技术分析：长壁采煤法中的采煤工艺

【任务描述】

长壁采煤法采煤工艺包括炮采、普采、综合机械化采煤工艺和采煤工作面生产组织管理四个方面的内容。通过本课题的实施，使学生对炮采、普采、综合机械化采煤工艺中采煤工作面落煤、装煤、运煤、移溜、支护和采空区处理等工艺过程和采煤工作面的生产组织管理等有一定的认识；能理解掌握炮采、普采、综合机械化采煤工艺的过程、主要特点和适用条件。

【知识学习】

采煤工艺是指采煤工作面各工序所用方法、设备及其在时间上、空间上的相互配合。

我国以长壁为代表的采煤工艺技术发展大致经历了以下三个阶段。

爆破采煤工艺方式（炮采工艺方式），中华人民共和国成立后至20世纪60年代初；普通机械化采煤工艺方式，20世纪60年代初至70年代中期；综合机械化采煤工艺方式，20世纪70年代中期至今。

目前，我国长壁采煤工作面仍在采用爆破采煤（炮采）、普通机械化采煤（普采）和综合机械化采煤（综采）三种采煤工艺方式。

一、炮采工艺

炮采工艺方式简称炮采，是长壁工作面采用爆破方法破煤、落煤及人工装煤、刮板输送机运煤、单体支柱支护工作空间顶板的采煤工艺方式，其标志是爆破破煤。

炮采的工艺过程包括打眼、爆破落煤和装煤、人工装煤、刮板输送机运煤、移置输送机、人工支护和回柱放顶等主要工序。

1.爆破落煤

爆破落煤包括打眼、装药、填炮泥、连炮线、放炮等工序，即用煤电钻向煤壁钻炮眼，然后在炮眼内装炸药、连线，爆破时通过炮眼药包中电雷管的起爆，使炸药爆炸，将煤炭自煤壁崩落下来。

由于爆破落煤是炮采工艺中的首道工序，爆破落煤效果好坏直接影响着后续工序的工作量、工作难度和安全。应根据煤层的强度、厚度、节理和裂隙的发育状况及顶板条件，正确确定钻眼爆破参数。

钻眼爆破参数包括炮眼排列、角度、深度、装药量、一次起爆的炮眼数量以及爆破次序等。

爆破方式：根据爆破落煤所用电雷管不同，爆破方式可分为瞬发雷管爆破和毫秒雷管爆破（也称微差爆破技术）两种。不同爆破方式采用不同的电雷管爆破落煤，所产生的爆破效果和所需的爆破参数也不同。

近年来在采煤工作面推广使用毫秒爆破技术，提高了炮采工作面的爆破效果和块煤率，缩短了爆破占用循环的时间，使炮采工艺发生了深刻变化。

在炮采工作面应用毫秒爆破时使用的爆破器材、炮眼布置、爆破技术参数、安全技术措施等均与瞬发雷管爆破方式不同。

（1）炮眼布置 采煤工作面炮眼布置方式一般根据煤层厚度，工作面采高、推进度，煤的硬度、裂隙节理与顶底板岩石性质及有无夹矸而定。

1）布置方式。常见的炮眼布置方式有三种，为单排眼、双排眼和三排眼，如图5-5所示。

单排眼一般用于薄煤层或煤质软、节理发育的煤层，如图5-5a所示。

双排眼的布置形式有对眼、三花眼和三角眼等，一般适用于采高较小的中厚煤层。煤质中硬时可用对眼，如图5-5b所示；煤质软时可用三花眼，煤层上部煤质软或顶板较破碎时可用三角眼，如图5-5c所示。

三排眼也称五花眼，用于煤质坚硬或采高较大的中厚煤层，如图5-5d所示。

图5-5 炮眼布置

a）单排眼 b）对眼 c）三角眼 d）五花眼

采用毫秒雷管爆破，当采高小于1.6m时，采用三花眼布置；当采高超过2m时，采用五花眼布置；采高为1.6～2m时，视煤质软硬而定，煤质较软，f=1～1.5，按三花眼布置，煤质较硬，f为1.5以上，按五花眼布置。毫秒爆破采煤工作面炮眼布置如图5-6所示。

2）炮眼角度。采用毫秒雷管爆破，炮眼与煤层的水平夹角一般为55°～80°（煤软取大值）；垂直面上，顶眼的仰角一般为2°～3°，最多为5°～8°（顶板破碎时为平眼），底眼的俯角一般为5°～10°，最大不超过15°。

3）炮眼间距。采用毫秒雷管爆破，煤质中等硬度时，顶眼间距一般为1.1～1.3m，底眼间距为0.9～1.0m。

4）炮眼深度。采用毫秒雷管爆破，炮眼深度视工作面推进度而定，一般为0.8～1.25m。

5）炮眼装药量。采用毫秒雷管爆破，底眼装药量通常为150～600g/个，顶眼、腰眼可酌情减少，一般为200g/个。

6）连线方式。串联。

7）间隔时间与起爆顺序。采煤工作面采用毫秒雷管爆破时，应确定合理的毫秒雷管爆破的间隔时间与起爆顺序。

①间隔时间。合理的间隔时间应大于弹性振动延续时间（一般为4～6ms），应大于煤（岩）开始移动到形成裂隙的时间（一般为4.3～5.8ms）。合理的间隔时间一般通过现场试验确定，炸药消耗量低，炮眼利用率高，振动小的毫秒雷管爆破的间隔时间即为合理的间隔时间。

图5-6 炮眼布置

②起爆顺序。起爆顺序合理与否是决定毫秒爆破效果好坏的关键。据一些矿井试验经验，底眼依次1～5段毫秒雷管起爆，顶眼2～5段毫秒雷管起爆。毫秒雷管前段炮眼爆破后，对后段爆破的炮眼相当于增加一个自由面，爆破效果好、装煤率高，且不崩倒支柱。据测试，用瞬发雷管崩倒支柱的占50%～70%，而毫秒雷管仅占3.5%，爆破顺序合理时可降至0.5%。具体炮眼的起爆顺序如图5-7所示。

图5-7 毫秒雷管起爆顺序示意图

a）中厚煤层 b）厚煤层

（2）爆破器材

1）钻眼设备。煤电钻（电动）、风煤钻（风动）和麻花钎子，如图5-8所示。

2）电雷管。采煤工作面使用毫秒电雷管起爆。毫秒电雷管一般选用1～5段煤矿许用的毫秒雷管，桥丝为镍铬丝，铁脚线，电阻一般为5.5～6.0Ω。

3）炸药

根据矿井的瓦斯等级，瓦斯矿井选用二级煤矿许用炸药；高瓦斯矿井选用三级煤矿许用炸药；有煤与瓦斯突出危险工作面选用三级煤矿含水炸药。

4）其他器材

图5-8 煤电钻及麻花钎子

发爆器一般采用最大起爆能力为50～100发的MFB-50A和MFB-100A型防爆发爆器。

2.装煤与运煤

（1）爆破装煤 炮采工作面大多采用SGW-40（或44）型可弯曲刮板输送机运煤，在单体液压支柱及铰接顶梁所构成的悬臂支架掩护下，输送机贴近煤壁，有利于爆破装煤，爆破装煤率可达31%～37%，如图5-9所示。

（2）人工装煤 炮采工作面人工装煤量主要由两部分构成：输送机与新煤壁之间松散煤安息角线以下的煤（图5-9）；崩落或撒落到输送机采空侧的煤。因此，浅进度可减少煤壁处人工装煤量，提高爆破技术水平也可减少人工装煤量。

（3）机械装煤 人工装煤是炮采工作面各工序中的薄弱环节，为此我国各矿区研制了多种装煤机械。目前使用最多的是在输送机煤壁侧装上铲煤板，爆破后部分煤自行装入输送机，然后工人用锹将部分煤扒入输送机，余下的部分底部松散煤靠大推力千斤顶推移输送机，输送机煤壁侧的煤板将其装入输送机。

