第五章 近水平、缓斜及中斜煤层采煤方法

1、采矿概论江苏徐州 | 中国矿业大学 韩昌良 讲师第五章第五章 近水平、缓斜及中斜煤层采煤方法近水平、缓斜及中斜煤层采煤方法1 1采煤方法采煤方法概念概念2 2长壁工作面长壁工作面采煤工艺采煤工艺3 3放顶放顶煤采煤工艺煤采煤工艺4 4回采巷道回采巷道布置系统布置系统 第一节第一节 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：煤矿开拓和掘进必需的巷道之后，形成了进行：煤矿开拓和掘进必需的巷道之后，形成了进行采煤作业的场所。采煤作业的场所。如图如图5-1所示。所示。 开切眼开切眼：最初掘进，供安装采煤设备的巷道。：最初掘进，供安装采煤设备的巷道。采空区采空区：采煤后废

2、弃的空间。：采煤后废弃的空间。图图5-1 工作面空间和采空区工作面空间和采空区a-开切眼；开切眼；b-在开切眼附近；在开切眼附近；c-正常回采时正常回采时 2. 采煤工艺采煤工艺： 采煤工作面采煤工作面各工序各工序所用所用方法方法、设备设备及其在及其在时间时间、空空间间上的相互配合称为上的相互配合称为采煤工艺采煤工艺。 回采工艺过程包括回采工艺过程包括破煤破煤、装煤装煤、运煤运煤、支护支护和和处理处理采空区采空区等五道主要工序。这些工序按破煤、装煤、运煤、等五道主要工序。这些工序按破煤、装煤、运煤、移输送机、支护、处理采空区的顺序依次进行。移输送机、支护、处理采空区的顺序依次进行。 3. 采煤

3、工艺方式采煤工艺方式： 爆破采煤工艺爆破采煤工艺、普通机械化采煤工艺普通机械化采煤工艺和和综合机械化综合机械化采煤工艺采煤工艺三类。三类。 4. 采煤方法采煤方法： 采煤工艺采煤工艺与与回采巷道布置回采巷道布置及其在时间上、空间上的及其在时间上、空间上的相互配合叫相互配合叫采煤方法采煤方法。 5. 壁式体系采煤法壁式体系采煤法： 走向长壁采煤法走向长壁采煤法：长壁工作面沿煤层走向推进的采：长壁工作面沿煤层走向推进的采煤方法，即为走向长壁采煤法；煤方法，即为走向长壁采煤法； 倾斜长壁采煤法倾斜长壁采煤法：长壁工作面沿煤层倾斜推进的采：长壁工作面沿煤层倾斜推进的采煤方法，即为倾斜长壁采煤法。如图煤

4、方法，即为倾斜长壁采煤法。如图5-2所示。所示。 图图5-2 两种采煤方法示意图两种采煤方法示意图 第二节第二节 长壁工作面采煤工艺长壁工作面采煤工艺 一、一、 采煤工作面矿山压力采煤工作面矿山压力 （一）顶板与底板（一）顶板与底板 图图5-3 煤层、顶板、底板的相对位置关系煤层、顶板、底板的相对位置关系基本底直接底煤层基本顶直接顶伪顶（二）采动后顶板活动的一般规律（二）采动后顶板活动的一般规律 长壁工作面长壁工作面如图如图5-4所示。所示。图图5-4 直接顶初次垮落直接顶初次垮落 1. 直接顶初次垮落直接顶初次垮落：2. 岩石碎胀系数岩石碎胀系数：岩石破碎后与破碎前体积的比值叫：岩石破碎后与

5、破碎前体积的比值叫岩石碎胀系数。岩石碎胀系数。3. 直接顶充填系数直接顶充填系数：直接顶厚度与煤层采高的比值。：直接顶厚度与煤层采高的比值。 如图如图5-5所示所示。 图图5-5 直接顶垮落后直接顶垮落后的岩石充填情况的岩石充填情况图图5-6 基本顶呈双基本顶呈双固定支点梁状态固定支点梁状态 4. 基本顶初次来压基本顶初次来压：基本顶初次破断在采煤工作面引：基本顶初次破断在采煤工作面引起的矿压显现称为初次来压（如图起的矿压显现称为初次来压（如图5-7所示）；由开切眼到所示）；由开切眼到初次来压时工作面推进的距离叫初次来压时工作面推进的距离叫基本顶初次来压步距基本顶初次来压步距。 5. 基本顶周

