《煤矿开采学》讲义

《煤矿开采学》讲义

绪  论

    一、我国煤矿开采技术的发展概况

       我国是世界上产煤最早的国家，据《山海经》记载，远在公元前500年的春秋战国时期，煤炭就已经成为一种重要的产品，到唐宋时代，手工采煤有了进一步发展，那时称为“石炭”，元明两代手工采煤技术已经逐步完善，从明朝起称为“煤炭”。据《天工开物》（17世纪中叶，明朝末宋应星编著）一书记载，当时的采矿过程是：开凿立井，用木质绞车（俗称辘轳）提升，用打通中节的竹竿插入井内引出井下有害气体，以井筒为中心向四周开掘巷道进行煤炭的开采，用木支柱支护顶板。

     但是在旧中国，由于长期的封建统治，其煤炭开采始终停留在手工业生产的水平上，19世纪五十年代，在帝国主义入侵中国以后，我国出现了近代工业，煤矿和其它工业一样，才开始出现了机器生产（如提升、运输、通风、排水等机械）矿井。  

         在“三座大山”的压迫下，煤矿是资本家获取高额利润的场所，他们不管工人的死活，不重视开采技术的提高，只求产量，煤矿工人受尽最残酷的压迫和剥削。因此，其开采技术极为落后，矿井灾害事故经常发生，工人生命安全毫无保障，因而，长期以来在人们的印象中煤矿是最危险、最可怕的地方。加之资本家实行的是掠夺性开采，从而使我国煤炭工业遭到了严重地束缚和破坏。

         解放后，我国劳动人民经过艰苦奋斗，煤炭工业有了很大发展，原煤从1949年的3240万吨达到1988年的9.8亿吨，为1949年的30倍，1990年全国原煤产量近11亿吨，产量居世界首位（1949年居世界第十位，是49年的33.3倍），煤矿开采技术有了较大的发展和提高。这几年由于国家发展规划的调整和“关井压产”、提高安全生产的要求，产量有所回落，但是煤矿开采技术和煤矿安全状况有了明显的变化，机械化程度的提高、百万吨工作面和千万吨矿井的不断出现、万吨死亡率的降低，给人们树立起了好的煤矿形象，使人们对煤矿生产有了新的认识。综观我国煤矿开采技术的发展过程，大致可以分为以下三个阶段：

第一阶段（解放初～60年代）：

         新中国成立后，党和国家非常重视煤炭工业的发展，在很抓安全的前提下首先从改革采煤方法入手，变原来的不规则的房柱式、高落式为长壁式采煤法；变原来的手工落煤为打眼放炮落煤。同时，也开始试验截煤机采煤。该阶段被称为“炮采阶段”，从本阶段发展速度上看，可分为三个时期：①1949～1958年发展较快；②1958～1962年发展较慢（受“三无”、“三边”、“大跃进”影响）；③1962～1964年较快（处在“三年整顿”时期）。到1957年，全国截煤机有446台、联合采煤机109台，机械化程度为4.12％。

第二阶段（60年代初～70年代中）：

         本阶段我国主要是研制和试验了浅截式采煤机、可弯曲刮板输送机，工作面采用了金属支柱和金属铰接顶梁支护，实现了采、装、运的机械化，该阶段被称为“普采阶段”。这一阶段处在“十年动乱”之中，发展速度较慢。到70年代末，滚筒采煤机528台、联合采煤机190台，机械化程度为21.31％。该阶段后期又出现了“高档普采”工作面。

第三阶段（70年代中迄今）：

           为了彻底改变开采技术面貌，实现采煤机械化，这一阶段我国引进并研制了自移式液压支架、大功率采煤机、强力可弯曲刮板输送机和可伸缩胶带运输机。从而实现了采、装、运、支的全面机械化采煤过程，因而称该阶段为“综采阶段”，本阶段发展较快。目前又出现了“大采高综采”（4.5m厚的煤层一次采全高）、“放顶煤综采”、“连续采煤机”等先进的采煤机械化设备，从而大大改善了煤矿生产的面貌，到1991年全国的机械化程度达到了60％。近几年来，由于采煤方法和采煤机械化的发展和提高，一大批局、矿已经跨入了现代化矿井行列（1990年就有11个局78个矿被命名为现代化局、矿）。

          目前，我国采煤机械化水平已达60%以上，全国74个局有机采设备，47个局131个矿有综采，机械化程度达90～100％的有8个局（潞安、晋城、邢台、兖州、阳泉、双鸭山等）；达70～90％的局有8个（峰峰、大同等）；综采达70％以上的有4个（潞安、晋城、邢台、兖州）。1988年百万吨工作面26个，最高达180.1万吨。我国西北地区煤炭工业近年来发展也十分迅猛，不仅机械化程度大大提高，同时也出现了许多百万吨工作面，如陕西的神东矿区、甘肃的窑街矿区、宁夏的石炭井矿区、和新疆的哈密、乌鲁木齐矿区等。

          由于煤炭资源分布特征不同，煤层倾角、厚度变化很大，从而带来了开采技术有很大的差异，同时机械化程度也差别较大。单从煤层倾角来看（缓倾斜、倾斜、急倾斜煤层分别占可采储量的比例是：86.3％、10.1％及3.6％），可见这必然要有多种多样的采煤方法，据不完全统计，我国目前采用的采煤方法有50多种，是世界上采煤方法最多的国家之一。目前主要集中在长壁式和短壁式两大类型上，同时还有“露天”、“水采”、“汽化”和“无人工作面”等方法（地下汽化、无人工作面正在试验中）。正是因为煤层赋存条件非常复杂，采煤方法多样化，我国仍有相当一部分地区和煤矿采煤方法比较落后，其“炮采”仍占主要部分。同世界先进采煤国家相比，我国还有很大差距，主要体现在以下几个方面：

   1．采煤机械化程度（％）

      苏联96、美国99.7、西德99.2、英国94、波兰96、中国65～70

   2．全员效率（吨/人）

     苏联2.52、美国8.16、西德3.36、英国2.36、中国1.092

   3．职工人数

     世界其它采煤国家总和4百多万，我国78年号称“5百万大军”

