煤矿采煤方法介绍采法(2).ppt

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1、第九章 采煤方法,一、采煤方法概念及其分类前几章从地面-井田划分；地下：井筒-开拓方式、井底车场、水平划分及布置、大巷布置等；采区-准备方式、采区参数；采区进一步划分-区段-对应采煤工作面；所以，接着该讲工作面了。,第一节 采煤方法分类与应用,采面是煤矿井下生产活动的中心。井下一切活动都是围绕采面出煤这个中心环节展开的，并为这个中心服务。采面是煤矿生产第一线，是直接出煤的场所（心脏）。谈到采面，自然而然就会联想到采法。采法选择是否恰当，直接影响到整个矿井的技术经济效果。,(一)采煤方法概念 包括两项内容：采煤系统-采、准巷道的布置方式，以及在其中布置相应的机械设备所形成的生产系统。（是动态系统

2、，要建立动态概念）采煤工艺采煤工作面落、装、运、支、处五大工序的进行方式及其它们在时、空上的相互配合关系。其中前三个工序为基本工序（采煤工作），后2个工序为辅助工序（顶板管理工作）。,采煤方法就是研究采煤系统和采煤工艺的一门技术科学，是二者的综合。然而二者并不是可以任意配合的，如炮采配液压支架不合适，而综采配木支架更不行。所以，在选择二者的配合方式，即在选择采法时必须遵循一定的原则。,（二）选择采煤方法的总原则 要从具体的矿山地质条件和生产技术条件出发，力求达到：生产安全；经济合理；煤炭采出率高；采法选择的主要影响因素：矿山地质因素；生产技术因素（机械化程度）经济与管理因素；巷道准备速度（掘进

3、机械化程度）,(三)采煤方法分类,二、（长）壁式体系采煤方法,(一)特点:工作面较长，80250m；工作面两端，一般至少各有一条回采巷道供运输、通风用；工作面运煤方向与工作面平行；顶板暴露面积大，矿山压力显现较为强烈，随着采面向前推进，要有计划处理采空区。,(二)分类 按采煤工艺分 爆破采煤法（炮采）普通机械化采煤法(包括高档普采)综合机械化采煤法,按工作面推进方向与煤层走向的关系分,走向长壁采煤法 倾斜长壁采煤法 仰斜 俯斜,垮落采煤法 刀柱（煤柱支撑）采煤法 充填采煤法,按采空区处理方法分,按厚煤层分层方法分倾斜分层采煤法水平分层采煤法斜切分层采煤法,(1)倾斜分层将厚煤层分成若干个与煤层

4、层面相平行的分层，然后逐层开采。,(2)水平分层将厚煤层分成若干个与水平面相平行的分层，然后逐层开采。,(3)斜切分层将厚煤层分成若干个与水平面成一定角度（2530）的分层（煤可自溜），然后逐层开采。,厚煤层整层开采大采高：3.55m放顶煤：5m,三、柱式体系采煤法(一)概念 在煤层内布置一系列宽为57m的煤房，采房时形成窄(短)工作面成组向前推进。房与房之间留煤柱，煤柱宽度数米至二三十米不等，每隔一定距离用联络巷贯通，构成生产系统，并形成条状或块状煤柱支撑顶板，称为房式（部分开采）。若采完房再尽可能采柱，则称为房柱式（全部开采）。,(二)分类高度机械化的柱式体系采法，一般分为房式和房柱式两类

5、。煤柱可根据条件留下不采，或在煤房采完后，再将煤柱按要求尽可能采出，前者称为房式采法，后者称为房柱式采法。美国将这两种方法统称为房柱式采法。,(三)柱式体系采法特点（与长壁体系相比）1 面长较短，小于40m，但数目多，巷道多，掘进率高，掘进出煤量大，煤损大，回采率低；2 矿压显现较缓和，支、处简单，用锚杆支护工作空间，有时可不处；3 采面出煤沿垂直于采面方向运出采面；4 采面通风条件较差（大串联、短路等），安全条件差；5 所用回采机械多与长壁面不同，用连续采煤机配套设备进行开采，采掘合一。采煤配套设备均能自行行走，灵活性强。,(四)柱式采煤法适用条件(1)采深较浅，覆盖层厚度300m。(2)顶