6、期来压基本顶周期来压：基本顶周期折断在采煤工作面引：基本顶周期折断在采煤工作面引起的矿压显现称为周期来压；基本顶岩梁周期性折断的距起的矿压显现称为周期来压；基本顶岩梁周期性折断的距离叫做基本顶离叫做基本顶周期来压步距周期来压步距（如图（如图5-8所示）。所示）。 图图5-7 基本顶初次来压基本顶初次来压 图图5-8 基本顶周期来压基本顶周期来压 （三）采煤工作面顶板分类（三）采煤工作面顶板分类 表表5-1 直接顶类别代号及名称直接顶类别代号及名称 类别类别 1类类 2类类 3类类 4类类 1a 1b 不稳定不稳定 中等稳定中等稳定 稳定稳定 非常稳定非常稳定 岩性和岩性和结构特结构特征征 泥岩

7、、泥页泥岩、泥页岩，节理裂岩，节理裂隙发育或松隙发育或松软。软。 泥岩、碳质泥岩、碳质泥岩，节理泥岩，节理裂隙发育。裂隙发育。 致密泥岩、粉致密泥岩、粉砂岩、砂质泥砂岩、砂质泥岩，节理裂隙岩，节理裂隙不发育。不发育。 砂岩、石灰砂岩、石灰岩，节理裂岩，节理裂隙很少。隙很少。 致密砂岩、致密砂岩、石灰岩，节石灰岩，节理裂隙极少。理裂隙极少。 （四）采煤工作面围岩支承压力及其变化（四）采煤工作面围岩支承压力及其变化 1. 原岩应力原岩应力：天然存在于原岩内的应力叫做原岩应力。：天然存在于原岩内的应力叫做原岩应力。 2.支承压力支承压力：采煤后，由于采掘空间原被采物承受的载采煤后，由于采掘空间原被采

8、物承受的载荷转移到周围支承体上而形成的压力，叫支承压力。如图荷转移到周围支承体上而形成的压力，叫支承压力。如图5-9所示。所示。 图图5-9 工作面周围岩体内应力工作面周围岩体内应力重新分布概况重新分布概况 3. 矿压矿压：存在于采掘空间围岩内的力叫做矿山压力，简称：存在于采掘空间围岩内的力叫做矿山压力，简称“矿压矿压”。 4. 应力集中系数应力集中系数：工作面周围岩体内最高应力与原始应力：工作面周围岩体内最高应力与原始应力的比值叫做应力集中系数。的比值叫做应力集中系数。 5. 支承压力分布支承压力分布: （1）工作面：（图）工作面：（图5-9所示）所示） （2）底板传递：（图）底板传递：（图

9、5-10所示）所示） 煤体上的支承压力还会传递到底板岩层中，如图煤体上的支承压力还会传递到底板岩层中，如图5-10所示。所示。 图图5-10 底板应力升高区示意图底板应力升高区示意图 二、爆破采煤工艺二、爆破采煤工艺 爆破采煤工艺，又称爆破采煤工艺，又称“炮采炮采”，指在，指在长壁工作面用爆破长壁工作面用爆破方法破煤和装煤方法破煤和装煤、人工装煤、输送机或溜槽运煤和单体支柱、人工装煤、输送机或溜槽运煤和单体支柱支护采空区的采煤工艺。支护采空区的采煤工艺。 1. 破煤破煤：（如图（如图5-11所示）所示） 图图5-11 炮采工作面炮眼布置图炮采工作面炮眼布置图 2. 装煤装煤：爆破装煤、人工装煤