       可见，这还需要我们更加努力地学习，为振兴我国煤炭事业、赶超世界先进水平做出应有的贡献。

   我国煤炭资源丰富，据统计探明储量在9000亿吨以上，已知含煤面积约55万平方公里，遍及全国29个省市，主要产煤基地有：山西、山东、河北、河南、辽宁、安徽、江苏等。按年产14亿吨计算，我国煤炭可采600多年。显然，我国煤炭事业的前景十分广阔，你们将来一定会大有作为。

二、煤田开发过程及本课程（学科）内容

1．煤田开发概述

    地质普查——地质详查——地质精查——矿井设计（预可研、可研、初设、施工设计）——矿井建设——矿井生产。

2．本学科研究方向和本课程内容

    本课程是研究煤矿开采技术的综合性技术科学，目前采矿工程学科已形成了三个研究方向，相应的课程是：矿山压力及其控制、煤矿开采学和矿井系统优化基础。煤矿开采学研究的基本内容主要是：不同煤层赋存条件下的各种采煤方法、巷道准备方式、井田开拓方式及矿井设计的有关问题。分以下几大部分：

   ①  煤矿开采的基本概念

   ② 采煤方法

   ③ 准备方式及采区设计

   ④ 开拓方式及矿井设计

   ⑤ 矿井其它开采方法

   ⑥ 露天开采

     三、本课程的任务及与其它课程的关系

          全面系统地掌握各种采煤方法、准备方式、矿井开拓方式及其生产系统，了解煤田开发过程及特殊条件下的开采方法和开采工艺，为进行工作面、采区和矿井设计打好基础。该课程是在煤矿地质、矿山测量、采掘机械、井巷工程、矿山压力及其控制等课程的基础上开设的，因此，只有学好其前导课程，才能有利于本课程的学习。

    四、学习方法及考核

          由于本课程实践强、空间概念难以建立，因此，除课内认真听讲外还应多看有关模型及影像、图片资料，以便逐渐加深对各种采煤方法、巷道布置、开拓方式的理解。

    考核方法：平时（作业、课堂提问）+期中考试+期末考试

五．基本要求及参考书

要求：纪律、作业、建议

参考书：《采煤学》、《中国采煤方法图集》、《中国采煤方法》、《矿井开拓图集》、《煤矿设计手册》（上、下）

思考题：

1.煤矿开采技术发展分那几个阶段？

2.煤田是如何开发的？

      第一章  煤矿开采的基本概念

    我国煤田分布情况：

    全国可分为6个聚煤区：东北、华北、西北、华南、滇藏、台湾（又可划为89个含煤区），960万平方公里中有55万平方公里地下含煤，占5.73％。举例说明我国主要产煤基地和各大矿务局及其大型矿井。

     ② 井田—划归给一个矿井或一个露天矿进行开采的部分煤田,井田范围大小是在矿区总体设计中来确定，一般主要考虑煤层赋存条件、地质构造、开采技术条件及国民经济发展需求等因素，根据目前我国煤矿开采技术水平，一般小型井井田走向长度不少于1500米；中型井不少于4000米；大型井不少于7000米。

  ③ 矿井—管理井田开发的行政机构称为矿井。

  ④ 矿区—人为地将临近几个矿井划归给一个行政管理机构，称这个机构为矿区或矿务局，现在大部分矿务局都改制为XXX集团公司了。 

   二．矿井生产能力和井型

     ① 矿井生产能力—矿井设计的年生产煤量，以万t/a来表示。通常还有核定生产能力、实际生产能力（或称年产量）。

     ② 井型—按矿井生产能力大小不同将矿井分为大、中、小三种类型，称之为井型。井型也就是矿井生产能力。

        大型井：120、150、180、240、300、400、500万t/a及以上的矿井，300万t/a以上的矿井又称为特大型矿井，目前我国也有1000万t/a以上的矿井，过去世界上只有英国赛尔比矿生产能力为1000万t/a，共有11对井筒，分区式开拓。

   三．露天开采与地下（井工）开采的概念

        露天开采的条件：剥采比—每采一吨煤需要剥离岩石的数量，用m3/t来表示。根据我国目前露天矿的开采技术条件和经验，最大经济合理剥采比对褐煤为6m3/t左右；对烟煤为8m3/t。

        地下开采：也叫井工开采，露天不能开采的条件都可采用。但难度大—作业空间、水、火、瓦斯、煤尘及围岩（顶板），即通常所说的煤矿“五大自然灾害”。

1．2   矿山井巷名称及井田内划分

一.矿山井巷名称（绘图说明）

<一> 按空间位置不同分类

            ①  垂直巷道:

    立井（竖井）—地面上有出口的垂直巷道，主立井、副立井、风井等；

    暗立井（盲立井、盲竖井）—地面上没有出口的垂直巷道，自下而上运输；

    溜井—地面上没有出口的垂直巷道，自上而下运输；

  溜眼—高度、直径较小、服务范围小的溜井。

   ②  水平巷道：

   平峒—地面上有出口的水平巷道，主平峒、副平峒、进（回）风平峒等；

   阶段平巷—在阶段上、下部不与地面相通的水平巷道（运输大巷、回风大巷）；

   区段平巷—在区段上、下部不与地面相通的水平巷道（运输顺槽、回风顺槽）；

  石门—地面上没有出口且与煤层走向垂直或斜交的水平巷道；

  煤门—在煤层内与煤层走向垂直或斜交的水平巷道；

  硐室—断面大、长度短的专用巷道。

 ③倾斜巷道：

斜井—地面上有出口的倾斜巷道，主斜井、副斜井、进（回）风斜井等；

采区上山—为一个采区服务的倾斜巷道，煤炭自上而下运输；

采区下山—为一个采区服务的倾斜巷道，煤炭自下而上运输；

斜巷—地面上没有出口的倾斜巷道，如：行人、通风、运料、运煤斜巷。

<二> 按服务范围分类

① 开拓巷道：为全矿井、一个水平或这几个采区服务的巷道，如：井筒、大巷等；

② 准备巷道：为一个采区或几个区段服务的巷道，如：上山、下山等；

③ 回采巷道：为一个工作面服务的巷道，只有区段平巷和开切眼。

   <三>按用途分类

    ①   运输巷道：运输大巷、运输上山等；

     ②   通风巷道：进风巷道、回风巷道等；

     ③   行人巷道：行人斜巷、通风行人上山等。

二．井田内的划分

<一>井田内划分为阶段和水平（绘图）

阶段：在井田范围内沿煤层倾斜方向按一定标高划分的长条部分；

水平：井下某一标高的水平面，如：+100m水平、-200m水平;

