【正文】 采煤方法主要分為壁式和柱式體系兩種。根據(jù)不同的礦山地質(zhì)及技術(shù)條件，可有不同的采煤系統(tǒng)與采煤工藝相配合，從而構(gòu)成多種多樣的采煤方法。采煤巷道的掘進(jìn)一般是超前于采煤工作進(jìn)行的。這種按照一定順序完成破煤、裝煤、運(yùn)煤、工作面支護(hù)、采空區(qū)處理等各項(xiàng)工序的方法及其配合，稱為采煤工藝或回采工藝。除了基本工序以外的這些工序，統(tǒng)稱為輔助工序。為了減輕礦山壓力對(duì)采場(chǎng)的作用，以保證采煤工作順利進(jìn)行, 在大多數(shù)情況下，必須處理采空區(qū)的頂板，這項(xiàng)工作稱為采空區(qū)處理。為了使基本工序順利進(jìn)行, 必須保持采場(chǎng)內(nèi)有足夠的工作空間，這就要用支架來維護(hù)采場(chǎng)，這項(xiàng)工序稱為工作面支護(hù)。煤炭運(yùn)出采場(chǎng)的工序，稱為運(yùn)煤。把煤從整體煤層中破落下來，稱為煤的破落，簡(jiǎn)稱破煤。在采場(chǎng)內(nèi)，為了采取煤炭所進(jìn)行的一系列工作，稱為采煤工作。在采場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行采煤的煤壁稱為采煤工作面。它主要適用于開采特厚煤層及河下、鐵路下、建筑物下采煤。利用人工或機(jī)械的方法將充填料充入采空區(qū)，并將其填滿，以支撐和控制上覆巖層。煤柱的寬度和間距根據(jù)頂板巖性和煤質(zhì)軟硬確定，一般寬度4～6m，間距為40～60m。這種方法適用于薄煤層，尤其是具有底鼓性質(zhì)的底板更為適宜。強(qiáng)制放頂即利用大直徑深孔爆破的辦法，強(qiáng)制使采空區(qū)頂板垮落，這是擴(kuò)大全部垮落法應(yīng)用范圍的一項(xiàng)有效的技術(shù)措施。通常工作面每推進(jìn)1～2m就放頂一次。這種方法是隨著工作面向前推進(jìn)，有計(jì)劃地回撤切頂線以外的支柱，使直接頂自行垮落，以減少直接頂懸梁長(zhǎng)度，同時(shí)垮落的巖石充填采空區(qū)后，又能支撐基本頂，從而大大減輕工作面的壓力，保證安全生產(chǎn)。采空區(qū)處理形式見圖2－3－4所示。采空區(qū)的處理方法，主要根據(jù)頂板巖層性質(zhì)、巖層厚度和開采煤層的厚度等因素選擇。五、采空區(qū)頂板處理隨著采煤工作面向前推進(jìn)，頂板懸露面積不斷增加，工作面壓力也逐漸增大。5. 砌碹支護(hù)砌碹支護(hù)是指用料石、混凝土或鋼筋混凝土砌筑成的整體式支護(hù)。錨桿聯(lián)合支護(hù)是由錨桿與鋼帶（鋼筋梯）、金屬網(wǎng)、錨索、噴射混凝土等材料組合而成的聯(lián)合支護(hù)形式。錨桿的種類很多，主要有木錨桿和竹錨桿、樹脂錨桿、管縫式錨桿、內(nèi)注式注漿錨桿等。單獨(dú)使用時(shí)主要起封閉圍巖、防止巖面風(fēng)化的作用；聯(lián)合使用時(shí)主要是防止圍巖風(fēng)化、防止圍巖松脫冒落，并與圍巖結(jié)合對(duì)錨桿間的表面巖石的支護(hù)作用。2．噴射混凝土支護(hù)噴射混凝土支護(hù)，是以壓縮空氣為動(dòng)力、用噴射機(jī)將細(xì)骨料混凝土噴射到巷道巖面而凝結(jié)硬化后形成混凝土結(jié)構(gòu)的支護(hù)形式。梯形金屬支架主要是采用工字鋼制作，是木支架的替代品。由于該支護(hù)形式存在強(qiáng)度低、容易腐朽、木材消耗大等缺點(diǎn)，目前，使用已的很少。木支架一般采用梯形支護(hù)形式。巷道支護(hù)形式主要有架棚支護(hù)、噴射混凝土支護(hù)、錨桿支護(hù)、錨桿聯(lián)合支護(hù)、砌碹支護(hù)等。這種支架兼有以上兩種支架的優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)性較寬，近年來獲得廣泛使用。但支撐力較小、切頂性能較差、工作空間較小，不利于操作和通風(fēng)。