柱式体系采煤法

1、中国矿业大学矿业工程学院主讲：屠世浩教授2第九章第九章 柱式体系采煤法柱式体系采煤法第一节第一节 房式采煤法房式采煤法第二节第二节 房柱式采煤法房柱式采煤法第三节第三节 房柱式与长壁工作面配合采煤法房柱式与长壁工作面配合采煤法第四节第四节 高度机械化的柱式体系采煤法优高度机械化的柱式体系采煤法优缺点与适用条件缺点与适用条件3一、盘区巷道布置及主要技术参数一、盘区巷道布置及主要技术参数二、采煤工艺二、采煤工艺三、房式采煤法适用条件和注意问题三、房式采煤法适用条件和注意问题第一节第一节 房式采煤法房式采煤法4一、盘区巷道布置及主要技术参数一、盘区巷道布置及主要技术参数 房式采煤法：房式采煤法：只采

2、煤房不回收煤柱，用房间煤柱支只采煤房不回收煤柱，用房间煤柱支撑上覆岩层的一种采煤方法。煤房宽度取决于采高、撑上覆岩层的一种采煤方法。煤房宽度取决于采高、采深、顶底板稳定性及设备。采用连续采煤机开采采深、顶底板稳定性及设备。采用连续采煤机开采时的煤房宽度多为时的煤房宽度多为57m，钻眼爆破开采时的煤房，钻眼爆破开采时的煤房宽度多小于宽度多小于4m。51、 盘区巷道布置示例盘区巷道布置示例 美国某矿采用房式采煤法的巷道布置如图美国某矿采用房式采煤法的巷道布置如图9-1所所示，主巷示，主巷5条，盘区准备巷道条，盘区准备巷道3条，在盘区两侧条，在盘区两侧布置煤房，形成区段。区段内布置煤房，形成区段。区

3、段内6个煤房同时推进。个煤房同时推进。房宽房宽7m，煤柱尺寸为，煤柱尺寸为8m8m。区段间煤柱宽。区段间煤柱宽为为8m，因受地质构造影响，煤房长约，因受地质构造影响，煤房长约220m。一、盘区巷道布置及主要技术参数一、盘区巷道布置及主要技术参数61、 盘区巷道布置示例盘区巷道布置示例一、盘区巷道布置及主要技术参数一、盘区巷道布置及主要技术参数美国某矿采用房式采煤法的巷道布置美国某矿采用房式采煤法的巷道布置72、 房式采煤法技术参数房式采煤法技术参数 1）平巷数目根据运输、行人、工作面推进速度、顶板管理方）平巷数目根据运输、行人、工作面推进速度、顶板管理方式及通风能力综合确定平巷数目，因为掘进和

4、采煤合一，式及通风能力综合确定平巷数目，因为掘进和采煤合一，因而多条巷道并列布置对生产及通风有利。通常主副平巷因而多条巷道并列布置对生产及通风有利。通常主副平巷为为58条，一般中间数条进风，两侧回风，区段平巷为条，一般中间数条进风，两侧回风，区段平巷为35条。由于通风和安全的要求，还需同时开掘横向联络巷贯条。由于通风和安全的要求，还需同时开掘横向联络巷贯通每条巷道。通每条巷道。一、盘区巷道布置及主要技术参数一、盘区巷道布置及主要技术参数82）煤柱尺寸）煤柱尺寸 煤柱尺寸由上覆岩层厚度、煤层和底板强度确定，常留煤柱尺寸由上覆岩层厚度、煤层和底板强度确定，常留设设820m宽的煤柱。宽的煤柱。3）煤

5、房采高、采宽及截深）煤房采高、采宽及截深 连续采煤机采高可达连续采煤机采高可达4m，煤房因采用锚杆支护，宽度一，煤房因采用锚杆支护，宽度一般不超过般不超过6m；如果煤层顶板破碎时，宽度应相对缩小。；如果煤层顶板破碎时，宽度应相对缩小。截深应确保采煤机司机始终处于锚杆支护的安全范围内，截深应确保采煤机司机始终处于锚杆支护的安全范围内，即最远时司机在最后一排锚杆之以外，截深一般为即最远时司机在最后一排锚杆之以外，截深一般为56m。一、盘区巷道布置及主要技术参数一、盘区巷道布置及主要技术参数9 按运煤方式的不同，连续采煤机采煤工艺可分为按运煤方式的不同，连续采煤机采煤工艺可分为以下两种工艺系统：以下