开采水平：布置有井底车场、运输大巷的水平叫开采水平。

 <二>阶段内的再划分

     1. 分区式—在阶段范围内沿煤层走向方向把阶段划分为若干个块段，这每一个块段叫采区；在采区范围内沿煤层倾斜方向把采区划分为若干个长条部分，这每一个长条叫区段，在每一个区段内布置一个工作面，这种方法分区式；

     2. 分段式—在阶段范围内沿煤层倾斜方向把阶段划分为若干个长条部分，在每一分段布置一个工作面，这种方法分段式；

  3.分带式—在阶段范围内沿煤层走向方向把阶段划分为若干个倾斜条带，在每一个条带内布置一个工作面，这种方法叫分带式。

三种方式的比较： 

 1.3  矿井生产的基本概念

一．矿井生产系统概念

1．掘进顺序：

    ① 井筒—井底车场—主要石门—水平大巷—采区石门—采区下部车场—采区上山—与②路通；

    ② 风井—回风石门—回风大巷—采区回风石门—采区上部车场—采区绞车房—与①路通。

2．生产系统：

   ①  运煤系统：25—20—14—12—10—5—4—1—地面；

   ② 通风系统：地面2—3—4—5—9—15—19—21—20—25—23—18—17—8 —7—6—地面（图中通风设施有错指导学生改正）；

   ③ 排矸（运料）系统：23—18—15—11—9—5—4—3—2—地面（运料线路与    排矸路线相反）；

   ④  排水系统：25—20—21—14—10—5—4—3—2—地面；

   ⑤  行人系统：运煤、运料、排矸等线路中均可行人。

    二．矿井开拓、准备与回采的概念

  1.开拓：为开采全矿井或一个水平（阶段）所做的工作叫矿井开拓；

  2.准备：为开采一个采区或几个区段所做的工作叫准备；

  3.回采：工作面进行采取煤炭的工作叫回采。

  第一章思考题：

    ① 什么叫煤田、井田、矿区、矿井生产能力、采区、阶段、区段？

    ② 井型分那几类？具体怎么划分？

    ③ 矿山井巷分那几类？举例说明。

    ④ 井田内的划分方法有那几种？各有什么特点？

    ⑤ 矿井主要生产系统有那些？开拓巷道、准备巷道是指那些巷道？

重点：采煤方法的分类

难点：采煤方法概念的理解。

        目的：理解采煤方法的基本概念，掌握采煤方法的分类。 

2.1采煤方法的概念

 ① 采场（采煤工作面、回采工作面）—矿井内直接进行煤炭采取的场所

 ② 回采工作—采场内为采取煤炭所进行的一系列工作

 ③ 回采工艺—指回采工作面各种工序在时间、空间上按一定关系和顺序配合下进行生产的方式

 ④ 回采工艺过程—在一定时间内按一定的顺序，完成工作面各项工序的过程

 ⑤ 采煤系统—指采区巷道布置系统和采区生产系统的总称（改正教材解释）

 ⑥ 采煤方法—采煤系统和回采工艺的综合（采煤系统和回采工艺的配合方式 

 ⑦  回采工艺方式—回采工作面采用的某种技术装备进行生产的方式

 ⑧ 采区生产系统—采区内运输、通风、采煤、排水等环节的总称

 2.2采煤方法的分类及应用概况

一．采煤方法的分类（分别都应绘图说明）

㈠按采煤工作面长度分类：

长壁式采煤法（壁式体系采煤法）：①走向长壁、②倾斜长壁

短壁式采煤法（柱式体系采煤法）：①房式、②房柱式、③柱式

㈡．按采煤动力分类

机械采煤法（旱采）

水力采煤法（水采）：走向小阶段、漏斗式

地下气（液）化：实验阶段

㈢．按回采工艺方式分类

综合机械化采煤法（综采）

普通机械化采煤法（普采）

打眼放炮采煤法（炮采）

风镐落煤采煤法

 ㈣．按煤层厚度分类

薄及中厚煤层采煤法

厚煤层采煤法：水平分层、倾斜分层、斜切分层、放顶煤等

水平分层—将煤层划分成若干个与水平面平行的分层；

倾斜分层—将煤层划分成若干个与煤层层面平行的分层；

斜切分层—将煤层划分成若干个与水平面成一定夹角的分层。

分层开采顺序根据顶板管理方法决定，有上行式和下行式。

㈤．按煤层倾角分类

缓及倾斜煤层采煤法：前述一般方法  

急倾斜煤层采煤法：倒台阶、正台阶、掩护支架、仓储式、小阶段爆破、钢丝绳锯、深孔爆破、斜坡、地压落煤等。

 ㈥．按采空区处理方式分类

 全部跨 落法      

 矸石（水砂）充填法

 刀柱法—每隔一定距离留煤柱

 缓慢下沉法—自然下沉法

 局部充填法—每隔一定距离用矸石充填 

 重点：三种回采工艺方式及其工艺过程

 难点：回采工艺中各工序在时间和空间上的配合关系的理解。

        目的：掌握各种回采工艺方式及其工艺过程，了解各种回采工艺方式的选择和工作面回采工艺设计方法。 

3.1 爆破采煤回采工艺

      工作面采煤方式为爆破落煤的回采工艺称为“炮采”，就炮采工艺的发展可分为三个阶段：

第一阶段（解放初～60年代初）：推行长壁式采煤法、拆移式运输机、木支护，劳动强度大；

第二阶段（60年代中～70年代末）：改运输机为能力大、能整体移动、可弯曲，改木支护为摩檫式金属支柱，效率较高、劳动强度降低；

    第三阶段（80年代迄今）：微差爆破技术落煤，工作面设备及手段更新、加快了各工序的速度，采用防炮崩单体液压支柱、切顶墩柱支护，采用大功率、双速双中链运输机，并装有铲煤板和可移动挡煤板，可使80～90%的煤自装，效率高、劳动强度低。