图5-9 爆破装煤

（4）运煤及移溜 炮采工作面运煤方式取决于工作面的坡度与煤的湿度及块度。一般煤层倾角在25°以下的壁式工作面的湿煤可采用刮板输送机运煤；倾角为25°～30°的采用搪瓷溜槽运煤，倾角大于30°的采用铸石溜槽自溜运煤。一般情况下，多用刮板输送机运煤。

壁式工作面的煤装运完毕，即可推移刮板输送机，推移刮板输送机的过程即为移溜，如图5-10所示。

输送机推移器多为液压式推移千斤顶，其布置如图5-10a所示。工作面内每6m设一台千斤顶，输送机机头、机尾各设3台千斤顶。某些装备水平较低的炮采工作面，可使用电钻改装的机械推移器，如图5-10b所示。推移输送机时，应从工作面的一端向另一端依次推移，以防输送机溜槽拱起而损坏。移溜时溜槽间弯度不大于3°～5°，弯曲段长度不小于15m。

3.炮采工作面支护和采空区处理

（1）炮采工作面支护 炮采工作面采用单体液压支柱和铰接顶梁支护，其布置形式如图5-11所示。其布置方式主要有两种：正悬臂梁齐梁直线柱（图5-11a）和正悬臂梁错梁三角柱（图5-11b），但后者现在采用较少。落煤时，爆深应与铰接顶梁长度相等。最小控顶距时应有3排支柱，以保证工作面有足够的工作空间；最大控顶距时一般不宜超过5排支柱。通常推进1或2排支柱放1次顶，即三四排或三五排控顶。在有周期来压的工作面中，当工作空间达到最大控顶距时，为了加强对放顶处顶板的支撑作用，回柱之前常在放顶处另外架设一些加强支架，这些加强支架称为工作面的特种支架。特种支架的形式很多，有丛柱、密集支柱、木垛、斜撑支架（图5-12）以及切顶墩柱等。

图5-10 推移刮板输送机（移溜）示意图

a）液压千斤顶推移输送机 b）利用改装的电钻推移输送机

1、2—轴 3—螺母 4—丝杠 5—套筒

图5-11 炮采工作面单体液压支柱和铰接顶梁支护的布置形式

a）正悬臂梁齐梁直线柱布置 b）正悬臂梁错梁三角柱布置

图5-12 炮采工作面特种支架

a）丛柱 b）密集支柱 c）木垛 d）斜撑支架

（2）采空区处理 随着采煤工作面不断向前推进，顶板悬露面积越来越大，为了工作面的安全和正常生产，就需要及时对采空区进行处理。由于顶板特征、煤层厚度和保护地表的特殊要求等条件不同，采空区有多种处理方法，但最常用的是全部垮落法。

全部垮落法是当工作面从开切眼推进一定距离后，主动撤除采煤工作空间以外的支架，使直接顶自然垮落。

当工作面推进一次或两次之后，工作空间达到允许的最大宽度，即最大控顶距，应及时回柱放顶，使工作空间只保留回采工作所需要的最小宽度，即最小控顶距。这样，不仅可以及时减少工作面的控顶面积，而且由于顶板垮落后破碎岩石体积膨胀而充填采空区，从而减轻了顶板对工作面的压力和对工作面产生的不良影响。如果不放顶，工作面继续向前推进，就会使顶板悬露过宽而导致占用支柱和顶梁过多，顶板压力过大，甚至出现大面积垮顶事故。最小控顶距一般为3排支柱，最大控顶距为4排或5排支柱。最大控顶距与最小控顶距之差即为放顶步距，如图5-13所示。

工作面使用单体液压支柱时，通常采用人工回柱；支柱钻底或被垮落碎矸埋住时，常采用拔柱器回柱。回柱应按由下而上、由采空区向煤壁方向的顺序进行，并应遵守各项规定，以保证回柱放顶工作的安全。

图5-13 全部垮落法回柱放顶工序

a）最小控顶距支架形式 b）第一次推进后支架形式 c）放顶前（最大控顶距）支架形式 d）放顶后恢复到最小控顶距状态

全部垮落法通常适用于直接顶易于垮落或中等稳定性顶板。

采用全部垮落法处理采空区简单可靠、费用少，凡条件适合时，应尽可能采用这种方法。我国开采薄及中厚煤层和大部分厚煤层时，几乎都采用全部垮落法处理采空区。

4.炮破采煤新工艺

采用毫秒爆破与抗炮崩单体液压支柱、双速或大功率刮板输送机三项技术（设备）的配套，并辅之相应的劳动组织管理，形成了新的炮采工艺。经在徐州、平顶山、峰峰等几个矿区试验和部分矿井推广，工效可提高10%～30%，装煤率可提高20%～30%，并提高了爆破安全性，改善了顶板管理，取得了明显的技术经济效益。

5.炮破采煤新工艺的适用条件

炮采工艺是我国目前仍然采用较多的一种采煤工艺，1996年国有重点煤矿炮采产量占28.09%。

（1）优点 炮采工艺技术装备投资少，适应性强，操作技术容易掌握，生产技术管理比较简单。

（2）缺点 炮采工作面单产和效率低，劳动条件差。

（3）适用条件 凡条件不适于机采的工作面，均可采用炮采工艺采煤。在采用炮采工艺时，应积极推广使用新技术、新设备、新材料，尽量提高装煤机械化水平，降低劳动强度。

二、普采工艺

普通机械化采煤（简称普采）工作面一般采用单滚筒采煤机（少数条件下采用双滚筒采煤机或刨煤机）落煤和装煤，可弯曲大型刮板输送机运煤，单体液压支柱、金属铰接顶梁（个别用∏形钢等顶梁或不用顶梁）支护、液压推移器或其他方式移溜。液压推移器可用设置在平巷内的乳化液泵通过管路进行集中供液控制，也可用手动的液压式推移器。

普采工作面上、下区段平巷断面不大，刮板输送机的机头、机尾通常都设在工作面内，故工作面上、下两端需要用人工打眼爆破开切口（又称机窝），上切口长为6～10m，下切口长为3～4m。

普采工作面采煤工艺中的落煤和装煤与炮采完全不同，其运煤、支架和采空区处理等基本上与炮采相同。

1.普通机械化采煤工艺过程实例

图5-14所示为某矿单滚筒采煤机普采工作面布置图，工作面长度为140m，煤层厚度2.1m，煤层倾角6°～8°，煤层普氏系数f=1.5，顶板中等稳定，采用全部垮落法处理采空区。工作面采用设备见表5-3。

表5-3 某矿普采工作面主要设备

MDY-150型采煤机滚筒截深为1.0m，滚筒直径为1.25m。每班开始生产时，采煤机自工作面下切口开始割煤，向上运行时升起摇臂；滚筒沿顶板割煤，并利用滚筒螺旋及弧形挡煤板装煤。工人随机挂梁，托住刚暴露的顶板，梁距0.6m，如图5-14所示。

图5-14 某矿单滚筒采煤机普采工作面布置图

1—MDY-150型采煤机 2—SGB-630/150型刮板输送机 3—DZ-22型单体液压支柱 4—HDJA-1000铰接顶梁

采煤机运行至工作面上切口后，翻转弧形挡煤板，将摇臂降下，开始自上而下运行，滚筒割底煤并装余煤。采煤机下行时负荷较小，牵引速度较快，滞后采煤机10～15m，依次开动千斤顶推移输送机，与此同时，输送机槽上的铲煤板清理机道上的浮煤。输送机推移完后，开始支设单体液压支柱。支柱间的柱距，即支柱与支柱沿煤壁方向的距离为0.6m；排距，即支柱与支柱垂直于煤壁方向的距离，等于滚筒截深1.0m。

