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煤矿生产技术
煤矿生产技术
第一节煤矿地质基础知识
一、煤层埋藏特征
(一)煤层顶板、底板
通常把煤层上部一定范围内的岩层叫煤层顶板,把煤层下部一定范围内的岩层叫做煤层底板。煤层的顶板按其与煤层的相对位置不同以及跨落的难易程度不同可分为伪顶、直接顶和老顶,如图2--1所示。煤层的底板也可以分为直接底和老底。
图2--1煤层顶板、底板组成

(1)伪顶。伪顶是直接位于煤层之上,极易跨落的薄岩层,,常由炭质页岩组成。在采煤过程中,伪顶多随落煤而跨落。
(2)直接顶。直接顶是直接位于伪顶之上或直接位于煤层之上(煤层没有伪顶时)的一层或几层岩层,通常由泥岩、页岩、粉砂岩等有一定稳定性的岩层组成。在采煤过程中,直接顶通常随回柱或移架而跨落。
(3)老顶。老顶是指位于直接顶之上或直接位于煤层之上(煤层没有直接顶时)的厚而坚硬的岩层,通常由砂岩、砂砾岩、石灰岩等岩层组成。老顶不随直接顶跨落、能在采空区维持很大的暴露面积。

(1)直接底。直接底是指直接位于煤层之下的强度较低的岩层,通常由泥岩、页岩、粘土岩等岩层所组成。当直接底为松软岩石时,易发生底鼓和支柱陷入底板的情况。常造成巷道支护困难。
(2)老底。老底是指位于直接底之下比较坚固的岩层,多为砂岩、粉砂岩,也有石灰岩。
(二)煤层的形态与结构

煤层的形态有层状、似层状和非层状3类。层状煤层成层状分布,厚度变化不大。似层状煤层形状像藕节、串珠、瓜藤等,层位上有一定的连续性,但厚度变化较大。非层状煤层形状像鸡窝、扁豆等,层位上连续性不明显,常有大范围尖灭。似层状煤层和非层状煤层如图2-2所示。
图2--2似层状和非层状煤层
1-藕节状;2-串珠装;3-瓜藤状;4-鸡窝状;5-扁豆状

根据煤层中有无比较稳定的夹矸层,可将煤层分为简单结构煤层和复杂结构煤层。简单结构煤层中没有呈层状分布的比较稳定的矸石夹层;复杂结构煤层中则含有数目不等呈层状分布的且较稳定的矸石夹层。
(三)煤层厚度
煤层厚度有总厚度与有益厚度之分。煤层的总厚度是指煤层顶、底板之间的垂直距离,是包括夹矸层在内的厚度;煤层的有益厚度是指去除夹矸层之后的厚度。煤层有薄有厚,差别很大,薄的仅几厘米,最厚的可达200余米。不同的煤层厚度不同,同一个煤层的不同位置厚度通常也不同,甚至还有可能发生尖灭。
,厚度为~,。有时习惯上将厚度大于6m的煤层又称为特厚煤层。
(四)煤层产状
煤层的产状就是地下煤层的空间分布规律,用产状要素表示。煤层的产状要素如图2-3所示,包括煤层的走向、倾向、倾角;
(1)煤层走向。煤层层面与水平面的交线称为走向线,走向线的方向就是煤层的走向。
(2)煤层倾向。在煤层层面上,与走向线垂直且向下延深的直线叫倾斜线,倾斜线的水平投影所指的方向称为煤层的倾向。
(3)煤层倾角。煤层层面与水平面所夹的锐角称为煤层倾角。
我国把煤层按倾角不同分为3类,倾角小于250的煤层叫缓倾斜煤层,倾角为250~450的煤层叫倾斜煤层。一般将倾角小于80的煤层称为近水平煤层。
图2-3煤层的产状要素
AOB-走向线;OD-倾斜线;OD′-倾向线;a-倾角
二、地质构造
(一)褶皱构造
褶皱构造是煤层受地壳运动产生的地应力作用被挤得弯弯曲曲,但仍然保持其连续性的构造形态。褶皱构造中的一个弯曲称为褶曲。褶曲有两种基本形态,中部向下弯曲的称为向斜,中部向上弯曲的则称为背斜,如图2-4所示。
图2-4褶皱和褶曲
背斜或向斜凸凹部分的顶部称为褶曲的轴部,两侧称为褶曲的翼部。背斜和向斜在位置上往往是彼此相连的。
(二)断裂构造
在地壳运动过程中,当地应力超过煤岩层的极限强度时,煤岩层将发生断裂,形成断裂构造。断裂构造分为两种,即节理和断层。

