出進在后方放出。這種采煤工藝稱為放頂煤采煤工藝。這種采煤工藝稱為放頂煤采煤工藝。 圖圖5-29 放頂煤綜采工作面設(shè)備布置放頂煤綜采工作面設(shè)備布

17、置 1. 放頂煤綜采工作面設(shè)備布置如圖放頂煤綜采工作面設(shè)備布置如圖5-29所示。所示。 2. 放頂煤采煤工藝放頂煤采煤工藝 （1）綜采（底煤）；（）綜采（底煤）；（2）放頂煤：頂煤破碎；放煤步距；）放頂煤：頂煤破碎；放煤步距；放煤方式放煤方式 3. 優(yōu)缺點：優(yōu)缺點：放頂煤綜采工藝與分層綜采工藝相比具有工藝放頂煤綜采工藝與分層綜采工藝相比具有工藝簡單、產(chǎn)量高、效率高、材料消耗少、巷道掘進工程量少、簡單、產(chǎn)量高、效率高、材料消耗少、巷道掘進工程量少、工作面搬家次數(shù)少、成本低工作面搬家次數(shù)少、成本低等優(yōu)點。等優(yōu)點。 目前頂煤損失相對較多、自然發(fā)火控制難度大、工作面煤目前頂煤損失相對較多、自然發(fā)火控制

18、難度大、工作面煤塵大、瓦斯易積聚等問題依然較為突出。塵大、瓦斯易積聚等問題依然較為突出。根據(jù)采煤和放煤之間的工序配合關(guān)系，放頂煤綜采工作面常根據(jù)采煤和放煤之間的工序配合關(guān)系，放頂煤綜采工作面常有三種方式：有三種方式：一刀一放一刀一放、兩刀一放兩刀一放、三刀一放三刀一放。一刀一放即采煤煤機每割一刀煤，放頂煤支架放一次頂煤。一刀一放即采煤煤機每割一刀煤，放頂煤支架放一次頂煤。同一支架兩次放煤工序之間，綜采工作面沿推進方向的前進同一支架兩次放煤工序之間，綜采工作面沿推進方向的前進距離，稱為距離，稱為放煤步距放煤步距；其值為采煤機截深的整數(shù)倍，一刀一；其值為采煤機截深的整數(shù)倍，一刀一放時放煤步距等于采

19、煤機截深。放時放煤步距等于采煤機截深。 放頂煤放頂煤支架支架的放煤方式主要有：的放煤方式主要有：單輪順序放煤單輪順序放煤、單輪間隔單輪間隔順序放煤順序放煤、多輪順序放煤多輪順序放煤、多輪間隔順序放煤多輪間隔順序放煤。圖圖5-30 放頂煤綜采工作面放頂煤綜采工作面放頂煤支架類型放頂煤支架類型 第四節(jié)第四節(jié) 回采巷道布置系統(tǒng)回采巷道布置系統(tǒng) 形成采煤工作面及為其服務(wù)的巷道叫回采巷道。主要有形成采煤工作面及為其服務(wù)的巷道叫回采巷道。主要有開切眼、工作面運輸巷、工作面回風(fēng)巷等。開切眼、工作面運輸巷、工作面回風(fēng)巷等。1) 回采巷道的布置方式回采巷道的布置方式圖圖5-31 回采巷道回采巷道的布置形式的布置

20、形式 （1）雙巷式；）雙巷式； （2）單巷式；）單巷式；（3）多巷式布置。）多巷式布置。 如圖如圖5-31所示。所示。 2) 2) 幾種布置方式的優(yōu)缺點和適用條件幾種布置方式的優(yōu)缺點和適用條件雙巷布置雙巷布置便于巷道內(nèi)礦車運輸和排水；有利于膠帶輸送機或刮板輸便于巷道內(nèi)礦車運輸和排水；有利于膠帶輸送機或刮板輸送機運輸；利用工作面軌道巷探明煤層變化情況，便于輔助送機運輸；利用工作面軌道巷探明煤層變化情況，便于輔助運輸；工作面接替容易；有利于巷道掘進時的通風(fēng)和安全運輸；工作面接替容易；有利于巷道掘進時的通風(fēng)和安全回采巷道掘進工程量大；維護時間長，困難；聯(lián)絡(luò)巷工程回采巷道掘進工程量大；維護時間長，困難

