采煤方法(全)

• 直接顶裂隙分类
R1
R2
R3
R4
R5
R12
R23
R34
R13
R15
图1—19
直接顶裂隙分类
•
在生产实践中常常遇到各种形式的顶板弱 面，如图1—20所示的人字劈、草帽劈、升斗劈 等，如果护顶性能不良，极易在毫无预兆中发生 局部冒顶或漏顶。
1
2
3
1
2
3
图1—20
直接顶稳定性受劈的影响
1——人字劈；
基本顶是影响工作面顶板来压强度的主要因素， 也是确定支撑能力、可缩性能及选择采空区处理 方法的主要依据。 根据我国煤矿多年来的实践和研究，将其按来 压显现的强烈程度分为四级： I级——来压不稳定顶板； II级——来压明显的顶板； III级——来压强烈的顶板； IV级——来压非常强烈的顶板。 • 二）底板特征 • 底板岩层影响矿压显现主要表现为：受底板支承 压力作用引起底板膨胀和破坏（易造成突水）；
• 5、老顶的周期来压：老顶的周期性垮断给工作 面带来压力增大的现象。 • 6、老顶的周期来压步距：两次周期来压时工作 面之间的距离L。如图1—18所示。 • 7、老顶周期来压时的矿压显现特征及预防措施 近同老顶的初次来压。
• 老顶的周期来压
老顶
直接顶
老顶
直接顶
L
图1—18
老顶的周期来压
• 七、影响工作面矿压显现的主要因素 • 一）顶板及其分类 • 1、直接顶的稳定性及其分类 • 直接顶是采煤工作面空间直接维护的对象，其稳定 性将直接影响工作面安全及生产能力的发挥，而且直接 影响支护形式的选择。 • 直接顶的力学性质：指岩层的强度、层理和裂隙 [原生裂隙（弱面）、矿压裂隙和构造裂隙]状况。 • 直接顶的裂隙按其与工作面方位不同可分为五类： • R1型——平行于层面的水平裂隙； • R2型——与层面垂直的裂隙； • R3型——面向煤壁的裂隙； • R4型——面向采空区的裂隙； • R5型——楔形裂隙； • 另外还有组合裂隙。如图1—19所示。
6 7 8
16 24 23 20 21 18
17 25
26 3
2
1
14 15 13 10 9 11 12
19
22
4
5
图1—6 矿井生产系统示意图 1—主井；2—副井；3—井底车场；4—主要运输石门；5—运输大巷；6—风井；7—回风石门；8—回风大巷； 9—采区运输石门；10—采区下部车场；11—采区下部材料车场；12—采区煤仓；13—行人进风巷；14—运输上山； 15—轨道上山；16—上山绞车房；17—采区回风石门；18—采区上部车场；19—采区中部车场；20—区段运输平 巷；21—下区段回风平巷；22—联络巷；23—区段ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ风平巷；24—开切眼；25—采煤工作面；26—采空区。
柱支护工作面更为显著）。 • 五）开采深度的影响 一般而言，开采深度对巷道矿压显现较明显， 而对采煤工作面矿压显现不明显。 • 六）煤层倾角的影响 • 煤层倾角对采煤工作面矿压显现的影响较大。随 着倾角α的增大，顶底板移近量逐渐变小，下滑 力增大。如图1—21所示。而底板随着倾角的增 大，底板下滑趋势加大。如图1—22所示。
• 分带
图1—3 带区式划分
• 盘区
P3
P1
P2
P4
图1—4
井田直接划分为盘区
• • • • • •
七、矿井生产系统 1、运煤系统； 2、通风系统； 3、运料排矸系统； 4、排水系统； 5、其它系统：通讯、防火、灌浆、压风、防尘 （供水）等。 • 八、矿井开拓、准备与回采巷道 • 开拓巷道：为全矿井或一个水平服务的巷道。如 井筒（主井、副井、风井）、主要石门、（总） 运输和回风大巷。 • 准备巷道：为一个采区或多个区段服务的巷道。
采区
Q1
C3 C1 Q2 Q3
A 2
C2 C4 J1 4 Q1 3 5 Q2 1 Q3
6
J2
J3
图1-2 采区式划分
J1、J2、J3—第一、二、三阶段；C1、C2、C3、C4--第一、 二、三、四采区；Q1、Q2、Q3--第一、二、三区段；1—阶段运输 大巷；2--阶段运输大巷；3—采区运输上山；4--采区轨道上山； 5—区段运输平巷；6--区段回风平巷。
• 3）支架的结构参数对顶板压力有明显影响。 • 4）支架的工作阻力与顶板下沉量有关。 • 因此，分析支架和围岩的关系实质是通过分析支 架性能、结构对支架受力及围岩运动的影响。以 及在各种围岩运动状态下支架的显现，从中分析 支架应有的最合理形式及参数，也就是在有限的 时间内，用支架的最小的支撑力控制顶板下沉， 以达到最佳控制顶板的目的。 • 二）单体支柱控制顶板 • 1、单体支柱工作特性：指支柱的反力与其可缩量 的关系。支柱要能很好地维护顶板，就必须具备 一定的可缩性和良好的支撑性能。
• 老顶初次来压
老顶 直接顶
直接顶
老顶
L0
图1—17老顶初次来压
