现代煤矿开采方法

1、第二章 现代煤矿开采方法煤矿开采（Coal Mining）是指综合运用煤矿开采学、矿山压力及控制、煤田地质学、煤矿安全科学与技术等理论，按科学的工程程序，使用一定的机电设备及配套系统采出地下煤炭以及伴生资源的一种工程活动和科学技术。根据煤炭资源赋存情况，煤矿开采分为地下开采和露天开采，其中地下开采占统治地位，其煤炭产量占总产量的95%以上。世界其他国家地下开采的产量比例有很大差异。煤矿开采研究的是综合利用现代化科学理论与相关工程技术，深入分析、研究煤矿开采复杂多变的客观条件，掌握和利用煤矿开采的基本规律，系统地研究和开发高效、安全、高资源回收率和舒适作业条件的现代化煤矿开采的科学理论与工程技术

2、。 由于煤炭资源的埋藏深度不同，一般相应的采用矿井开采（埋藏较深）和露天开采（埋藏较浅）两种方式。可露天开采的资源量在总资源量中的比重大小，是衡量开采条件优劣的重要指标，我国可露天开采的储量仅占7.5%，美国为32%，澳大利亚为35%；矿井开采条件的好坏与煤矿中含瓦斯的多少成反比，我国煤矿中含瓦斯比例高，高瓦斯和有瓦斯突出的矿井占40%以上。我国采煤以矿井开采为主，如山西、山东、徐州及东北地区大多数采用这一开采方式，也有露天开采，如内蒙古霍林河煤矿就是我国最大的露天矿区。 提纲2.1 开采系统( 运输系统 、 通风系统 ）2.2 开采方法（ 壁式开采体系、 柱式开采体系、 露天采煤方法）2.3

3、 矿山压力与控制（采场围岩控制、采准巷道围岩控制、无轨运输、大采高、放顶煤采煤法）2.4 特殊条件开采（ “三下一上”开采、矿区环境问题）2.5 矿山灾害防治与治理（ 水、 火、 瓦斯、 煤尘、 顶板灾害）2.6 矿井现代化建设（ 大功率采掘系统、 控制、智能系统、 现代通讯系统、 现代矿井监控系统）2.7 现代建井技术（ 井巷特殊施工技术、 TBM掘进技术与装备）2.1 开采系统2.1.1 通风系统通风系统（中央式、对角式、混合式和分区式）通风方式（抽出式、压入式和抽压联合式）风路系统2.1.2 运输系统轨道，矿车，单轨吊；无轨胶轮辅助运输系统矿井、工作面、巷道2.1 通风系统矿井通风系统由

4、影响矿井安全生产的主要因素所决定。根据相关因素把矿井通风系统划分为不同类型。根据瓦斯、煤层自燃和高温等影响矿井生产安全的主要因素对矿井通风系统的要求，为了便于管理、设计和检查，把矿井通风系统分为一般型、降温型、防火型、排放瓦斯型、防火及降温型、排放瓦斯及降温型、排放瓦斯及防火型、排放瓦斯与防火及降温型几种，依次为1-8八个等级。 矿井通风是矿井安全生产的基本保障。矿井通风指借助于机械或自然风压，向井下各用风点连续输送适量的新鲜空气，供给人员呼吸，稀释并排出各种有害气体和浮尘，以降低环境温度，创造良好的气候条件，并在发生灾变时能够根据撤人救灾的需要调节和控制风流流动路线的作业。2.1.1 通风系

5、统煤矿井下为什么要进行通风？不进行通风不行吗？经过实践证明，不进行通风是不行的。因为井下要生产就要有人，人没有氧气就不能生存。其次人们在井下生产过程中不断产生有毒有害气体，如：一氧化碳、二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫、硫化氢、沼气等，如果不排除这些气体人们也无法生产。井下由于受地温等因素的影响需要对井下恶劣气候条件进行调节。矿井通风的基本任务是：（1）供给井下足够的新鲜空气，满足人员对氧气的需要。（2）冲淡井下有毒有害气体和粉尘，保证安全生产。（3）调节井下气候，创造良好的工作环境。2.2.2 矿井通风系统分类 （1）中央式通风 中央式通风是指进风井和回风井大致位于井田走向的中央，中央式通风又分

6、为中央并列式和中央边界式两种形式。2.2.2 矿井通风系统分类中央并列式适用于煤层倾角较大，走向不长(一般小于4km左右)，投产初期暂未设置边界安全出口，且自然发火不严重的矿井 1初期投资少采区生产集中，并便于管理 2节省风井工业场地占地少比在井田内打边界风井压煤少； 3进出风井之问的漏风较大风路较长阻力较大； 4工业场地有噪音影响2.2.2 矿井通风系统分类中央边界式适用条件及优缺点：适用于煤层惯角小，走向长度不大的矿井 1 比中央并列式安全性要好； 2矿井通风阻风较小，内部漏风少，有利于对瓦斯，自然发火的管理； 3工业场地没有噪音影响； 4多一个风井场地、压煤较多2.2.2 矿井通风系统分

7、类（2）对角式通风。对角式通风是指进风井位于井田中央，回风井分别位于井田浅部走向两翼边界采区的中央，对角式通风又分为两翼对角式和分区对角式两种形式。2.2.2 矿井通风系统分类对角式适用条件及优缺点：一般适用于煤层走向长(超过4km)、井田面积大，产量较大的矿井。其优缺点与中央并列式相反比中央分列式安全性要好，但初期投资大，建井期较长对有瓦斯喷出或有煤与瓦斯突出的矿井应采用对角式的通风系统2.2.2 矿井通风系统分类（3）混合式通风。混合式通风是大型矿井和老矿井进行深部开采时常用的一种通风方式。一般进风井和回风井由3个或3个以上井筒或斜井按（1）、（2）两种方式组合而成，分为中央分列与对角混合

