三下采煤概述

在煤礦生產(chǎn)過程中，一般都在建筑物下、鐵路下、水體下保留煤柱不采，這不僅造成大量煤炭資源的積壓，而且造成礦井不能合理進(jìn)行開采，尤其是埋藏深、煤層層數(shù)多的礦區(qū)，壓煤量相當(dāng)驚人。隨著煤炭資源的不斷開發(fā)和開采技術(shù)的不斷提高，“三下”采煤技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，已由在個(gè)別建筑物及小型水體下開采，發(fā)展到能在大片建筑群和大面積水體下開采；由只能用充填法開采，發(fā)展到能用陷落法開采；由用條帶法、房柱法開采，發(fā)展到全面開采；由建筑物下單個(gè)T作面的小塊回采，發(fā)展到階梯狀多個(gè)工作面的大面積全柱回采；由按上下層順序開采，發(fā)展到擇優(yōu)開采。

(1)建筑物下采煤必須具備的基本條件。建筑物下采煤對建筑物必須產(chǎn)生一定的影響。建筑物受開采影響的破壞程度，取決于水平變形值的大小和建筑物本身抵抗變形的能力。因此，進(jìn)行建筑物下采煤時(shí)，必須按開采設(shè)計(jì)并利用地表移動(dòng)和變形參數(shù)資料進(jìn)行地表移動(dòng)和變形預(yù)計(jì)，掌握地面建筑物的現(xiàn)狀，預(yù)計(jì)可能遭到的破壞程度。

(2)建筑物下采煤可采取的技術(shù)措施。

①在密集建筑群或重要建筑物下開采，并難以在采前對建筑物采取加固措施時(shí)，可采用長T作面或多個(gè)工作面聯(lián)合開采的全柱式開采方法或合理布置工作位置、開采邊界，使建筑物位于下沉盆地中央部位，減小開采邊界附近地表變形。

②高敏感建筑物下開采時(shí)，可采用條帶開采或水砂充填、矸石充填等方法管理頂板。應(yīng)遵守下列規(guī)則：A．任一條帶煤柱應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，足以支撐下覆巖層的載荷；B．采出條帶寬度應(yīng)限制在不使地表出現(xiàn)波浪形下沉盆地；C．當(dāng)開采近距離煤層群或厚煤層分層時(shí)，各層的保留條帶煤柱應(yīng)上下對齊，盡可能不在條帶煤柱中穿切巷道；D．對堅(jiān)硬的直接頂板不易冒落時(shí)，應(yīng)采取強(qiáng)制放頂，使條帶煤柱處于三向應(yīng)力狀態(tài)；E．近距離煤層或厚煤層分層開采，采用充填法管理頂板時(shí)，應(yīng)采用上行開采順序。

③在特別重要的建筑物下采煤時(shí)，可采取限制煤層或分層采高的措施，或減少開采煤層或分層層數(shù)等方法。在建筑物下采煤時(shí)，在回采區(qū)應(yīng)盡可能干凈回采，必須殘留煤柱時(shí)，煤柱的寬度應(yīng)盡可能小。

(1)水體下采煤的條件要求。水體下采煤的條件要求是：開采后受影響的采區(qū)和礦井涌水量不超過其排水能力，不影響正常生產(chǎn)。因此，當(dāng)開采煤層上覆水體時(shí)，必須留設(shè)安全煤巖柱，確定允許的開采上限標(biāo)高。安全煤巖柱應(yīng)按煤層上覆水體的類型不同，按下述要求留設(shè)。

①當(dāng)開采煤層上方地表直接為湖泊、江河等水體，不允許導(dǎo)水裂縫帶波及水體，必須留設(shè)防水安全煤巖柱。

②當(dāng)開采煤層上方地表為松散弱含水層或是已疏降的松散強(qiáng)含水層時(shí)，允許導(dǎo)水裂帶波及這類水體，但不允許冒落帶接近它。這時(shí)，可留設(shè)防砂安全煤巖柱。其高度應(yīng)大于或等于冒落帶高度加上保護(hù)層厚度。

③開采煤層上方地表為松散弱含水層或是疏干的松散含水層，當(dāng)允許冒落帶接近松散層底部時(shí)，可留設(shè)防塌煤巖柱，其高度應(yīng)近似等于冒落帶高度。