21、；聯(lián)絡(luò)巷工程量大；煤柱損失多量大；煤柱損失多單巷布置單巷布置減少煤柱損失減少煤柱損失瓦斯含量不大，煤層埋藏穩(wěn)定，涌水量不大時瓦斯含量不大，煤層埋藏穩(wěn)定，涌水量不大時一條半巷道布置一條半巷道布置介于二者之間介于二者之間多巷布置多巷布置連續(xù)采煤機開掘巷道，掘進速度快，采掘合一，工作面連續(xù)采煤機開掘巷道，掘進速度快，采掘合一，工作面單產(chǎn)水平高，工作面準備和搬遷容易單產(chǎn)水平高，工作面準備和搬遷容易掘進工程量大掘進工程量大3) 3) 回采巷道布置特點回采巷道布置特點 圖圖5-32 區(qū)段平巷的坡度及方向區(qū)段平巷的坡度及方向 采煤方法概念采煤方法概念 長壁工作面采煤工藝長壁工作面采煤工藝 放頂煤采煤工藝放頂

22、煤采煤工藝 回采巷道的布置回采巷道的布置本章小結(jié)本章小結(jié)3.5 長綜采工作面開采技術(shù) （1）長綜采工作面的合理長度）長綜采工作面的合理長度 面長增加，主要為了提高單面集中生產(chǎn)能力和效率，減少巷道掘進面長增加，主要為了提高單面集中生產(chǎn)能力和效率，減少巷道掘進率，但受煤層賦存條件、通風(fēng)、安全條件、設(shè)備裝備水平、生產(chǎn)管理率，但受煤層賦存條件、通風(fēng)、安全條件、設(shè)備裝備水平、生產(chǎn)管理水平等制約。兗州綜放面長水平等制約。兗州綜放面長270 m，潞安綜放達，潞安綜放達275 m，新集，新集282m，神，神東大采高綜采東大采高綜采400m。 (2）長綜采工作面采場礦壓控制技術(shù)）長綜采工作面采場礦壓控制技術(shù) 通

23、過提高支架初撐力和工作阻力，解決端面冒頂、片幫、頂板下沉，通過提高支架初撐力和工作阻力，解決端面冒頂、片幫、頂板下沉，從而解決頂板控制問題。從而解決頂板控制問題。（3）長綜采工作面瓦斯與煤塵運移規(guī)律絕對瓦斯涌出量增加；局部瓦斯積聚加劇；采空區(qū)瓦斯涌出量大；瓦斯涌出不均衡（移架時由此明顯、來壓步距不一致）。實施效果： 美國 短壁開采技術(shù)創(chuàng)始于美國。在美國井工開采采用短壁綜合機械化采煤的產(chǎn)量居于領(lǐng)先地位，短壁采出的煤量占井工煤產(chǎn)量的53%。 澳大利亞與南非 澳大利亞和南非兩國根據(jù)各自的煤層地質(zhì)條件，開發(fā)出旺格威利和西格瑪2種短壁采煤方法。 我國 在引進設(shè)備的基礎(chǔ)上，已有部分國產(chǎn)配套設(shè)備，其短壁機械化開采技術(shù)已處于國際領(lǐng)先水平。3.6 短壁機械化開采技術(shù)短壁開采工作面布置LDd20132實例1：短壁機械化開采工作面布置“三下”開采短壁方案實例2：短壁機械化開采工作面布置實例3：短壁機械化開采工作面布置實例4：短壁機械化開采工作面布置80m25m聯(lián)巷順槽順槽行