    爆破采煤回采工艺过程：打眼放炮落煤、人工装煤、刮板运输机运煤、移溜、人工支护和回柱放顶等。

一．打眼放炮落煤

   包括：打眼、装药、填炮泥、连线、放炮等工序

   炮眼布置形式：

     单排眼—用于薄煤层或软煤。

     双排眼（对眼、三花眼、三角眼）—用于中厚煤层，煤质中硬用对眼；软煤用三花眼；煤层上部软或顶板易破碎时用三角眼。

     三排眼（五花眼）—用于煤质坚硬、采高大的工作面。

二．装煤

①爆破装煤：31～37%

②人工装煤

③机械装煤

三．运煤

刮板运输机类型

移溜设备

四．支护

        设备：金属支柱、单体液压支柱（高档炮采）、金属顶梁、π型梁、滑移支架、悬移支架、切顶墩柱

            支护形式：

             二四排控顶（见四回二）、三四排控顶（见四回一）、三五排控顶（见五回二）

             齐梁齐柱、错梁齐柱、错梁错柱、走向棚、倾斜棚

             柱距与排距：柱距800～1000mm，排距1.0m、1.2m

    二．装煤

       普采工作面采煤机会自行装煤，其装煤过程是利用滚筒上的螺旋叶片和弧型挡煤板共同作用来完成。

    三．运煤

           刮板运输机类型:可弯曲刮板输送机，目前有强力、双中链的刮板输送机。

          移溜设备:液压式推移千斤顶，工作面每6m 设一台，机头机尾各设3台。

     四．支护

     设备：金属支柱、单体液压支柱（高档炮采）、金属顶梁、π型梁、滑移支架、悬移支架、切顶墩柱

支护形式：

    二四排控顶（见四回二）、三四排控顶（见四回一）、三五排控顶（见五回二）

    齐梁齐柱、错梁齐柱、错梁错柱、走向棚、倾斜棚

    梁与柱的配合方式分为正悬臂和倒悬臂

正悬臂：支架悬臂的长段在煤壁一侧

倒悬臂：支架悬臂的长段在采空区一侧

柱距与排距：柱距800～1000mm，排距1.0m、1.2m

控顶距—在支护设备支撑下工作面回采空间的最大宽度

最大控顶距—工作面空间允许的最大宽度

最小控顶距—回采工作所需要的工作面最小宽度

放顶距—每次允许跨落的顶板（放顶）宽度，放顶距=最大控顶距-最小控顶距

空顶距：支护物前端到煤壁的距离

五．回柱放顶（采空区处理）

回柱机械：回柱绞车

回柱顺序：依次或分段

放顶：切顶墩柱、木垛、排柱、丛柱等

支柱的选择：

   支柱类型是根据工作面矿山压力大小来选择，支柱高度是根据煤层的采高来确定，保证支柱的最小支撑高度小于工作面最小采高并考虑一定的顶板下沉量和50mm的卸载高度、支柱最大支撑高度能达到最大采高加上200mm的富裕量, 则按下式计算：

            Hmax=Mmax-S1+h

            Hmin=Mmin-S2-a

        支柱的密度：n=Pt/（ηRt）

六．高档普采

   工作面除支护采用单体液压支柱外其余均与普采相同，目前高档普采发展的几个特点是：

   ①   采用双滚筒无链牵引采煤机

   ②   采用封底式双速侧卸刮板输送机

   ③   采用“∏”型长钢梁对梁布置、滑移支架、悬移支架等

   ④   运输机巷布置转载机和可伸缩胶带输送机

3.5回采工艺方式的选择

一．综合机械化回采工艺适用条件

       1． 煤层地质条件—条件好、构造少

       2． 产量要求—大型矿井

       3． 经济条件—能装备成套综采设备

二．普通机械化回采工艺适用条件

    当经济上达不到综采工艺要求的大、中型矿井，

三．打眼放炮回采工艺适用条件

   在没有产量要求的各种条件都可采用

3.7 回采工作面工艺设计

一．确定机采工作面开机率

计算公式：

二．确定机采工作面的生产能力

计算公式：

三．确定工作面的合理长度

校核公式

四．回采工作面作业规程的编制

工作制度：“三八制”、“四六制”

作业形式：“两采一准”、“三采一准”、“边采边准”、“两班半采煤、半班准备”

工作面循环作业图的绘制方法：以时间为横坐标、工作面长度为纵坐标将回采工艺各工序按一定的顺序绘制在该坐标系统中。

五．回采工作面劳动组织形式的选择

劳动组织形式：

1．分段作业—

2．追机作业—

3分段接力追机作业—

重点：单一走向长壁采煤法采区巷道布置及其参数的确定

难点：采区巷道布置各巷道在空间上的配合关系的理解。

       目的：掌握单一走向长壁采煤法采区巷道有关参数的确定方法，了解各种采煤系统及其应用情况。 

4.1 示例

一．巷道掘进顺序

1—3—4、5—6—2—14

3—12

4、5—7—8、9—工作面

4、5—13 

6—10—工作面

二．采区生产系统

           1．    运煤系统

           2．    运料排矸系统

           3．    通风系统

           4．    供电系统

           5．    压气和供排水系统

           6．    行人系统

 4.2 采煤系统分析

一．区段的参数

区段斜长=工作面长度+区段煤柱宽度+区段上、下顺槽宽度

其中：工作面长度一般在80～280m（根据工艺方式来定）；

     区段煤柱宽度一般取8～15m（薄煤取下限）；

     顺槽宽度普采在2.5～3.0m，综采在4.0～4.5m。

注：采区设计时当阶段斜长确定后，区段斜长按上述方法计算后还应该根据实际情况进行调整（因为计算的区段长度不可能正好将阶段平分完）。

二．区段平巷的坡度和方向

         一般情况下，区段轨道（回风）平巷应适应矿车的运输特点，巷道可弯曲但坡度变化不能太大，在有等高线的图中应该与煤层底板等高线走向一致；区段运输（进风）平巷应适应运输机的运输特点，巷道坡度可起伏变化但不能弯曲，这样，要保证巷道不离开煤层，其在有等高线的图中应该与分段取直。