(2)水體下采煤的主要開采技術(shù)。

①當(dāng)開采傾角小于55。并只留設(shè)了防砂安全煤巖柱(或防塌煤巖柱)的厚煤層時(shí)，應(yīng)采用傾斜分層長壁式采煤方法，并盡可能減少第一、二分層的采高，增加分層之間開采的間歇時(shí)間。

②當(dāng)開采傾角為55?！?0。的煤層時(shí)，應(yīng)采用分小階段間歇回采措施，同時(shí)加大回采工作面的走向長度。第～、二小階段的垂高一般應(yīng)不大于20m。回采時(shí)嚴(yán)禁超限開采。如煤層頂?shù)装鍘r層堅(jiān)硬不易冒落時(shí)，宜采取強(qiáng)制分段切斷頂?shù)装宓拇胧苑莱槊?、切冒?

③在地表面水體、石灰?guī)r巖溶水體或強(qiáng)含水層下采煤時(shí)，應(yīng)在開采水平、采區(qū)之間留設(shè)隔離煤柱或建立可靠的防水閘門(墻)，適當(dāng)?shù)丶哟笈潘芰腿萘俊?

④在水體下采煤時(shí)，應(yīng)對受水威脅的工作面和采空區(qū)的水情加強(qiáng)監(jiān)測，對水量、水質(zhì)和水位動(dòng)態(tài)等進(jìn)行系統(tǒng)觀測及時(shí)分析；對采區(qū)周圍井巷、采空區(qū)及地表的積水區(qū)范圍和可能發(fā)生的突水通道作出預(yù)計(jì)，采取相應(yīng)的措施，正確選擇安全避災(zāi)路線。

⑤在采空區(qū)積水和基巖含水層下采煤，或可能遇到充水?dāng)鄬悠扑閹r(shí)，應(yīng)采用巷道、鉆孔或巷道與孔結(jié)合的方法先探放、疏降水后開采。

(1)鐵路下采煤必須具備的基本條件。鐵路下采煤的原則是：不影響列車的安全運(yùn)行和采煤的安全進(jìn)行。因此，在各項(xiàng)指標(biāo)符合“有關(guān)規(guī)定的采深與分層單層或分層的采厚、鐵路等級(jí)”的要求，或本礦有成功的經(jīng)驗(yàn)和可能的數(shù)據(jù)時(shí)，方允許在鐵路下采用全面陷落法進(jìn)行采煤或試采。但冒落帶的高度必須小于基巖厚度，開采傾斜煤層時(shí)，如果鐵路橫過煤層露頭或附近應(yīng)采取相應(yīng)措施，保證地表不出現(xiàn)下沉。

(2)鐵路下采煤在地面應(yīng)采取的安全措施。

①成立維修隊(duì)伍，專門負(fù)責(zé)這一區(qū)段線路的維修工作。準(zhǔn)備充足的維修材料，尤其是道碴和軌枕。

②按地表移動(dòng)和變形預(yù)計(jì)結(jié)果加寬路基，以便及時(shí)填下沉路基，保持其穩(wěn)定性。采前，要加強(qiáng)線路上部建筑，使線路狀況符合《鐵路工務(wù)規(guī)則》的要求，并在預(yù)計(jì)移動(dòng)較大區(qū)段增設(shè)防爬器、軌距拉桿或軌撐。

③開采后，加強(qiáng)對線路的巡視和移動(dòng)觀測，及時(shí)采取順坡、起道、撥道、調(diào)整軌距和軌縫等措施，消除線路局部失格處所，使線路狀態(tài)均能達(dá)到《鐵路工務(wù)規(guī)則》的要求。

④當(dāng)線路下沉速度較快一次起道量較大時(shí)，應(yīng)按鐵路部門的規(guī)定，設(shè)置減速或停車信號(hào)保護(hù)。

⑤地表移動(dòng)穩(wěn)定后，應(yīng)按鐵路部門的規(guī)定對線路最后進(jìn)行一次縱、橫斷面整治。 2100433B

由于煤層的自然條件和采用的機(jī)械不同，完成回采工作各工序的方法也就不同，并且在進(jìn)行的順序、時(shí)間和空間上必須有規(guī)律地加以安排和配合。這種在采煤工作面內(nèi)按照一定順序完成各項(xiàng)工序的方法及其配合，稱為采煤工藝。在一定時(shí)間內(nèi)，按照一定的順序完成回采工作各項(xiàng)工序的過程，稱為采煤工藝過程。