断裂面两侧的煤岩体没有明显相对位移的断裂构造称为节理。节理在地下煤岩体中普遍存在,但是在不同地区、其他类型地质构造的不同部位以及不同类型的岩层中,节理的发育程度是不同的。
节理主要是由地壳运动形成的。因地壳运动而产生的节理称为构造节理。其特点是分布广泛,有一定的规律性。另外也有一些节理不是由地壳运动产生的,比如由岩层中的泥裂、冰川作用形成的裂隙以及风化裂隙等,这几种节理称为非构造节理。其特点是分布范围小,分布规律不明显,一般只出现在接近地表的浅部岩体中。

断裂面两侧的煤岩体有明显相对位移的断裂构造称为断层。为了描述和研究断层的空间方位和形态,将断层的各部位分别规定了一个名称(图2-5),这些名称统称为断层要素。它主要包括断层面、断盘和断距等。
图2-5断层要素
断开的煤岩体发生相对位移的断裂面称为断层面。断层面有的是平面,但多数是曲面。断层面一般是倾斜的,也有直立的,所以我们可以用描述煤层产状类似的方法,即用断层面的走向、倾向和倾角来描述断层面的空间位置。
断层面两侧的煤岩体称为断盘。位于断层面上方的煤岩体称为上盘,位于断层面下方的煤岩体称为下盘。若断层面是直立的,则无上下盘之分,这时可根据断盘所在的方位区分断盘,如E盘、W盘等;另外也可以根据两盘的相对位移情况区分断盘,如上升盘、下降盘。
断层两盘沿断层面相对位移的距离称为断距。断距有许多种,常用的有水平断距和垂直断距(也称落差),如图2-6所示。
图2-6断距示意图
h-垂直断距;l-水平断距
根据断层两盘相对位移的方向不同,断层可分为正断层、逆断层、平推断层等。上盘相对下降,下盘相对上升的断层称为正断层(图2-7a);下盘相对下降,上盘相对上升的断层称为逆断层(图2-7b);断层两盘沿断层面走向发生水平移动的断层称为平移断层(图2-7c)。
图2-7断层的类型
a-正断层;b-逆断层;c-平移断层
(三)地质构造对煤矿安全生产的影响
在煤矿生产过程中,断层和褶曲等地质构造容易引起多种事故。
由于断层面附近和褶曲的轴部裂隙较为发育,整体性和连续性较差,采掘工作面通过这类地段时易发生冒顶事故;有的断层和裂隙具有导水性,采掘工作面通过时有发生透水事故的危险;断层带和褶曲的轴部可能赋存有较多的瓦斯,在采掘工作面穿过时易导致瓦斯事故,在煤与瓦斯突出矿井,断层带和褶曲的轴部容易发生煤与瓦斯突出;在煤炭有自然发火危险的矿井中,断层面附近因为留有煤柱或丢煤较多,易于发生煤炭自然发火。
第二节井田开拓
无论是采用露天开采的方式,还是采用地下开采的方式,要开采地下煤炭资源,都必须首先建立一套生产系统。采用地下开采的方式开采煤炭时,其生产系统主要是在地下井巷空间中建立。井田开拓的主要内容就是要解决井巷的合理布置问题,为煤矿生产建立经济、高效、安全的生产系统。
一、矿井开拓方式
矿井开拓巷道在井田内的布置方式称为矿井开拓方式,包括井筒的形式、数目和位置,开采水平的数目及布置等。按井筒形式不同矿井开拓方式分为立井开拓、斜井开拓、平硐开拓和综合开拓四种类型,按井田内布置的开采水平数目不同矿井开拓方式又可分为单水平开拓和多水平开拓。
(一)立井开拓
当煤系地层上部的表土层厚度较大或煤层埋藏深度较大时,一般采用立井开拓。立井开拓又可分为立井多水平开拓与立井单水平开拓。