三．区段平巷的单巷和双巷布置

   一般情况用单巷布置，有特殊要求或综采时用双巷，绘图说明各自的适用条件。

四．单工作面和双工作面

     对拉工作面就是双工作面，其优点是：减少巷道掘进量和维护量、提高回采率、生产集中、减少设备、便于管理、效率高。

五．回采顺序

    后退式、前进式、往复式和旋转式

六．区段无煤柱护巷

   沿空留巷：沿空送巷：

七．工作面通风方式

1．U型通风方式

2．Z型通风方式

3．Y型通风方式

4．H型通风方式

5．W型通风方式

4.3 单一走向长壁采煤法的应用

回采工艺模型课讲解内容：

1．介绍矿井整体模型中矿井巷道系统及生产系统；

2．讲解三种回采工艺的设备配备及回采工艺过程；

3．讲解单一走向长壁采煤法采区巷道布置系统。

第四章思考题：

1．采区生产系统都包括那些内容？

2．如何确定区段平巷的斜长？

3．区段平巷单巷与双巷布置各有什么优点？

4．什么是对拉工作面？它有那些特点？

  5．绘图说明工作面的通风方式、回采顺序各有那几种，各自的适用条件是什么？

6．沿空留巷、沿空送巷是什么意思？

重点：倾斜分层走向长壁下行垮落采煤法采区巷道布置及其参数的确定

难点：倾斜分层走向长壁下行垮落采煤法采区巷道的空间关系理解。

目的：掌握倾斜分层走向长壁下行垮落采煤法采区巷道有关参数的确定方法，了解各种分层采煤法采煤系统及其应用情况。

 5.1 示例 

一．采区巷道布置

二．巷道掘进顺序

三．生产系统 

          1． 运煤系统

          2． 运料系统 

          3． 排矸系统及掘进出煤系统

          4． 通风系统

          5． 行人系统

5.2 采煤系统分析

对厚煤层进行人为分层后在采区巷道布置形式不变的情况下，分层的开采顺序一般有种形式：

             1．分层同采—在同一区段内上下分层工作面在保持一定错距的条件下同时进行回采，称为分层同采；

             2．分层分采—在同一区段内采完上分层工作面后经过一定时间，等跨落的顶板基本稳定后再掘进开采下分层区段平巷，然后进行回采，称为分层分采；

分层厚度的确定：一般在2～3m，应根据回采工艺方式来定。

一．区段分层平巷的布置

       1．倾斜式布置—α⟨15～20°，可内错或外错；

       2．水平式布置—α⟩20～25°；

       3.   垂直式布置—α⟨10°。

三．无区段集中平巷的布置（分层分采）

分层分采的优缺点：

       1. 优点：系统简单、岩石工程量少、掘进速度快、掘进率低、有利于再生顶板的形成。

       2．缺点：开采强度低、增产潜力小、不利于搬迁、巷道维护时间长费用高、假顶时间长、不利于防止煤炭自燃。

四．跨上山回采时的巷道布置

应注意的问题：

1．上山位置要在坚硬的岩石中，且距煤层底板要10m以上；

2．跨上山两翼工作面要间隔一定的距离；

3．跨上山后停采线要距上山２0m以上；

4．取消区段煤柱

五．无煤柱护巷时的巷道布置

 5.3 回采工艺特点

      一.顶分层回采工艺的特点

        1．工假顶：竹笆或荆笆、金属网、塑料网，说明网的类型和铺设方法

        2． 再生顶板：

二．假顶下回采工艺的特点

       1．假顶下的支护及顶网管理

       2．假顶下的防顶工艺分层采高的控制

三．适用条件

5.4 恒底分层跨落采煤法

           一．特点：

              工艺简单、矿山压力小、工作面支护效果好、搬迁方便、有利于减少水患

       二．道布置和回采工艺

        1.  工作面不宜过长，120～150m

        2.  严格控制采高和顶煤厚度

        3．工作面要及时支护

        4．掌握好工作面滞后时间，一般2～3a

        5．加强煤体注水工作

        6.  加强通风管理和防灭火工作

       三． 适用条件

       1． 煤层不易自燃；

       2． 瓦斯含量低；

       3． 煤层中硬、粘结性好、且易破碎；

       4． 缓倾斜及倾斜煤层、顶板弯曲性好、具有缓慢下沉特点；或顶板比较破碎难以管理的复合顶板；或顶板是含水层时恒底分层跨落采煤法较好。

第五章思考题：

1．倾斜分层走向长壁下行垮落采煤法分层同采时巷道布置有何特点？分层分采时何变化？

2．对照图5-1说明倾斜分层走向长壁下行垮落分层同采时的运煤线路。

      3．什么是人工假顶，分层开采中为什么要铺设人工假顶？什么是再生顶板，什么条件下能形成再生顶板？

4．人工假顶主要有那些类型，各有何特点？

   5．倾斜分层走向长壁下行垮落分层开采时区段平巷、区段集中巷布置各有那些形式？如何选择集中巷的位置？

6．跨上山开采时应注意那些问题？

   7．倾斜分层走向长壁下行垮落采煤法回采工艺与单一走向长壁采煤法回采工艺有何不同？

   8．假顶下回采时应注意什么问题？

   9．恒底分层跨落采煤法有那些优点？应用时应注意那些问题？适应条件是什么？

重点：倾斜长壁采煤法巷道布置及其参数的确定

难点：倾斜长壁采煤法巷道在空间上的配合关系的理解。

目的：掌握单倾斜长壁采煤法巷道有关参数的确定方法及回采工艺的特点，了解倾斜长壁采煤法各种采煤系统及其应用情况。 

6.1 示例

一．单一倾斜长壁采煤法采煤系统

 1.  巷道掘进

        2. 运煤系统

        3. 通风系统

        4. 运料排矸系统

二．倾斜分层倾斜长壁下行跨落采煤法采煤系统

        1．巷道掘进

        2．运 煤系统

        3．通风系统

  4.   运料排矸系统 

6.2 采煤系统分析

一．仰斜开采与俯斜开采

            1．仰斜—工作面推进方向沿煤层倾斜方向自下而上，适用于顶板稳定、煤质坚硬、顶板淋水较大或煤层易自燃的条件下；

             2．俯斜—工作面推进方向沿煤层倾斜方向自上而下，适用于煤层厚度、倾角较大、煤质松软、易片帮或瓦斯含量较大的条件下。

二．单工作面与对拉工作面

工作面长度稳定、有利于对拉工作面的布置

三．前进式、后退式和混合式回采顺序

          1．前进式：工作面自大巷向边界方向推进

          2.   后退式：工作面自边界向大巷方向推进

          3．混合式：往复式。

       四．条带斜巷布置及其联系方式

       五.   生产系统

 6.3 回采工艺特点

一．矿压显现及支护特点

        1．仰斜开采：顶板产生的分力对支架的作用指向采空区，顶板易破碎。

         2． 俯斜开采：顶板产生的分力对支架的作用指向煤壁，顶板连续性、稳定性好。

二．回采工艺特点

          1．仰斜开采：水自流到采空区、工作面无积水、劳动条件好、机械设备不易受潮、装煤效果好。但角度大时运输机下滑、截深减少、移架困难。

  2. 俯斜开采：随倾角的加大采煤机、运输机事故增多、装煤效果差，工作面积水、劳动条件差。 

            3. 对于倾斜和斜交断层较多的区域，可采用倾斜长壁采煤法或伪倾斜长壁采煤法；

          4. 对于不同开采深度、顶板岩性及其稳定性、瓦斯涌出量和矿井涌水量均可使用。

第六章思考题：

          1．与走向长壁采煤法相比倾斜长壁采煤法有那些优点？

          2．倾斜长壁采煤法的回采工艺有什么特点？俯斜和仰斜开采时各应注意那些问题？

          3.  简述倾斜长壁采煤法的适应条件。

     4. 试分析倾斜长壁采煤法工作面矿压显现特点。 

三．工艺方式：

           1.  滑移支架放顶煤

           2.  悬移支架放顶煤

           3．综采放顶煤（天窗式、插腿式）

           4. π型钢梁或十字铰接顶梁放顶煤

7.2 放顶煤工艺特点

一．顶煤裂碎过程及影响因素

           1. 顶煤裂碎过程：初始破坏区（煤壁前3～4m以外）、破坏发展区（煤壁前3～4m至控顶区1 m以内）、裂隙发育区（控顶区约2.5m以内）、跨落破碎区（控顶区距煤壁约2.5m以外）

