采煤方法及工艺概述

【任务描述】

采煤方法包括采煤工艺和采煤系统两项内容。通过本课题的实施，使学生对采煤方法的概念、分类，选择采煤方法的原则和应考虑的因素等有一定的认识；能理解掌握壁式体系采煤法的概念、类型、主要特点和适用条件等。

【知识学习】

一、采煤方法的概念

采煤方法包括采煤工艺和采煤系统两项内容，为正确理解采煤方法的含义及煤炭生产过程，首先应了解有关采煤方法的基本概念。

1.采场

在采区内，用来直接大量开采煤炭资源的场所，称为采场。

2.采煤工作面

在采场内进行采煤的煤层暴露面称为煤壁，又称为采煤工作面。在实际工作中，采煤工作面就是指采煤作业的场地，与采场是同义语。

采煤工作面煤层被采出的厚度称为采高，采煤工作面的煤壁长度称为采煤工作面长度。

3.回采工作

在采煤工作面内，为采取煤炭所进行的各项工作，称为回采工作。回采工作可分为基本工序和辅助工序：基本工序包括破煤、装煤、运煤、支护和采空区处理；辅助工序包括移置运输设备和采煤设备等工序。

4.采煤工艺

由于煤层的自然条件和采用的机械不同，完成回采工作各项工序的方法也就不同，并且在进行的顺序、时间和空间上必须有规律地加以安排和配合。这种在采煤工作面内按照一定顺序完成各项工序的方法及其配合，称为采煤工艺。

在一定时间内，按照一定的顺序完成采煤工作各项工序的过程，称为采煤工艺过程。我国矿井广泛使用的采煤工艺主要有爆破采煤工艺、普通机械化采煤工艺、综合机械化采煤工艺和水力采煤工艺等。

5.采煤系统

在采区（盘区）或带区等开采单元内，准备和回采巷道的布置及按其建立的运输、通风等生产系统的总称，称为采煤系统。

6.采煤方法

采煤方法是采煤系统与采煤工艺的综合及其在时间和空间上的相互配合。两者相互影响和制约，根据不同的地质条件及开采技术条件，可有不同的采煤系统与采煤工艺相配合，从而构成多种多样的采煤方法。

二、采煤方法的分类

我国煤炭资源分布广，赋存条件多样，地质条件、开采技术条件各异，从而形成了多样化的采煤方法。我国使用的采煤方法已达50多种，是世界上采煤方法种类最多的国家。

按煤炭开采方法的明显特征分类，采煤方法可分为井工开采和露天开采两种。目前我国煤炭的开采方法以井工开采为主。井工开采的采煤方法通常按采煤工艺和矿压控制特点等分为壁式体系采煤法和柱式体系采煤法两大类。采煤方法的分类如图5-1所示，我国矿井采用的主要采煤方法及其特征见表5-1。

表5-1 我国矿井采用的主要采煤方法及其特征

（续）

图5-1 采煤方法的分类

1.壁式体系采煤法

壁式体系采煤法一般以长壁工作面采煤为主要特征，是目前我国应用最普遍的一种采煤方法，其产量约占国有重点煤矿产量的95%以上。

（1）壁式体系采煤法的类型 壁式体系采煤法按煤层倾角的大小，可分为缓斜、倾斜煤层采煤法和急斜煤层采煤法。按开采煤层的厚度大小，可分为薄煤层采煤法、中厚煤层采煤法和厚煤层采煤法。

按工作面采煤工艺不同，分为爆破采煤法、普通机械化采煤法和综合机械化采煤法。

按工作面采空区的处理方法不同，分为全部垮落采煤法、煤柱支撑（刀柱）采煤法和充填采煤法。

按煤层的开采方式不同，分为整层采煤法（简称整层开采）和分层采煤法（简称分层开采）。按煤层的厚度及倾角不同，开采技术和采煤方法也有较大区别，对于薄及中厚煤层，一般是按煤层全厚一次采出，即整层开采；对于厚煤层可将其划分为若干中等厚度（2～3m）的分层进行开采，即分层开采，也可采用放顶煤整层开采。整层开采可分为单一长壁采煤法、放顶煤采煤法与掩护支架采煤法。分层开采可分为倾斜分层采煤法、水平分层采煤法、斜切分层采煤法和水平分段放顶煤采煤法。

按照煤层倾角、采煤工作面布置和推进方向不同，分为走向长壁采煤法和倾斜长壁采煤法。无论是整层开采还是分层开采，依据煤层倾角和采煤工作面推进方向不同，又可分为走向长壁开采和倾斜长壁开采两种类型。