图2-8为一采用立井多水平开拓的实例。该井田内共有五层煤,自上而下为m1一m5,煤层间距较小,均为缓倾斜煤层。井田范围较大,储量丰富,但表土层较厚。
井田沿倾斜划分为两个阶段,第一阶段和第二阶段下部边界的标高分别为-260m和-400m,两个阶段均采用上山开采。第一阶段划分为4个采区,采区走向长度为1500~2000m。
1)井巷布置和掘进顺序
首先在井田中部开凿主立井1和副立井2,当井筒掘至-260m水平标高后,开掘井底车场和主要石门3以及-260m运输大巷4。为加快矿井建设及有利于矿井通风,井田上部边界的风井8、回风石门及回风大巷9常与阶段运输大巷同时开掘。当运输大巷掘进超过采区下部车场位置一定距离后,即可按顺序掘进采区下部车场5、采区运输上山6、轨道上山7和采区上部车场等巷道与回风大巷9连通形成通风系统。在采区内构成全风压通风系统后方可按顺序掘进区段运输石门11、区段回风石门14、m1煤层区段运输平巷12、m1煤层区段回风平巷15以及开切眼。
2)矿井生产系统:
(1)运煤系统。采煤工作面采出的煤先后经区段运输平巷12、区段运输石门11、区段溜煤眼、采区运输上山6运至采区煤仓。采区煤仓中的煤在运输大巷中装入矿车,电机车牵引载煤列车至井底车场卸入井底煤仓。井底煤仓中的煤最终通过主井箕斗提至地面。
(2)设备、材料及矸石的运输。装有工作面生产所需设备材料的矿车(或材料车、平板车),经副井罐笼下放至井底车场后,由电机车牵引运至采区下部车场。采区下部车场的材料由绞车牵引经采区轨道上山运至采区上部车场,最后经m1煤层区段回风平巷运至工作面。采区内掘进施工所出矸石的运输路线大致与设备材料的运输路线相同,只是运输方向相反。
(3)矿井通风系统。矿井采用中央边界式通风,新鲜风流由副井2进入井下,先后经井底车场、主要石门3、主要运输大巷4、采区车场5、采区轨道上山7、区段运输石门11、区段运输平巷12进入工作面;清洗采煤工作面后的污风经区段回风平巷15、区段回风石门14进入阶段回风大巷9,再经过阶段回风石门,最终由风井排至地面。
图2-7立井多水平上山式开拓
1-主立井;2-副立井;3-井底车场及主要石门;4―-260m运输大巷;5-采区下部车场;6-采区运输上山;7-采区轨道上山;8-风井;9-第一阶段回风大巷;10-m5区段运输平巷;11-区段运输石门;12-m1区段运输平巷;13-m5区段回风平巷;14-区段回风石门;15-m1区段回风平巷;16-采煤工作面;17--400m运输大巷

采用这种开拓方式的井田只划分为两个阶段,且煤层倾角一般较小,在两个阶段之间的分界面上布置井底车场、运输大巷等,形成生产水平。在开采时通常首先开采上山阶段,上山阶段开采结束时不再延深主井或主、副井都不再延深,下山阶段采用布置下山采区的方法进行开采。在下山采区中,下山的位置和作用与上山相同,只是与运输大巷的联系方式与上山有所不同。
立井开拓具有井筒短、提升速度快、提升能力大、管线敷设短、通风阻力小、维护较容易等优点,同时,对地质条件适应性强,不受煤层倾角、厚度、瓦斯等条件限制,立井开拓的缺点是井筒掘进施工技术要求高,开凿井筒所需设备和井筒装备复杂,井筒掘进速度慢,基建投资大。
(二)斜井开拓
1、片盘斜井开拓
如图2-9所示,井田内有一层煤,沿倾斜方向划分为四个片盘。每一片盘内可布置两个工作面同时进行回采。
1)井巷布置和掘进顺序。在井田走向中央沿煤层开凿一对斜井,其中1为主井,2为副井。主井与副井相互平行且每隔30~40m以联络巷连通。主副斜井掘至第一片盘下部边界时,即开掘片盘车场,同时自井筒两侧向两翼开掘片盘运输平巷3和片盘回风平巷5。掘进到矿井两翼边界后,在井田边界留20~
30m煤柱(井田边界煤柱),自片盘运输平巷向上掘进开切眼与片盘回风平巷贯通。在开切眼中安装设备进行回采后即形成采煤工作面。
2)生产系统
(1)运煤系统。回采工作面采下的煤由工作面刮板输送机运到片盘运输平巷,装入矿车,用无极绳绞车或小型电机车将矿车牵引至井底车场,再用绞车通过主井提至地面。
(2)通风系统。新鲜风流从主井进入井底车场后,分为两股经过两翼的片盘运输平巷到达回采工作面。清洗工作面后的乏风经片盘回风平巷至副井并由矿井主要通风机排至地面。
为了保证矿井均衡生产,在开采第一片盘的同时,应及时将第二片盘的巷道开掘好。
片盘斜井的走向长度一般为800~1500m。倾斜长度,一段提升时为500~800m,两段提升时为1000~1500m。片盘斜井的生产能力较小,多为小型矿井。
图2-9片盘斜井开拓方式
1-主井;2-副井;3-片盘运输平巷;4-第二片盘运输平巷;5-片盘回风平巷;6-副巷;7-井底水仓;8-联络巷