           2.  影响因素：煤层赋存条件、煤层厚度、工作面长度

二．顶煤放出规律：按近视椭球体形状向下自然流动

三．放顶煤工艺中的几个问题

        1.开采厚度与采放比：采高2.5～3.0m，放煤高度8～10m

        2放煤步距：一采一放（煤厚小）、两采一放或三采一放（煤厚大）

        3.放煤方式：①多轮、分段、顺序、等量放煤；②多轮、间隔、顺序、等量放煤；③单轮、间隔、多口放煤；

7.3 采煤系统分析

     一．回采巷道布置

上山可在煤层也可在底板岩石中或一煤一岩

     二. 工作面长度与其推进长度：

工作面长度应考虑顶煤破碎、顶煤放出和减少煤炭损失，在80～150m为宜，高产高效矿可到200m潞安王庄矿达270m；推进度在800～1000m或更长。

     三．煤炭回收率：

初采损失、终采损失、端头损失、采放工艺损失

7.4 适用条件及评价

一．优点：

1．单产高

2．效率高

3．成本低

4．巷道少

5．搬家少

6．生产集中

二．适应条件：

   1． 煤层厚度，一般认为煤层厚度在5～12m为佳；

   2.  煤层倾角，缓倾斜特厚煤层（或急倾斜特厚煤层水平分层采煤法），煤层倾角最好小于15°，最大有25～30°（宁夏乌兰矿）；

   3．  煤层硬度，煤的普氏系数为1～3；

   4．  煤层结构，结构简单、夹矸少；         

     5． 地质构造，地质破坏严重、构造复杂、断层多、分层开采困难时；

     6． 瓦斯、自燃、煤尘、水文地质条件，瓦斯低、煤不易自燃（发火期长）、煤尘爆炸指数低厚度变化大、水文条件简单的煤层。

     7．  顶板条件，直接顶易冒落、且冒落不小于煤层厚度。

第七章思考题：

    1． 简述放顶煤采煤法的实质及主要应用类型。

    2.  综采放顶煤工作面长度应满足那些基本要求？

    3． 顶煤破碎一般分几个区？主要影响因素有那些？

    4．  确定放煤步距和放煤方式的主要因素是什么？

    5． 放顶煤工作面煤炭损失包括那些？如何提高放顶煤工作面回采率？

    6．  我国综采放顶煤工作面支架有那些类型？

    7. 综采放顶煤采煤法的主要优点及适应条件是什么？ 

习题课（思考题解答）

   方法：对每章布置的思考题进行分析，并对重点部分给予解答。

         重点：走向长壁采煤法、倾斜长壁采煤法、倾斜分层走向长壁下行垮落采煤法、放顶煤采煤法工艺特点及其采区巷道布置参数的确定。

   目的：使学生掌握各种采煤法的工艺特点、采区巷道有关参数的确定方法。 

重点：急倾斜煤层采煤方法的分类及其适应条件。

难点：急倾斜煤层采煤方法工作面有关参数的确定。

       目的：掌握各种急倾斜煤层采煤方法有关参数的确定方法，了解各急倾斜煤层采煤方法的适应条件。 

急倾斜煤层采煤方法的特点：

       1． 煤炭运输能够自溜，但会伤人、砸坏支架；

       2．顶板垂直支柱的压力变小，顶板会沿倾斜下滑，支架稳定性差；

       3．工作面行人、运料、采煤、支护、采空区处理和机械化应用难度大；

       4． 巷道系统复杂，溜矸、运料、行人、溜煤上山须分开；

地质构造复杂、围岩条件差。 

8.1 急倾斜煤层走向长壁采煤法

一．倒台阶采煤法

1．采煤系统

设超前辅助平巷

工作面长：40～50m

台阶数目：2～3个

台阶长度：10～20m

台阶错距：2～3m

2．采煤工艺

采煤：风镐

运煤：减缓煤流速度设护板

        支护：一梁三柱或二柱对接倾斜棚，柱距、排距在0.8～0.9m，控顶距不超过4～6排支柱，全部跨落法管理顶板。

        3．评价及适应条件

巷道布置、通风系统简单、掘进率低、采出率高、对地质条件适应性强，厚度两米左右的薄及中厚煤层有采用。

二、 俯伪倾斜走向采煤法（密集支柱采煤法）

1．采煤系统

工作面长：80～90m

工作面伪斜角：35度

溜煤眼数目：不少于3个

溜煤眼间距：10m

密集支柱错距：4～5m

2．采煤工艺

采煤：风镐、煤电钻

运煤：自溜、漏斗式溜眼设溜槽，

支护：一梁三柱或二柱走向棚，柱距0.8 m、排距1.0m，控顶距不超过4排支柱，设密集支柱，全部跨落法管理顶板。

     优点：劳动强度低、工效高、坑木消耗少

     缺点：煤炭回收率低、煤质差、断绳难处理

     应用：开采厚度小于2m赋存稳定、煤质松软、不粘顶底、顶板岩石稳定

        2．普通机械化走向长壁采煤法

      工作面布置倾斜棚，增加采煤机、运输机支架防滑设施。应用在煤层倾角平均47度、厚度在1.8m的煤层中。

        3．综合机械化走向长壁采煤法

   工作面伪斜布置（与平巷成70度夹角），工作面长50m走向长450 m，支撑式液压支架、双滚筒采煤机（液压绞车牵引、千斤顶推移），工作面采用矸石自溜充填法管理顶板、矸石来至地面和掘进工作面。 

8.2伪倾斜柔性掩护支架采煤法

1．采煤系统

区段高度：30m左右，最大可达40～60m

工作面布置：开切眼为一对斜巷，间距5～8m，沿倾斜10～15m贯通，掩护支架在回风平巷安装，通过开切眼逐步把支架下放到与水平面成25～30度的伪斜位置便可正常回采。