6、板中等稳定，底板坚硬，较平整。(3)煤质为中硬或中硬以上，没有坚硬的夹矸。(4)瓦斯涌出量低，煤层不易自燃。(5)单一煤层或非近距离煤层。,第二节 走向长壁采法采煤系统,一、回采巷道布置分析(一)区段平巷的坡度与方向1 区段平巷按中线和腰线施工的差异 中线：铅垂面与煤层层面的交线。它控制巷道延伸方向。其在底板等高线图上是直线，方向不变，但可能高低不平。腰线：水平面与煤层层面交线。它控制巷道坡度或高低。其在底板等高线图上是曲线，它随着等高线延伸方向变化而变化（与等高线延展方向一致），但坡度一定。回风平巷：按腰线掘进，有利于轨道运输 运输平巷：按中线掘进，有利于输送机运输,(a)按中线和腰线掘进(

7、b)按中线掘进(c)按腰线掘进,2 采煤工艺对区段平巷的坡度和方向要求 综采面：运输平巷内设置转载机和胶带输送机，须按中线掘进，或分段按中线掘进，回风平巷也必须按中线掘进，与运输平巷平行布置（保持工作面等长）。炮采和普采面：运输平巷必须按中线掘进，或分段按中线掘进。对于轨道平巷，在坡度和方向上有两种选择：一是按腰线掘进，保持巷道坡度，这有利于排水和轨道运输，但工作面不等长。二是按中线掘进，与运输平巷平行布置，使工作面等长，但巷道高低不平，要通过小水泵排水，且要设置多台绞车。,(二)区段平巷布置方式1 双巷布置 本区段运输平巷与下区段回风平巷同时掘进（一般轨巷超前），两巷间一般留820m的区段煤

8、柱。双巷布置的优点：探明煤层走向变化；便于辅助运输及排水；有利于掘进通风及安全；工作面接替容易；生产期间通风、运料和行人均方便。,双巷布置的缺点：留设区段煤柱，降低了采出率；本区段工作面开采对下区段回风平巷有一定影响；虽有区段煤柱护巷，但巷道维护仍然较困难，常需要较高的维护费用，且增加了联络巷的掘进费用及相应的密闭费用。,图-11 区段平巷双巷布置(a)掘进期间；(b)生产期间1-本区段的运输平巷；2-本区段的回风平巷；3-区段煤柱；4-下区段的回风平巷；5-输送机；6-开关、泵站、电气设备,图-12 高瓦斯矿井区段平巷双巷布置（U+L形通风）1区段运输平巷；2区段回风平巷；3瓦斯尾巷,图-1

9、3 区段平巷双巷布置，区段煤柱沿空掘巷回收1本区段的运输平巷；2本区段的回风平巷；3区段煤柱；4下区段的回风平巷；5沿采空区平巷,2 区段平巷多巷布置 国内外一些采用连续采煤机掘进回采巷道的高产高效矿井，为了充分发挥连续采煤机掘进巷道的优势，满足高产条件下通风安全要求，区段巷道采用多巷布置方式，区段间留煤柱，长壁面采后采用连续采煤机回收一部分煤柱。,图-9 区段平巷多巷布置与掘进,3 区段平巷单巷布置与掘进 上区段运输平巷和下区段回风平巷均为单巷掘进。下区段回风平巷一般在相邻工作面开采完毕，采空区上方一定范围内岩层活动基本稳定后再开掘。,1-本区段运输平巷2-本区段回风平巷3-区段煤柱4-待掘