走向长壁采煤法的主要特点是采煤工作面煤壁沿煤层倾斜布置、沿走向推进；倾斜长壁采煤法则是采煤工作面煤壁沿煤层大致的走向布置、沿倾斜向上或向下推进。

倾斜长壁采煤法又分为仰斜长壁和俯斜长壁两种类型，工作面沿煤层倾斜方向自上而下推进的称为俯斜长壁，工作面沿倾斜方向自下而上推进的称为仰斜长壁。

对于走向长壁采煤法，首先将采（盘）区划分为区段，在区段的上、下边界分别开掘区段回风平巷和区段运输平巷，在采（盘）区的边界沿倾斜开掘开切眼，形成采煤工作面。采煤工作面呈倾斜布置，沿走向推进，上、下回采巷道基本上呈水平布置，且与采（盘）区上山相连。图5-2a所示为走向长壁采煤法示意图。

图5-2 长壁采煤法工作面布置示意图

a）走向长壁 b）倾斜长壁（仰斜） c）倾斜长壁（俯斜）

1—区段运输平巷 2—区段回风平巷 3—采煤工作面 4—回风斜巷 5—进风斜巷

对于倾斜长壁采煤法，首先是将井田或阶段划分为分带，在每个分带的两侧分别开掘运输斜巷和回风斜巷，在井田的边界或阶段边界沿走向开掘开切眼，形成采煤工作面。

采煤工作面呈水平布置，沿倾斜推进，两侧的回采巷道是倾斜的，并通过联络巷直接与大巷相连。采煤工作面向上推进称为仰斜长壁，如图5-2b所示；向下推进称为俯斜长壁，如图5-2c所示。由于开采技术等原因，倾斜长壁采煤法一般适用于倾角小于12°的煤层。

（2）壁式体系采煤法的主要特点

1）在采煤工作面的两端各至少布置一条巷道，构成完整的生产系统，工作面的通风状况良好。其中，为采煤工作面运煤、通风等的巷道称为区段运输平巷，为工作面运料、回风等服务的巷道称为区段回风平巷。

2）采煤工作面长度较大，一般在80～250m。

3）采煤工作面可分别采用爆破、滚筒式采煤机或刨煤机破煤和装煤，用与工作面煤壁平行铺设的可弯曲刮板输送机运煤，用自移液压支架或单体液压支柱与铰接顶梁组成的单体支架支护采煤工作面工作空间，用全部垮落法或充填法处理采空区。

4）随着采煤工作面的推进，顶板暴露面积增大，矿山压力显现较为强烈。

壁式体系采煤法在我国及俄罗斯、波兰、德国、英国、法国和日本等国广泛采用，美国、澳大利亚等国近年来也在发展壁式体系采煤法。

2.柱式体系采煤法

柱式体系采煤法以短工作面采煤为其主要标志。具有代表性的柱式采煤法有房式采煤法、房柱式采煤法和巷柱式采煤法等几种。

图5-3所示为房式及房柱式采煤法示意图。柱式体系采煤法的基本特点是短工作面回采，利用煤柱暂时或永久支撑顶板，主要包括房式采煤法和房柱式采煤法两种类型。其实质都是在煤层内开掘一系列宽为5～7m的煤房，用短工作面向前推进的方式开采煤房，区段内4～6个煤房同时掘进，煤房间用联络巷相通，以构成生产系统，并形成近似于长条形或矩形的煤柱，煤柱宽度由数米至二十多米不等。采完煤房后，煤柱可根据条件留下不采以支撑顶板岩层，也可按要求尽可能采出。只采煤房不采煤柱的称为房式采煤法，既采煤房又采煤柱的称为房柱式采煤法。

图5-3 房式及房柱式采煤法示意图

a）房式采煤法 b）房柱式采煤法

1—采区运煤上山 2—采区回风上山 3—区段运输平巷 4—区段回风平巷 5—煤房 6—煤柱 7—联络巷

图5-4所示为巷柱式采煤法示意图。巷柱式采煤法首先沿煤层的走向和倾斜方向开掘大量巷道，将煤层划分成边长为6～30m的正方形或长方形煤柱，然后有计划地回收这些煤柱。回采煤柱时残留一角煤柱或留若干个小煤柱，用以支撑顶板，采空区内的顶板任其自行垮落。