采煤機(jī)是實(shí)現(xiàn)煤礦生產(chǎn)機(jī)械化和現(xiàn)代化的重要設(shè)備之一。機(jī)械化采煤可以減輕體力勞動(dòng)、提高安全性，達(dá)到高產(chǎn)量、高效率、低消耗的目的。采煤機(jī)分鋸削式、刨削式、鉆削式和銑削式四種：

采煤機(jī)司機(jī)鋸削式采煤機(jī)

即截煤機(jī)，靠安裝在循環(huán)運(yùn)動(dòng)的截鏈上的截齒深入煤壁截煤。

采煤機(jī)司機(jī)刨削式采煤機(jī)

即刨煤機(jī)，靠刨刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)刨削破煤。

采煤機(jī)司機(jī)鉆削式采煤機(jī)

靠鉆頭邊緣的刀齒鉆入煤體，由鉆頭中部的破煤刀齒將中部的煤體破碎。

采煤機(jī)司機(jī)銑削式采煤機(jī)

靠滾筒上的截齒旋轉(zhuǎn)銑削破煤。20世紀(jì)初開始應(yīng)用截煤機(jī)；40年代出現(xiàn)了深截式聯(lián)合采煤機(jī)；50年代初期出現(xiàn)了淺截式滾筒采煤機(jī)，生產(chǎn)能力和對頂板的適應(yīng)性都有很大提高，60年代研制成雙滾筒采煤機(jī)，使生產(chǎn)情況得到進(jìn)一步改善。中國在1949年以前很少用機(jī)械采煤。50年代開始使用截煤機(jī)和深截式聯(lián)合采煤機(jī)，60年代開始使用淺截式滾筒采煤機(jī)，70年代初在一些礦區(qū)開始使用淺截式雙滾筒采煤機(jī)，機(jī)采產(chǎn)量不斷提高。70年代以來，采煤機(jī)不斷改進(jìn),如采用大功率水冷電機(jī)來提高生產(chǎn)能力,開采厚度較大的堅(jiān)硬煤層；采用粗齒滾筒提高塊煤率；采用無鏈牽引減少機(jī)械事故并適應(yīng)長工作面多臺(tái)采煤機(jī)同時(shí)作業(yè)等。

走向長壁采煤法通常包括炮采、普采和綜采三種采煤工藝。

走向長壁采煤法炮采

炮采工作面采煤工藝過程有：爆破落煤、裝煤、運(yùn)煤、支護(hù)和采空區(qū)處理等。

(1)爆破落煤。爆破落煤的生產(chǎn)過程包括打眼、裝藥、填炮泥、連炮線、爆破等工序。

(2)裝煤。炮采工作面主要裝煤方法有：爆破裝煤、人工裝煤和機(jī)械裝煤等。爆破裝煤是通過爆破使煤直接落入刮板輸送機(jī)內(nèi)。

(3)運(yùn)煤。采煤工作面的運(yùn)輸方式主要根據(jù)落煤方式及煤層傾角來確定。傾斜工作面可采用鐵溜槽或搪瓷溜槽，緩傾斜工作面主要采用可彎曲刮板輸送機(jī)運(yùn)煤。

(4)支護(hù)。炮采工作面常用金屬支柱。

(5)采空區(qū)處理。隨著采煤工作面不斷向前推進(jìn)，頂板懸露面積越來越大，為保證工作面的安全生產(chǎn)，需要及時(shí)對采空區(qū)進(jìn)行處理。采空區(qū)處理方法有多種，但最常用的是全部垮落法。

炮采除運(yùn)煤的工序?qū)崿F(xiàn)了機(jī)械化外，其余的工序全部是人工操作。炮采工作面的裝備有：鉆眼工具用煤電鉆、麻花鉆桿與合金鉆頭；運(yùn)煤設(shè)備一般使用輕型刮板輸送機(jī)；支護(hù)材料用木柱、木棚、摩擦式金屬支柱與金屬鉸接頂梁或單體液壓支柱與金屬鉸接頂梁配套的支架支撐頂板；回柱用人工的方法或簡單的回柱機(jī)具或者配備回柱絞車。炮采的優(yōu)點(diǎn)是：適應(yīng)性強(qiáng)，各種條件的采煤工作面均可采用，所需設(shè)備少，初期投資小。炮采的缺點(diǎn)是：回柱放頂工序安全風(fēng)險(xiǎn)大，頂板事故多，產(chǎn)量及效率低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大等。