10、下区段回风平巷,(1)单巷布置按煤柱分类 留煤柱护巷：区段煤柱宽度一般在620m。增加了煤炭损失，受侧向（固定）支承压力影响，回风平巷维护仍比较困难。沿空掘巷：就是沿上区段运输巷采空区边缘（低压区）掘进下区段回风巷，上下区段间不留煤柱或只留35m宽的隔离煤柱。理论和实践证明，沿空掘巷有利于巷道维护，减少了煤柱损失,图-16 沿空掘巷的区段巷道位置(a)完全沿空掘巷；(b)留小煤柱沿空掘巷,沿空掘巷的区段平巷布置与回采顺序有关，工作面接替有两种方式：一是区段间跳采接替，二是区段间依次接替。,图-17 沿空掘巷时采煤工作面接替(a)采区内多工作面生产，区段间跳采接替；(b)采区内一个工作面生产，区

11、段间依次接替,(2)单巷掘进的巷内设备布置,(a)(b)图-18 生产期间区段平巷单巷布置的综采设备布置(a)综采设备集中布置；(b)综采设备分巷布置1转载机；2胶带输送机；3变电站；4泵站；5配电点,要求：低瓦斯矿井，允许下行风（有主要设备的巷道应为进风巷（上巷进风）。,4 区段平巷沿空留巷(1)沿空留巷：保留和维护上区段运输巷做为下区段回风巷，称为沿空留巷。(2)优点及适用条件：完全取消了区段煤柱,有利于工作面接替,由于留巷期间所留巷道维护的难度较大,多用在薄及中厚煤层。,(三)采场通风方式与回采巷道布置 1 与通风相关的回采巷道布置应满足的要求：(1)工作面有足够风量，并符合安全规程的要

12、求，特别要防止工作面上隅角积聚瓦斯。(2)区段无煤柱开采时，应采取防止从巷道的两帮和顶部向采空区漏风的措施。(3)风流应尽量单向顺流，少折返逆流，系统简单，风路短。(4)根据通风要求，进、回风巷应有足够的断面、数目，要保证风速不超限。,图-23 采场通风方式示意(a)U形通风方式；(b)Z形通风方式；(c)Y形通风方式；(d)H形通风方式；(e)W形通风方式,一、倾斜长壁采法带区巷道布置及生产系统 倾斜长壁采煤法的实质：长壁工作面沿走向布置，沿倾斜推进。主要用于倾角小于12的煤层，可以选择炮采、普采和综采工艺。与走向长壁采煤法的主要区别：回采巷道布置方向不同，相当于走向长壁采法中的区段转了90

13、，原区段变为倾斜分带，原区段平巷变为分带斜巷。它与走向长壁采煤法相比具有生产系统简单、工作面搬迁次数少、掘进率低等优点，因此其应用越来越广。,第三节 倾斜长壁采法采煤系统,图-26 单一煤层倾斜长壁采煤法巷道布置1-运输大巷；2-回风大巷；3-俯斜开采工作面；4-工作面运输进风斜巷；5-工作面回风运料斜巷；6-带区煤仓；7-进风、行人斜巷,生产系统(1)运煤：3-4-6-1(2)通风：1-7-4-3-5-2(3)运料：1-5-3,二、带区参数及巷道布置分析1 工作面长度 由于工作面呈水平或小角度布置，倾斜长壁工作面相对较长。2 分带倾长 分带工作面的倾斜长度即工作面连续推进距离,相当于上山或下

14、山的阶段斜长,上山部分的斜长宜为10001500 m或者更长，下山部分的斜长宜为7001200 m。,图28 后退式和混合式回采顺序后退式，双巷布置与掘进；(b)后退式沿空留巷；(c)混合式，沿空留巷,3 仰斜与俯斜开采(1)仰斜开采:适用：顶板稳定，煤质较硬；顶板淋水大；煤易自燃需注浆；,(2)俯斜开采：适用：煤厚，大，煤松软易片帮，CH4大。,(3)混合开采当 5 时，仰斜与俯斜相结合的形式。,三、倾斜长壁采煤法工艺特点(一)仰采工艺特点(1)劳动条件：水自流至采空区，工作面无积水，劳动条件好，设备不易受潮。有利于采空区注浆。(2)顶板：随倾角加大，顶板稳定性差，临界角8；(3)煤壁稳定性