对于埋藏深度不大的缓倾斜煤层井田,采用斜井多水平分区式开拓时,其井巷布置如图2-10所示。该井田划分为3个阶段,每个阶段划分为4个采区。
图2-10斜井多水平分区式开拓
1-主井;2-副井;3-井底车场;4-阶段运输大巷;5-采区下部车场;6-回风井;7-阶段回风大巷;8-采区回风石门;9-运输上山;10-轨道上山;11-采区煤仓;
12-区段运输巷;13-区段回风巷;14-开切眼;15-风硐;16-主要通风机
平硐开拓具有投资少、占用设备少、施工容易、出煤快、成本低等优点,只要条件适合,应优先选用。采用平硐开拓时硐口的地势应选取平缓地带,平硐标高以上要有足够的储量,硐口与外界交通联系方便。
图2-11平硐开拓示意图
(四)综合开拓
上述3种基本开拓方式都有各自的优缺点,为了充分发挥其优点,可以将主、副井布置成不同的井硐形式,这样用两种以上的基本井硐形式开拓井田称为综合开拓。根据不同的地质与生产技术条件,综合开拓可以有如下几种形式,平硐一斜井、斜井一立井、立井一平硐、立井一斜井一平硐。
二、矿井生产系统
矿井生产系统是一个综合性的系统,主要包括运输提升系统、通风系统、排水系统、供电系统、供水系统、压风供给系统等。
(一)运输提升系统