8、式、中央并列与对角混合式、中央并列与中央分列混合式三种形式。2.2.2 矿井通风系统分类适用条件及优缺点：1 矿井走向距离很长以及老矿井的政扩建和深部开采；2多煤层多井筒的矿井。有利于矿井分区分期投产；3大型矿井井田面积犬，产量大或采用分区开拓的矿井2.2.2 矿井通风系统分类分区回风进风井大致位于井田走向的中央，在采区开掘回风井，并分别安设通风机分区抽出。适用条件及优缺点：适用于煤层距地表较浅，或因地表高低起伏较大，无法开凿浅部的总回风道。在开采第一水平时，只能采用这种分区回风方式。另外矿井走向长，多煤层开采，高温矿井，亦有采用此方式。对有瓦斯喷出或有煤与瓦斯突出的矿井应采用分区通风系统。除

9、适用于上述条件外，还适用于高瓦斯矿井和具备一定条件的大型矿井。分区通风各分区有独立的进回风系统。但与中央进风系统大巷没有通风设施隔绝。如陕西的桑树坪矿及大同云岗矿适用条件及优缺点：1.各分区有独立的通风路线互不影响是此方式主要优点，便于管理；2.建井工期短；3.安全生产好；4.分区进风井多，需增加风井场地通风机管理分散2.2.2 矿井通风系统分类抽出式 是当前通风方式中的主要形式，适应性较广泛，尤其对高瓦斯矿井，更有利于对瓦斯的管理，也适用于矿井走向长，开采面积大的矿井优点：1井下风流处于负压状态，当主扇因故停止运转时，井下的风流压力提高可能使采空区瓦斯涌出量减少，比较安全；2漏风量小，通风管

10、理较简单；3与压人式比，不存在过渡到下水平时期通风系统和风量变化的困难。缺点：当地面有小窑塌陷区并和采区沟通时，抽出式会把小窑积存的有害气体抽到井下使矿井有效风量减少 压入式低瓦斯矿的第一水平，矿井地面地形夏杂、高差起伏，无法在高山上设置通风机。总回风巷无法连通或维护困难的条件下优缺点：1压人式的优缺点与抽出式相反，能用一部分回风把小窑塌陷区的有害气体压到地面；2 进风线路漏风大(如：井口棚及翻笼攥仓漏风)管理困难；3 风阻大、风量调节困难；4 由第一水平的压人式过渡到探部水平的抽出式有一定困难；5通风机使井下风流处于正压状态当通风机停止运转时，风流压力降低，有可能使采空区瓦斯涌出量增加 抽压

11、联合式可产生较大的通风压力，能适应大阻力矿井需要，但通风管理困难一般新建矿井和高瓦斯矿井不宜采用，只是个别用于老井延深或改建的低瓦斯矿井2.1.2 运输系统 井下运输设计，应对并下煤炭、矸石、材料、设备及人员等的运输作统筹安排。运输方式与设备的选型，应根据矿井设计生产能力、煤层赋存条件、瓦斯情况、采煤方法等因素确定。采区运输：大、中型矿井的采区，要积极采用连续化运输，发展重载下运带式输送机。辅助运输要采用高效能、适应性能强、单机服务范围广的设备，减少环节逐步发展集装箱运输，要根据条件采用单轨吊车、卡轨车、胶套轮机车、齿轨机车、无轨胶轮车或其他运输设备，逐步实现全矿井辅助运输的机械化、连续化。

12、大巷运输：主要运输大巷的运输方式应根据运量、运距和技术经济效果优化确定。凡井型较大、采区生产集中、条件适合的矿井，可采用带式输送机，实现全矿井的连续运输。采用轨道运输的矿井，要发展底卸式或侧卸式矿车。要研制改造与底卸式矿车配套的双轨同步牵引电机车，大功率电机车和防爆柴油机车。 采区运输、大巷运输、矿井提升和地面储、装、运生产系统，要发展自动化集中控制，配备先进可靠的保护装置。大巷运输新型辅助运输设备种类及使用或试用地点2.2 开采方法2.2 开采方法分类 按照煤层厚度和倾角，并结合工艺特点及装备水平，我国目前地下开采实际采用的采煤方法主要分为长壁垮落采煤法，放顶煤采煤法，急倾斜采煤法，充填采煤

13、法，水力采煤法以及连续采煤机房柱式采煤法等。采煤方法的选择，应根据煤层赋存情况、开采技术条件、地面保护要求、设备供应状况及安全、产量、效率、成本和煤的回收率等因素，经综合技术经济比较后确定。二、长壁采煤工艺特征及适用条件我国采煤方法及其工艺的发展，大体经历了三个阶段：第一阶段是解放初期，改革采煤方法，推行长壁工作面，回采工作面采用刮板输送机；第二阶段是60年代，改革煤的破、装、运等回采工序，实现了落煤、装煤、运煤的机械化；第三阶段是70年代，推行综合机械化采煤，实现了落煤、装煤、运煤、支护及放顶煤的综合机械化。 壁式采煤法 特点是：回采工作面长度较长；工作面两端有可供运输、通风和行人的巷道；回

14、采工作面向前推进时，必须不断支护；采空区要随工作面推进按一定方法及时处理；回采工作面内煤的运输方向与工作面煤壁平行。壁式采煤法有多种分类。按煤层厚薄不同，薄及中厚煤层，通常按煤层全厚一次开采，称整层(单一)开采；厚煤层,一般分为若干中等厚度的分层进行开采,称分层开采。按工作面推进方向不同，可分为走向长壁采煤法和倾斜长壁采煤法。在分层开采中，由于分层的回采顺序和顶板管理方法不同，可分为下行垮落法和上行充填法等。在中国，开采倾斜和缓倾斜煤层时常用单一（整层）走向长壁采煤法、单一(整层)倾斜长壁采煤法、倾斜分层走向长壁下行垮落采煤法、倾斜分层倾斜长壁下行垮落采煤法、倾斜分层走向长壁上行充填采煤法和倾

