采矿学知识整理

《采矿学》部分知识整理5/5同一地质时期形成，并大致连续发育的含煤岩系分布区称为煤田。统一规划和开发的煤田或其一部分称为矿区。矿井是形成地下煤矿生产系统的井巷、硐室、装备、地面建筑等的总称。划归一个矿井开采的那部分煤田称为井田。矿井设计生产能力是设计中规定的矿井在单位时间内采出的煤炭总量。矿井井型是根据矿井设计生产能力不同而划分的矿井类型，一般分为大、中、小三种井型。通过由地面向地下开掘井巷采煤称为地下开采，或井工开采。直接从地表揭露并采煤的方法称为露天开采。阶段是在井田范围内平行走向按一定标高划分的一部分井田。在阶段内沿走向把阶段划分为若干具有独立生产系统的开采块段，每一段称为一个采区。通常将布置有井底车场和阶段运输大巷、并且负担全阶段运输任务的水平称为开采水平，简称水平。沿采区走向边界处的煤层中开掘斜巷，连通区段运输平巷和区段回风平巷，该斜巷称为开切眼。开切眼是采煤工作面的始采位置。在阶段内沿煤层走向把阶段划分为若干适合于采煤工作面的长条，每一个长条称为一个分带。由相邻若干分带组成，并具有独立生产系统的开采区叫带区。上山是位于开采水平以上，为本水平或采区服务的倾斜巷道。下山是位于开采水平以下，为本水平或采区服务的倾斜巷道。上下山开采的比较：1运输和提升方面2排水方面3掘进方面，下山掘进的装载、运输和排水复杂，因此速度较慢4通风，上山风路短，下山风路长，容易漏风。总体来看，上山开采生产技术方面较下山开采优越的多。下山开采的优点是，充分利用原有开采水平的井巷和设施，节省了开拓工程量和费用，增加了开采水平储量，延长了水平服务年限。上下山开采的应用：下山开采一般与上山开采结合，先采上山部分，再采下山。1倾角小的煤层，瓦斯和涌水量低，下山开采缺点不明显，而节约工程量、加大开采水平垂高的优点突出，应上下山结合2井田深部自然条件差、储量低，设置开采水平有问题，可在最终开采水平以下设一部分下山开采3一些多水平矿井，可在靠近井筒位置设下山采区分担任务。主下山开采与下山开采区别：主要下山指集中下山、中央下山或主副暗斜井，往往布置在井田某一开采水平中央，向下延深至下一开采水平，后布置井底车场和大巷，该开采水平之上各采区仍为上山开采，这与下山开采有着本质区别。矿井生产系统是由完成特定功能的设施、设备、构筑物、线路和井巷的总称，包括运输、通风、运料、排矸、排水、动力供应、通讯、检测等子系统。（图1-6）采煤方法是采煤工艺与回采巷道布置及其在时间、空间上的相互配合。壁式体系采煤法一般特点：1采煤工作面较长2随着采煤工作面推进，顶板暴露面积增大，矿山压力显现强烈3爆破或采煤机破煤、装煤，刮板输送机运煤，跨落法或充填法处理采空区4采煤工作面两端至少各有一条回采巷道以形成生产系统。炮采，优点是对各种地质条件适应性强，技术容易掌握，管理简单，对回收边角煤、断层密集切割带内开采、煤层倾角或厚度剧变带内开采、不稳定煤层开采及小规模开采等的运用效率高。缺点是机械化水平低，人工劳动强度大，作业环境和安全条件差，效率低。普采，即普通机械化采煤工艺，是用机械方法破煤和装煤、输送机运煤、单体支柱支护顶板的采煤工艺。其支护和处理采空区仍由人工完成。与综采相比，普采投入设备少，对地质变化适应性强工作面搬迁容易；与炮采相比，效率高，且生产安全。普采对推进距离短、形状不规则、小断层和褶曲较发育的工作面运用较好。