采煤：地沟内打眼放炮，一般用双排眼，分全长一次爆破和分段爆破

通风：

运输：溜槽

      2.掩护支架结构

结构：由钢梁和钢丝绳组成，掩护支架上的钢丝绳根数与支架宽度有关，3m以下用2～3根，大于3m时用4～5根，长20～30m。

类型：

①平板型②八字形③く字形④［字形（扁八字形）⑤7字形

8.3 水平分层及斜切分层采煤法

1．采煤系统

巷道布置：

运煤：

通风：

运料：

2．回采工艺

落煤：打眼放炮或风镐落煤

支护：柱排距均为1m左右，57排控顶，必须铺设假顶

顶板管理：全部跨落法

3．评价及适应条件

优点：对煤层厚度、倾角适应性强、工作比较安全、采出率高

缺点：巷道布置及通风系统复杂，回采工序多、掘进率高通风运料困难、劳动强度大、坑木消耗大机械化程度低、技术指标较低。

应用：不稳定的急倾斜煤层

8.4 水平分段放顶煤采煤法

       1．采煤系统

      2．综采放顶煤采煤工艺特点

       3．滑移支架放顶煤采煤工艺特点

8.5仓储采煤法

巷道系统

工艺过程

使用条件

第八章复习题：

P1691～8

期中考试题

一．名词解释(10*4分）

井田  上山  区段  采煤工艺  倒悬壁  沿空留巷 

       分层分采   再生顶板   回采巷道   控顶距

二．回答问题（5*6分）

    1.急倾斜煤层采煤方法的特点是什么？

    2.倾斜长壁采煤法与走向长壁采煤法相比有那些优点？

    3. 工作面通风方式、回采顺序各有那些？

    4.作业规程编制的内容有那些？

    5.综采放顶煤采煤法的主要优点及适应条件是什么？

三．作图题（3*10分）

          1. 绘图说明炮眼布置形式有那几种。

       2.绘图说明单体支柱工作面支架布置方式有那些。

       3.绘图说明单一走向长壁采煤法采区巷道布置及其生产系统。

重点：柱式体系采煤方法的特点。

难点：柱式体系采煤方法巷道布置系统。

目的：掌握柱式体系采煤方法采煤方法回采工艺过程，了解各柱式体系采煤方法的巷道布置系统。

 9.1 柱式体系采煤法采煤工艺

          1. 打眼放炮落煤工艺

          2. 连续采煤机落煤工艺

               A.连续采煤机——梭车——转载破碎机——胶带输送机

               B.连续采煤机——桥式转载机——万向接长机——胶带输送机

9.2 采煤方法特点

一、房式采煤法

            1．巷道布置

主要大巷5条、盘区准备巷道3条、煤柱宽60m、区段内6个煤房同时推进

            2．工作面参数

房宽7m、煤柱尺寸为8m×8m、区段煤柱宽8m、房长220m（受地质条件限制）

二、房柱式采煤法

            1． “切块式” 采煤法

                A．袋翼式

                 B．外进式

            2． “汪格维里” 采煤法

三、巷柱式采煤法

重点：采煤方法的选择。

难点：影响采煤方法的因素。

目的：掌握选择采煤方法的原则及其影响采煤方法的因素，了解高产高效工艺技术和采煤方法的发展方向。

10.1 选择采煤方法的原则及影响因素分析

             一、选择采煤方法的原则

            1.生产安全：合理的布置巷道、选择正确的采煤工艺、编制严格的作    业规程 

            2.经济合理：单产量高、效率高、材料消耗少、煤质好、成本低

            3.回采率高

      二、影响采煤方法原则的因素

          1．地质因素：煤层倾角、厚度、围岩特征、地质构造、自然灾害（水、火、瓦斯）。

          2．技术因素：技术发展及技术装备水平

          3．管理因素：管理水平及工人素质

三、煤层赋存条件与产量比重

10.2 采煤方法的发展方向

          1．在缓斜、倾斜煤层长壁式开采中发展机械化采煤；

    2.   在缓斜、倾斜煤层开采中发展走向长壁采煤法，煤层倾角在12度以下时推广使用倾斜长壁采煤法；

    3.   在缓斜、倾斜厚煤层开采中推广使用放顶煤采煤法、大采高综采一次采全厚采煤法和倾斜分层下行垮落采煤法；

          4.   在薄及中厚煤层开采中推广无煤柱开采技术；

     5. 急倾斜煤层开采中提倡使用柔性掩护支架采煤法、水平分段放顶煤采煤法和台阶式采煤法；

            6．发展“三下”开采技术；

            7．条件合适时推广水力采煤法；

            8．在埋藏浅、围岩稳定、倾角小、不自燃的低瓦斯矿推广连续采煤机柱式体系采煤法；

            9．推广高产高效采煤工艺；