15、斜分层型倾斜长壁充填采煤法和开采坚硬顶板煤层的刀柱采煤法等。开采急倾斜煤层时，有水平分层采煤法、倒台阶采煤法、仓贮采煤法和掩护支架采煤法，这些都属于壁式采煤法。20世纪初，刮板输送机开始使用，壁式采煤法随之有很大发展，目前已成为各国的主要采煤方法。除美国和澳大利亚等国外，在苏联、英国、联邦德国、波兰等国壁式采煤法占矿井总产量的90；中国煤矿自50年代开始采用壁式采煤法，1980年占统配煤矿总产量的90左右，随着采煤机械化程度不断提高，壁式采煤法的使用范围将日益扩大。 壁式采煤法单一走向长壁采煤法 也称整层走向长壁采煤法，特点是回采工作面沿煤层倾斜方向布置，沿走向方向推进;工作面长度较长,一般为

16、100150m，短的有3040m，长的超过200m。在回采工作面的上方和下方沿走向分别布置回风平巷和运输平巷，构成回采工作面和采区巷道之间的通风、运输和行人的通道。根据煤回采工艺不同，每一循环的推进度一般为0.61.2m（图1）。通常在回风平巷内铺设轨道，用矿车或平板车运送材料和设备；运输平巷内用带式输送机、刮板输送机或矿车运送煤炭。回风平巷和运输平巷采用单巷布置，也有采用双巷布置的。回采工作面的推进方向有两种：后退式，由采区边界向采区上山（或石门）推进；前进式，由采区上山（或石门）向采区边界推进。中国各矿区大都采用后退式回采。在综采采区，为减少综采设备的长距离搬移，有的采用混合式，即上区段回

17、采工作面用前进式回采至采区边界后，将综采设备搬移至下区段边界的开切眼中，用后退式回采。 壁式采煤法壁式采煤法目前，在走向长壁采煤法的回采工作面中，炮采、机采和综采均有使用。中国随着采煤机械化程度的提高，近期回采工作面的平均长度已在100m左右，工作面月平均产量炮采为1万吨左右，机采为1.5万吨左右，综采为3.5 万吨左右。此法主要适用于缓倾斜和倾斜的薄及中厚煤层。 壁式采煤法倾斜分层走向长壁下行垮落采煤法 开采缓倾斜厚煤层时，需将煤层按倾斜方向划分为若干分层，每个分层的厚度在炮采和普采工作面为1.82.4m,在综采工作面可达3.5m左右，各分层由上而下利用全部垮落法依次逐层开采。顶分层的回采与

18、单一中厚煤层回采相同，回采以下各分层时，由于其顶板是上一分层回采时冒落的破碎岩块，管理上困难极大。过去曾采用分层间留煤皮的方法解决，但煤炭损失大，自燃发火严重，后来逐步改用木板、金属网、竹笆或荆笆等人工假顶。煤层顶板为页岩或含泥质成分较高的岩石时，向采空区注水或灌注泥浆，有的在冒落岩石中加固结剂，在上覆岩层的压力作用下，使其结合成一个整体，成为再生顶板，供下一分层使用。在铺设人工假顶时进行注水或注浆，效果更好。金属网分单层网和双层网两种。开采两个分层时铺荆笆、竹笆或单层网；开采三个以上分层时铺双层网。因金属网假顶成本高，中国现时采用荆笆、竹笆假顶较多。金属网假顶的铺设方法有底网和顶网两种。目前

19、不少矿区已将铺底网改为铺顶网，分层顶板破碎或有伪顶难于管理时，铺顶网优点更多。 壁式采煤法本法的巷道有分层布置和联合布置两种。分层布置是将每一个分层作为一个中厚煤层看待，各有独立的巷道系统，通常是分层分采。联合布置，除每分层都有为本层服务的分层平巷外，还有为各分层共用的平巷和上山、下山。在共用巷道与分层巷道之间用平巷、斜巷或立眼联系（见矿山井巷）。为便于维护，应将共用巷道布置在受采动影响较小的煤层底板岩石中（图2）。上下分层工作面可同时回采，其超前距离取决于上分层回采后顶板岩层垮落状况，一般为80200m，但下分层工作面必须在上分层采空区岩层活动已经稳定后方可回采。为了提高厚煤层开采的经济效益

20、，目前许多国家正在发展增大采高、减少分层数目的新工艺。设计和使用大采高的自移式液压支架和采煤机，煤层采高可达3.55.0m。此外,还有将特厚煤层分为两个分层：开采顶分层时，铺金属网假顶，开采底分层的同时回收网下顶煤。 壁式采煤法倾斜分层走向长壁上行充填采煤法 各分层自底至顶用充填法依次逐层开采，上分层的回采工作在下分层的充填体上进行。如用水砂充填管理顶板，回采工艺复杂化，因为增加了充填工序；在巷道布置上增加了输砂、疏干系统和泥砂沉淀装置。因此，水砂充填工作面除落煤、装煤、运煤和支护等工序与一般垮落法相同外，还有疏导和沉淀充填废水等临时构筑物。充填采区的巷道布置，应合理解决运料与输砂、运煤与疏干

21、的关系问题，方能保证正常生产。充填采煤法工序复杂，增加一套充填设备，成本高，投资大，效率低；但有利于防止井下自燃发火和煤尘爆炸，有效地减少围岩移动和地表沉陷，是建筑物下采煤、铁路下采煤和水体下采煤的有效方法之一。中国阜新、辽源、鹤岗等矿区曾广泛采用本法。近年来，由于扩大了垮落法的使用范围，充填法的百分比逐渐减少,但不能采用垮落法的倾角为525的厚煤层，仍多采用本法。 壁式采煤法壁式采煤法倾斜长壁采煤法 回采工艺与走向长壁采煤法基本相似,不同点是回采工作面沿走向布置,沿倾斜推进。即在井田范围内，沿煤层走向布置主水平大巷，在大巷两侧沿倾斜向上山或下山方向掘进工作面的运输斜巷和回风斜巷,掘至采区边界