当采煤机割底煤至工作面下切口时，支设好下端头处的支架，移直输送机，采用直接推入法进刀，使采煤机滚筒进入新的位置，以便重新割煤，如图5-15所示。

图5-15 直接推入法进刀方式

a）推入切口前 b）推入切口后

工作面下切口长4m，当采煤机运行至工作面下部终点位置时，其滚筒恰好到达切口位置，于是开动5台千斤顶（输送机机头处3台，中部槽处2台），将输送机机头连同采煤机一起推入新的位置，待输送机移成一条直线时，采煤机进刀完毕。

采煤机完整地割完1刀煤，且相应完成推移输送机、支架和进刀工序后，工作面由原来的3排柱控顶变为4排柱控顶。为了有效控制顶板，应回掉1排柱，让采空区顶板自行垮落，重新恢复工作面3排柱控顶，同时检修有关设备。

工作面割煤和回柱期间，乳化液泵站始终向工作面供液，以保证推移输送机和支设、回撤液压支柱工作正常进行。

普采工作面完成割煤、挂梁、移溜、支护、做缺口、进刀等采煤工艺的全过程称为一个循环。该实例完成一个循环的时间为8h。

2.普采工作面单滚筒采煤机工作方式

（1）滚筒的位置和旋转方向 普采工作面单滚筒采煤机的滚筒一般位于机体靠近输送机平巷一端，如图5-14所示。这样可缩短工作面下切口的长度，使煤流尽量不通过机体下方，有利于工作面技术管理。

滚筒的旋转方向对采煤机运行中的稳定性、装煤效果、煤尘产生量及安全生产影响很大。单滚筒采煤机的滚筒旋转方向与工作面方向有关。当面向回风平巷站在工作面时，若煤壁在右手方向，则为右工作面；反之，则为左工作面。右工作面的单滚筒采煤机应安装左螺旋滚筒，割煤时滚筒逆时针旋转；左工作面安装右螺旋滚筒，割煤时顺时针旋转，如图5-16所示。这样的滚筒旋转方向，有利于采煤机稳定运行。当采煤机上行割顶煤时，其滚筒截齿自上而下运行，煤体对截齿的反力是向上的，但因滚筒的上方是顶板，无自由面，故煤体反力不会引起机器振动。当机器下行割底煤时，煤体反力向下，不会引起振动，下行时负荷小，不容易产生“啃底”现象。这样的转向还有利于装煤，产生煤尘少，煤块不抛向驾驶员位置。

图5-16 单滚筒采煤机滚筒旋转方向

a）右工作面，使用左螺旋滚筒，逆时针旋转 b）左工作面，使用右螺旋滚筒，顺时针旋转

（2）采煤机的割煤方式 普采工作面的生产是以采煤机为中心的。采煤机割煤以及与其他工序的合理配合，称为采煤机割煤方式。采煤机割煤方式选择是否合理，直接关系到工作面产量和效率的提高。

1）双向割煤、往返一刀。采煤机沿工作面倾斜由下而上割顶煤，随机挂梁，到工作面一端后，采煤机翻转弧形挡煤板，下放滚筒由上而下割底煤，清理浮煤，机后10～15m推移输送机，支单体支柱，直至下部切口。采煤机往返一次，煤壁推进一个截深，挂一排顶梁，打一排支柱。

由下向上割顶煤的割煤方式适用于煤层倾角较小的中厚煤层单滚筒采煤机普采工作面。当煤层倾角较大时，为了补偿输送机下滑量，推移输送机必须从工作面下端开始，为此可采用下行割顶煤、随机挂梁、上行割底煤、清浮煤、推移输送机和支柱的工艺顺序，如图5-17所示。

双向割煤、往返一刀割煤方式，无须人工清浮煤，适应性强，在煤层粘顶、厚度变化较大的工作面均可采用。但割顶煤时无立柱控顶（即只挂上顶梁而无立柱支撑）时间长，不利于控顶；实行分段作业时，工人的工作量不均衡，工时不能充分利用。

2）“∞”字形割煤、往返一刀。将工作面分为两段，中部斜切进刀：采煤机在上半段割煤时，下半段推移输送机；采煤机在下半段割煤时，上半段推移输送机（也称半工作面采煤方式）。此方式如图5-17所示，其特点是在工作面中部输送机设弯曲段，其过程为：在图5-18a所示状态，采煤机从工作面中部向上牵引，滚筒逐步升高，其割煤轨迹为A—B—C；在图5-18b所示状态，采煤机割至上平巷后，滚筒割煤轨迹改为C—D—E—A，同时移直整个工作面的输送机；在图5-18”所示状态，滚筒割煤轨迹为A—E—B—F，工作面上端开始移输送机；在图5-18d所示状态，滚筒割煤轨迹为F—G—A，全工作面煤壁割直，而输送机机槽在工作面中部出现弯曲段，回复到图5-18a所示状态。

图5-17 下行割顶煤、上行割底煤

a）采煤机下行割顶煤、随机挂梁 b）采煤机上行割底煤、清浮煤、推移输送机、支柱

图5-18 单滚筒采煤机“∞”割煤方式

这种割煤方式可以克服工作面一端无立柱控顶时间过长、工人的工作量不均衡等缺点，并且割煤过程中采煤机自行进刀，无须另外安排进刀时间，在中厚煤层单滚筒采煤机普采工作面中常采用。

3）单向割煤、往返一刀。单向割煤、往返一刀割煤方式如图5-19所示。其工艺过程为：采煤机自工作面下（或上）切口向上（或下）沿底割煤，随机清理顶煤、挂梁，必要时可打临时支柱。采煤机割至上（或下）切口后，翻转弧形挡煤板，快速下（或上）行装煤及清理机道丢失的底煤，并随机推移输送机、支设单体支柱，直至工作面下（或上）切口。

这种割煤方式适用于采高1.5m以下的较薄煤层、滚筒直径接近采高、顶板较稳定、煤层粘顶性强、割煤后顶煤不能及时垮落等条件。

4）双向割煤、往返两刀。双向割煤、往返两刀割煤方式又称穿梭割煤，如图5-20所示。首先采煤机自下切口沿底上行割煤，随机挂梁和推移输送机，同时铲装浮煤、支柱，待采煤机割至上切口后，翻转弧形挡煤板，下行重复同样工艺过程。当煤层厚度大于滚筒直径时，挂梁前要处理顶煤。该方式主要用于煤层较薄并且煤层厚度和滚筒直径相近的普采工作面。

图5-19 单向割煤、往返一刀割煤方式

a）上行割煤、挂梁 b）下行装煤、推移输送机、支柱

图5-20 双向割煤、往返两刀割煤方式

a）上行割煤、挂梁、推移输送机、支柱 b）下行重复上行时工序

普采工作面使用双滚筒采煤机时，一般也采用双向割煤、往返两刀的割煤方式。这种方式在综采工作面普遍采用，将在后文中详细叙述。

（3）单滚筒采煤机的进刀方式 滚筒采煤机每割一刀煤之前，必须使其滚筒进入煤体，这一过程称为进刀。滚筒采煤机以输送机机槽为轨道，沿工作面运行割煤，其自身无进刀能力，只有与推移输送机工序相结合才能进刀。因此，进刀方式的实质是采煤机运行与推移输送机的配合关系。单滚筒采煤机的进刀方式主要有三种。

1）直接推入法进刀（图5-15）。

2）“∞”字形割煤进刀。“∞”字形割煤时（图5-18），采煤机沿工作面中部输送机弯曲段运行自行进刀，没有单独进刀过程，有利于端头作业和顶板支护。

3）斜切进刀。斜切进刀可分为割三角煤进刀和留三角煤进刀两种方式。

图5-21 割三角煤进刀

a）割至下段部 b）上行斜切”）移直输送机 d）下行沿顶割三角煤 e）上行正式割煤

①割三角煤进刀。现以采煤机上行割顶煤、下行割底煤的割煤方式为例，说明斜切进刀割三角煤进刀的具体过程：在图5-21a所示状态，采煤机割底煤至工作面下端部；在图5-21b所示状态，采煤机反向沿输送机弯曲段运行，直至完全进入输送机直线段，当其滚筒沿顶板斜切进入煤壁达到规定截深时，便停止运行；在图5-21”所示状态，推移输送机机头及弯曲段，使其成一直线；至图5-21d所示状态，采煤机反向沿顶板割三角煤直至工作面下端部；到图5-21e所示状态，采煤机进刀完毕，上行正式割煤，开始时滚筒沿底板割煤，割至斜切终点位置时，改为滚筒沿顶板割煤。这种进刀方式有利于工作面端头管理，输送机保持成一条直线，但比较费时，采煤机要在工作面端部20～25m行程内往返一次，并要等待移机头和重新支护端头支架。