10、和机械装煤三种。：爆破装煤、人工装煤和机械装煤三种。3. 运煤运煤：可弯曲刮板输送机和溜槽运煤。：可弯曲刮板输送机和溜槽运煤。4. 支护支护：单体液压支柱和铰接顶梁支护采空区。单体液压支柱和铰接顶梁支护采空区。图图5-12、图、图5-13 图图5-12 单体液压支柱结构单体液压支柱结构 图图5-13 金属铰接顶梁结构图金属铰接顶梁结构图 5. 处理采空区处理采空区：全部垮落法、充填法和煤柱支承法等三种。：全部垮落法、充填法和煤柱支承法等三种。6. 炮采工作面回采工艺过程如图炮采工作面回采工艺过程如图5-15所示。所示。 图图5-15 回采工艺过程回采工艺过程 7. 采煤循环：采煤循环：循环就是

11、采掘工作面周而复始地完成一整循环就是采掘工作面周而复始地完成一整套工序的过程套工序的过程。采煤工作面循环，即完成落煤、装煤、运煤、。采煤工作面循环，即完成落煤、装煤、运煤、支护和处理采空区的全过程。以放顶为标志，称为一个循环。支护和处理采空区的全过程。以放顶为标志，称为一个循环。 图图5-16 炮采工作面循环作业图表炮采工作面循环作业图表 8. 循环循环图表：循环图表：循环图表表示工图表表示工作面作面各工序各工序进行的时间进行的时间和空间位置和空间位置关系关系。 三、普通三、普通机械化机械化采煤工艺采煤工艺 普通机械化采煤普通机械化采煤工艺，简称工艺，简称“普采普采”，是是用机械方法破煤和用机

12、械方法破煤和装煤、输送机运煤装煤、输送机运煤、单体支柱和铰接顶梁单体支柱和铰接顶梁支护采空区顶板支护采空区顶板的采的采煤工艺。普采工作面煤工艺。普采工作面布置如图布置如图5-17所示。所示。 图图5-17 普采工作面布置示意图普采工作面布置示意图 1. 工作面主要设备：采煤机、输送机、单体液压支柱、工作面主要设备：采煤机、输送机、单体液压支柱、铰接顶梁。铰接顶梁。 图图5-21 单滚筒采煤机端头进刀工艺过程单滚筒采煤机端头进刀工艺过程 2. 采煤工艺：采煤工艺： （1）采采-破、装、破、装、运：由采煤机和输送运：由采煤机和输送机完成。机完成。 （2）控控-支护、支护、处理采空区。处理采空区。

13、3. 普采工作面的普采工作面的采煤工艺过程为：采煤工艺过程为： 图图5-21所示为单所示为单滚筒采煤机斜切进刀滚筒采煤机斜切进刀的工艺过程。的工艺过程。4. 图图5-22是普采工作面循环图表。是普采工作面循环图表。 图图5-22 普采工作面循环作业图表普采工作面循环作业图表 四、综合机械化采煤工艺四、综合机械化采煤工艺 综合机械化采煤，简称综合机械化采煤，简称“综采综采”。在长壁工作面用。在长壁工作面用机械方式破煤和装煤、输送机运煤和液压支架支护顶板机械方式破煤和装煤、输送机运煤和液压支架支护顶板的采煤工艺。的采煤工艺。 1. 综采工作面配备的主要设备有：双滚筒采煤机、综采工作面配备的主要设备

14、有：双滚筒采煤机、可弯曲刮板输送机、自移式液压支架。可弯曲刮板输送机、自移式液压支架。 综采工作面使用的液压支架有：支撑式、支撑掩护综采工作面使用的液压支架有：支撑式、支撑掩护式、掩护式等三种。式、掩护式等三种。 （1）支撑式自移式液压支架如图）支撑式自移式液压支架如图5-23所示。所示。 （2）掩护式自移式液压支架如图）掩护式自移式液压支架如图5-24所示。所示。 （3）支撑掩护式自移式液压支架如图）支撑掩护式自移式液压支架如图5-25所示。所示。 图图5-23 支撑式液压支架支撑式液压支架 图图5-24 掩护式液压支架掩护式液压支架 图图5-25 支撑掩护式液压支架支撑掩护式液压支架 2.