22、后,掘进开切眼使两斜巷连通。在开切眼和巷道内安装设备，沿煤层倾斜方向，用仰斜或俯斜方式采煤。用本法开采单一薄层及中厚煤层，巷道布置十分简单（图3）。回采工作面有成对布置的，也有按单一工作面布置的。每个工作面长 150200m或更长。工作面沿倾斜的推进长度即运输斜巷和回风斜巷长度,可达10001500m。在运输斜巷中铺设可伸缩带式输送机，回风斜巷中铺设轨道，用无极绳绞车或单轨吊车运送设备和材料。在厚煤层中采用本法时，由于掘进和维护长距离的分层回采斜巷比较困难，维护费用高，故需在煤层底板岩石中布置供各分层共用的集中巷，每隔150200m开掘联络巷道,与分层回采斜巷相连接。各分层的回采斜巷可逐段超前

23、于工作面掘进，并随采随废。各分层工作面回采顺序，可在保持一定错距的条件下，上下分层同时回采，也可在上分层工作面采至边界后再采下部分层，以利形成再生顶板。 壁式采煤法倾斜长壁工作面按推进方向分仰斜开采和俯斜开采两种。如煤质较硬或顶板淋水较大，一般宜用仰斜开采；如煤层厚度大，煤质松软容易片帮，宜用俯斜开采。回采工作面一般应朝大巷方向推进，即水平大巷上方的煤层用俯斜方式开采，水平大巷下方的煤层用仰斜方式开采，以利于工作面通风和巷道维护。在地质条件适宜的矿井中，本法与走向长壁采煤法相比，优点是：巷道布置简单，巷道掘进和维护费用低，投产快。据苏联矿井对比资料，在相同的矿山地质条件下，倾斜长壁开采比走向长

24、壁开采的巷道长度减少1020，大型矿井的建设工期可缩短12年。运输系统和通风系统均较简单，回采工作面技术经济效果好。易于实现等长工作面，减少了由于工作面长度变化而增加拆装自移式液压支架和接长或缩短输送机的工序。本法的缺点是倾斜巷道距离长，使辅助运输和行人比较困难。中国自70年代开始推广使用。适用于倾角12以下的煤层,机采和炮采可扩大应用于开采1518的煤层。国外采用俯斜综采工作面开采倾角为33的煤层已获成功。 壁式采煤法倾斜分层倾斜长壁型工作面上行充填采煤法 工作面沿走向布置，沿倾斜向上推进；为便于工作面的通风、运输和充填工作，自开切眼开始回采后，将工作面逐步调整成两端高、中间低的伪倾斜 (8

25、12)。整个工作面由两个伪倾斜工作面组成，形成型。随着分层工作面沿倾斜向上推进，在充填体中逐渐维护出一条分层溜道，以便溜煤、进风和流水。为了不使工作面与溜煤道相交处顶板的悬露面积太大而难于维护，型两侧工作面始终保持 56m的错距。回采工作面从运输水平向上推进直到回风水平为止(图4)。型工作面目前仍用打眼放炮落煤,小型输送机运煤。落煤中的50,自行装入输送机内,其余用人力装载。工作面支护用带帽木柱或棚子。采区走向长度通常为 320400m。沿走向可布置45个型工作面,每个长度为80100m,每翼长4050m。与走向长壁充填法相比，优点是：充填准备工作简单，工作量少，充填事故少，采区产量较高；缺点

26、是：目前尚未实现机械化，工作面容易片帮，巷道系统复杂，通风路线曲折，容易聚集瓦斯。本法适用于倾角2045的特厚煤层，或地质构造复杂，走向断层较多的煤层。 壁式采煤法壁式采煤法倒台阶采煤法 用于急倾斜薄煤层的一种走向长壁采煤法，其采区巷道布置与走向长壁采煤法基本相同。由于倾角大，为了安全，采区上山由34个上山眼组成，分别用于溜煤、溜矸石、运料、通风和行人。急倾斜工作面用风镐落煤时，为适应多台风镐同时安全作业而布置成倒台阶方式。倒台阶工作面全长通常为4050m,有时可达100m。一个台阶长度为1020m，台檐宽为23m。最下部的台阶溜放煤块，兼作通风及安全出口用。其台檐宽度应加大到 46m。工作面

27、支架既用于维护顶底板，又作为工人操作的脚手架，必须牢固。为操作安全，还应设置护身板、脚手板及溜煤板。顶板管理一般用全部垮落法。为开采近距煤层，可用矸石充填，以消除上下层的采动影响。本法巷道布置简单，对地质变化适应性强，回采率较高；但回采工序多，劳动条件差，顶板管理困难，不安全，坑木消耗大，煤尘大。主要用于开采煤质松软的急倾斜较薄煤层，现正逐步被掩护支架采煤法代替。 壁式采煤法仓贮采煤法 在区段（或阶段）内沿走向划分成若干个仓房，房内用爆破法回采。采落的煤大部分贮在仓内，临时支护顶底板。整个仓房采完后，再把贮存的煤全部放出(图5)。本法与留矿法相同（见空场采矿法）。为了平衡出煤，应同时配备工作仓

28、、贮煤仓、放煤仓和准备仓。仓房的形状一般为倾斜条带和伪斜条带等。仓房内工作面沿走向布置，仰斜推进。仓房间多用煤柱隔离。为降低煤柱损失并减少掘进工作量，也可用密集支柱护仓。区段高度和仓房尺寸主要根据顶板稳定情况和工作面推进速度等因素确定。区段高度一般为4060m，仓房宽度为1530m。本法工序简单，易于操作，劳动强度较低，效率较高，坑木损耗少；但回采率低，煤质差，难于实现机械化。本法只适用于顶底板坚固，煤层倾角在45以上,煤层厚4m以下，煤质坚硬，节理不发育，不易自燃,瓦斯含量低,淋水小等条件。 壁式采煤法壁式采煤法水平分层采煤法 把急倾斜厚煤层沿水平方向分成若干23m厚的分层,由上而下依次开采