②留三角煤进刀。留三角煤进刀的过程为：在图5-22a所示状态为割三角底煤。采煤机割煤至工作面下端头后，反向上行沿输送机弯曲段割三角底煤（上刀留下的），割至输送机直线段时改为割顶煤直至工作面上切口；到图5-22b所示状态为上行割顶煤，推移机头和弯曲段，将输送机移直，采煤机上行割顶煤直至工作面上切口。图5-22c所示状态为留三角底煤，采煤机下行割底煤至三角煤处改为割顶煤，直至工作面下端部，在工作面下端部留下三角底煤。再到图5-22d所示状态为随机移输送机，随采煤机下行割煤，自上而下推移输送机至工作面下端部三角煤处，完成进刀全过程。

图5-22 留三角煤进刀

a）割三角底煤 b）上行割顶煤 c）留三角底煤 d）随机移输送机

留三角煤进刀方式与割三角煤方式相比，采煤机无须在工作面端部往返斜切，进刀过程简单，移机头和端头支护与进刀互不干扰。但由于工作面端部煤壁不直，不易保障工程质量。普采工作面双滚筒采煤机的工作方式与综采工作面双滚筒采煤机工作方式相同。

3.普采工作面单体支架

普采工作面单体支架布置应与煤层赋存条件和顶底板性质相适应，并符合采煤机割煤特点，除确保回采空间作业安全外，还要力求减少支护工作量。

（1）支架布置方式 除少数顶板完整的普采工作面可使用带帽点柱支护外，一般均采用单体液压支柱与金属铰接顶梁组成的悬臂支架支护。按悬臂顶梁与支柱的关系，可分为正悬臂与倒悬臂两种，如图5-23所示。正悬臂支架悬臂的长段在支柱的煤壁侧，有利于支护机道上方的煤层顶板，短段在支柱的采空侧，故顶梁不易被折损；倒悬臂支架则相反，由于其长段伸向采空区，支柱不易被碎矸石埋住，但易损坏顶梁。

图5-23 单体液压支柱正悬臂和倒悬臂布置

a）正悬臂布置 b）倒悬臂布置

普采工作面支架布置，按顶梁的排列特点分为齐梁式和错梁式两种，如图5-24所示。为方便行人和工人作业，工作面支柱一般排成直线状，三角形排列已很少使用。因此，目前普采工作面支架布置方式主要有齐梁直线柱和错梁直线柱两种。

1）齐梁直线柱布置的特点：梁端沿煤壁方向齐，支柱排成直线。根据截深与顶梁长度的关系，又可分为两种：梁长等于截深和梁长等于截深的两倍。

梁长等于截深时，每割一刀煤沿工作面全部挂梁、支柱，一般全部为正悬臂支架。这种支架形式简单，规格质量容易掌握，放顶线整齐；工序较简单，便于组织和管理。当截深为0.8m和1.0m时，一般都采用这种布置方式。但这种布置方式由于截深大，每架支架都要挂梁和支柱，故割一刀煤需时较长。因此，在煤层松软、顶板稳定性差的条件下不宜使用。

当顶梁长度是截深两倍时，若全部采用正悬臂支架，则割两刀煤挂一次梁。割第一刀时每架支架打临时柱；割第二刀时，挂梁并将临时支柱改为永久支柱。因割第一刀时挂不上梁，机道控顶距太大，顶板易垮落，加之工人的工作量不均衡，故该方式使用较少。

图5-24 支架齐梁式和错梁式布置

a）齐梁直线柱布置 b）错梁直线柱布置（正倒悬臂梁）

2）错梁直线柱布置的特点：截深为顶梁长度的一半；正、倒悬臂支架相间布置；每割一刀煤间隔挂梁，顶梁向前交错；割第一刀煤时，支临时支柱，割第二刀煤时，临时支柱改为永久支柱，每割两刀煤工作面增加一排控顶距，该布置方式机道上方顶板悬露窄，支护及时；每割一刀煤挂梁、支柱数量少，工作量均衡；支柱成直线，行人、运料方便；在切顶线处支柱不易被埋住，因此为现场多用。但这种布置方式对切顶不利，倒悬梁易损坏。

普采工作面采空区处理方法的选择，特种支架的使用等与炮采面相同。当顶板较稳定、有利于切顶时，也可采用墩柱。

（2）普采工作面端头支护 工作面上、下端头是工作面和平巷的交汇处，此处控顶面积大，设备人员集中，又是人员、设备和材料出入工作面的交通口，因此，搞好工作面端头支护极为重要。

端头支护应满足以下要求：要有足够的支护强度，保证工作面端部出口的安全；支架跨度要大，不影响输送机机头、机尾的正常运转，并要为维护和操纵设备的人员留出足够的活动空间；要能够保证机头、机尾的快速移置，缩短端头作业时间，提高开机率。

端头支护主要有以下几种。

1）单体支柱加铰接顶梁支护，如图5-25a所示。为了在跨度大处固定顶梁铰接点，可采用双钩双楔梁，或将普通铰接顶梁反用，使楔钩朝上。

2）用4～5对长梁加单体支柱组成的迈步走向抬棚支护，如图5-25b所示。

3）用基本支架加走向迈步抬棚支护，如图5-25c所示。除机头、机尾处支护外，在工作面端部原平巷内可用顺向托梁加单体支柱或“十”字铰接顶梁加单体支柱支护。

（3）普采工作面支护应掌握的基本要点

1）加强机道支护。机道是工作面支护的薄弱点，这里往往由于片邦和不能及时支护发生局部冒顶。加强机道支护的主要方法有：向煤壁开梁窝架超前梁，落煤后立即打临时支柱；提高支柱支撑力和支护刚度。近年来∏形钢顶梁加强破碎顶板和分层网下顶板的机道支护是十分有效的，所谓∏形钢顶梁就是用∏形钢对焊成的2.6m长钢梁，∏形钢顶梁在工作面是成对布置的，随采煤机割煤，∏形钢顶梁交替前移，及时支护顶板。

图5-25 普采工作面端头支护

a）双钩、双楔铰接梁支护 b）迈步走向抬棚支护 c）基本支架加走向迈步抬棚支护

1—基本架 2—抬棚长梁 3—装载机 4—输送机头 5—“十字”铰接顶梁 6—木垛 7—双钩、双楔梁 8—绞车

2）加强放顶线支护的稳定性。无论是有排柱还是无排柱，由于直接顶垮落或基本顶来压，往往因水平推力而推倒末排支柱。为此，必须使末排支柱不仅支撑力强，而且支护状态稳定。一般采用斜撑把排柱连锁起来，形成一个防护整体，必要时加打木垛，硬顶板时打双排柱或打对柱、丛柱等增加切顶力。

3）加强工作面端头维护。其支护形式一般采用四对八梁走向大抬棚。十字梁是工作面端头的一种有效支护，选用时根据顶板条件、输送机传动装置以及人行道的要求可灵活调整。

4）加强工作面“三度”管理。工作面“三度”是指工作面的支护强度、支柱密度和支护刚度。支护强度是指工作面单位顶板面积上的支护阻力。支护强度应以工作面最困难状态下满足支架—围岩岩体体系的平衡，不发生重大顶板事故为准则。支护密度是指控顶范围内单位面积顶板所支设的支柱数量。设计支柱密度时必须掌握工作面所用支柱的实际阻力情况，加强对支柱的抽样试验和失效检查。支护刚度是指支护物产生单位压缩量所需要的力。