1单滚筒采煤机普采：缺点是对采高较大工作面要分顶底刀两次截割，增加了顶板暴露面积与时间，其次是需要人工开切口，效率低。2双滚筒采煤机普采：实现了一次采全高。工艺过程为割煤、挂梁、推移输送机、支柱、回柱放顶。综采，综合机械化采煤是用机械犯方法破煤和装煤、输送机运煤、自移式液压支架支护顶板的采煤工艺。各工序简化为割煤、移架和推移输送机。综采机械化水平和单产效率高，生产高度集中，劳动量、材耗和成本低，顶板安全得到最大程度防治。其缺点是投资高，适应性相对较差。滚筒采煤机进刀方式：1直接推入进刀：进刀速度快，但设备易损坏且需人工开切口；2端部斜切进刀：①割三角煤进刀②留三角煤进刀；3中部斜切进刀。割煤方式：1双向割煤（往返一刀）2双向割煤（往返两刀）3单向割煤（往返一刀）。采煤工作面工艺设计，是根据煤层地质条件、矿井生产系统能力和技术管理水平，合理选择采煤工艺参数和设备，编制采煤工作面作业规程。影响工作面长度因素：1地质因素，包括煤层地质构造、煤层倾角、瓦斯涌出量和涌水量等2设备条件3阶段斜长4工作面效率5安全。采煤机开机率：采煤机运转时间占每日24小时的百分比。采煤工作面采出率：工作面实际采出煤量占工作面实际煤储量的百分比。完成一个循环后采煤工作面推进的距离称为循环进度。采煤工作面一昼夜完成的循环数称为循环方式。综采面调斜及旋转需要有良好地质条件，煤层赋存稳定，顶板中等稳定以上，不受相邻工作面采动影响，煤层倾角不大，采高不宜过大。调斜方法：1实中心调斜2虚中心调斜。综采工作面设备拆除顺序：先拆输送机机头机尾，然后是采煤机，输送机中部槽，最后是支架。单一走向长壁采煤法即一次将整层煤层采完，用于近水平、缓斜和中斜薄及中厚煤层。采区巷道掘进原则：尽量平行作业，尽快形成全负压通风系统。单一走向长壁采区生产系统及各子系统（图4-1）。区段平巷按中线和按腰线掘进。区段平巷布置与掘进方式：1双巷布置与掘进：本区段的运输平巷与下区段的轨道平巷同时掘进，两巷间留区段煤柱。适用于瓦斯含量大，一翼走向较长的采区。优点是下区段的轨道平巷受开采影响较小，上下区段工作面接替容易，通风、运料和行人均方便。缺点是，由于设区段煤柱，采出率降低很多。有些情况下虽然有区段煤柱护巷，但巷道维护依然困难。2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稳定后再开掘。适用于瓦斯涌出量不大，煤层赋存较稳定，涌水量不大的区段平巷。可进一步分为①留煤柱护巷②沿空掘巷：沿采空区边缘开掘巷道。沿空掘巷不留或只留很窄煤柱，减少煤炭损失，减少了区段平巷间的联络巷，减少了维护工程量。但是，沿空掘巷必须在采空区垮落的顶板岩层稳定后掘进。3多巷布置与掘进：在国外一些开采条件好，且连续采煤机掘进回采巷道的高产高效矿井中，为充分发挥连续采煤机掘进的优势，满足高产条件下的通风要求，采用多巷道布置与掘进。工作面采煤后沿采空区边缘维护原回采巷道的护巷方法称为沿空留巷。利用三条区段平巷准备出两个同时生产的采煤工作面的布置称为双工作面布置。采煤工作面回采顺序：1工作面后退式：回采巷道先开掘出来，采煤工作面由采区边界向采区运输上山附近推进的方式。优点是采掘干扰少，回采前通过开掘巷道可探明煤层条件，生产期间漏风少。缺点是准备时间长。2工作面前进式：回采巷道在工作面推进过程中通过沿空留巷形成，采煤工作面由采区运输上山附近向采区边界回采，即沿空留巷。