29、。在每个分层内布置回采工作面和分层平巷，采区巷道可按双翼或单翼布置。区段高度一般为 1530m。回采工作面长度就是煤层的水平厚度，工作面沿走向推进。煤层水平厚度小于8m时,仅需在分层底板掘一条分层平巷；大于8m时,应在顶板位置再掘一条分层平巷，两条分层平巷间，沿走向每隔 1518m用煤门贯通。回采时要经常保持23个溜煤眼与分层工作面相通。上下分层工作面的超前距离应保持1530m,同时生产的工作面可达57个。工作面用风镐或爆破法落煤,人力装煤,工作面较长时应安设刮板输送机。用木支架或金属支柱配合铰接顶梁支护。分层间可铺设假顶。用全部垮落法处理采空区。本法能适应煤层厚度和倾角的变化，回采率高；但巷

30、道布置复杂，产量低，掘进量大，通风、运料困难，回采工序多，劳动强度大，机械化程度低。厚度大于4m的急倾斜煤层可用本法，但目前已逐步被其他方法代替。 壁式采煤法斜切分层采煤法 巷道布置和回采工艺与水平分层采煤法基本相同，不同的是分层面与水平面成2530交角。通常分层面向底板倾斜。本法简化了工作面的装煤和运煤工序，改善了劳动条件，在煤层倾角和厚度比较稳定的情况下，用本法比水平分层采煤法更有利。 掩护支架采煤法 在急倾斜煤层的回采工作面安装一种特殊支架（一般由钢梁和木料构成），把采空区与工作空间隔开，工人在支架掩护下进行回采。长期以来，中国使用平板型掩护支架采煤法。在区段内，沿走向划分成2030m的

31、条带，在每个条带内掘进4条相距6m的溜煤眼，将区段运输平巷和回风平巷贯通。在回风平巷内预先扩巷并安装一个长 24m、宽比煤层厚度小0.5m以内的掩护支架。采落的煤经溜煤眼自溜到运输平巷，随着回采，掩护支架靠自重和上部垮落岩石的推力，沿倾斜自动向下移动，直到采完全部条带为止。最后拆除支架。本法的主要优点是：消除了回采过程中架设支架的繁重劳动,坑木消耗少。但巷道掘进的工程量大，煤尘大,劳动条件差。近年来为扩大本法的使用范围，有的矿井对支架结构作了许多改进:如用于开采1.31.5m煤层的八字形钢梁；用于开采3.5m以上厚煤层的组合梁以及在倾角4565，煤厚4m左右的条件下试验了“”型掩护支架和带腿的

32、“”型掩护支架等，均取得了一定的效果。 壁式采煤法70年代，中国淮南矿务局创造了伪倾斜柔性金属掩护支架采煤法(图6)。在距采区边界5m处掘两条上山眼，贯通平巷后，在回风平巷中扩巷并安装掩护支架。安装工作进行15m后,逐步调斜掩护支架,使其与水平面成2530,然后在掩护支架下进行正常回采。随着工作面沿走向推进，要不断接长回风平巷中的掩护支架，同时在工作面下端的顺槽内拆除支架。采下的煤沿工作面铺设的搪瓷溜槽经溜煤眼溜到运输平巷。掩护支架下可用风镐或爆破法落煤。支架随着出煤而逐渐下降，生产时应注意调正支架，使之处于正常位置。 壁式采煤法壁式采煤法伪倾斜柔性掩护支架采煤法具有以下优点：工艺简单；劳动强

33、度低；工人在掩护支架下工作比较安全；材料消耗少；与水平分层采煤法相比，巷道掘进量可减少6070，工作面月产量提高46。但由于支架结构还不完善，煤层厚度和倾角有变化时开采困难。本法的适用条件是：煤层赋存稳定,倾角大于60,煤层厚度1.88.0m。中国开滦、淮南、通化等矿区,广泛使用本法。 壁式采煤法刀柱采煤法 在采空区内沿走向每隔2550m留宽5m左右、与工作面等长的煤柱，简称刀柱（见矿柱），用以支撑顶板，使其不致冒落。工作面至采后的最近刀柱间，用木支柱或金属支柱支护。工作面转入下两个刀柱之间后，即回收前两刀柱间的支柱。在顶板不易冒落的煤层，可只在近工作面支护。要在工作面回采到留刀柱前把下一工作

34、面准备出来。本法的采区巷道布置见图 7，其落煤、装运、通风、下料等其他工艺与单一走向长壁采煤法相同。 壁式采煤法壁式采煤法本法用于不易冒落的坚硬顶板煤层,工作面长度60120m。采高14m,最高可达6m。优点是:使用设备少,工序简单,适于炮采和机械装煤，工效和产量较高,坑木消耗少，吨煤直接成本较低。缺点是：残留煤柱多、资源回收低；采近距煤层时，上层刀柱对下层煤开采造成强大集中压力，用刀柱重叠开采下层时，刀柱越留越宽，在刀柱下开采困难大，往往会造成近距煤层整层丢失；刀柱工作面较短，切割巷多，掘进率低；丢煤多,通风不好，易造成自燃发火；随采空区的增大,会造成大面积悬空顶板的隐患，一旦来压，就会大面

35、积塌顶，产生井下暴风的严重事故（见长壁工作面地压）。 壁式采煤法为了消除大面积顶板悬空的隐患，可在已采完煤的两刀柱间用深孔爆破法人工强迫放顶，使采空区顶板沿刀柱切断，以防止大面积冒顶造成的灾害，目前，大同矿区已采用强力支架、强制放顶等措施，逐步以长壁垮落采煤法代替本法。 柱式采煤法 采空区顶板利用回采工作面采场周边或两侧的煤柱支撑，采后不随工作面推进及时处理采空区的采煤方法。其特点是工作面较短；经常多工作面同时生产，生产时多采用串联通风；煤回采工艺简单；运煤方向多垂直于工作面。本法有房式、房柱式和巷柱式三种： 柱式采煤法房式采煤法 区段内每隔 36m开采一个宽615m的煤房,条件好时,宽度可达

