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煤矿采掘技术绪论一、采掘的概念采掘是采煤和掘进两项工作的合称，采即采煤，掘即掘进。采煤工作是在采场进行的，是指将煤炭从煤层上破落下来、装载并运出采场的工作，矿井生产的煤炭绝大部分来自采场；掘进工作是在掘进工作面进行的，是指将岩石从岩层上破落下来、装载并运出掘进工作面的工作，掘进工作是为了形成矿井巷道。二、采掘在矿井生产中的地位以及采掘技术发展对矿井生产的影响采、掘是矿井生产的两大中心任务，采掘技术是矿井生产技术的核心。采掘技术的发展不仅关系到矿井的产量、效率、效益，更决定着矿井安全、节能与环保的水平。三、采掘关系在矿井生产中，采煤是目的，掘进是为采煤服务的；掘进工作是按照采煤的要求进行的，采煤工作受掘进工作的制约；采煤产生效益，掘进消耗效益；掘进工作量由巷道系统决定，巷道系统不仅与采煤方法有关，而且直接影响矿井安全。第一部分矿井开采技术矿井开采技术主要由两部分内容组成，一部分是采煤工艺技术，另一部分是矿井开采系统技术。矿井开采系统根据其服务范围分为采煤系统（回采系统）、准备系统和开拓系统，因为回采系统和采煤工艺密切相关，习惯上将回采系统和采煤工艺合称采煤方法。因此，矿井开采技术也就分为采煤方法和开采系统两部分。第一章采煤方法及其发展第一节采煤方法概述一、采煤方法的概念及分类（一）采煤方法的概念采煤方法，简单讲就是从采场采出煤炭的方法。采煤方法包含两方面内容：一是回采巷道和其中生产系统的布置方式，即所谓采场的采煤系统（回采系统）；一是采场落、装、运、支、处等工序进行的方式和各工序之间在时间、空间上的配合方式，即采煤工艺。（二）采煤方法分类就采煤系统而言，目前在世界范围内使用的采煤方法有两大体系，一是长壁体系，一是房柱体系。就采煤工艺而言，按机械化程度分为“炮采”、“普采”、“综采”，虽然这些概念都来自于长壁体系，但我认为也可以用于房柱体系。就采空区处理方式而言，采煤方法分为充填法、垮落法、煤柱支撑法。采煤方法分类远不止这些，采煤工艺和采煤系统是由煤层开采条件决定的。煤层开采条件包括煤层厚度、倾角，煤层结构与构造，煤层稳定性，煤层埋藏深度，煤层顶底板条件，煤层瓦斯、自燃条件，煤尘爆炸性、矿井水文条件、矿区环境（生态）条件等。煤层开采条件不同，采煤方法不同。影响采煤方法的主要因素是煤层厚度和倾角。按煤层厚度和倾角条件，采煤方法有：薄煤层采煤方法、中厚煤层采煤方法、厚煤层采煤方法、缓倾斜煤层采煤方法、倾斜煤层采煤方法、急倾斜煤层采煤方法等。同一种煤层还有多种采煤方法，如厚煤层有倾斜分层采煤方法，放顶煤采煤方法等。彬长矿区由于煤层厚度和赋存条件，大多都采用放顶煤开采和分层开采。二、采煤工艺采煤工艺是指在采场内采煤工作（工序）进行的方式和相互之间在时间和空间上的配合方式。采煤工作是指落煤、装煤、运煤、支护和采空区处理等工作。其中落煤、装煤、运煤为主要工作，支护和采空区处理为辅助工作，过去把这两项工作合起来叫顶板管理，现在这种叫法已经不能完全反映其内涵。进行采煤工作的场所叫采场，直接采取煤炭的煤壁面叫采煤工作面。采煤工作是靠采煤装备完成的，这种装备称为采煤工艺装备。采煤工艺装备是采煤技术的核心，它影响和制约着整个采煤技术的发展。按照采煤工艺装备，采煤工艺分为炮采、普采和综采。1.炮采以爆破落煤、人工装煤、可弯曲刮板输送机运煤、单体支架支护顶板的一种采煤工艺。2.普采以滚筒采煤机落煤和装煤、可弯曲刮板输送机运煤、单体支架支护顶板的一种采煤工艺。3.综采以滚筒采煤机落煤和装煤、可弯曲刮板输送机运煤、自移式液压支架支护顶板的一种采煤工艺。综采是一种先进的采煤工艺，发展很快。三、采煤系统采煤系统是指直接为采场采煤工作服务的巷道系统和在其中建立的煤炭运输系统、辅助运输系统、通风系统、排水系统等生产系统和生产辅助系统的统称。目前所使用的采煤系统有两大类：长壁系统和房柱系统。1.长壁系统最常见的长壁采煤系统如图1-1所示。