（1）柱式体系采煤法的采煤工艺 柱式体系采煤法的采煤工艺主要是连续采煤机机采工艺。

连续采煤机机采工艺按运煤方式不同分为两种：一种是连续采煤机—梭车—转载破碎机—带式输送机工艺系统，运输是间断的；另一种是连续采煤机—桥式转载机—万向接长机—带式输送机工艺系统，运输是连续的。

（2）柱式体系采煤法的优缺点及适用条件

1）优点。柱式体系采煤法与长壁采煤法相比，有以下主要优点。

图5-4 巷柱式采煤法示意图(www.xing528.com)

1—采区运输上山 2—采区回风上山 3—沿走向的巷道 4—沿倾斜的巷道

①设备投资少，一套柱式机械化采煤设备的价格不足长壁综采的一半。

②采掘合一，投产快，出煤快，全员效率较高。

③设备运转灵活，搬迁快。

④采场压力小，可用锚杆支护顶板，支护简单。

⑤由于大部分巷道在煤层中开掘，少量矸石多在井下处理不外运，有利于环境保护。

2）缺点。

①采出率低，通风条件差。

②通风构筑物多，漏风大。

③采房及回收煤柱时，容易出现多头串联通风。

3）适用条件。

①近水平煤层，煤层赋存稳定，地质构造简单，采高不超过3～3.5m。

②底板较平整，顶板无淋水。

③低瓦斯，不易自燃发火煤层。

柱式体系采煤法在美国、澳大利亚、加拿大、印度、南非等国家广泛应用，而且越来越广泛地应用连续采煤机，煤炭采出率也高。目前，在我国的地质和开采技术条件下主要适用壁式体系采煤法。

三、采煤方法的选择

1.采煤方法的选择原则

采煤方法的选择是煤矿安全生产的重要内容，它将直接影响矿井安全生产和煤矿企业各项技术经济指标。选择采煤方法应当遵循技术先进、经济合理、生产安全三个基本原则。

（1）技术先进

1）采煤工作面机械化水平高、单产高。发展采煤机械化是实现高产、高效、安全生产的决定因素。

2）煤炭质量好。选择先进的采煤工艺，改善顶板管理，防止矸石混入煤中，尽量减少煤的含矸率和灰分。在可能的条件下，应增加块煤率，降低煤的水分。

3）煤炭采出率高。提高采出率、减少煤炭损失、充分利用煤炭资源，是国家对煤炭企业的一项重要技术政策。同时，也有利于防止残留煤炭自燃，保持和延长工作面、采区和矿井的服务年限。

（2）经济合理 经济合理是评价采煤方法好坏的一个重要依据。一般应符合以下几方面的要求。

1）劳动效率高。主要措施是改善采煤工艺和劳动组织，采用先进的技术和装备，努力实现机械化和自动化。

2）材料消耗少。减少采煤工作面的各种材料消耗，加强管理，改进采煤工艺，注意回收复用。

3）成本低。生产成本是经济技术效果的综合反映。降低成本的主要措施是加强生产管理，合理使用劳动力，认真组织采煤工作面正规循环作业，实行按项目分类的成本控制，从各方面减少煤炭生产费用。

（3）生产安全 保证生产安全是煤矿企业一项经常而又重要的任务，应当不断提高科学管理水平，应用先进技术和先进装备，认真贯彻《煤矿安全规程｝，不断改善劳动条件，保证矿井生产安全。

2.影响采煤方法选择的因素

为满足采煤方法选择原则的要求，在选择和设计采煤方法时，必须充分考虑煤矿具体的地质因素、技术发展及装备水平、矿井管理水平和矿井经济效益等因素的影响。

四、采煤方法的发展方向

选择合适的采煤方法，对提高矿井生产管理水平和煤矿企业经济效益，改变矿井技术面貌起着决定性作用。我国采煤方法的发展方向，就是要因地制宜地发展高产高效安全的采煤方法。

1.改进采煤工艺，因地制宜地发展先进的机械化采煤技术

综合机械化采煤是我国煤炭工业机械化发展的主要方向，也是我国煤矿高产、高效、安全生产的一项成熟技术，其技术装备水平和工艺技术已达到国际先进水平。

2.扩大走向长壁采煤法和倾斜长壁采煤法的应用范围

走向长壁采煤法技术成熟、应用广泛、适应性强，是当前我国开采缓斜、倾斜煤层应用最广的方法，今后要继续扩大应用范围。倾斜长壁采煤法采区生产系统简单，掘进工程量小，在倾角12°以下的煤层中使用能取得较好的技术经济效果，在条件适宜的矿井应大力推广。伪斜长壁作为倾斜长壁的一种变形，用于斜交断层切割地段是适宜的，其技术经济效果明显。