36、3040m(图1)。煤房和煤柱的尺寸取决于围岩性质、煤质硬度、开采深度、煤层厚度和回采工艺方式。煤房的长度等于区段长度或区段长度之半，一般为100m左右，用可伸缩带式输送机运煤时，长度可达300400m。煤房的布置,因地质和技术条件的不同而异。在近水平煤层，煤房可沿走向或倾斜布置在区段平巷两侧；煤层倾角大于8时,煤房的纵轴一般沿倾斜布置在区段平巷上侧，煤房与区段平巷的交角为90、60或45，以便采煤机械和自行矿车出入煤房。煤房的形成过程有两种情况：前进采房；前进送道，后退扩房，或后退采房。煤房的回采工艺有三种方式：用爆破法落煤，人工装煤、输送机或普通矿车运煤。这是一种最原始的工艺方式,以人工装

37、煤为特征。机械掏槽和爆破落煤,用移动式装煤机装煤，梭式矿车或带转载机的输送机运煤。这种方式以移动式装煤机为特征。用连续采煤机采煤（完成落煤、装煤工序），房内运输用带转载机的可伸缩带式输送机或梭式矿车，这种方式以连续采煤机为特征（见矿用输送机）。工作面支护由围岩性质和煤房尺寸而定，有普通木柱、大垮度棚子、锚杆支护和无支护等多种形式。有的国家应用铝合金轻型顶梁配合单体液压支柱支护，采后以专用小车回收。 本法的优点是回采工艺简单，采空区毋需处理；工作面人员少，生产灵活；用机械开采时，产量多，效率高，坑木消耗少等；但缺点是工作面短,切割巷道多,掘进率高，生产系统复杂；利用煤柱支撑顶板,煤损大,回采率低

38、；工作面串联通风，效果不好，劳动条件差。本法适用于围岩稳定、瓦斯含量不大、煤层不易自燃、开采深度不大的中厚煤层。 房柱式采煤法 回采工艺和煤房尺寸都与房式采煤法相同，仅煤柱尺寸稍大，一般取612m，采完煤房后，将煤房两侧的部分或全部煤柱回采出来，顶板任其自行垮落（图2)。本法除具有房式采煤法的优、缺点外，回采煤柱时，工艺复杂且不够安全；由于开切工作多,工作连续性差,劳动生产率和机械使用率都偏低,成本偏高。它与房式采煤法的主要区别是:本法先采煤房后采煤柱；房式采煤法只采煤房不采煤柱。本法适用于围岩稳定，瓦斯含量不大、煤层不易自燃，开采深度较浅，地压不大的近水平的中厚煤层。巷柱式采煤法 在区段范围

39、内,每隔1030m沿煤层切割成1030m的方形或矩形煤柱,然后按区段后退式开采顺序陆续回采。煤柱的回采线与区段平巷成近45交角。采空区顶板任其自行垮落。开掘巷道和回采煤柱多用爆破法进行。本法掘进率高,回采率低,通风条件不好，劳动条件差,围岩不稳定时不安全,机械化程度、产量和效率都低。但对地质变动的适应性较强，可用于不能采用壁式采煤法的区域，如井田边缘的不规整部分、断层带边角和回收煤柱等。 无论是房式，还是柱式，都需要有先进的采煤设备（相当于煤巷掘进设备）。先开煤房，宽度一般为57m，横竖交错，留下的煤柱宽度，可能是数米至二十米不等。1、连续采煤机梭车工艺系统图9-1，此种系统用于中厚煤层或1m

40、以上的薄煤层。连续采煤机有横滚筒和纵螺旋两类，目前我国的煤巷联合掘进机就属于横滚筒。另外，还有梭车、锚杆机、皮带、转载破碎机。采煤机滚筒宽2.93.2m，机长910m，梭车容量716吨。车高0.71.6m，长8.0m左右，宽2.73.3m，自重1118吨。采煤与打锚杆轮流。2、连续采煤机输送机工艺系统此系统克服了梭车间断运输的缺点。工艺系统如图9-2。主要用于薄煤层，在中厚煤层中的使用有上升趋势。图9-3为鸡西小衡山煤矿的MK22型采煤机割煤，两个滚筒，一上一下，左右摇摆，摇头晃脑进道。主要运输设备：三台万向接长机、一台桥式转载机、一台特低型胶带运输机。用锚杆支护，一台采煤机配二台顶板锚杆机。

41、 水力采煤法 在井下用水射流击碎煤体或兼用水力运输提升，简称水采。1935年苏联穆奇尼克创议试验井下水力采煤。1939年在顿巴斯矿区建成了世界上第一座工业试验水采矿井。1952年后，又有一批水采矿井相继投产。近年苏联水力采煤年总产量达1000万吨以上。1957年中国在开滦和萍乡试用水采成功，以后逐步推广。70年代，中国在发展综采（见煤回采工艺）的同时，继续在急倾斜煤层和地质条件多变的不规则煤层中发展水采。目前，中国已积累了较完整的水采技术经验，并研制了系列设备。1980年后水力采煤年总产量约为500万吨。 水力采煤法 水力采煤法用水射流进行落煤运煤，人员无需进入工作面，从而发展了柱式采煤法的优