• 2、老顶初次来压步距：初次来压时，工作面至开切眼 煤壁的距离L0。 • 3、老顶初次来压时工作面的矿压显现特征 • 1）顶板剧烈下沉； • 2）支柱载荷突增； • 3）煤壁片帮严重； • 4）采空区有顶板断裂的闷雷声，或伴随有岩块滑落失 稳，导致顶板台阶下沉。 • 4、预防措施 １）加强顶板观测（如来压规律、设信号柱）； ２）保证支护质量（增强支架稳定性和初撑力）和采用 合理的支护方式； ３）加强支护（设木垛、斜撑、密集支柱）。
• 若底板松软易使工作面支柱插底。 • 三）采高、控顶距和工作面长度的影响 • 采高：一般来说，采高愈高，煤壁稳定性差，容 易片帮，顶板压力也较大。 • 控顶距：从顶板维护角度来看，一般情况下控顶 距小些为好。合适的控顶距，有利于提高支护系 统的稳定性，取得较好的控顶效果。 • 工作面长度：要考虑工作面基本顶来压情况，选 择合适的工作面长度。 • 四）工作面采煤工序和推进速度的影响 • 实践证明，落煤和放顶会加快直接顶下沉，特别 是这两个工序在同一地点进行时下沉速度更大 （一般要上下错开至少10~15米）；适当加快工 作面推进速度，对改善顶板管理（特别是单体支
2——草帽劈；
3——升斗劈
• 我国根据直接顶自身的稳定性，将其分为四类： • 一类——不稳定顶板：回采时若不及时支护，很 容易发生局部冒顶，如裂隙发育的炭质页岩、泥 岩、泥页岩等； • 二类——中等稳定顶板：受裂隙切割但局部尚完 整，强度较大，如裂隙不发育的致密泥岩、粉砂 岩、砂质页岩等； • 三类——稳定顶板：稳定性好，不易发生局部冒 顶，如裂隙较少的砂岩、石灰岩等； • 四类——非常稳定顶板：坚硬难冒的顶板，如厚 层致密的砂岩、石灰岩、砾岩等。 • 2、基本顶的来压强度及其分级
• 水平：将设有井底车场、阶段运输大巷并且担负 全阶段运输任务的某一标高。也称“开采水平”。 • 2、阶段内的再划分 • 1）采区式划分：在阶段内沿走向把阶段划分为 若干具有独立生产系统的块——采区。如图1—2 所示。 • 2）带区式划分：在阶段内沿走向把阶段划分为 若干具有独立生产系统的带区——分带。如图 1—3所示。 • 3、井田直接划分为盘区或带区。如图1—4所示。
Lf
d
Lx 人 行 道 Lx 炮 道
材 料 道
M
图1—12
采煤工作面空间
Ld—最大控顶距 Lx—最小控顶距 Lf—放顶步距 M—采高
• 2、控顶距：煤壁至最后一排支柱的距离。 最大控顶距：煤壁至最后一排支柱的最大控顶 距离。 最小控顶距：煤壁至最后一排支柱的最小控顶 距离。 放顶步距：最大控顶距与最小控顶距之差。 • 二、采煤工作面的围岩组成 1、伪顶：位于煤层之上极易垮落的很薄的松 软岩层。 2、直接顶：位于伪顶或煤层之上的较稳定的 岩层。 3、老顶：位于直接顶或煤层之上难以垮落的 坚硬厚岩层。如图1—13所示。
• 倾角对矿压的影响
F ß Q W
α
α δ
图1—22
倾角对矿压的影响
• 八、工作面围岩控制 • 一）支架围岩相互作用过程及特征 • 1、支架的作用：采煤工作面支架是处于煤壁和 采空区冒落矸石之间的用于平衡顶板压力、提供 和保护采煤工作面空间的一种构筑物。作用是利 用其支撑力维护顶板，保证回采工作需要的最小 空间。 • 2、支架围岩关系特点 • 1）支架和围岩是一对相互作用、互相适应的稳 定平衡体（围岩压力——主动作用力，支架的支 撑——被动反力）； • 2）支架受力大小及分布规律与支架性能有关。
• 煤层顶底板柱状图
砂岩或石灰岩 老顶（基本顶） 直接顶 伪顶 煤层 直接底 炭质页岩或泥质页岩 泥岩、页岩或砂质页岩
泥岩、页岩或粘土岩
图1--13煤层顶、底板结构示意图
• 三、采空区处理（如图1—14所示） • 1、顶板控制：维护正常的安全工作空间和处理 多余工作面顶板。 • 2、采空区处理方法 • 1）全部垮落法：回柱后上直接顶自由垮落的方 法。 • 2）充填法：利用地面或井下采集的废石料将采 空区充填的方法。 • 3）煤柱支撑法：在采空区每隔一定距离留设一 定宽度的煤柱支撑顶板的方法。 • 4）缓慢下沉法：对薄煤层利用顶板的可朔性， 在采空区后方自由挠曲下沉使采空区闭合的方法。
• 采空区处理
a）全部垮落法
b）充填法
c）煤柱支撑法
图1—14 采空区处理
d）缓慢下沉法
• 四、矿山压力 • 1、矿山压力：由于矿山开采活动的影响，在巷 硐（含工作面）周围岩体中所形成的压力。 • 2、采煤工作面矿山压力规律 见下图1—15所示。
图1—15 采煤工作面矿山压力规律
• • • • • • • •
• 如采区上、下山，采区车场等。 • 回采巷道：仅为采煤工作面服务的巷道。如区段 运输、回风平巷，开切眼。 • 九、采煤方法分类 • 见下图及表。
• 采煤方法分类
整层开采 壁式系统
单一长壁 放顶煤
走向长壁 倾斜长壁