15、差，易片帮。煤壁可割成斜面；(4)当 时，采煤机不稳定，易翻倒；(5)支架形式：矸石涌向采空区，支架主要作用是支撑顶板，宜选用支撑式或支撑掩护式支架；（6）移架：移架困难，全工作面小移量多次前移；（7）当 时，采煤机易偏离煤壁，减少截深，煤滚入输送机下侧，易断链。,(二)俯采工艺特点(1)劳动条件：煤壁不易片帮，但采空区水总是流向采面，工作条件差；不利于采空区注浆。但俯斜开采不易集聚瓦斯；(2)顶板：有利于顶板连续性和稳定性，顶板相对稳定；(3)支架形式：矸石有涌入工作空间的趋势，支架应能防止破碎矸石涌入。选用掩护式或支撑掩护式支架。(4)移架：液压支架易向煤壁倾倒，移架时要严格控制降架高度，

16、带压擦顶移架。（5）机组不稳定，易掉道。（6）煤壁相对稳定，但装煤效果变差；,四、倾斜长壁采法的特点及适用条件,(一)倾斜长壁采法特点1 优点（与走向长壁采法相比）(1)巷道布置简单，巷道掘进和维护费用低，投产快。(2)运输系统简单，占用设备少，运输费用低。(3)工作面容易保持等长，有利于综采。(4)通风线路简单，通风构筑物少。(5)对某些地质条件适应性强。(6)技术经济效果好。,2 缺点(1)长距离倾斜巷道使掘进、辅助运输和行人比较困难。(2)在不增加工程量的条件下，煤仓和材料车场的数目多。(3)分带斜巷内存在下行通风问题。,(二)倾斜长壁采煤法适用条件 能否采用倾斜长壁采煤法主要考虑煤层倾

17、角大小和工作面连续推进长度。在开采区域内不受走向断层影响，且能保证足够工作面连续推进长度的条件下，倾斜长壁采煤法适用于倾角小于12以下的煤层；随着煤层倾角加大，技术经济效果逐渐变差，采取措施后倾斜长壁采煤法可在倾角为1217的煤层中使用。,（1）对于近水平、缓(倾)斜厚煤层，倾斜分层采高2.03.0m左右，然后逐层开采。（2）分层内可以采用走向长壁或倾斜长壁采法。分层间一般采用下行开采顺序，垮落法处理采空区，上分层一般要铺设人工假顶或形成再生顶板。（3）若分层同采，则在同一个区段的上下两个分层必须保持一定错距。,第四节 倾斜分层下行垮落长壁采法采煤系统,人工假顶材料：竹笆或荆笆、金属网、塑料网

18、 竹笆是用竹片或细竹竿经铁丝编织而成的笆片。荆笆是用荆条交织编成的笆片。竹笆或荆笆假顶只能沿底板铺设，一般沿工作面倾斜由下向上铺设，笆片之间相互搭接，搭接处用铁丝联结。,金属网假顶,金属网假顶一般用12 14#镀锌铁丝编织而成。网边用8 10#铁丝编成。网孔20 25mm。网孔形状：正方形（经纬网）、菱形、蜂窝形。菱形网：承力好，延展性好，寿命长，广泛应用。,金属网假顶,实质：在厚煤层沿底部布置一个采高23m的长壁工作面，用常规方法进行开采，并利用矿山压力的作用下或辅以松动爆破等方法，使支架上方的顶煤破碎成散体后，由支架后方或上方的“放煤窗口”放出，经刮板输送机运出工作面。,1-采煤机；2-前