3.缓斜、倾斜厚煤层推行倾斜分层下行垮落采煤法和放顶煤采煤法

缓斜、倾斜厚煤层开采，在我国煤矿中占有相当大的比重，可以采用不同的技术途径合理进行开采。倾斜分层下行垮落采煤法是比较成熟的采煤方法，已在不同矿井分层工作面实现了机械化、综合机械化采煤。

4.大力推广无煤柱护巷技术

无煤柱护巷技术在我国日益广泛应用。在缓斜薄及中厚煤层中可以推广沿空留巷的应用范围，为采用往复式采煤、z字形采煤提供有效的技术支持。许多煤矿跨上山（石门）连续开采的生产实践证明，取消上山（石门）煤柱，增加工作面推进长度完全可行，并取得了较好的技术经济效果，在条件适宜的矿井可以广泛应用。

5.急斜煤层开采要进一步探索采煤机械化的发展途径

急斜煤层在全国煤炭产量中所占比重不大，但矿井分布广泛，采煤方法众多，在应用条件和效果上都有一定的局限性。应进一步探索伪斜柔性掩护支架采煤法采煤机械化的发展途径，不断改进支架结构，优化巷道布置，减少巷道掘进率。

6.“三下一上”采煤技术有广泛的发展空间

建筑物下、铁路下、水体下呆滞煤量的开采和承压水上煤层的开采，日益成为煤矿开采的紧迫问题。我国有长期使用水砂充填采煤法的经验和成熟技术，在“三下”采煤中有广泛的发展空间。针对“三下”采煤要求，采用煤柱支撑法是可行的。

7.适度发展水力采煤技术

我国水力采煤技术日臻成熟，在倾角10°以上、顶底板中等稳定或稳定、瓦斯含量低、厚度在中厚及其以上的煤层中使用能取得良好的技术经济效果。对旱采机械化开采困难的倾斜、急斜煤层，赋存不稳定、结构复杂煤层，水力采煤法有更好的适应性。

8.柱式体系采煤法应用范围将不断扩大

以应用连续采煤机为特征的柱式体系采煤法，可在煤层赋存稳定、倾角平缓、埋深较浅、不易自燃发火的瓦斯矿井使用，但须提高操作技能和管理水平，加强设备维护，充分发挥设备效能。

9.煤炭地下气化技术前景光明

煤炭地下气化技术属于一种特殊的采煤方法，它将处于地下的煤炭进行有控制的燃烧，通过对煤的热化学作用而产生可燃性气体，具有投资少、工期短、见效快、用人少、效率高、成本低、效益高等优点，适合地质条件复杂、劣质煤比例高、“三下一上”压煤严重的煤层。今后要进行较大规模的煤炭地下气化生产试验，继续研究和完善煤炭气化工艺，积累经验后逐步推广。

10.采煤方法是一个发展着的系统工程

采煤方法的核心是采煤工艺，改善采煤工艺既依赖于采煤设备的改进，又依赖于作业人员素质和管理水平的提高。在改进现有综采设备，进一步研制高产、高效和困难条件下应用综采设备的同时，应加强对作业人员的技术培训，提高作业人员的操作技能和管理水平。采煤工艺的改进必将促进巷道布置的改革，而合理的巷道布置又能为充分发挥采煤效能创造良好条件。

五、国家明令淘汰的采煤方法和工艺

国家明令淘汰的采煤方法和工艺有：高瓦斯矿井（区域）、煤与瓦斯突出矿井、开采易自燃和自燃煤层（薄煤层除外）矿井的采煤工作面采用前进式采煤方法、仓储式采煤方法、以掘代采的巷道式采煤法、刀柱式采煤法、无支护空顶区的高落式采煤法、单体滑移顶梁放顶煤（不包括悬移和滑移支架放顶煤）采煤法，不能保持两个畅通的安全出口的斜坡采煤法，突出煤层采用水力采煤法、倒台阶采煤法以及国家明令淘汰的其他非正规采煤法。

【任务考评】

本课题的考核表见表5-2。

表5-2 任务考评表

【思考与练习】

1.简述采场、采煤工作面、回采工作、采煤工艺、采煤系统、采煤方法等基本概念。

2.简述壁式体系采煤法的概念、类型、主要特点和适用条件。

3.柱式采煤法的特点和适用条件是什么？

4.采煤方法的选择原则有哪些？影响采煤方法选择的因素有哪些？

5.走向长壁采煤法和倾斜长壁采煤法的区别是什么？