优点是减少平巷掘进工程量，投产快，提高采出率。缺点是煤层赋存条件不明，巷道与采煤干扰大，漏风大，巷道维护困难。3工作面往复式：是前两种的结合。4工作面旋转往复式：工作面旋转180°并与往复式相结合。缺点是采煤损失大，操作及管理复杂，且对设备损伤较大。工作面通风方式：1U型通风2Y型通风3Z型通风4H型通风5W型通风6三进两回通风。长壁工作面沿走向布置、沿倾斜推进的采煤方法称为倾斜长壁采煤法。在开采区内不受走向断层影响且保证足够工作面连续推进长度的条件下，该方法一般适用于倾角小于12°的煤层。倾斜长壁采煤法与走向长壁采煤法的主要区别在于回采巷道的布置方向不同，相当于走向长壁采煤法中的区段旋转90°，原区段变成倾斜分带，区段平巷变成分带斜巷。与走向长壁采煤法相比，倾斜长壁采煤法的优点是：1巷道布置简单，掘进和维护的费用低，投产快2运输系统简单，占用设备少3工作面容易保持等长，利于综采4通风线路简单5对某些地质条件适应性强6技术经济效果好。缺点是：1掘进、辅助运输和行人困难2煤仓和材料车场数目多、大巷装载点多3分带斜巷内存在下行通风问题。把近水平、缓（倾）斜及中斜厚煤层用平行于煤层层面的斜面划分为若干个小分层，然后逐层开采，分层间采用下行开采顺序，垮落法处理采空区，下分层在已经垮落的顶板下开采，这种方法称为厚煤层倾斜分层长壁下行垮落采煤法。倾斜分层下行垮落采煤法应用：优点是有效解决了近水平、缓（倾）斜及中斜厚煤层开采时的顶板支护和采空区处理问题，有利于在此类煤层条件下实现安全生产，提高资源采出率。缺点是铺设假顶及掘巷工程量大，生产组织和管理复杂，防治自燃的难度大。在同一个区段范围内，上下两个分层同时开采时，称为分层同采，反之称为分层分采。分层分采的生产系统（图6-1）。分层同采的优缺点：优点1可以通过增加同采工作面数来增加采区生产能力2各分层回采巷道超前工作面掘进，随采随报废，缩短了维护时间，改善了维护条件3各分层出煤利用区段集中运输平巷，占用设备少4有利于假顶防腐。缺点是岩石工程量大，准备时间长，生产系统复杂，单个工作面能力不好发挥。开采近水平、缓（倾）斜及中斜厚煤层时，先采出煤层底部长壁工作面的煤，随即放采上部顶煤的采煤方法称为长壁放顶煤采煤法。放顶煤采煤方法评价：1与分层开采相比，其优越性是：①高产高效②巷道掘进率低③工作面搬家次数少④吨煤成本低⑤对地质条件和煤层赋存条件变化适应性强。2存在的问题①采出率②支架与配套设备③瓦斯防治④自燃防治⑤煤尘防治⑥沿底煤巷矿压控制。3适用条件①煤层厚度5-10m为佳②煤的硬度系数一般小于3③煤层深埋不宜小于100m④煤层结构合理⑤顶板冒落高度不宜小于煤层厚度的1-1.2倍⑥综采的煤层倾角应小于30°⑦不宜用于自然发火期短、瓦斯涌出量大、煤尘多的煤层。采放比是放顶煤工作面采煤机机采高度与顶煤高度之比。急倾斜煤层开采特点及适用条件：1井田开拓特点：井田内储量相对较少，矿井大多属中小煤矿；一般采用立井开拓，地面为山地地形时多用平洞开拓。井田都划分为阶段，每个阶段布置一个开采水平，水平间用暗立井延深，大巷多布置在底板岩层中，沿倾斜行人和辅助运输困难，一般只采上山阶段。2适用条件：2m以下厚煤层中主要采用俯伪斜分段走向密集采煤法。倾角55°以上，2-6m厚煤层中主要采用伪斜柔性掩护支架采煤法。