4.普采工作面的设备配套

我国已能系列制造普采工作面设备，可根据不同地质条件和不同生产能力要求对设备进行选型。中厚煤层采煤机有十几个机型可供选择，与之配套的普采工作面输送机也有五六个型号。但常用的中厚煤层普采工作面采煤机主要有1MG170（双滚筒）型和MDY-150（单滚筒）型，其与采煤工艺关系密切的参数见表5-4。中厚煤层普采工作面输送机使用较多的有SGB-630/150型和SGD-630/180型，其参数见表5-5。

为了进一步提高普采工作面的单产、效率和效益，改善劳动条件，自20世纪80年代中期以来，对普采设备进行了更新换代，主要内容是：①采用双滚筒无链牵引采煤机，一次采全高，随机挂梁、推移输送机和支架；②采用封底式双速侧卸刮板输送机；③采用∏形长钢梁对梁布置或与铰接顶梁混合支护，如图5-26所示；④运输平巷布置转载机和可伸缩胶带输送机并随工作面的推进而前移。根据肥城查庄矿的实践证明，新的第三代普采设备与第二代普采设备相比，在条件相同的情况下，煤炭产量可提高46%，生产率可提高26%。(www.xing528.com)

图5-26 第三代普采设备（用∏形长钢梁交替迈步对棚支护顶板）

1—双滚筒无链牵引采煤机 2—封地式双速侧卸式刮板输送机 3—∏形长钢梁对棚 4—单体液压支柱 5—金属网

5.普采工艺的特点和适用条件

（1）特点

1）普采设备价格便宜，一套普采设备的投资只相当一套综采设备的1/4，而产量可达到综采产量的1/3～1/2。汾西矿务局普采队年产量最高达67万t。

2）普采对地质变化的适应性比综采强，工作面搬迁容易。

3）与综采相比，普采操作技术较易掌握，组织生产比较容易。

4）普采是我国中、小型矿井发展采煤机械化的重点。

（2）适用条件 普采适用于推进距离短、形状不规则、小断层和褶曲较发育、综采的优势难以发挥的采煤工作面，且可取得较好的效果。

表5-4 普采工作面采煤机参数

表5-5 普采工作面刮板输送机参数

三、综合机械化采煤工艺

综采工作面采用采煤机割煤、装煤，可弯曲刮板输送机运煤，自移式液压支架支护工作面顶板和推移刮板输送机，使工作面破煤、装煤、运煤、移输送机、支移液压支架等主要作业工序全部实现了机械化，大幅度降低了工人的劳动强度，提高了工作面的单产及安全性。综采工作面采用的双滚筒采煤机、自移式液压支架和可弯曲刮板输送机如图5-27所示。

综合机械化采煤与普通机械化采煤工艺的区别在于工作面支护实现了机械化。综采面设备布置通常如图5-28所示。

1.综采面双滚筒采煤机工作方式

（1）滚筒的转向和位置 综合机械化采煤工艺一般均采用双滚筒采煤机，不开切口进刀。当面向煤壁站在综采工作面时，通常采煤机的右滚筒应为右旋，割煤时顺时针旋转；左滚筒应为左旋，割煤时逆时针旋转。采煤机正常工作时，一般其前端的滚筒沿顶板割煤，后端滚筒沿底板割煤。这种布置方式驾驶员操作安全，煤尘少，装煤效果好，如图5-29a所示。在某些特殊条件下，如煤层中部含硬夹矸时，可使用采煤机的右滚筒为左旋，逆时针旋转；左滚筒则为右旋，顺时针旋转，如图5-29b所示。运行中，前滚筒割底煤，后滚筒割顶煤，在下部采空的情况下，中部硬夹矸易被后滚筒破落下来。

有一些型号的薄煤层采煤机，滚筒与机体在一条轴线上，前滚筒割出底煤以便机体通过，因此也采用前底后顶式布置，如图5-29c所示。有时，过地质构造也需要采用前底后顶式，后滚筒割顶煤后，立即移支架，以防顶煤或碎矸垮落，如图5-29d所示。

图5-27 双滚筒采煤机、自移式液压支架和可弯曲刮板输送机

a）双滚筒采煤机 b）自移式液压支架 c）可弯曲刮板输送机

（2）综采面双滚筒采煤机的割煤方式 综采面采煤机的割煤方式是综合考虑顶板管理、移架与进刀方式、端头支护等因素确定的，主要有两种。

1）往返一次割两刀。这种割煤方式也称为穿梭割煤，多用于煤层赋存稳定、倾角较缓的综采面，工作面为端部进刀。

2）往返一次割一刀，即单向割煤，工作面中间或端部进刀。该方式适用于：顶板稳定性差的综采面；煤层倾角大、不能自上而下移架，或输送机易下滑、只能自下而上推移的综采面；采高大而滚筒直径小、采煤机不能一次采全高的综采面；采煤机装煤效果差、需单独牵引装煤行程的综采面；割煤时产生煤尘多、降尘效果差，移架工不能在采煤机的回风平巷一端工作的综采面。

图5-28 综采工作面设备布置示意图

1—采煤机 2—刮板输送机 3—液压支架 4—下端头支架 5—上端头支架 6—转载机 7—可伸缩带式输送机 8—配电箱 9—乳化液泵站 10—设备列车 11—移动变电站 12—喷雾泵站 13—液压安全绞车 14—集中控制台

图5-29 综采面采煤机滚筒的转向和位置

a）前顶后底、右顺左逆 b）前底后顶、右逆左顺 c）薄煤层前底后顶（俯视图） d）前底后顶、右逆左顺

（3）综采面采煤机的进刀方式

1）直接推入法进刀。其进刀过程与单滚筒采煤机直接推入法进刀相同。因该方式需提前开出工作面端部切口，而且大功率采煤机和重型输送机机头（尾）叠加在一起，推移困难，故很少采用。

2）工作面端部斜切进刀。该方式又分为割三角煤进刀和留三角煤进刀两种。

割三角煤方法进刀过程如下：①当采煤机割至工作面端头时，其后的输送机槽已移近煤壁，采煤机机身处尚留有一段下部煤，如图5-30a所示；②调换滚筒位置，前滚筒降下、后滚筒升起并沿输送机弯曲段反向割入煤壁，直至输送机直线段为止，然后将输送机移直，如图5-30b所示；③再调换两个滚筒的上下位置，重新返回割煤至输送机机头处，如图5-30c所示；④将三角煤割掉，煤壁割直后，调换上下滚筒，返程正常割煤，如图5-30d所示。留三角煤进刀法与单滚筒采煤机留三角煤进刀法（图5-22）相似，不再赘述。

图5-30 工作面端部割三角煤斜切进刀

a）起始 b）斜切并移直输送机 c）割三角煤 d）开始正常割煤

1—综采面双滚筒采煤机 2—刮板输送机

综采面斜切进刀，要求运输及回风平巷有足够宽度，工作面输送机机头（尾）尽量伸向平巷内，以保证采煤机滚筒能割至平巷的内侧邦，并尽量采用侧卸式机头。若平巷过窄，则需辅以人工开切口方能进刀，这就难以发挥综采的生产潜力。

3）综采面中部斜切进刀。图5-31所示为综采面中部斜切进刀过程，其特点是输送机弯曲段在工作面中部，操作过程为：①采煤机割煤至工作面左端，如图5-31a所示；②空牵引至工作面中部，并沿输送机弯曲段斜切进刀，继续割煤至工作面右端，如图5-31b所示；③移直输送机，采煤机空牵引至工作面中部，如图5-31c所示；④采煤机自工作面中部开始割煤至工作面左端，工作面右半段输送机移近煤壁，恢复初始状态，如图5-31d所示。