42、点，消除了工作面支护、顶板管理和装运作业工序，使采煤作业工序简化。同时，水力运、提可使矿井装、运、提升作业实现集中化，简化矿井生产环节。水采方法的主要优点是：机械化程度较高且较易于自动化；空气的含尘量低，生产比较安全可靠，事故率和伤亡率较旱采矿井低；一套生产系统的能力较大，常达3075万吨年以上，其成本和效率指标也较旱采为优；一套水采区生产系统的初期投资低于综采采区；对地质构造的适应能力较强，和地面洗煤系统配套生产，效果较好。缺点是：通风系统不完善；回采率低，只有60左右；仅适用于中等稳定以上的直接顶板，范围较窄；巷道掘进率高，准备工作量大；吨煤电耗和粉煤率较高、辅助运输的机械化程度较低。当前

43、水力采煤法的主要适用条件为：煤层厚 18m，倾角超过68、顶底板较好、瓦斯不大的软或中硬煤层。在大倾角或不规则煤层中水采的效果优于传统采煤方法。 水力采煤法 水采同综采一样，受到各国重视。除中、苏外，日本、联邦德国、加拿大、波兰等国均已试用，美国也正筹划试用。当前各国主要致力于试验液压遥控式、程序自控式和高压脉冲式等新型自移水枪和大直径水力钻机；试验超高压细射流与综采相结合的采煤工艺；以及研究水采地压规律和改进水力采煤方法 水力采煤法 水采生产系统 LW型水枪是最常用的水力落煤工具，水枪由高压泵供水。水枪喷出的高速射流冲击并破碎煤体。碎落的煤体与水混合成煤浆回流入巷道中的溜槽，并汇集于采区或矿

44、井的煤水仓。煤浆用煤水泵或其他方式输送到地面脱水车间或选煤厂，经处理后,煤外运,水澄清复用。水枪靠人力或液控系统操纵，枪筒可作垂直和水平旋转，使射流冲击指定地点。 水力采煤法 水枪工作压力 水枪喷嘴出口处的水压。工作压力必须超过一定的数值,才能使射流有明显的破煤效果。煤质愈软,愈脆,裂隙愈发育，所需的工作压力也愈低。低于30kgf/cm2的低压射流只能冲运松软的煤或砂土;30500kgf/cm2的中高压射流可以破碎煤和较软弱的页岩。高于500kgf/cm2的超高压射流则可在煤岩中截缝或钻孔。目前水力采煤所用的工作压力一般为60150kgf/cm2。 水力采煤法 水枪射程 喷嘴至煤壁的距离。射程

45、超过一定值后，冲击压力和射流破煤能力（也称水枪生产能力）均随射程的增大而衰减；喷嘴直径愈大，衰减愈缓慢。射流破煤能力与工作压力、射程、喷嘴直径、煤质软硬的关系见图1。射流破煤能力开始急剧降低时的射程称有效射程。现用水枪的有效射程一般为 1520m。水枪的最大实际工作射程应小于有效射程。提高水压，增大喷嘴直径，能增大有效射程。中国常使供水泵集中向一个喷嘴供水，以求尽量增大喷嘴直径，改善落煤效果。但喷嘴直径过大将使水泵的工作状况点不合理而造成不利后果。中国常用喷嘴直径为1930mm(加拿大为38mm)。水采的供水泵通常为分级离心泵。中国现用GZ、GD泵的额定流量为270300m3/h，泵压为421

46、20kgf/cm2；串联时最高泵压可达210kgf/cm2，性能优良。充填采矿法 属人工支护采矿法。在矿房或矿块中，随着回采工作面的推进，向采空区送入充填材料，以进行地压管理、控制围岩崩落和地表移动，并在形成的充填体上或在其保护下进行回采。本法适用于开采围岩不稳固的高品位、稀缺、贵重矿石的矿体；地表不允许陷落，开采条件复杂，如水体、铁路干线、主要建筑物下面的矿体和有自燃火灾危险的矿体等；也是深部开采时控制地压的有效措施。充填法的优点是适应性强，矿石回采率高，贫化率低，作业较安全，能利用工业废料，保护地表等；缺点是工艺复杂，成本高，劳动生产率和矿块生产能力都较低。 充填采矿法 根据所用充填材料和

47、输送方式不同，充填采矿法可分三组：干式充填法，充填材料为专用露天采石场采出的碎石、露天矿剥离或地下矿采掘的废石等。经破碎，用机械、人工或风力输送至采场。水力充填法，充填材料为砂、碎石、选厂尾砂或炉渣等。用管道借水力输送至采场。胶结充填法，充填材料为水泥等胶凝材料和砂石、炉渣或尾砂等配制的浆状胶结物料，凝固后有一定强度，用管道借水力或机械输送至采场。干式充填法应用最早，它的生产效率低，劳动强度大，采矿成本高。至20世纪50年代，已逐渐为其他高效率采矿方法所取代。由于开采深度增加，环境保护要求严格，又急需降低稀缺高价矿石的损失和贫化，各国都加强了对充填新工艺的研究。5060年代水力充填和胶结充填新

48、工艺投入生产，克服了干式充填的一系列缺点，使充填采矿法的应用比例逐年增加。中国有色金属矿山各类充填采矿法历年产量所占百分比见表。 充填采矿法 充填采矿法 20世纪70年代，广泛采用自行无轨设备和斜坡道采准布置，用梯段工作面长采场或包括几个矿块的盘区回采(图1)。在回采工艺方面应用上向高分层崩矿，锚杆和金属网支护顶板（见巷道与硐室支护），低价高强度胶结充填材料等新技术，使充填采矿法得到进一步完善。水力和胶结充填法尚存在工艺复杂，渗滤废水和细泥污染井下环境，充填成本较高等问题，尚需进一步研究改进。根据采场结构，回采方向和回采工艺，充填采矿法又可分为上向分层充填法、下向分层充填法、壁式充填法、削壁充