           10．发展采煤方法选择及设计的优化方法。

注：本章第二节、第四节由学生自学

第十章思考题

P1891～5

重点：各准备方式的巷道系统。

难点：采区、盘区和带区巷道在空间上的配合关系的理解。

目的：掌握采区、盘区和带区巷道布置的特点，了解各准备方式的类型及其应用情况。

 11.1 准备方式的概念及分类

             1. 概念：准备巷道的布置方式叫准备方式（合理的准备方式需具备：①生产集中、能力大且有潜力；②生产系统完备、有利于机械化；③技术经济合理；④回采率高；⑤安全条件好）

            2. 分类：

             ① 按煤层赋存条件分采区、盘区和带区准备      

             ② 按开采方式分上山采（盘）区和下山采（盘）区准备

      ③ 按上（下）山的布置分单翼采区、双翼采区和多上山采区准备

       ④ 按煤层群开采时的联系分单一采区和联合采区准备

11.2 采区式准备

        1.分层准备：图11-3

       2.联合准备：图11-4

       3. 分组联合准备：图11-6

       4. 准备方式的选择：联合布置的优点（4）；分层布置的优点（4）

       5.急倾斜采区准备的特点：分层布置、上山多、轨道上山分段布置

11.3 盘区式准备

        1. 上（下）山盘区分层布置

        2. 上（下）山盘区联合布置，图11-10

        3. 石门盘区布置图11-11 11-12

        4. 上（下）山盘区与石门盘区布置的选择

11.4 条带式准备

        1. 分层布置

        2.  联合布置

第十一章思考题

P2101～6

重点：煤层群的开采顺序。

难点：上下层同采时的合理错距的确定。

目的：掌握煤层群的开采顺序，了解上下层同采时的合理错距的计算方法。

12.1 缓倾斜及倾斜煤层群开采顺序

Ｘ=Ｈctgδ＋Ｌ＋b

12.2 急倾斜煤层群开采顺序

        h=H1-bsinα（sinλ/sin(α-λ)）        （α＞λ时）

        h=H2-bsinα（sinβ/sin(α+β)）

第十二章思考题：

        P2181～6   

重点：柱式体系采煤方法的特点。

难点：柱式体系采煤方法巷道布置系统。

目的：掌握柱式体系采煤方法采煤方法回采工艺过程，了解各柱式体系采煤方法的巷道布置系统。

13.1 煤层群区段集中平巷的布置及层间联系方式

        一、  机轨分煤岩巷布置

         1. 优点：少一条岩巷、掘进速度快、可缩短区段准备时间；轨道集中巷沿煤层掘进易探明煤层变化情况、为掘进岩石集中巷取直创造条件；在下区段投产时可用轨道集中巷回风、利于上下区段同采。

        2．缺点：轨道集中巷在煤层中易受采动影响、维护困难。

        3. 集中巷与超前平巷的联系方式：水平（石门）、倾斜（斜巷）、垂直（立眼）

      4. 上山与集中巷联系方式：轨道上山与轨道集中巷一般采用石门联系；运输上山与运输集中巷广泛采用溜眼联系。

二.机轨双岩巷布置

           1. 优点：巷道压力小、可以大量减少维护费或者不用维护；轨道、运输集中巷与各煤层超前平巷联系方便；有利于上下区段同时开采和提高采区生产能力。

           2．缺点：岩巷掘进工程量大、掘进费用高、采区准备时间长。

           3．适用条件：开采煤层数目多、或煤层厚度大、区段生产时间长、煤层巷道难以维护的情况下。

           4．布置方式：同标高和不同标高

三、机轨合一巷布置

         1、优点：减少了一条巷道和一部分联络巷、掘进和维护工程量少；巷道选在适宜的位置可避免采动影响，节省维护费用；设备集中布置在一个巷道内，可充分利用巷道断面；运输机的安装、拆卸可利用轨道运输，比较方便。

         2、缺点：巷道断面大、施工相对困难、上下区段同采时通风困难、巷道连接处存在机、轨交叉的问题、设备和线路的布置复杂。

         3、联系方式：溜眼和斜巷相结合

四、机轨双煤巷布置

       1、优点：岩石工程量少、巷道掘进容易、速度快、费用低、可缩短采区准备时间；有利于上下区段同采和扩大采区生产能力。

       2、缺点：受采动影响大、维护工程量大 、影响生产

13.2 采（盘）区上下山布置

一、采区上山的位置选择

       1、煤层上山：

㈠优点：掘进容易、费用低、速度快、联络巷道工程量少生产系统简单

㈡缺点：受采动影响大、生产期间维护困难

㈢适用条件：①单一薄及中厚煤层采区；②只有两个分层的厚煤层采区、煤层底板岩层稳定、煤质中硬以上；③煤层群联合采区，下部有条件较好的薄及中?