采用走向长壁采煤法开采缓倾斜、倾斜煤层时,采煤工作面采出的煤炭通常要依次经过工作面运输巷、运输上山(或下山)、采区煤仓、运输大巷、主要运输石门、井底车场、井底煤仓、主井(或平硐)运至地面。在工作面运输巷和运输上山中通常都采用带式输送机(或刮板输送机)运输。运输大巷中大都采用轨道运输,近年来,也有不少矿井在运输大巷中采用带式输送机运煤。采用立井开拓的大中型矿井,主立井一般采用箕斗提煤,小型矿井的主立井有采用罐笼提升的。采用斜井开拓的大中型矿井,主斜井多采用带式输送机运煤,中小型矿井的主斜井,除了可采用带式输送机运煤外,也可采用箕斗或串车提煤。矿井采用平硐开拓时,平硐中煤的运输方式与运输大巷相同。
2、材料与矸石的运输
采掘工作面生产过程中需要的设备、材料一般需要依次经过副井、井底车场、运输大巷、采区下部车场,再经过轨道上山、采区上部或中部车场等巷道运至采掘工作面。掘进工作面采出的矸石,其运输方向与掘进工作面材料的运输方向相反。材料与矸石在井筒中的运输方式:副井为立井时用罐笼运输;副井是斜井时则用串车运输。在其他巷道中,材料和矸石一般都使用矿车运输。
(二)通风系统
风流由进风井进入矿井后,经过井下各用风场所,然后从回风井排出矿井,风流所经过的整个路线及其配套的通风设施称为矿井通风系统。矿井通风系统包括通风方法、通风方式和通风网路。
(三)供电系统
由矿井地面变电所、井下中央变电所、采区变电所、工作面配电点按一定方式相互连接起来的一个整体,称为矿井供电系统。大型矿井一般采用三级供电方式:即地面变电所、井下中央变电所和采区变电所。而中小型矿井一般采用二级供电方式,即地面变电所和井下采区变电所。
(四)排水系统
绝大多数矿井都是有涌水的,因此,需要有排水系统进行排水。矿井排水系统主要由井底水仓、泵房以及在副井中敷设的排水管等组成。采区采用上山开采时,采掘工作面和其他地点的涌水通常都可以通过采区上山、采区下部车场和运输大巷中的排水沟直接流入井底水仓,个别采掘工作面需要设置水泵进行排水。采区采用下山开采时,在采区下部通常需要开凿水窝并设置水泵,以便将采区内的涌水排至位于上部的水平运输大巷。在井底车场的主排水泵房中,通常都安装两台以上的大型排水设备,可连续不断地进行排水。
(五)压气供给系统
煤矿井下通常都要使用一些以压缩空气(简称压气)作为动力的设备,如风动凿岩机、风镐等。煤与瓦斯突出矿井中还需要在采掘工作面设立压风自救装置,为此必须为矿井建立压风供给系统。矿井压风供给系统主要由压风机房和管路系统组成。压风机房通常都设在地面,其中安装数台空气压缩机和风包等。空气压缩机将空气加压后通过敷设在副井、井底车场和运输大巷等巷道中的管路系统输送到采掘工作面,供给压气动力设备使用。
三、矿井巷道分类
矿井巷道包括井筒、平硐和井下的各种巷道,是矿井建立生产系统进行生产活动的基础条件。
(一)按巷道的倾角不同分类
巷道的倾角就是巷道与水平面之间的夹角。矿井巷道按倾角不同可分为垂直巷道、倾斜巷道和水平巷道3大类,如图2-12所示。
(1)垂直巷道。垂直巷道的中心线与水平面垂直,如立井、暗立井、溜井等。
(2)水平巷道。水平巷道的中心线与水平面大至平行,如平硐、石门、平巷等。
(3)倾斜巷道。倾斜巷道的中心线与水平面既不平行也不垂直,而是成一定角度,如斜井、采区上山(或下山)、暗斜井(也称主下山)等。
图2-12矿井巷道示意图
1-立井;2-斜井;3-平硐;4-暗立井;5-溜井;6-石门;7-煤层平巷;8-煤仓;9-上山;10-下山;11-风井;12-岩石平巷
(二)按巷道的服务范围不同分类
通常将矿井巷道按服务范围不同分为开拓巷道、准备巷道和回采巷道。
(1)开拓巷道。开拓巷道是指为全矿井服务,或者为一个及一个以上的阶段服务的巷道,主要有主副立井(或斜井)、平硐、井底车场、主要运输及回风石门、运输大巷及回风大巷等。
(2)准备巷道。准备巷道是指为一个采区或者为两个和两个以上的回采工作面服务的巷道,主要有采区车场、采区煤仓、采区上山(或下山)、采区石门等。
(3)回采巷道。回采巷道是指只为一个回采工作面服务的巷道,主要有工作面运输巷、工作面回风巷、开切眼等。
第三节采煤技术
一、采区巷道布置
(一)单一煤层一次采全高的采区巷道布置
图2-13为一单一煤层一次采全高的采区巷道布置示例。该采区开采一层煤,为薄煤层,煤层埋藏稳定,地质构造简单,瓦斯涌出量小,采区内沿倾斜划分为3个区段,采区走向长度为1200m,采用普通机械化采煤。
采区内的主要生产系统包括运煤系统、运料和排矸系统、通风系统等:
(1)运煤系统。采煤工作面采出的煤炭,经区段运输平巷9、运煤上山5进入采区煤仓,在采区下部车场装车外运。
(2)运料、排矸系统。采区下部车场的设备、材料经轨道上山4、采区上部车场6、区段回风平巷10运至采煤工作面;经采区中部车场7′、区段回风平巷8′运至掘进工作面。掘进施工中采出的煤炭、矸石,则以与运送材料相反的方向运至采区下部车场。
(3)通风系统。运输大巷中的新鲜风流经由采区下部车场3、轨道上山4、采区中部车场7、区段回风平巷8、联络巷11、区段运输平巷9进入工作面,回采工作面的乏风经由区段回风平巷10、(左边回采工作面的乏风需经过采区上部车场6)采区回风石门2进入矿井总回风大巷。
图2-13单一煤层一次采全高的采区巷道布置
(二)近距离煤层联合布置采区的巷道布置
图2-14为一近距离煤层联合布置采区的巷道布置示例。该采区开采两层煤,,,煤层倾角为180,煤层顶底板均为砂质页岩。两层煤间的层间距为26m,采区内地质构造简单,煤层瓦斯含量小。采区沿倾斜划分为4个区段。