对10m以上厚度的煤层，采用水平分段放顶煤采煤法。伪俯斜走向长壁分段水平密集采煤法特点、评价及适用条件：1主要特点：采煤工作面成直线，按俯伪斜方向布置，沿走向推进，分段水平密集切顶、挡矸、隔离采空区与工作区间；工作面分段爆破落煤，煤炭自溜运输。2评价及适用条件：优点是减缓了煤矸下滑速度，有利于防止冲倒支架，改善了安全生产条件，有利于近煤壁的通风和机械化采煤，回采率高。缺点是工作面支柱和回柱工作量大，分段密集支柱下方三角区通风差，顶板有淋水时作业困难。该法适用于倾角40°以上，顶板中等稳定，煤壁易片帮，工作面采高不超过2m的低瓦斯煤层，或不宜采用伪斜柔性掩护支架采煤法的不稳定急斜和中厚煤层。伪斜柔性掩护支架采煤法的的特点、评价和适用条件：长壁工作面按伪斜方向布置，沿走向方向推进，用柔性掩护支架隔离采空区，工人在掩护支架下作业。优点：工作面沿走向推进，工作面较长，系统简单，连续推进；支架依靠重力自行放下；工作间矿压缓和，煤炭能自溜运输。缺点：支架材料的运输、安装、拆除，钻眼爆破，拆移溜槽等仍然是人工为主，支架不能调宽，对煤层变化的适应性差。该方法适用于1.5-6m厚，倾角大于55°，厚度稳定的急倾斜煤层。水平分层放顶煤采煤法特点和评价：该法把急倾斜厚煤层划分为若干个与水平面平行的分层，每个分层厚度2m左右，分层内布置回采巷道，形成采煤工作面，工作面沿走向推进，依次回采。优点：能适应煤层厚度和倾角变化，安全、高效。缺点：巷道布置及通风复杂，工序多，运料困难，劳动强度大，材料消耗大，机械化水平低。斜切分层与水平分层的区别：为利于分层工作面运煤，斜切分层的分层面与水平面成25°-30°夹角。两种采煤法基本相同。水平分段放顶煤采煤法特点及适用条件：在急倾斜煤层中，按一定高度分成若干分段，在分段内先采出底部工作面的煤，随即放上部顶煤的采煤方法称为水平分段放顶煤采煤法。对于厚度在10m以上的急倾斜煤层，水平分段放顶煤采煤法明显降低了掘进率，提高了产量和效益。由于滑移顶梁支架反复支撑和卸载，侧向稳定性差，一般适用于顶压不大，工作面倾角很小的条件下。水平、圆弧过渡工作面综采长壁放顶采煤法评价及适用条件：该法较好解决了45°左右特厚煤层放顶煤长壁开采的技术难题，有效抑制了装备下滑和倾倒，产量高，掘进率低，生产安全。适用于35°-49°，可放性较好的特厚煤层，也适用于大倾角普通综采面。柱式体系采煤法分为房式和房柱式采煤法，房柱式也称为巷柱式。在煤层内开掘一系列称为煤房的巷道，煤房左右用联络巷相连，形成一定尺寸的煤柱，煤柱留下不采以支撑巷道的方法称为房式采煤法，煤柱也采出的称为房柱式采煤法。房式采煤法和房柱式采煤法适用于近水平薄或中厚煤层，与长壁配合也可用于厚煤层，但一般要求瓦斯含量小，采深低于300m，顶板中等稳定以上。与综合机械化长壁采煤法比较，高度机械化房柱式采煤法的优缺点是：优点：1设备投资少2建井工期短，出煤快3运转灵活，设备拆装方便，容易适应煤层变化，把边角煤等采出来4支护简单。缺点：1采出率低2通风条件差，漏风多3对地质条件要求严格。适用条件：1开采深度较浅，覆盖层不超过300-500m，煤层厚度0.8-4m的近水平煤层2顶板中等稳定以上3煤质中硬以上，没有坚硬的杂质4瓦斯量少5单一煤层或非近距离煤层。采煤方法选择的原则：1生产安全2技术先进3经济上合理4采出率高5因地制宜。