图5-31 综采面中部斜切进刀

a）采煤机割煤至工作面左端部 b）返回中部斜切 c）移直输送机，采煤机割右半段 d）输送机右半段移近煤壁，采煤机重新割左半段

端部斜切进刀时，工作面端头作业时间较长，采煤机要长时间等待推移机头和移端头支架，影响有效割煤时间。而采用中部斜切进刀方式可以提高开机率，它适用于：较短的综采面，采煤机具有较高的空牵引速度；工作面端头空间狭小，不便于采煤机在端头停留并进行维修保养；采煤机装煤效果较差的综采面。但是采用该方式，工作面工程规格和质量不易保证。

4）滚筒钻入法进刀。图5-32所示为钻入法进刀的过程：①采煤机割煤至工作面端部距终点位置3～5m时停止牵引，但滚筒继续旋转（图5-32a）；②开动千斤顶推移支承采煤机的输送机槽（图5-32b）；③滚筒边钻进煤壁边上下或左右摇动，直至达到额定截深并移直输送机（图5-32c）；④采煤机割煤至工作面端头，可以正常割煤（图5-32d、e）。

钻入法进刀要求采煤机滚筒端面必须布置截齿和排煤口，滚筒不用挡煤板，若用门式挡煤板，钻入前需将其打开，并对输送机机槽、推移千斤顶、采煤机强度和稳定性都有特殊要求，采高较大时不宜采用。

图5-32 采煤机钻入法进刀

a）停止牵引，滚筒继续旋转 b）推移机槽 c）钻进煤壁，移直输送机 d）向端部牵引 e）正常割煤

2.综采面液压支架的移架方式

（1）移架方式 我国采用较多的移架方式有三种。

1）单架依次顺序式，又称单架连续式，如图5-33a所示，支架沿采煤机牵引方向依次前移，移动步距等于截深，支架移成一条直线。该方式操作简单，容易保证规格质量，能适应不稳定顶板，应用比较多。

2）分组间隔交错式，如图5-33b、c所示。该方式移架速度快，适用于顶板较稳定的高产综采面。

3）成组整体依次顺序式，如图5-33d、e所示，该方式按顺序每次移一组，每组二三架，一般由大流量电液阀成组控制，适用煤层地质条件好、采煤机快速牵引割煤的日产万吨综采面。

图5-33 液压支架的移架方式

a）单架依次顺序式 b）、c）分组间隔交错式 d）、e）成组整体依次顺序式

我国采用较多的分段式移架属于依次顺序式。

（2）顶板管理受移架方式的影响 选择移架方式不仅要考虑移架速度，还要考虑移架方式对顶板管理的影响。一般说来，单架依次顺序移架虽然速度慢，但卸压截面积小，顶板下沉量比后两种小得多，适于稳定性差的顶板。即使顶板稳定性好，采用后两种移架方式时，同时前移的支架数N也不宜大于3，以防顶板情况恶化。由于顶板状况多变，还要依照具体情况考虑移架方式。

图5-34 依次顺序移架时沿工作面的支架阻力分布

1）依次顺序移架时沿工作面支架工作阻力分布如图5-34所示，图中1～2段对应未采煤段，支架为恒阻，2～3段对应割煤，支架工作阻力稍有下降，5段支架卸载，4～5段对应该段支架在原位置的阻力下降，5～7段表示支架移架后工作阻力逐渐上升，至7～8段又达到了恒阻。在采煤机工作范围内移架，虽可防止伪顶垮落，但割煤和移架同时进行，悬顶面积剧增，下沉速度加快，有可能出现顶板失控。这种情况下，采煤和移架要保持合理距离。

2）在某些特定顶板条件下，尽管设备和顶板条件完全相同，依次顺序式移架需要经过较长时间支架才能达到额定工作阻力，而分组间隔交错式移架则能较快地达到额定工作阻力，矿压显现比前者缓和。

3）与单向、双向割煤相适应的单向、双向移架，对顶板管理效果影响很大。单向移架时，先移的支架先达到额定工作阻力，支架阻力沿煤壁方向分布大致相同，有利于顶板管理；双向移架时，工作面端部支架短时间内移动两次，长时间处于初撑状态，不利于顶板管理。

4）全卸载与带载移架对顶板管理影响较大，如图5-35所示。不卸载或部分卸载移架时，有利于控制顶板，应尽量采用。

图5-35 卸载与不卸载移架支架阻力沿工作面的分布

a）支架卸载移架 b）不卸载移架

5）采用分段依次顺序式移架时，由于段与段之间的接合部位在时间与空间上交叉，导致顶板下沉量叠加，容易造成顶板破碎、煤壁片邦和倒架。

3.液压支架支护方式

综采面割煤、移架、推移输送机三个主要工序，按照不同顺序有以下两种配合方式，即及时支护方式和滞后支护方式。

（1）及时支护方式 及时支护方式如图5-36所示，采煤机割煤后，支架依次或分组随机立即前移、支护顶板，输送机随移架逐段移向煤壁，推移步距等于采煤机截深。这种支护方式推移输送机后，在支架底座前端与输送机之间有一个截深的宽度，工作空间大，有利于行人、运料和通风。若煤壁容易片邦时，可先于割煤进行移架，支护新暴露出来的顶板。但这种支护方式增大了工作面控顶宽度，不利于控制顶板。为此，有的综采设备的支架和输送机采用插底式和半插底式配合方式，如图5-37所示。

图5-36 及时支护方式

a）割煤 b）移架”）推移输送机

图5-37 插底式和半插底式支架

a）插底式支架 b）半插底式支架（移架状态）

插底式支架（图5-37a）在前移时，将底座前段插入输送机机槽下方，推移输送机后，底座前端与机槽相接，控顶减少了一个截深的宽度，适用于稳定性差的顶板。但其通风断面小，行人运料不便，同时增加了机槽高度，不利于装煤。为克服插底式装煤困难的缺点，又研制了半插底式支架（图5-37b），其机槽向煤壁倾斜。

（2）滞后支护方式 割煤后输送机首先逐段移向煤壁，支架随输送机前移，二者移动步距相同。这种配合方式在底座前端和机槽之间设有一个截深富余量，比较能适应周期压力大及直接顶稳定性好的顶板，但对直接顶稳定性差的顶板适应性差。为了克服该缺点，在某些综采面支架装有护邦板，前滚筒割过后将护邦板伸平，护住直接顶，随后推移输送机，移架。

无论是及时支护方式还是滞后支护方式，均由设备的结构尺寸决定，使用中不能随意改动。

4.综采面端头支护

（1）综采面端头支护方式 综采面端头支护方式主要有以下三种。

1）单体支柱加长梁组成的迈步抬棚，与普采面的该方式端头支护（图5-25b）相同。该方式适应性强，有利于排头液压支架的稳定，但支设麻烦、费工费时。

2）自移式端头支架，如图5-38所示，它移动速度快，但对平巷条件适应性差。

3）用工作面液压支架支护端头，如图5-39所示，适用于煤层倾角较小的综采面，通常在机头（尾）处要滞后于工作面中间支架一个截深。

图5-38 自移式端头支架

1、2—端头支架掩护梁 3—工作面输送机机头 4—滑板 5—推移千斤顶 6—转载机机尾 7—液压控制阀组

图5-39 用工作面液压支架支护端头

1—端头处支架 2—中间支架 3—工作面输送机机头 4—转载机机尾 5—平巷超前支护

（2）综采面平巷相对位置与端头作业 综采面平巷布置应有利于运输设备运转和维护，有利于煤流在端头处转载和采煤机实现无人工切口端部进刀，并便于人员进出和材料运送，为端头顶板支护创造良好条件。