该采区两层煤的共用上山均布置在m2煤层中,这样m2煤层中的巷道布置与生产系统和前述的单一煤层一次采全高的采区巷道布置及生产系统完全相同。在m1煤层中只布置区段运输平巷和区段回风平巷以及开切眼。m1煤层的区段运输巷通过溜煤眼与运煤上山联系,区段回风巷通过联络石门与m2煤层区段回风巷联系。

(1)运煤系统。工作面采出的煤经m1煤层区段运输平巷5、区段溜煤眼10,运煤上山3运至采区煤仓12,在大巷中装车外运。
(2)运料排矸系统。采煤工作面所需的设备材料,自采区下部车场11经轨道上山4提至采区上部车场后甩入平巷8,然后又经过联络石门9、区段回风平巷6运至采煤工作面。
由于采区在回采期间不掘岩石巷道,故排矸量很少,对掘进区段平巷所排出的煤及挑顶卧底的少量矸石,可用矿车经上部或中部车场、轨道上山运至采区下部车场,然后经采区石门运出。
(3)通风系统。回采工作面听需要的新鲜风流,自运输大巷经采区石门2、采区下部车场11、轨道上山4、采区中部车场和联络石门9′、区段平巷5到达采煤工作面,采煤工作面的乏风经区段回风巷6、联络石门9、采区风井15排至地面。
图2-14近距离煤层采区巷道的联合布置
二、采煤工艺
(一)炮采工艺

炮采工作面打炮眼需要使用煤电钻、麻花钻杆与合金钻头,工作面内的运煤设备一般是轻型或中型可弯曲刮板输送机,支护装备一般采用单体液压支柱与铰接顶梁组成悬臂梁支架或采用金属摩擦支柱及木棚支护。使用木支护的工作面需配备回柱绞车。

走向长壁采煤工作面采用炮采工艺采煤时,其生产过程主要由以下工序组成:
(1)破煤。在炮采工作面,破煤主要是由爆破作业完成的。爆破作业的工艺过程主要由打眼、装药、封泥、联线和起爆等工序组成。
(2)装煤。目前,炮采工作面的装煤通常是由爆破装煤和人工装煤共同完成。人工装煤劳动强度大,效率低,是炮采工艺的主要缺点之一。
爆破装煤是利用炸药爆炸时的抛掷作用,将煤炭装入刮板输送机内。利用好爆破装煤能降低工人的劳动强度。在炮采工作面刮板输送机上安装可移动挡板可增大爆破装煤的数量。
(3)运煤。走向长壁炮采工作面的倾角在200以下时,一般应采用可弯曲刮板输送机运煤;倾角为200~250时,可采用搪瓷溜槽运煤;倾角大于250时可用铁溜槽运煤。
(4)推移工作面刮板输送机。装煤工作完毕,须将工作面可弯曲刮板输送机整体推移至距工作面煤壁200~300mm的位置,以便进行支护工作和有利于下一次爆破装煤。
(5)支护。目前,炮采工作面使用的支护装备主要有单体液压支柱与铰接顶梁组成的悬臂梁支架、金属摩擦支柱和木支架。木支架的强度小,可缩性差,不能适应顶板下沉,而且使用木支架支护要消耗大量的木材,不利于环境保护,因此,有条件的工作面应使用单体液压支柱支护和金属摩擦支柱。
(6)采空区处理。目前走向长壁炮采工作面采空区的处理,主要采用全部垮落法。就是当工作面支架的控顶距离达到作业规程规定的最大控顶距时,将靠近采空区的一排或两排支架撤掉,让顶板垮落(图2-15),这就是所谓的回柱放顶。在多数情况下,采空区的垮落矸石能起到支撑上方老顶、缓和老顶来压的作用。
采用全部充填法处理采空区的工作面,采空区处理由回柱充填工序完成。
图2-15全部垮落法处理采空区示意图
(二)普通机械化采煤(简称普采)工艺