6、两种工艺系统：二、采煤工艺二、采煤工艺101、连续采煤机、连续采煤机梭车间断运输工艺系统梭车间断运输工艺系统二、采煤工艺二、采煤工艺典型的连续采煤机运输工艺系统配套设备包括：典型的连续采煤机运输工艺系统配套设备包括：1 1台台连续连续采煤采煤机机1 1台台锚杆锚杆机机最少最少2 2台台梭车梭车或蓄或蓄电池电池运煤运煤车车1 1台台破碎破碎机机1 1台台蓄电蓄电池铲池铲车车1 1套套移动移动变电变电站站充电充电设备设备足够足够的备的备用电用电池池11二、采煤工艺二、采煤工艺横滚筒连续采煤机横滚筒连续采煤机12二、采煤工艺二、采煤工艺梭车梭车 梭车容量一般为梭车容量一般为730t，车高车高0.71

7、.6m，车长，车长8m左右。梭车车底装有刮板左右。梭车车底装有刮板输送机，便于装载和卸载。输送机，便于装载和卸载。梭车布置在连续采煤机之梭车布置在连续采煤机之后，承接采煤机截割下来后，承接采煤机截割下来的煤，并往返于连续采煤的煤，并往返于连续采煤机和破碎机之间。机和破碎机之间。13二、采煤工艺二、采煤工艺l铲车用来运送人员、搬运物料和设备、清理工作铲车用来运送人员、搬运物料和设备、清理工作面残留浮煤和杂物。面残留浮煤和杂物。l 锚杆机用来打眼和安装锚杆，为胶轮自行式。采锚杆机用来打眼和安装锚杆，为胶轮自行式。采煤机与锚杆机轮流进入煤房作业。先采煤一定进煤机与锚杆机轮流进入煤房作业。先采煤一定进

8、度，采煤机退出至另一煤房，锚杆机进入进行支度，采煤机退出至另一煤房，锚杆机进入进行支护。至少两个煤房交替进行。护。至少两个煤房交替进行。14二、采煤工艺二、采煤工艺l 连续采煤机工作时要及时架设纵向风障，形成连续采煤机工作时要及时架设纵向风障，形成宽宽1m的风道，使其端部超前于采煤机，以保持的风道，使其端部超前于采煤机，以保持工作面良好的通风条件。工作面良好的通风条件。l与传统的炮采巷柱式采煤工艺相比，这种工艺与传统的炮采巷柱式采煤工艺相比，这种工艺机械化程度高，减少了作业人员。一般采用三机械化程度高，减少了作业人员。一般采用三班作业，每班配备班作业，每班配备79人，功效较高，年产人，功效较高

9、，年产2030万吨。万吨。15二、采煤工艺二、采煤工艺2、连续采煤机、连续采煤机输送机连续运输工艺系统输送机连续运输工艺系统l 将采煤机采落的煤，通过多台输送机转运至胶带输送机将采煤机采落的煤，通过多台输送机转运至胶带输送机上，其工艺系统如图上，其工艺系统如图9-5所示。所示。l 这种连续运输系统主要用于近水平薄煤层。这种连续运输系统主要用于近水平薄煤层。l薄煤层一般采用纵向螺旋滚筒采煤机，该采煤机及工艺薄煤层一般采用纵向螺旋滚筒采煤机，该采煤机及工艺过程如图过程如图9-6所示。两个带截齿的纵向螺旋滚筒一次钻进所示。两个带截齿的纵向螺旋滚筒一次钻进1.1m，可左右摆动，可左右摆动45，一次采宽

10、可达，一次采宽可达67m，利用两，利用两滚筒相向转动，将破落的煤推装到连续采煤机内刮板输滚筒相向转动，将破落的煤推装到连续采煤机内刮板输送机上，运到采煤机尾部。送机上，运到采煤机尾部。16二、采煤工艺二、采煤工艺17二、采煤工艺二、采煤工艺连续采煤机连续采煤机输送机连续运输工艺系统输送机连续运输工艺系统18二、采煤工艺二、采煤工艺3、 连续运输系统的优缺点连续运输系统的优缺点1）与梭车运煤系统比较，连续运输系统优点：）与梭车运煤系统比较，连续运输系统优点：(1) (1) 运输能力大，连续生产时间长，可以使采煤机的生产能运输能力大，连续生产时间长，可以使采煤机的生产能力得到充分发挥力得到充分发挥