5.综采工艺的特点和适用条件

（1）综采的优点 它具有高产、高效、安全、低耗以及劳动条件好、劳动强度小的优点，是采煤工艺的重要发展方向。

（2）综采的缺点 综采设备价格昂贵，综采生产优势的发挥有赖于全矿井良好的生产系统、较好的煤层赋存条件以及较高的操作和管理水平。

（3）综采的适用条件 根据我国综采生产的经验和目前的技术水平，综采适用于以下条件：煤层地质条件较好、构造少，上综采后能很快获得高产、高效，见表5-6；某些地质条件特殊，但上综采后仍有把握取得好的经济效益，见表5-7。

表5-6 优先装备综采的条件

表5-7 可以装备综采的特殊条件

综采工艺方式有缓斜中厚、薄煤层、单一长壁综采、缓斜厚煤层倾斜分层综采、缓斜厚煤层一次采全最大采高综采、缓斜厚煤层放顶煤综采。因此，应根据不同的条件和其他因素合理选择。

四、采煤工作面生产组织管理

为使采煤工作面各道工序在空间上、时间上相互协调，人力、物力和机械设备得到合理利用，保证采煤工作面获得最佳的技术经济效果，必须对采煤工作面生产过程进行科学、合理的组织。

1.采煤工作面的循环作业

采煤工作面的循环就是完成工作面破煤、装煤、运煤、支护和放顶（或放顶煤）等工序的全过程，并且周而复始地进行下去。炮采、普采工作面多以工作面放顶工序作为完成一个循环的标志；综采工作面一般是以工作面进刀或移架工序作为完成一个循环的标志，放顶煤工作面则以完成一次放煤工序过程作为循环的标志。

采煤工作面循环作业的主要内容包括循环方式、作业形式、工序安排及劳动组织等。

（1）循环方式 循环方式是工作面循环进度和昼夜循环次数的组合。采煤工作面的循环方式主要分为昼夜单循环与昼夜多循环。

1）循环进度。采煤工作面每完成一个循环向前推进的距离，是每次落煤的深度（截深）和循环落煤次数的乘积。炮采工作面的落煤进度根据工作面顶板的稳定状况和所选顶梁的长度确定，一般取值为0.8～1.0m；综采、普采工作面采煤机截深根据工作面顶板岩性、煤层特征、采煤机械设备性能以及支架结构、参数和工作面生产工序等特点合理确定，一般取值为0.5～0.8m，最大取值可达1.0m。

2）昼夜循环次数。昼夜循环次数主要根据采煤工作面的顶板条件、采煤工艺方式、操作管理水平、工作面的基本参数和作业方式合理确定，高产高效工作面可达10次以上。

3）正规循环作业。正规循环作业是按照采煤工作面回采作业规程中循环作业图表安排的工序顺序和劳动定员，在规定的时间内保质、保量、安全地完成循环作业工序的全部工作量，并周而复始地进行采煤工作的作业方法。符合规定的循环时间、循环进度、工作质量和劳动定员等是正规循环作业的四项基本要求，按照循环作业图表作业是正规循环的基本特点。

4）正规循环率。为了加强采煤工作面现场规范化、科学化、标准化管理，生产现场多采用正规循环率来评价工作面生产组织管理水平。

在一般情况下，昼夜单循环与昼夜双循环作业，采煤工作面正规循环率不能低于80%；昼夜完成三个以上循环的，正规循环率不能低于75%。例如，平顶山煤业集团公司规定：综采工作面正规循环率不低于80%，普采工作面正规循环率不低于85%，炮采工作面正规循环率不低于90%；对加班加点，挤占和取消设备检修及生产准备时间进行的循环作业，一律视为无效循环。

（2）作业形式 作业形式是采煤工作面在一昼夜内生产班与准备班的相互配合关系。确定工作面的作业形式应与矿井的工作制度相适应。

生产班是指在规定工作时间内从事采煤工作面各道工序作业的班组，又称为采煤班。准备班则是指在工作时间内进行支护、运输、机电等设备的日常维护、检修作业、巷道维护、工作面安全维护等准备工作的班组。

我国大多数矿井的工作制度采用“三八”工作制，即每天分成三个作业班，每班工作8h。有的采煤工作面采用“四六”工作制或“四八”交叉工作制。“四六”工作制就是每天分四个作业班，每班工作6h。“四八”交叉工作制，即每天分四个班，每班工作8h，班与班之间交叉作业2h。

“三八”工作制的作业形式有“两采一准”“三班采煤，边采边准”“两班半采煤，半班准备”等几种；“四六”工作制与“四八”交叉工作制的作业形式有“三采一准”或“四班交叉，三采一准”等形式。

1）两采一准。这种作业形式是昼夜3个作业班中2个班生产1个班准备。有专门的准备检修班，准备时间比较充分，可保证工作面支护、机械、电气等设备的正常检修时间，有利于保障支架和机械、电气设备的完好性。准备班还可进行工作面的安全施工，确保生产班安全顺利地进行生产。这种作业形式经常应用在机械化采煤工作面或开采有煤与瓦斯突出危险的工作面。

2）三班采煤，边采边准。这种作业形式是昼夜3个作业班中每个班边生产边准备。其特点是生产的时间相对较长，可实现日进多循环；工作面推进速度比较快，有利于顶板控制。但这种作业形式没有专门的准备检修班，不能保障机械设备的正常维护、保养和检修，对设备的正常使用有一定的影响，必须2～3d安排一班进行设备的集中检修。这种作业形式在机械设备比较简单的炮采工作面应用较多。

3）两班半采煤，半班准备。针对三班采煤，边采边准作业形式无法保障每天正常的检修时间等情况，在2个班采煤的基础上，另一个班半班准备半班生产。这样既增加工作面的生产时间又保证有固定的机械设备检修时间，可较好地保障工作面开采设备的可靠性和完好性。该作业形式主要在一些设备比较先进、检修工作量较少的机采和炮采工作面采用。

4）三采一准。“三采一准”作业形式是“四六”工作制时经常采用的作业形式。每天3个生产班工作时间为18h，和两采一准作业形式相比增加有效生产时间2h，可较好地发挥设备效益，又保证设备的检修时间，并有效地改善井下工人工作条件，对保障工人身心健康与矿井的安全生产非常有利。该作业形式在工作地点较远的综采工作面采用较多。

5）四班交叉，三采一准。“四班交叉，三采一准”作业形式是在“四六”工作制“三采一准”的基础上，为使工人每天有效工作时间达到8h而采用的一种作业形式。该作业形式每次交接班时两班工人在工作地点相互交叉1h，每班交叉2h，接班的提前进行生产准备工作。该作业形式可保证工人有效的工作时间和提高设备利用率，可提高工作面的生产能力。但这种作业形式在交接班时在工作面的较长时间内有两班工作人员，组织管理比较复杂，不利于工作面安全管理。该作业形式是一种临时性作业形式，仅在一些工作地点距离井口较近或有时为了赶任务、抢循环等情况下的中小型矿井中采用。

此外，还有“两采两准”作业形式，即两个生产班每班工作8h，两个准备班穿插在两个生产班中间，每班工作4h。生产班主要完成工作面的落煤和支护工作，准备班主要进行放顶作业。这种作业形式已很少采用。

（3）工序安排 确定工作面的循环方式和作业形式时，应合理安排采煤工作面的生产工序。工序安排的基本要求是：充分利用工作面的空间和作业时间，避免各工序的相互影响，提高工时利用率；保持工作面的均衡生产，最大限度地提高工作面的生产能力。

利用统筹法原理，按各工序所占用的时间和它们的相互关系（如顺序作业、平行作业等关系）确定主要工序线路和辅助工序线路。主要工序线路用粗实线表示，辅助工序线路用细实线表示；顺序作业画在一条线上，用箭头表示先后关系；平行作业的工序，用上下平行的线段表示；超前或滞后一定时间依次开工的工序，用斜线表示。图5-40所示为某矿普采工作面的循环工艺流程图，虚线方框内表示由综合工种完成的工作。该循环工艺流线图的主要工序由采煤机割煤准备—割煤—端头斜切进刀等工序组成；辅助工序线有两条，做缺口线和支护线，随采煤机割煤滞后进行挂梁、移输送机、支柱和放顶作业。次要工序与主要工序平行作业。