（2）掩護(hù)式液壓支架：這種支架的頂梁較短、掩護(hù)梁較長(zhǎng)，其上下端分別與頂梁和底座鉸接，而立柱一般是支撐在掩護(hù)梁與底座之間承受掩護(hù)梁上的矸石，故稱為掩護(hù)式支架。垛式支架工作阻力大，側(cè)向穩(wěn)定性和切頂性能好，工作空間較大，易滿足通風(fēng)要求。按其構(gòu)造與動(dòng)作不同可分為；有垛式和節(jié)式兩種。液壓支架按其與圍巖的相互作用關(guān)系一般可為三類，即支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架。液壓支架支護(hù)克服了金屬摩擦支柱、單體液壓支柱配合鉸接頂梁支護(hù)時(shí)的手工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工序多，支、回柱速度慢、效率低、安全性狀況差等缺點(diǎn)。該種支護(hù)方式主要應(yīng)用在炮采及普通機(jī)采工作面，在我國(guó)目前雖使用較為普遍，但又逐漸被單體液壓支柱和鉸接頂梁配合應(yīng)用的支護(hù)方式所代替。圖2－3－3基本頂周期來壓L2－周期來壓步距；a－工作面最小空頂距；h0－基本頂厚度；∑h－直接頂厚度；m－煤層采高四、頂板支護(hù)方式（一）采煤工作面頂板支護(hù)方式采煤工作面的支護(hù)是控制礦山壓力及頂板下沉、防止冒頂事故的一項(xiàng)根本措施。為了控制劇烈的基本頂來壓，可將工作面與開切眼斜交，此時(shí)基本頂懸板呈梯形，根據(jù)頂板達(dá)極限跨度時(shí)破斷的原理，基本頂?shù)钠茢鄬⒉恢掠谠斐晒ぷ髅嫒鎭韷海示植縼韷?。預(yù)防基本頂來壓造成的事故，主要是準(zhǔn)確地判斷基本頂來壓的預(yù)兆，及時(shí)采取加強(qiáng)支護(hù)措施。周期來壓的主要表現(xiàn)形式：頂板下沉速度急劇增加，頂板的下沉量變大；支柱所受的載荷普遍增加；有時(shí)還可能引起煤壁片幫、支柱折損、頂板發(fā)生臺(tái)階下沉等現(xiàn)象。因此，由于裂隙帶巖層周期性失穩(wěn)而引起的頂板來壓現(xiàn)象稱之為工作面頂板的周期來壓。3. 基本頂周期來壓隨著采煤工作面的繼續(xù)推進(jìn)，在基本頂初次來壓以后，裂隙帶巖層形成的結(jié)構(gòu)將始終經(jīng)歷“穩(wěn)定—失穩(wěn)—再穩(wěn)定”的變化，這種變化將呈現(xiàn)周而復(fù)始的過程。由于基本頂初次來壓對(duì)工作面的影響較大，因此必須掌握初次來壓步距的大小，以便及時(shí)采取對(duì)策。初次來壓時(shí)，基本頂跨距比較大，影響的范圍也比較廣。由于煤壁前方強(qiáng)大的支承壓力，可能導(dǎo)致直接頂在煤壁前方形成剪切破壞，從而形成預(yù)生裂隙，這對(duì)回采工作空間的頂板管理顯然也是不利的。L1－初次來壓步距圖2－3－2基本頂?shù)某醮蝸韷夯卷攣韷呵埃擅汗ぷ髅娴捻敯鍓毫Σ⒉淮?，但煤壁?nèi)的支承壓力卻達(dá)到了這種情況下的最大值。由于基本頂?shù)谝淮芜\(yùn)動(dòng)來壓面積大，強(qiáng)度高，并有可能伴隨發(fā)生動(dòng)壓沖擊，會(huì)給回采工作面帶來較大威脅。當(dāng)基本頂懸露長(zhǎng)度和面積增加到巖層的自重及上覆巖層的作用力超過它本體的強(qiáng)度時(shí)，基本頂就發(fā)生斷裂而垮落。如圖2—3－1所示。初次垮落步距為工作面支架切頂線與開切眼之間的距離。直接頂?shù)牡谝淮未竺娣e垮落稱為直接頂初次垮落。三、工作面頂板來壓煤層開采后，將首先引起直接頂?shù)目迓?。由于粘土巖遇水易膨脹，當(dāng)直接底為粘土巖時(shí)，可造成底鼓與支架插底的現(xiàn)象，輕者給巷道運(yùn)輸與工作面支護(hù)帶來困難，重者可使巷道遭受嚴(yán)重破壞。偽底直接位于煤層之下的薄弱巖層，～，多為炭質(zhì)頁(yè)巖或泥巖。一般在采空區(qū)懸露相當(dāng)面積后才垮落，常由砂巖、石灰?guī)r等堅(jiān)硬巖石組成。直接頂按穩(wěn)定性可分為：不穩(wěn)定頂板、中等穩(wěn)定頂板、穩(wěn)定頂板、堅(jiān)硬頂板。