11、(2) (2) 设备爬坡力强，对底板比压较小设备爬坡力强，对底板比压较小；(3) (3) 设备运输可靠，运行环境比较安全，不易洒落浮煤设备运输可靠，运行环境比较安全，不易洒落浮煤；(4) (4) 运输成本低运输成本低。19二、采煤工艺二、采煤工艺2）缺点：）缺点：（1 1）设备初期投入高，整套设备比梭车（按设备初期投入高，整套设备比梭车（按3 3台计）高台计）高30%30%左右左右；（2 2）设备搬家倒面工艺较复杂）设备搬家倒面工艺较复杂；（3 3）对顶板完整性要求较高）对顶板完整性要求较高。20三、房式采煤法适用条件和注意的问题三、房式采煤法适用条件和注意的问题1、适用条件、适用条件 房式采

12、煤法一般适用于近水平薄或中厚煤层，与房式采煤法一般适用于近水平薄或中厚煤层，与长壁开采配合，也可用于厚煤层，一般要求瓦斯长壁开采配合，也可用于厚煤层，一般要求瓦斯含量小，采深小，顶板中等稳定以上，底板平整含量小，采深小，顶板中等稳定以上，底板平整较硬。在地面建筑物设施需保护区域、不规则边较硬。在地面建筑物设施需保护区域、不规则边角块段等条件下，使用较多。角块段等条件下，使用较多。21三、房式采煤法适用条件和注意问题三、房式采煤法适用条件和注意问题2、 应注意的问题应注意的问题 房和柱的尺寸应根据围岩性质及开采条件确定。房和柱的尺寸应根据围岩性质及开采条件确定。为便于设备运行，房宽不应小于为便于

13、设备运行，房宽不应小于5m。在坚硬顶板。在坚硬顶板条件下，房宽可适当加大；留设的煤柱宽度应使条件下，房宽可适当加大；留设的煤柱宽度应使煤柱能起到支撑顶板的作用，以防煤柱压垮造成煤柱能起到支撑顶板的作用，以防煤柱压垮造成大面积来压或冒顶；在地面需要保护时，一般柱大面积来压或冒顶；在地面需要保护时，一般柱宽略大于房宽，以保持其稳定性，采出率一般不宽略大于房宽，以保持其稳定性，采出率一般不超过超过40%左右。左右。22一、块状煤柱房柱式采煤法一、块状煤柱房柱式采煤法二、条状煤柱房柱式采煤法二、条状煤柱房柱式采煤法三、适用条件三、适用条件第二节第二节 房柱式采煤法房柱式采煤法房柱式采煤法：房柱式采煤法

14、：煤房间留设不同形状的煤柱，采煤房间留设不同形状的煤柱，采煤房时煤柱暂时支撑顶板，采完煤房后有计划的煤房时煤柱暂时支撑顶板，采完煤房后有计划的回收所留设的煤柱。回收所留设的煤柱。23一、块状煤柱房柱式采煤法一、块状煤柱房柱式采煤法通常以通常以45个以上的煤房为一组同时掘进，煤房个以上的煤房为一组同时掘进，煤房宽宽57m，房间煤柱宽，房间煤柱宽1525m，每隔一定距离用联，每隔一定距离用联络巷贯通，形成方块或矩形煤柱。因煤柱尺寸和围岩络巷贯通，形成方块或矩形煤柱。因煤柱尺寸和围岩条件不同，煤柱回收工艺主要有以下三种。条件不同，煤柱回收工艺主要有以下三种。24二、条状煤柱房柱式采煤法二、条状煤柱房

15、柱式采煤法盘区准备巷道长度一般为盘区准备巷道长度一般为5001000m。在盘区。在盘区准备巷道一侧或两侧布置长条状房柱，一组长条状房准备巷道一侧或两侧布置长条状房柱，一组长条状房柱宽约柱宽约15m，长约，长约6590m。如图。如图9-8所示：所示：25二、条状煤柱房柱式采煤法二、条状煤柱房柱式采煤法条状煤柱房柱式采煤法条状煤柱房柱式采煤法26二、条状煤柱房柱式采煤法二、条状煤柱房柱式采煤法条状房柱回采顺序一般采用后退式，两侧布置时，条状房柱回采顺序一般采用后退式，两侧布置时，也可一侧前进另一侧后退。回采时首先在也可一侧前进另一侧后退。回采时首先在15m宽的条宽的条状房柱中采出煤房，煤房宽状房柱