走向長壁采煤法普采

普采工藝是用采煤機(jī)械來完成落煤及裝煤過程，而運(yùn)煤、頂板支護(hù)及采空區(qū)處理等過程與炮采工藝大致相同。某普采面，工藝過程如下：每班開始時(shí)，采煤機(jī)自工作面下切口開始割煤，滾筒截深為1 m，滾筒直徑為 1.25 m。采煤機(jī)向上運(yùn)行時(shí)，滾筒沿頂板割煤，并利用滾筒螺旋和弧形檔煤板裝煤。工人隨機(jī)掛梁，拖住剛暴露的頂板，梁距0.6 m。采煤機(jī)運(yùn)行至工作面上切口后，翻轉(zhuǎn)弧形檔煤板，將搖臂降下，開始自上而下運(yùn)行，滾筒割底煤并裝余煤。采煤機(jī)下行時(shí)，負(fù)荷較小，牽引速度較快。滯后采煤機(jī) 10~15 m，依次開動(dòng)千斤頂推移輸送機(jī)，與此同時(shí)，輸送機(jī)上的鏟煤板清理機(jī)道上的浮煤。推移完輸送機(jī)后，開始支設(shè)單體液壓支柱。支柱間的距離，即沿煤壁方向的距離為 0.6 m；牌局，即垂直與煤壁方向的距離，等于滾筒截深（1.0 m）。

當(dāng)采煤機(jī)割底煤至工作面下切口時(shí)，支設(shè)好下端頭的支架，移直輸送機(jī)，采用直接推入法進(jìn)刀，是采煤機(jī)滾筒進(jìn)入新的位置，以便重新割煤。工作面下切口長 4m，當(dāng)采煤機(jī)運(yùn)行至工作面下部終點(diǎn)位置時(shí)，其滾筒恰好到達(dá)機(jī)一起推入新的位置，待輸送機(jī)移成一條直線時(shí)，采煤機(jī)也進(jìn)刀完畢。采煤機(jī)完整地割完一刀煤，并且相應(yīng)的完成推移輸送機(jī)、支架和進(jìn)刀工序后，工作面有原來的 3 排柱控頂變?yōu)?4 排柱控頂。為了有效的控制頂板，要回掉

1 排柱，讓采空區(qū)頂板自行垮落，重新恢復(fù)工作面 3 排柱控頂，同時(shí)檢修設(shè)備。割煤和回柱期間，乳化液泵站始終向工作面供液，以保證推移輸送機(jī)和支設(shè)、回車液壓支柱工作面正常進(jìn)行。采煤面這一采煤工藝過程稱為一個(gè)循環(huán)。該實(shí)例完成一個(gè)循環(huán)為 8 小時(shí)。

走向長壁采煤法綜采

綜采就是通常所說的機(jī)械化采煤，也就是破、裝、運(yùn)、支、處五個(gè)主要工序全部實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)。

下面是某綜采面的工藝過程：（縮伸縮梁、護(hù)幫板）向端頭割煤→移架（伸伸縮梁、護(hù)幫板）→（牽機(jī)至工作面中部）中部進(jìn)刀→自端頭順移刮板輸送機(jī)至面中部→（縮伸縮梁、護(hù)幫板）割煤→移架（伸伸縮梁、護(hù)幫板）→（牽機(jī)至工作面中部）自端頭順移刮板輸送機(jī)至面中部。

綜采工作面一般采用雙滾筒采煤機(jī)，各工序簡化為割煤、移架、推移輸送機(jī)3個(gè)主要工序，采煤機(jī)騎在刮板輸送機(jī)上完成割煤和裝煤，一般前滾筒割頂煤，后滾筒割底煤。液壓支架通過底部的千斤頂與刮板輸送機(jī)連接，可互為支點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)移架和推移刮板輸送機(jī)。移架時(shí)，支柱卸載，頂粱下降(與頂板脫離或不完全脫離)，支架整體前移，移到新位置后，立柱重新加載載，支護(hù)新位置處的頂板。推移刮板輸送機(jī)時(shí)，移架千斤頂重新伸出，推移刮板輸送機(jī)到煤壁處，割煤后可可以及時(shí)依次推移液壓支架和輸送機(jī)，也可以先逐段依次推移機(jī)，再依次移設(shè)液壓支架，即及時(shí)支護(hù)和滯后支護(hù)。

綜采工作面布置如下：