15、 综采工综采工作面布置如图作面布置如图5-26所示。所示。 图图5-26 综采工作面综采工作面布置布置 3. 采煤工艺：采煤工艺： （1）采）采-破、装、破、装、运：由采煤机、输送运：由采煤机、输送机完成。斜切进刀方机完成。斜切进刀方式，图式，图5-27。 （2）控）控-液压支液压支架：及时支护架：及时支护-采煤、采煤、移架、推溜；滞后支移架、推溜；滞后支护护-采煤、推溜、移采煤、推溜、移架。架。图图5-27 采煤机端部斜切进刀工艺过程采煤机端部斜切进刀工艺过程 4. 图图5-28是综采工作面典型循环图表是综采工作面典型循环图表 图图5-28 综采工作面循环作业图表综采工作面循环作业图表 第三

16、节第三节 放顶煤采煤工艺放顶煤采煤工艺 放顶煤采煤工艺实质是，在放顶煤采煤工艺实质是，在开采煤层的底部（沿底板或开采煤层的底部（沿底板或在煤层中某一高度范围的底部）布置一个回采工作面在煤层中某一高度范围的底部）布置一个回采工作面，用常，用常规的机械化采煤方法进行回采，工作面上方的顶煤，规的机械化采煤方法进行回采，工作面上方的顶煤，利用矿利用矿山压力的作用或辅以人工松动方法使其破碎，并随工作面推山压力的作用或辅以人工松动方法使其破碎，并随工作面推进在后方放出进在后方放出。这种采煤工艺称为放顶煤采煤工艺。这种采煤工艺称为放顶煤采煤工艺。 图图5-29 放顶煤综采工作面设备布置放顶煤综采工作面设备布

17、置 1. 放顶煤综采工作面设备布置如图放顶煤综采工作面设备布置如图5-29所示。所示。 2. 放顶煤采煤工艺放顶煤采煤工艺 （1）综采（底煤）；（）综采（底煤）；（2）放顶煤：顶煤破碎；放煤步距；）放顶煤：顶煤破碎；放煤步距；放煤方式放煤方式 3. 优缺点：优缺点：放顶煤综采工艺与分层综采工艺相比具有工艺放顶煤综采工艺与分层综采工艺相比具有工艺简单、产量高、效率高、材料消耗少、巷道掘进工程量少、简单、产量高、效率高、材料消耗少、巷道掘进工程量少、工作面搬家次数少、成本低工作面搬家次数少、成本低等优点。等优点。 目前顶煤损失相对较多、自然发火控制难度大、工作面煤目前顶煤损失相对较多、自然发火控制

18、难度大、工作面煤尘大、瓦斯易积聚等问题依然较为突出。尘大、瓦斯易积聚等问题依然较为突出。根据采煤和放煤之间的工序配合关系，放顶煤综采工作面常根据采煤和放煤之间的工序配合关系，放顶煤综采工作面常有三种方式：有三种方式：一刀一放一刀一放、两刀一放两刀一放、三刀一放三刀一放。一刀一放即采煤煤机每割一刀煤，放顶煤支架放一次顶煤。一刀一放即采煤煤机每割一刀煤，放顶煤支架放一次顶煤。同一支架两次放煤工序之间，综采工作面沿推进方向的前进同一支架两次放煤工序之间，综采工作面沿推进方向的前进距离，称为距离，称为放煤步距放煤步距；其值为采煤机截深的整数倍，一刀一；其值为采煤机截深的整数倍，一刀一放时放煤步距等于采

19、煤机截深。放时放煤步距等于采煤机截深。 放顶煤放顶煤支架支架的放煤方式主要有：的放煤方式主要有：单轮顺序放煤单轮顺序放煤、单轮间隔单轮间隔顺序放煤顺序放煤、多轮顺序放煤多轮顺序放煤、多轮间隔顺序放煤多轮间隔顺序放煤。图图5-30 放顶煤综采工作面放顶煤综采工作面放顶煤支架类型放顶煤支架类型 第四节第四节 回采巷道布置系统回采巷道布置系统 形成采煤工作面及为其服务的巷道叫回采巷道。主要有形成采煤工作面及为其服务的巷道叫回采巷道。主要有开切眼、工作面运输巷、工作面回风巷等。开切眼、工作面运输巷、工作面回风巷等。1) 回采巷道的布置方式回采巷道的布置方式图图5-31 回采巷道回采巷道的布置形式的布置