巷道系统由采场（切眼）和两条顺槽组成，煤炭运输系统由工作面刮板机和安装在运输顺槽中的运输设备（转载机、可伸缩带式输送机）组成，辅助运输由设在回风顺槽中的辅助运输设备（轨道矿车或非轨道运输设备）担负。图1-1走向长壁综采面采煤系统图1—绞车房回风斜巷；2—采区回风石门；3—绞车房；4—采区上部车场；5—采区中部车场；6—联络巷；7—区段运输顺槽；8，10—区段回风顺槽；9—开切眼特点：采场长度大，采煤工作只要在时间和空间上进行合理安排、相互配合，可以实现各工序平行作业、连续工作；工作面生产的煤炭平行于工作面运输；采场具有完整的通风系统，通风效果好；煤柱少、掘进量小、效率高。2.房柱采煤系统图1-2所示为一连续采煤机房柱采煤系统，是一典型的房柱系统。特点：采场是由若干个掘场组成，采煤工作面短，采煤工作在一个掘场内不能平行作业、连续工作；工作面生产的煤炭垂直于工作面运输；作业点没有完整的通风系统，通风效果不好；掘进量大、煤柱多、效率不高。图1-2连续采煤机房柱采煤系统及采煤工艺过程图1－连续采煤机；2－锚杆机；3－转车点；4－纵向风障；5－运煤车；6－风帘；7－铲车；8－给料破碎机；9－防火帘；10－移动变电站；11－永久风墙；12－带式输送机四、采空区处理方式采矿空间不可能连续不断、永久的用指护装备支撑下去，有两个原因：一是没有那么多的设备，也投资不起；二是即便想这么做，也达不到预期的效果。进行采空区处理的目的有两个：一是保证开采过程中采场及周围巷道安全；二是满足环境保护的要求。采空区处理的方式有三大类：垮落法、煤柱支撑法和充填法。1.垮落法分全部垮落法和部分垮落法2.煤柱支撑法煤柱的留法很多，煤柱支撑有临时支撑，如房柱采煤法中的房柱法中的煤柱；也有永久支撑，如“三下”开采中的条带煤柱。3.充填法有全部充填和部分充填之分。实际上煤柱法、充填法与垮落法经常是同时使用的，如何留煤柱、充填到什么程度和垮落多少都是由顶板条件和环境保护要求决定的。第二节采煤方法的发展概况矿井开采技术的发展以采掘工艺装备机械化发展为龙头和主要标志。建国以来，我国的采煤机械化发展大致经历了以下四个阶段：第一阶段：建国初期至1965年，是开始发展采煤机械、推行长壁采煤阶段特征：1.引进并试制成功了苏联的截煤机、顿巴斯联合采煤机、刮板输送机、装煤机、装岩机、抓岩机等采、掘、运设备；2.改革了采煤方法，推行了长壁采煤方法。成果：1.实现了采用爆破落煤、人工装煤、小功率刮板输送机运煤、木支架支护顶板的炮采长壁采煤工艺，这是一种最原始的炮采工艺；2.推行了正规循环作业的生产管理方法。第二阶段：1965～1975年，是发展长壁采煤机械化阶段特征：以发展滚筒采煤机和可弯曲刮板输送机为主。成果：1.1964年，首次实现了用滚筒采煤机、可弯曲刮板输送机和M-20型摩擦支柱配套的普通机械化长壁采煤工艺，顺槽运输采用吊挂式胶带输送机。促进了我国采煤机械化的发展；2.使采区结构和巷道布置发生了相应变化。第三阶段：1975年至上世纪末期，是发展长壁综采阶段特征：以自移式液压支架为主的“综采”装备的引进和国产化，推广“综采”及大规模矿井技术改造：1973年和1978年我国两次成批引进国外综采设备，后逐步实现了综采设备国产化并形成了一定的配套生产能力，“综采”得到快速推广。成果：1990年全国有综采工作面200多个，平均年产量已超过60万t，有相当一部分工作面年产量超过百万t，最高年产量已达到200多万t。第四阶段：从1996年开始，是发展高产高效（安全高效）及复杂条件综合机械化采煤技术阶段随着改革开放进一步深入，一些条件好的矿井全面引进西方发达采矿国家的现代化采矿技术装备及管理方法，取得的巨大经济、社会和环境效益，极大地刺激和带动了我国采矿技术的全面发展。在这一时期，国产综采装备发展迅速，发展的主要特点是：设备重型化、能力大型化、运行可靠化、适用条件多样化和复杂化等。不仅使缓倾斜中厚煤层综采装备水平得到全面提升，更重要的是发展了放顶煤综采装备、大倾角综采装备、大采高综采装备等。