19、输送机；3-放顶煤液压支架；4-后输送机；5-平巷带式输送机；6-配电设备；7-安全绞车；8-泵站；9-放煤窗口；10-转载破碎机；A-不充分碎煤体；B-较充分碎煤体；C-放出煤体,第五节 长壁放顶煤采煤法,一、放顶煤采煤法的类型（一）按结构、类型和放煤口位置不同高位放煤：支架前端只铺设一部输送机中位放煤：前、后两部输送机低位放煤：前、后两部输送机,高位放顶煤（单输送机）液压支架（平顶山、辽源、潞安）煤尘大、采放不能平行作业、回收率低,中位放顶煤（双输送机）液压支架（阳泉、乌鲁木齐、抚顺）,低位放顶煤（双输送机）液压支架（兖州、鹤壁、晋城）后输送机铺在底板上，煤尘小，有发展前景,放顶煤液压支架

20、类型(低位),(二)按采放次数分类 一次采全厚放顶煤：沿煤层底板布置放顶煤工作面，一次采放出煤层全厚，这是我国目前使用最多的放顶煤方法。预采顶分层顶网下放顶煤：将煤层划分为两个分层，沿煤层顶板下先采一个采高为23m的顶分层长壁工作面。铺网后，再沿煤层底板布置放顶煤工作面，将两个工作面之间的顶煤放出。预采顶分层可起到预先释放瓦斯的作用，便于进行瓦斯抽采工作（上解放层）。,倾斜分层放顶煤：煤层厚度大于1520m时，用平行于煤层层面的斜面，将煤层分为两个以上厚度在810m的倾斜分层，而后依次进行放顶煤开采。预采中分层放顶煤：先在中分层布置普通的采煤工作面，让该工作面上部顶煤冒落，只采不放，堆积于采空

21、区；再在下分层布置综放工作面，采底层煤，并将中分层开采后其上部的原实体顶煤和已堆积在采空区的顶煤放出。,(a)一次采全厚放顶煤,(b)预采顶分层网下放顶煤,(c)倾斜分层放顶煤,(d)预采中分层放顶煤,二、综采放顶煤采煤系统分析 下图是潞安漳村煤矿1303综采放顶煤工作面的采区巷道布置。该工作面采区巷道布置的特点是上下平巷和回风上山均沿底板且布置在煤层中，系统简单，掘进工程量小。,1 工作面长度：合理的工作面长度应是在一个生产班内能将工作面内的顶煤全部放完。对于煤层厚度大、主要由放煤能力决定工作面单产的工作面，工作面长度不宜太大。工作面最佳长度为180200 m。2 工作面沿走向（沿倾斜）推进

22、长度：综放工作面连续推进长度一般不小于8001000m。从防灭火角度考虑，工作面的回采时间不宜过长。,三 放顶煤采煤法的优点有利于合理集中生产；增加了开采强度，单产高。简化了生产环节，实现了矿井高度集中化生产，降低了掘进及维护费等，具有显著的经济效益，吨煤成本明显降低。对煤厚变化及地质条件具有较强的适应性。此外，综放开采对小的地质构造也具有较好的适应性。,四 放顶煤存在的问题和不足煤炭损失大：放顶煤工作面采出率一般比分层开采低10%左右。防火困难：在回采期间采空区就可能发生煤炭自燃。煤尘大：割煤、移架时架间漏煤及放煤均为粉尘的来源。瓦斯易积聚，隐患较大：放顶煤产量集中，瓦斯易于积聚，易形成隐患。,五 放顶煤长壁采煤法的适用条件煤厚：一次采出煤厚以512m为佳。倾角：煤层倾角一般以25以下为宜。煤层结构：煤层中含坚硬夹石会影响顶煤放落。顶板条件：直接顶应具有随顶煤下落的特性。煤层硬度f小于3、层理、节理较发育。自然发火期长、瓦斯小、煤尘小及水文地质条件简单。,