16、中采出煤房，煤房宽6m，单头掘进，掘进至，单头掘进，掘进至边界后（边界后（65 90m），后退回收剩余的），后退回收剩余的9m煤柱。如煤柱。如此逐条进行。由于煤房是单头掘进，房间无联络巷，此逐条进行。由于煤房是单头掘进，房间无联络巷，条状煤柱是连续的。回收顺序如图中编号，煤柱回收条状煤柱是连续的。回收顺序如图中编号，煤柱回收后，顶板似长壁工作面一样，能充分冒落。后，顶板似长壁工作面一样，能充分冒落。27三、适用条件三、适用条件房柱式采煤法适用于近水平薄或中厚煤层，顶板房柱式采煤法适用于近水平薄或中厚煤层，顶板中等稳定以上，瓦斯含量小，采深较小，房和柱的尺中等稳定以上，瓦斯含量小，采深较小，房和

17、柱的尺寸应根据围岩性质及开采条件确定。为便于设备运行，寸应根据围岩性质及开采条件确定。为便于设备运行，房宽应不小于房宽应不小于5m5m。28利用连续采煤机及其配套设备多巷快速开掘煤房利用连续采煤机及其配套设备多巷快速开掘煤房优势，为长壁综采工作面掘进回采及准备巷道，形成优势，为长壁综采工作面掘进回采及准备巷道，形成房柱式与长壁工作面配合的采煤法。由于掘进速度快，房柱式与长壁工作面配合的采煤法。由于掘进速度快，一次能同时掘进一次能同时掘进3 34 4条平巷，掘进速度快，通风能力条平巷，掘进速度快，通风能力大，工作面安全出口多，可为上下两个区段长壁工作大，工作面安全出口多，可为上下两个区段长壁工作

18、面服务，不仅有利于采掘衔接，而且充分发挥了长壁面服务，不仅有利于采掘衔接，而且充分发挥了长壁综合机械化开采和连续采煤机房柱式开采的优点。我综合机械化开采和连续采煤机房柱式开采的优点。我国神东矿区广泛采用。国神东矿区广泛采用。29在两个长壁工作面之间开掘一组煤房，煤房间留在两个长壁工作面之间开掘一组煤房，煤房间留设煤柱，这些煤房形成了长壁工作面的回采巷道，而设煤柱，这些煤房形成了长壁工作面的回采巷道，而煤柱既是两个长壁工作面的回采巷道之间当的护巷煤煤柱既是两个长壁工作面的回采巷道之间当的护巷煤柱，又是两个长壁工作面采完后用连续采煤机回收煤柱，又是两个长壁工作面采完后用连续采煤机回收煤柱的工作面。

19、柱的工作面。30长壁工作面回采巷道四巷布置与掘进方式如下图长壁工作面回采巷道四巷布置与掘进方式如下图所示。准备长壁工作面时，将四条回采巷道全部开掘所示。准备长壁工作面时，将四条回采巷道全部开掘出来，两边长壁工作面采完后，还保留了两条回采巷出来，两边长壁工作面采完后，还保留了两条回采巷道，连续采煤机利用这两条巷道来回收回采巷道间的道，连续采煤机利用这两条巷道来回收回采巷道间的煤柱。煤柱。31房柱式与长壁工作面配合的采煤法巷道布置房柱式与长壁工作面配合的采煤法巷道布置32房柱式与长壁工作面配合的采煤法优点：房柱式与长壁工作面配合的采煤法优点：（1 1）长壁工作面开采时形成多巷进风和多巷回）长壁工作

20、面开采时形成多巷进风和多巷回风的通风方式，设备布置、运煤、运料、行人等均可风的通风方式，设备布置、运煤、运料、行人等均可分巷设置；分巷设置；（2 2）机械化水平高，工作面推进速度快，产量）机械化水平高，工作面推进速度快，产量大、通风能力大。大、通风能力大。33一、房柱式采煤法优点一、房柱式采煤法优点(1) 设备投资少，一般一套设备仅为长壁综采价格的设备投资少，一般一套设备仅为长壁综采价格的1/31/6。(2)采掘设备相同，采掘合一，掘煤房即为采煤，建井采掘设备相同，采掘合一，掘煤房即为采煤，建井工期短，出煤快，特别对于有煤层露头且用平硐开拓的工期短，出煤快，特别对于有煤层露头且用平硐开拓的矿井