进入21世纪，我国采煤技术装备和矿井生产管理的发展已经达到了一个新的水平，一些先进的矿井率先迈入了世界先进行列，成为具有世界一流水平的矿井。这些矿井的建成标志着我国现代化矿井的建设和高速发展的开始。目前，我国已进入现代化矿井建设与发展阶段。现代化矿井与高产高效矿井的不同在于对安全、环境保护、节能等指标有更高更全面的要求。第二章矿井开采系统及其发展第一节矿井开采系统所谓矿井开采系统是指矿井巷道系统和以此为基础，在其中建立的为开采服务的各种系统的总称。矿井巷道系统——由各种巷道组成的由地表到达矿体的通道。矿井生产系统——煤炭运输系统、辅助运输系统、通风系统、行人系统、排水系统、供电系统、供水系统、通信系统、安全保障系统等。一、井田划分井田划分是建立矿井开采系统的前提。井田划分是为了便于开采，即便于布置采煤工作面和建立开采系统，因此井田划分以采煤方法和开采系统为依据。（一）几个概念煤层单元——为了便于开采，需要将煤层进行逐级划分，形成不同大小的煤层范围，将所划出的一定范围内的煤层叫煤层单元。煤田——在同一地质年代形成的大面积含煤地带。煤田内煤层是最大的煤层单元。井田——在煤田内，划归一个矿井开采的部分。矿井开采是在井田范围内进行的，井田是矿井开采的最大煤层单元，矿井开采设计是从井田划分开始的。（二）井田划分方式根据煤层赋存条件，井田划分方式一般有以下两种：（1）井田划分为阶段（2）井田划分为盘区（三）井田划分为阶段（1）划分程序。井田-阶段-采区-区段或井田-阶段-条带（2）几个概念阶段——在井田范围内按一定标高将煤层划分为若干走向长条，每个长条为一阶段。采区——在阶段内沿走向将煤层划分成若干块段，每一块段为一个采区。区段——在采区范围内沿倾斜将煤层划分为若干走向长条，每个长条为一区段。区段是最小的煤层单元，在区段内可以布置工作面进行开采，所以也叫回采单元。条带——在阶段内沿走向将煤层划分成若倾斜长条部分，每一部分为一个条带。在条带内也可以布置工作面进行开采，所以也叫回采单元。（四）井田划分为采区或盘区（1）划分程序。井田-采（盘）区-区段（条带）（2）盘区的概念在井田内划分的相当于采区大小的一个区域。就划分程序而言，盘区与采区有大的区别，就单元功能讲，盘区与采区完全相同。或者说盘区与采区的内涵相同，但外延不同。二、矿井开采系统进行井田划分是为了便于开采，而要有计划的将井田内煤层采出，使划分具有实质意义，必须建立完善的矿井开采系统。矿井开采系统是矿井巷道系统与在其中建立的生产及生产辅助系统的统称。1.矿井巷道系统是由不同类型的巷道组成的。1）巷道分类按倾角分为垂直巷道、倾斜巷道、水平巷道按服务范围分为开拓巷道、准备巷道、回采巷道按围岩特性分为煤层巷道、岩石巷道、半煤岩巷道2）巷道命名按用途命名按装备命名按倾角命名3）巷道布置要求巷道设计包括断面形状和尺寸、角度（坡度）、方位等巷道布置必须满足生产系统布置的要求。主要是煤炭运输、辅助运输和通风的要求。2.煤炭运输系统煤炭运输系统是矿井生产最重要的系统。常用的煤炭运输系统有两大类：1）轨道（窄轨）运输主要设备：轨道、电机车（绞车）、矿车轨道：600mm、900mm电机车：架线电机车、蓄电池电机车特点：可以担负全部运输任务，系统复杂，间断运输2）胶带运输主要设备：胶带输送机特点：连续运输，运输能力大。3.辅助运输系统辅助运输一般包括设备运输、材料运输、矸石运输、人员运输等。常用的辅助运输系统有以下几类：1）轨道运输2）无轨运输3）其他运输4.通风系统是由风机和通风设施组成的。风机提供通风动力，保证风流正常流动；通风设施保证风流按设计风量和线路分配和流动。第二节矿井开采系统的发展一、巷道系统的发展岩石巷道——煤层巷道二、煤炭运输系统发展由轨道运输——胶带运输三、辅助运输系统发展窄轨（道）运输——非窄轨（道）运输非窄轨（道）运输指无轨运输和其他运输其他运输指单轨吊运输、齿轨车运输、套胶轮运输、卡规车运输等。四、煤层开采单元划分煤层单元参数由小——大——适当煤层单元参数由工作