采煤方法选择的影响因素：1地质因素2技术因素3经济与管理因素4技术政策、法规和规程。采煤方法的发展：安全、高效、绿色是主要发展方向。1对近水平、缓倾斜、中斜煤层长壁式开采，关键是不断改善采煤工艺，出路在于提高机械化水平2走向长壁采煤法技术简单、应用成熟，具有广泛适应性，是开采缓倾斜、中斜煤层的主要方法3近水平、缓倾斜和中斜厚煤层在我国煤矿生产中占有比重大，合理开采这类煤层可以应用不同途径4薄煤层工作面作业困难、复杂、安全性低，应提高机械自动化水平5急倾斜煤层产量比重不大，但分布较广6充填法是解决“三下（建筑物下、铁路下、水体下）”问题的根本途径7利用连续采煤机为长壁综采工作面掘进回采巷道，形成房柱式与长壁工作面配合的采煤法，是充分发挥两者优势，高产高效的途径8我国东部矿区面临深矿井和难开采煤层开采的问题。为准备采区、盘区和带区而开掘的主要巷道称为准备巷道，包括上下山、车场、区段或分带集中巷、采区石门、绞车房、变电所和煤仓等。准备巷道的布置方式称为准备方式。采区式、盘区式和带区式是我国煤矿的基本准备方式。采区式和盘区式准备的异同点及应用条件（Chap12）。影响采区走向长度的技术因素主要包括区段巷道的运输、掘井通风、供电和采煤机的机械化程度。采区车场是采区上下山与运输大巷、回风大巷或区段平巷连接处的一组线路、巷道和硐室的总称。井田划分的原则：1与矿井生产能力适应2利用自然条件3合理的尺寸和足够的储量4统筹兼顾5留有余地6直线原则。井田划分方法：1按地质构造2按煤层赋存3按煤质煤种4按地形地界5人为划分。井田尺寸一般指井田走向长度、倾斜长度和井田面积。倾斜长度指煤层倾斜方向水平宽度。影响矿井生产能力因素：1储量2地质条件3工艺装备水平4经济与社会因素。矿井开采能力是具体矿井煤层地质条件下，一定开采布置和采掘工艺所能保证的稳定的采煤能力，取决于矿井内同时生产的工作面生产能力、个数和掘进出煤。矿井设计服务年限是矿井设计时，按矿井可采储量，设计生产能力并考虑储量备用系数计算出的设计开采年限，简称矿井服务年限。为整个矿井和各水平开采进行的总体性井巷布置、工程实施和开采部署称为井田开拓。井田开拓主要解决的问题是：在一定矿山和地质条件下，根据矿区总体设计的原则规定，对矿井开拓巷道布置和生产系统的技术方案做出选择，对井田内各部分煤层的开采做出原则性安排，主要包括1井田的再划分2井筒形式、位置及各种配置等3车场、线路和硐室4运输大巷和回风大巷5开拓其他巷道6开采顺序7延深方案8技术改造和扩建。开拓巷道在井田内的总体布置方式称为井田开拓方式。一般情况下，立井最复杂，斜井次之，平硐最简单。立井开拓是利用直通地面的垂直井巷作为主副井的开拓方式。优点是：适应性强，不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯及水文的限制。采深相同时，立井井筒短，设施铺设少，提升速度快，提升能力大。井筒断面大，容易下放大材料大设备。井筒支护条件好且容易维护。通风断面大，阻力小。深井开拓优势明显。缺点：井筒施工复杂，技术要求高，设备多，成井慢，投入大。另外，立井直接延深困难，对生产干扰大。应用条件：冲击层厚、水文地质条件复杂的矿井，多水平开采急倾斜矿井，煤层赋存深的矿井。对倾斜长度大的井田，立井多水平开拓能合理兼顾浅部和深部开采。斜井开拓是利用直通地面的斜井巷作为主副井的开拓方式。优点：与立井相比，斜井