是緊貼煤層之上，～，隨采隨落，多由頁(yè)巖、炭質(zhì)巖組成。根據(jù)頂、底板巖層與煤層相對(duì)的位置、垮落性能和強(qiáng)度等特征的不同，從上至下，頂板可劃分為基本頂（又稱老頂）、直接頂、偽頂，底板可分為偽底、直接底和老底。按照沉積的順序，在正常情況下，位于煤層之下的巖層是底板；位于煤層之上形成的巖層是頂板。所有這些人為地調(diào)節(jié)、改變和利用礦山壓力作用的各種措施，叫做礦山壓力控制。此外，人們對(duì)礦山壓力的控制不僅在于消除和減輕礦山壓力對(duì)開采工作造成的危害，還包括有效地利用礦壓的自然能量為開采工作服務(wù)。6．礦山壓力控制在大多數(shù)情況下，礦壓顯現(xiàn)會(huì)給地下開采工作造成不同程度的危害。隨著應(yīng)力的繼續(xù)增加，微破裂和地聲頻次增加，當(dāng)微破裂次數(shù)與規(guī)模使之彼此貫通時(shí)，煤巖體產(chǎn)生宏觀破裂，并伴隨強(qiáng)烈的震動(dòng)，即發(fā)生了礦震。當(dāng)采區(qū)周圍巖層或煤層具有較高的彈性與強(qiáng)度時(shí)，隨著應(yīng)力的增大、巖體積累的應(yīng)變能增高、范圍隨之?dāng)U大。因此，沖擊礦壓主要有突發(fā)性、瞬時(shí)震動(dòng)性、巨大破壞性、復(fù)雜性的顯現(xiàn)特征。煤礦沖擊地壓是礦井巷道和采場(chǎng)周圍煤巖體由于變形能的釋放而產(chǎn)生的以突然、急劇、猛烈破壞為特征的礦山壓力的動(dòng)力現(xiàn)象。而平衡拱上面的巖層重量則轉(zhuǎn)移到巷道兩側(cè)煤壁上，所以巷道上所受的壓力要比原始?jí)毫π〉枚?，形成了壓力降低區(qū)，或免壓區(qū)。若設(shè)有支架，拱內(nèi)巖石便不會(huì)冒落，但也會(huì)逐漸松動(dòng)，對(duì)支架產(chǎn)生應(yīng)力，故稱它為“壓力拱”?！?。應(yīng)力的重新分布則形成了比原巖應(yīng)力高的應(yīng)力區(qū)，即支承壓力區(qū)。煤或巖層采動(dòng)后，原巖應(yīng)力平衡狀態(tài)受到破壞，圍巖的各類應(yīng)力都將發(fā)生變化，這種變化稱應(yīng)力的重新分布。圍巖運(yùn)動(dòng)包括頂板運(yùn)動(dòng)、兩幫運(yùn)動(dòng)、底板運(yùn)動(dòng)。這些由于礦山壓力作用，使圍巖、煤體和各種人工支撐物產(chǎn)生的種種力學(xué)現(xiàn)象，統(tǒng)稱為礦山壓力顯現(xiàn)，簡(jiǎn)稱礦壓顯現(xiàn)。地殼運(yùn)動(dòng)以水平運(yùn)動(dòng)為主，因此構(gòu)造應(yīng)力主要是水平應(yīng)力。構(gòu)造應(yīng)力是由地質(zhì)構(gòu)造形成和運(yùn)動(dòng)在巖層中形成了構(gòu)造應(yīng)力。其來源主要有自重應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力兩個(gè)方面。這種由于在地下煤巖中進(jìn)行采掘活動(dòng)而在井巷、峒室及回采工作面周圍煤、巖體中和其中的支護(hù)物上所施加的力，就叫做礦山壓力。它表現(xiàn)為巷硐周圍煤、巖體產(chǎn)生位移、變形甚至破壞，直到煤、巖體內(nèi)部重新形成一個(gè)新的應(yīng)力平衡狀態(tài)為止。復(fù)習(xí)思考題1. 什么叫階段和開采水平？礦井階段內(nèi)布置形式有哪幾種？2. 礦井的開拓方式有哪幾種？3. 按巷道在生產(chǎn)中的用途，礦井巷道分為哪幾類？4. 按巷道空間的形態(tài)，礦井巷道分為哪幾類？第三節(jié)　礦山壓力與控制一、基本概念地下巖體在受到開挖以前，自重引起的應(yīng)力（通常稱為原巖應(yīng)力）處于平衡狀態(tài)。水平巷道主要有平硐、平巷、石門、煤門等。各種巷道的位置關(guān)系如圖2－5所示。（2）進(jìn)風(fēng)巷道：一般指供采煤工作面進(jìn)風(fēng)和運(yùn)料用的巷道。