图5-40 某矿普采工作面循环工艺流程图

根据循环工艺流程图各工序相互关系和所需占用时间，结合企业管理网络管理知识，确定工艺流程图中的关键线路，计算出完成循环作业所需时间。对关键线路进行优化，减少循环作业时间，可增加工作面的日循环次数。

（4）劳动组织 劳动组织是各工作班中劳动力定员与各工种的相互配合关系。劳动组织应根据循环方式、作业形式和工序安排合理确定。根据循环方式确定一昼夜内工作面总的工作量及各工种的工作量定额，计算各工种所需定员，依据作业形式分配生产班与准备班的工作时间，然后按工种确定每个生产班的工作量、劳动定员及占据的时间与空间。

劳动组织包括工作面的劳动力配备和劳动组织形式。劳动力配备有关内容在企业管理课程中讲述，采煤工作面劳动组织形式主要分为以下几种。

1）追机作业。这种劳动组织形式一般和专业工种相配合，特点是依照普采工作面的生产过程，组织挂梁、推移输送机、支柱和回柱放顶等专业工作组，在采煤机割煤后顺序跟机进行作业。

追机作业具有各工种之间分工明确，工种单一，便于新工人尽快掌握生产技术；有利于实现工种岗位责任制；各工种工作效果与采煤机工作效能一致；人力集中，在正常条件下可较好地发挥机械采煤的优势等优点，适用于工作面长度较长、每生产班进刀数较少、顶板条件较好、采煤队管理水平较高的机采和综采工作面。

2）分段作业。这种劳动组织形式一般和综合工种相配合。在工作面除采煤机驾驶员、机电工、泵站工、钻眼爆破工、做缺口等与工作面长度无关的专职工种外，将工作面的采支工组成若干个工作小组，每小组2～3人，按工作面的长度分为几段，各工作小组在本段内完成采煤过程中除落煤外的各项工作。根据工作难易程度和工作量的大小，每段的长度为15～20m。

分段作业具有：各段劳动强度比较均衡；能实现“三定”（定地点、定人员、定工作量），易保证工作面的工程质量；工人每天固定在某段工作，便于掌握该段的顶板变化规律，可进行及时预防处理，有利于工作面的安全生产；能够培养一职多能，整体能力强的职工队伍等优点，适用于工作面长度较短、顶板条件较差、班进多循环的作业条件，在单体支护的采煤工作面应用比较广泛。炮采、刨煤机采煤的工作面均采用分段作业形式。

3）分段接力追机作业。这种劳动组织形式在工作面除少数专业工种外，采支工每2～3人为一个小组，工作面共计6～7个小组，每个小组一次负责10～15m范围内的采、支工作。完成一段工作后，再追机进行另一段的采煤工作，形成几个小组轮流接力前进的工作过程。

分段接力追机作业具有：作业形式可充分利用工时，避免了在工作时间内出现忙闲不均的现象；遇到突发事件，可集中人员进行处理等优点，适用于工作面长度较大、顶板条件较好、出勤人员较少的机采或炮采工作面。

4）分段综合作业。该劳动组织形式是将工作面分为3～4个大段，每段配备6～8名工人为一个工作小组，负责段内采煤工序的各项工作。各工作组由组长负责进行适当分工，可采用组内追机或分段作业，组内还可进行协调管理，相互帮助，有利于工作面的安全生产管理。

分段综合作业具有：能较好地发挥工人的基本特长；在工作组内相互协调配合，有利于工作面的生产管理等优点，适用条件与分段作业基本相同。

2.采煤工作面循环作业图表

采煤工作面循环作业图表是采煤工作面回采作业规程的主要内容，主要包括工作面循环作业图、劳动组织表、技术经济指标表和工作面支架布置图四部分。

（1）循环作业图 循环作业图用来表示采煤工作面各工序在工作面时间上和空间上的相互关系。循环作业图以昼夜24h为横坐标，以工作面长度为纵坐标，按规定符号在图上绘制出工作面各工序在不同时间上所处的位置关系。循环作业图简称h-m坐标图，时间单位为小时，用h表示，工作面长度单位为米，用m表示。

图5-41a所示为炮采工作面循环作业图，图5-41b所示为综采工作面循环作业图。

图5-41 循环作业图

a）炮采工作面循环作业图 b）综采工作面循环作业图

（2）劳动组织表 劳动组织表是根据工作面的作业形式与循环作业各工种工作量和企业劳动定额规定，计算确定各工种所需定员数目，列表表示工作面各工作班不同工种应出勤人员数目、工作时间、各班及工作面需配备人员总数。

（3）技术经济指标表 技术经济指标表是利用列表的方式简明表示采煤工作面基本工作条件、配备主要设备技术特征、工作面应达到的技术经济效果等指标。

（4）工作面支架布置图 工作面支架布置图是指按一定的比例绘制工作面正常生产时支护设备布置的基本状况，利用断面图反映采煤工作面最大控顶距和最小控顶距断面特征的图件。

3.采煤工作面循环图表编制示例

以中厚煤层、走向长壁式普采工作面为例。

某矿走向长壁式普采工作面倾斜长度148m，走向长度1056m，煤层厚度1.8～2.2m，煤层倾角12°；煤层普氏系数f=1.2，工作面顶板为Ⅱ类Ⅱ级，底板为Ⅱ类，地质构造简单。工作面选用MXP-240型液压无链牵引采煤机，采高1.3～2.7m，截深0.5m、0.6m，滚筒直径1.25m，牵引速度v=0～7m/min，采煤机质量13.75t；选用SGW-150B型可弯曲刮板输送机，运输能力Q_K=320t/h，链速v=0.926m/s，电动机功率2×75kW，出厂长度200m。工作面顶板选用单体液压支柱与金属铰接顶梁支护；单体液压支柱为DZ-22型，额定工作阻力P_A=300kN；铰接顶梁为HDJA-1000型。

通过计算，工作面支柱排距和所选顶梁长度一致为1m，柱距0.6m，最大控顶距时支柱排数为4排，采煤机的截深取0.5m；工作面支护方式为错梁直线柱，基本支柱相错半排（采煤机的截深），呈错梁方式布置；工作面选用“两班半采煤，半班准备”的循环作业方式，采煤作业时间20h，准备检修时间4h；采煤机双向割煤，两刀一循环，循环进度为1m；采煤机日割煤8刀，计4个循环，日进度4m。工作面支架布置图如图5-14所示，劳动组织表见表5-8，循环作业图如图5-42所示，技术经济指标表见表5-9。

表5-8 采煤工作面劳动组织表 （单位：人）

图5-42 普采工作面循环作业图

表5-9 工作面主要经济技术指标

【任务考评】

本课题的考评表见表5-10。

表5-10 任务考评表

【思考与练习】

1.长壁采煤法有哪几种主要采煤工艺？说明它们的主要特点及相互关系。

2.爆破采煤工艺由哪些主要采煤工序组成？

3.简述爆破落煤的主要操作过程、炮眼布置形式及其适用条件。

4.绘图说明炮采面单体支架布置形式，并解释以下名词：正悬臂支架、排距、柱距、最大和最小控顶距、放顶步距、全部垮落法处理采空区。

5.简述普通机械化采煤的工艺过程及其适用条件。

6.使用单滚筒采煤机割煤时怎样确定滚筒的转向？怎样选择割煤的方式？

7.普采面单滚筒采煤机割煤、移输送机、进刀三个工序之间有什么联系？怎样确定三者的最优配合形式？

8.普采面单体支架有哪几种布置方式？怎样选择？

9.普采面端头支架的特点是什么？有哪几种形式？

10.综采采用双滚筒采煤机割煤时怎样确定滚筒的位置和转向？

11.说明综采双滚筒采煤机的割煤、进刀方式及其适用条件。

12.综采面端头支护方式有哪几种？各适用于什么条件？