20、形式 （1）双巷式；）双巷式； （2）单巷式；）单巷式；（3）多巷式布置。）多巷式布置。 如图如图5-31所示。所示。 2) 2) 几种布置方式的优缺点和适用条件几种布置方式的优缺点和适用条件双巷布置双巷布置便于巷道内矿车运输和排水；有利于胶带输送机或刮板输便于巷道内矿车运输和排水；有利于胶带输送机或刮板输送机运输；利用工作面轨道巷探明煤层变化情况，便于辅助送机运输；利用工作面轨道巷探明煤层变化情况，便于辅助运输；工作面接替容易；有利于巷道掘进时的通风和安全运输；工作面接替容易；有利于巷道掘进时的通风和安全回采巷道掘进工程量大；维护时间长，困难；联络巷工程回采巷道掘进工程量大；维护时间长，困难

21、；联络巷工程量大；煤柱损失多量大；煤柱损失多单巷布置单巷布置减少煤柱损失减少煤柱损失瓦斯含量不大，煤层埋藏稳定，涌水量不大时瓦斯含量不大，煤层埋藏稳定，涌水量不大时一条半巷道布置一条半巷道布置介于二者之间介于二者之间多巷布置多巷布置连续采煤机开掘巷道，掘进速度快，采掘合一，工作面连续采煤机开掘巷道，掘进速度快，采掘合一，工作面单产水平高，工作面准备和搬迁容易单产水平高，工作面准备和搬迁容易掘进工程量大掘进工程量大3) 3) 回采巷道布置特点回采巷道布置特点 图图5-32 区段平巷的坡度及方向区段平巷的坡度及方向 采煤方法概念采煤方法概念 长壁工作面采煤工艺长壁工作面采煤工艺 放顶煤采煤工艺放顶

22、煤采煤工艺 回采巷道的布置回采巷道的布置本章小结本章小结3.5 长综采工作面开采技术 （1）长综采工作面的合理长度）长综采工作面的合理长度 面长增加，主要为了提高单面集中生产能力和效率，减少巷道掘进面长增加，主要为了提高单面集中生产能力和效率，减少巷道掘进率，但受煤层赋存条件、通风、安全条件、设备装备水平、生产管理率，但受煤层赋存条件、通风、安全条件、设备装备水平、生产管理水平等制约。兖州综放面长水平等制约。兖州综放面长270 m，潞安综放达，潞安综放达275 m，新集，新集282m，神，神东大采高综采东大采高综采400m。 (2）长综采工作面采场矿压控制技术）长综采工作面采场矿压控制技术 通

23、过提高支架初撑力和工作阻力，解决端面冒顶、片帮、顶板下沉，通过提高支架初撑力和工作阻力，解决端面冒顶、片帮、顶板下沉，从而解决顶板控制问题。从而解决顶板控制问题。（3）长综采工作面瓦斯与煤尘运移规律绝对瓦斯涌出量增加；局部瓦斯积聚加剧；采空区瓦斯涌出量大；瓦斯涌出不均衡（移架时由此明显、来压步距不一致）。实施效果： 美国 短壁开采技术创始于美国。在美国井工开采采用短壁综合机械化采煤的产量居于领先地位，短壁采出的煤量占井工煤产量的53%。 澳大利亚与南非 澳大利亚和南非两国根据各自的煤层地质条件，开发出旺格威利和西格玛2种短壁采煤方法。 我国 在引进设备的基础上，已有部分国产配套设备，其短壁机械化开采技术已处于国际领先水平。3.6 短壁机械化开采技术短壁开采工作面布置LDd20132实例1：短壁机械化开采工作面布置“三下”开采短壁方案实例2：短壁机械化开采工作面布置实例3：短壁机械化开采工作面布置实例4：短壁机械化开采工作面布置80m25m联巷顺槽顺槽行