第二章 现代煤矿开采方法n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。n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 。 n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n2.1 开采系统( 运输系统 、 通风系统 ）n2.2 开采方法（ 壁式开采体系、 柱式开采体系、 露天采 煤方法）n2.3 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）n2.4 特殊条件开采（ “三下一上”开采、矿区环境问题）n2.5 矿山灾害防治与治理（ 水、 火、 瓦斯、 煤尘、 顶 板灾害）n2.6 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）n2.7 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n2.1.1 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n2.1.2 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n 矿井通风系统由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。 n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 通风系统n 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。n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 n（1）中央式通风n 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n中央并列式n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n 1初期投资少采区生产 集中，并便于管理n 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；n 3进出风井之问的漏风较 大风路较长阻力较大；n 4工业场地有噪音影响2.2.2 矿井通风系统分类n中央边界式适用条件及优缺点：n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 矿井通风系统分类n（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n对角式适用条件及优缺 点：n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n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n（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n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n分区回风n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。n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。n分区通风n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n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n抽出式n 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n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。n缺点：n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 n压入式n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n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 n抽压联合式n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n 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。n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。n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。 n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。n 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n2.2 开采方法分类n 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，充填采煤法，水力采煤法以及连续采煤机 房柱式采煤法等。n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。n二、长壁采煤工艺特征及适用条件n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 n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