49、填法和方框支架充填法。 充填采矿法 上向分层充填法 将矿房或矿块在垂直高度上水平地或倾斜地划分分层,由下向上逐层回采（图2）。每采完一个分层，随即进行充填。并在充填体中顺路构筑放矿溜井和行人天井（兼作泄水井用）。在矿块中布置充填天井，用来下放充填料；有时兼作提运设备、材料、通风和行人用。回采过程是凿岩、崩矿、出矿、架设行人天井和矿石溜井,建造隔墙,充填和铺盖胶结底板等。水力充填时每一分层充填料上部均铺盖强度较大的胶结底板，以减少出矿时矿石的贫化和损失并提高出矿效率。靠近矿柱建造隔墙，将松散充填料与矿柱隔开，为下一步回采矿柱创造良好的条件。该法用于开采矿石稳固而围岩不稳固的矿体。矿石和围岩均不稳

50、固时，可用微倾斜(倾角710)进路回采，使水力充填或胶结充填材料能自流接顶。矿石中等稳固时，也可用锚杆加固顶板矿石。 充填采矿法 充填采矿法 下向分层充填法 回采顺序是由上向下逐层回采、逐层充填(图3)。回采分层水平或倾斜（1015）布置，不留顶柱和底柱。矿块中布置矿石溜井和充填、行人天井。采下矿石经溜井放至下部阶段运输巷道。充填料自上部阶段运输巷道经充填天井下放至采场。随分层回采，在充填体中顺路构筑充填、行人天井。回采分层时，先掘进切割巷道与充填、行人天井和溜井连通。自切割巷道用进路或长壁工作面回采矿石。工人在每一分层水砂充填体下部构筑的胶结假顶下或胶结充填体下作业,工作安全。进行充填作业前

51、,在回采进路口上和侧部构筑滤水墙和密闭墙。本法适用于开采矿石和围岩均不稳固的矿体，也是一种回采矿柱的有效方法。 充填采矿法 露天开采 surface mining 从敞露地表的采矿场采出有用矿物（见彩图）。与地下开采比，其优点是资源利用充分、回采率高、贫化率低，适于使用大型机械，劳动生产率高，成本低,建矿快，产量大，劳动条件好,生产安全。随着露天开采技术的发展,适于露天开采的范围越来越扩大,可用于开采低品位矿床和某些地下开采过的残矿。目前世界固体矿产总量中,约有2/3用露天开采。中国可供露天开采的矿产资源丰富。平朔、霍林河、伊敏河、准格尔、元宝山、昭通等地的煤田，鞍山、本溪、冀东、攀西等地区的

52、铁矿,德兴、永平的铜矿,以及其他化工、建筑材料等,均有数以亿吨计的储量可供露天开采。 露天开采 露天开采 露天开采 露天开采是人类使用矿物最早出现的开采方式，最初是开采矿床的露头和浅部富矿，19世纪末使用动力挖掘机以来,露天开采技术迅速发展,露天矿的规模越来越大。近代重大的成就有:出现了大型剥离倒堆设备,机械铲和索斗铲的最大铲斗容积(斗容)已分别达到137.5m3和168m3，最大的美国宾厄姆(Bingham)露天铜矿采剥总量曾达494242td。以轮斗铲、链斗铲、带式输送机、排土桥和悬臂排土机等设备组成的连续开采工艺的应用范围逐渐扩大，轮斗铲的理论生产能力高达240000m3/d，排土桥理论

53、运输能力高达25600m3/h,跨度272.513.5m，采高60m。完善了适应性较强的间断开采工艺和设备，包括钻孔直径达380444mm的大型高效率牙轮钻机；可在现场混制廉价炸药和防水炸药的装药车；大区微差爆破和挤压爆破技术；机械铲、液压铲和前装机的斗容分别达2234m3、2230m3和23m3;电机车的自重达150t,牵引机组粘重360t,自翻车载重180t，自卸汽车载重 154318t；以及相应的推土机、移道机、平路机、铲运机等。发展了间断挖掘设备配以移动式和半移动式破碎机与带式输送机构成的硬岩半连续生产工艺。破碎机能力达4000m3/h等。 露天开采 露天开采需剥离大量土岩，以揭露矿体

54、。剥离量与采矿量的比值称剥采比，是衡量露天开采经济效果的重要指标 (单位是m3/m3、m3/t)。最深的露天矿采深已达800m。根据地形，采场在上部境界封闭圈以上的部分称山坡露天矿，封闭圈以下的部分称凹陷露天矿。露天开采 露天开采 露天开采 露天开采 露天采场内的矿岩通常划分为一定高度的分层，每个分层构成一个台阶，以进行剥离和采矿。生产过程由矿岩松碎、采装、运输和卸载（卸矿和排土）组成。较松散的矿岩可用不经破碎，直接用采装设备挖掘。台阶开采时划分为一定宽度的条带，称采掘带。在采掘带中，进行采掘作业的部分称采掘工作面，具备采运条件的采掘带称工作线。具有正常采掘条件的台阶称工作台阶。由若干工作台阶

55、组成的露天矿边帮称工作帮。露天开采 为进行正常生产，工作台阶需有足够的宽度，以布置穿孔、爆破、采矿、运输设备，构成工作平台或工作平盘。工作帮假想平面和水平面的夹角称工作帮坡角。不进行矿山作业的露天矿边帮称非工作帮。非工作帮上常设置供运输用的运输平台、截拦块石滚落的安全平台和清扫滚落块石的清扫平台。非工作帮常是露天采场开采结束时的最终边坡或最终边帮。后者与地表的交线称上部境界线。与露天矿底面的交线称下部境界线。通过上部境界线和下部境界线的假想斜面和水平面的交角称最终边坡角。 露天开采 露天开采中的主要技术和管理问题有：见露天开采境界；露天矿边坡稳定；开采工艺；开采程序（见露天采矿方法）；露天矿开拓(见矿床露天开拓)；疏干排水（见矿山排水，矿床疏干）；矿山环境保护，矿山土地复用；露天开采生产调度。 露天开采的各生产环节相互联系，构成多环节的动态系统。为使系统整体最优化，目前的方向是应用电子计算机、运筹学和系统工程