采煤方法的分类

我国煤炭资源分布广,赋存条件多样,开采地质条件各异,区域经济发展不平衡,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。

矿井开采的采煤方法通常按采煤工艺、矿压控制特点等,将采煤方法分为壁式体系采煤法和柱式体系采煤法两大类。我国矿井开采主要采煤方法及其特征见表4.1。

表4.1　我国矿井采用的主要采煤方法及其特征表

续表

(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,其产量占到国有重点煤矿产量的95%以上。

1)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。其中,为采煤工作面运煤、通风、行人等服务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采煤工作面长度较长,一般为100～250 m。

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等组成的单体支架支护采煤工作面工作空间,用全部垮落法或全部充填法或局部充填法处理采空区。

④随着采煤工作面推进,顶板暴露面积增大,矿山压力显现较为强烈。

2)壁式体系采煤法的类型

按煤层倾角的大小,可分为近水平煤层采煤法、缓斜煤层采煤法、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、厚煤层采煤法。

按采煤工作面布置和推进方向不同,分为走向长壁采煤法[图4.1(a)]和倾斜长壁采煤法[图4.1(b)、(c)]。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。倾斜长壁采煤法的主要特点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。工作面沿倾斜方向自下而上推进的称为仰斜长壁,如图4.1(b)所示。工作面沿煤层倾斜方向自上而下推进的称为俯斜长壁,如图4.1(c)所示。

图4.1　长壁采煤法示意图(www.xing528.com)

1、2—区段运输和回风平巷;3—采煤工作面;4、5—分带运输和回风斜巷

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、综合机械化采煤法、综合机械化放顶煤采煤法。

按工作面采空区的处理方法不同,分为全部垮落采煤法、煤柱支撑采煤法、全部充填采煤法、局部充填采煤法、缓慢下沉采煤法。

按煤层的开采方式不同,分为整层采煤法和分层采煤法。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[图4.2(a)]、水平分层采煤法[图4.2(b)]、斜切分层采煤法[图4.2(c)]、水平分段放顶煤采煤法。

图4.2　厚煤层分层采煤法

1—顶板;2—底板

(2)柱式体系采煤法

柱式体系采煤法有房式采煤法、房柱式采煤法和巷柱式采煤法三种类型。柱式体系采煤法的实质是在煤层内开掘一系列宽为5～7 m的煤房,煤房间用联络巷相连,形成近似于长条形或块状的煤柱,煤柱宽度由数米至二十多米不等,采煤在煤房中进行。煤柱可根据条件留下不采,或在煤房采完后,再将煤柱按要求尽可能采出。

①房式采煤法

房式采煤法的特点是只采煤房不回收煤柱,用房间煤柱支承上覆岩层。根据煤柱尺寸和形状可分为长条式、切块式等多种形式。

②房柱式采煤法

房柱式采煤法的特点是房间留设不同形状的煤柱,采完煤房后有计划地回收这些煤柱。

③巷柱式采煤法

巷柱式采煤法的特点是:在采区范围内,预先掘进大量巷道,将煤层切割成6×6～20×20 m2的方形煤柱,然后有计划地回采这些煤柱,采空地带顶板任其自由垮落。

柱式体系采煤法在美国、澳大利亚、加拿大、印度和南非等国广泛应用。我国已引进多套连续采煤机配套设备,在鸡西、大同、西山、黄陵和神东等矿区使用。

柱式体系采煤法的优点是:设备投资少;采掘可实现合一,建设期短,出煤快;设备运转灵活,搬迁快;巷道压力小,便于维护,支护简单,可用锚杆支护顶板;由于大部分为煤层巷道,故矸石量很少;矸石可在井下处理不外运,有利于环境保护;当地面要保护农田水利设施和建筑物时,采用房式采煤法有时可使总的吨煤成本降低;全员效率较高。

柱式体系采煤法的主要缺点是:采区采出率低,一般为50%～60%,回收煤柱时可提高到70%～75%;通风条件差,进回风并列布置,通风构筑物多,漏风大,采房及回收煤柱时,出现多头串联通风。

柱式体系采煤法的适用条件是开采深度较浅,一般不宜超过300～500 m;地质构造简单;顶板较稳定,无淋水;底板较平整、较为坚硬;倾角在10°以下;煤层赋存稳定,起伏变化小;低瓦斯煤层,无自然发火倾向的薄及中厚煤层。