21、。矿井。(3)设备运转灵活，多为胶轮或履带行走，自身搬迁、设备运转灵活，多为胶轮或履带行走，自身搬迁、拆装方便，容易适应煤层变化，容易把不规则带、边角拆装方便，容易适应煤层变化，容易把不规则带、边角煤和断层切割区的煤采出来。煤和断层切割区的煤采出来。(4)支护简单，以锚杆支护为主，大部分为煤层巷道，支护简单，以锚杆支护为主，大部分为煤层巷道，矸石量少，并可在井下处理，有利于地表环境保护。矸石量少，并可在井下处理，有利于地表环境保护。34二、缺点二、缺点(1) 采出率低，一般为采出率低，一般为50%60%，回收煤柱时可提高到回收煤柱时可提高到70%75%。(2) 通风条件差，进、回风并列布置，通

22、风构筑物多，漏风通风条件差，进、回风并列布置，通风构筑物多，漏风大，管理困难，多头串联通风大，管理困难，多头串联通风(3) 对地质条件要求较严格，不适用于倾角大、厚度大以及对地质条件要求较严格，不适用于倾角大、厚度大以及顶板稳定性差顶板稳定性差、顶板淋水严重、顶板淋水严重的煤层，也不适用于近距离的煤层，也不适用于近距离煤层群开采煤层群开采。35三、适用条件三、适用条件(1)采用平硐开拓的中小型矿井，其产量和效率比长壁普采工作面开采要高。(2)大型特大型矿井可采用房柱式和长壁综采工作面相配合的方法，利用连续采煤机为综采工作面掘进回采巷道和回收煤柱。(3)开采“三下”压煤，只采煤房，不回收煤柱，按

23、条带采煤法的要求设计采出条带和保留条带宽度，已达到减少地表下沉和变形的目的。36第三节第三节 应用实例应用实例 神东煤炭集团采煤工作面以长壁综采为主。同时，对神东煤炭集团采煤工作面以长壁综采为主。同时，对矿井、盘区的边角区域，构造附近以及大巷煤柱等不能布矿井、盘区的边角区域，构造附近以及大巷煤柱等不能布置长壁综采地段的资源回收探索采用房柱开采，提高煤炭置长壁综采地段的资源回收探索采用房柱开采，提高煤炭资源采出率。自资源采出率。自19961996年以来，先后使用了煤柱支撑房柱式年以来，先后使用了煤柱支撑房柱式采煤法、旺格维利单翼回采采煤法、双翼对拉旺格维利采采煤法、旺格维利单翼回采采煤法、双翼对

24、拉旺格维利采煤法、使用两台线性支架房柱式采煤法和使用煤法、使用两台线性支架房柱式采煤法和使用4 4台线性支台线性支架全部垮落法房采工艺等不同的连采房柱式采煤方法共采架全部垮落法房采工艺等不同的连采房柱式采煤方法共采出煤炭近出煤炭近50005000万吨。万吨。 37采房采房单翼房采方法单翼房采方法1、传统型房式采煤方法、传统型房式采煤方法1996-2000年神东矿区主要在大柳塔矿应用了美国传统型房年神东矿区主要在大柳塔矿应用了美国传统型房式采煤方法，在大柳塔矿、大海则矿、上湾矿、保德矿（高式采煤方法，在大柳塔矿、大海则矿、上湾矿、保德矿（高瓦斯矿井）应用了简单的单翼开采方法进行房采，采区回采瓦斯矿井）应用了简单的单翼开采方法进行房采，采区回采率为率为40%50%。主要问题是没有彻底解决煤柱回收和顶板。主要问题是没有彻底解决煤柱回收和顶板大面积悬顶问题。大面积悬顶问题。382 2、配备两台线性支架的双翼开采、配备两台线性支架的双翼开采 2000 200020072007年，神东矿区主要在大柳塔矿、上湾矿、哈拉年，神东矿区主要在大柳塔矿、上湾矿、哈拉沟矿的短壁机械化回采工作面中使用两台履带行走式液压沟矿的短壁机械化回采工作面中使用两台履带行走式液压支架，实行小煤柱双翼回采