普采工作面技术装备主要有滚筒式采煤机或刨煤机、可弯曲刮板输送机和与其配套的推移千斤顶、单体金属支柱与铰接顶梁及乳化液泵站等。

普采工作面的生产工艺过程主要由割煤、运煤、挂梁、推移刮板输送机、打柱以及回柱放顶等工序组成:
(1)割煤。滚筒式采煤机在割煤时,采煤机是骑在工作面刮板输送机上并以刮板输送机作为导轨沿工作面往复运行的。滚筒在旋转时割下的煤依靠滚筒上的螺旋叶片送入刮板输送机,在支撑滚筒的摇臂上安装的弧形挡煤板能起到辅助装煤作用。
普采工作面采用双滚筒采煤机时,其割煤与进刀与综采己无大差别。若采用单滚筒采煤机时,其割煤与进刀有以下特点:①采用单滚筒采煤机的工作面需要人工预开缺口(图2-16),下缺口长一般为3~5m,上缺口长一般为8~10m;②当采高与滚筒直径不同时,采煤机通常需要采用上行割顶煤,下行割底煤、清浮煤的割煤方式,这样采煤机沿工作面往返一次只进一刀;否则也可采取预放震动炮,或采煤机沿底板割煤在推移运输机后爆破挑落顶煤等方法实现双向割煤。
(2)挂梁。采煤机割煤过后,跟随采煤机将工作面支架上的铰接顶梁向工作面煤壁方向延接,以对割煤后新暴露的顶板进行临时支护。根据顶板条件和采煤机截深等不同,普采工作面的支架布置有齐梁式布置与错梁式布置两种,如图2-17所示。若普采工作面采用的是深截式采煤机,即截深等于梁长,这时可紧跟采煤机后按顺序挂梁;若采用的是浅截式采煤机,顶板条件好时工作面支架可采用齐梁式布置,这样采煤机割第一刀煤时不挂梁,割第二刀煤时接顺序挂梁,若顶板条件不好,为了及时挂梁支护采煤机割煤后的悬露顶板可以采用错梁式布置,这时采煤机每割一刀,只需要间隔挂梁。
(3)推移工作面刮板输送机。操作与刮板输送机配套的专用推移千斤顶向煤壁方向推移刮板输送机,推移距离与采煤机截深相同。
(4)打柱与回柱放顶。在普采工作面,这两道工序完成的方法与炮采工作面相同。
图2-16普采工作面设备布置
图2-17支架齐梁式布置与错梁式布置
(三)综合机械化采煤工艺
综合机械化采煤是在普通机械化采煤的基础上发展起来的。普通机械化采煤设备虽然实现了破煤、装煤、运煤的机械化,但是支护和放顶工作仍为手工操作,劳动强度大、速度慢、安全没有保证,也影响采煤机械效能的充分发挥。而综合机械化采煤,使采煤过程全部实现了机械化,并具有高产、高效、安全、生产集中等特点。

综采工作面设备布置如图2-18所示。其中主要设备有:
(1)浅截深滚筒采煤机(或刨煤机)。摇臂式双滚筒可调高采煤机是综采工作面应用最多的采煤机。它以刮板输送机作为轨道,沿工作面往复运行进行割煤和装煤。
(2)可弯曲刮板输送机。它主要用于运煤,另外也是采煤机运行的轨道和移动液压支架时的着力点。刮板输送机的煤壁一侧安装有铲煤板,在推移刮板输送机时能自动完成清扫和装载浮煤的工作。
(3)液压自移支架和端头支架。液压自移支架以高压乳化液作为动力传动液,通过操纵阀的控制,能实现升、降和前移等动作,负责完成支护顶板和处理采空区两道主要工序。端头支架也是一种液压自移支架,只是在结构上与普通液压支架稍有不同,是专门用来加强工作面上下端头顶板支护的液压支架。