（4）溜煤眼：溜煤小井、采區(qū)煤倉(cāng)。按用途和裝備分為：運(yùn)輸機(jī)下山、軌道下山、通風(fēng)下山和人行下山等。按用途和裝備分為：運(yùn)輸機(jī)上山、軌道上山、通風(fēng)上山和人行上山等。（6）主要運(yùn)輸及回風(fēng)大巷：沿走向掘進(jìn)，供全礦井或某一個(gè)水平運(yùn)輸、回風(fēng)用的水平巷道，多數(shù)開掘在巖層內(nèi)，也可開掘在煤層內(nèi)。（4）井底車場(chǎng)：井下主要運(yùn)輸巷道和井筒連接處的一組巷道和硐室的總稱。（2）斜井：直接與地面相通的傾斜巷道。開拓巷道是為全礦井、一個(gè)開采水平或兩個(gè)以上采區(qū)服務(wù)的巷道。綜合開拓的方式是多種多樣的，可能的組合方式有：平硐—立井、平硐—斜井、斜井—立井、立井—斜井—平硐等幾種形式。（四）綜合開拓一般情況下，礦井開拓的主、副井都是用同一種井硐形式。平硐的布置取決于地形條件與煤層賦存狀態(tài)。按開拓水平服務(wù)的階段布置方式不同，可分為多水平上山開拓、多水平上下山開拓和多水平混合式開拓。立井單水平開拓是將井田沿傾斜方向劃分為成兩個(gè)階段，在兩個(gè)階段之間設(shè)置一個(gè)水平，為整個(gè)井田的兩個(gè)階段服務(wù)，在水平以上的階段為上山階段，在水平以下的階段為下山階段。我國(guó)煤礦多采用立井單水平分區(qū)開拓和立井多水平分區(qū)開拓。（二）立井開拓立井開拓是指主、副井均為立井，并通過一系列巷道到達(dá)煤層的一種開拓方式。當(dāng)井田劃分為階段或盤區(qū)時(shí)，利用斜井集中開拓，稱為斜井分區(qū)式開拓，也稱集中斜井開拓。片盤斜井開拓是斜井開拓中最簡(jiǎn)單的形式，它是將整個(gè)井田沿傾斜方向劃分成若干階段，每個(gè)階段為一個(gè)片盤，片盤內(nèi)沿傾斜布置一個(gè)采煤工作面。斜井開拓是目前常用的一種開拓方式。通常以井筒形式為主要依據(jù)，將礦井開拓方式分為斜井開拓、立井開拓、平硐開拓和綜合開拓。圖24 階段內(nèi)的分帶式布置方式J上、J下上、下山階段；D1～D6分帶三、礦井開拓方式在每個(gè)井田范圍內(nèi)，為了合理地把煤炭從地下開采出來，從地面向井下開掘一系列通向煤體的井筒和巷道，稱為礦井開拓。圖23 階段內(nèi)的分區(qū)式布置方式H階段垂高；h階段斜長(zhǎng)（3）分帶式在階段內(nèi)不再劃分采區(qū)，而沿煤層走向劃分成許多個(gè)可以分別布置一個(gè)采煤工作面的傾斜長(zhǎng)條，稱為分帶。由于采區(qū)斜長(zhǎng)仍然較大，有時(shí)長(zhǎng)達(dá)1000～1500m以上，實(shí)際生產(chǎn)中又將采區(qū)沿傾斜劃分成若干長(zhǎng)條部分，稱為區(qū)段，在區(qū)段內(nèi)布置回采工作面。（1）連續(xù)式當(dāng)階段內(nèi)的走向長(zhǎng)度和傾斜長(zhǎng)度都較小時(shí)，可在井田的每一翼沿階段傾斜全長(zhǎng)布置一個(gè)回采工作面，并且回采工作面可以由井田中央向井田邊界推進(jìn)（連續(xù)前進(jìn)式開采），或者從井田邊界向井田中央推進(jìn)（連續(xù)后退式開采），這種布置稱為連續(xù)式布置如圖22所示。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)的角度考慮，一個(gè)礦井最好用一個(gè)開采水平來保證礦井的年產(chǎn)量，這樣生產(chǎn)組織、技術(shù)管理簡(jiǎn)單，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好。一個(gè)井田如果只有一個(gè)開采水平，稱為單水平開拓，它適用煤層傾角在16176。水平常用該處標(biāo)高、開采順序和用途來表示，如圖21中的150、300、500、800水平，又稱為第一水平，第二水平以及運(yùn)輸水平、回風(fēng)水平等。階段與階段之間以水平面分界，分界面又稱為水平面。開采緩傾斜、傾斜和急傾斜煤層時(shí)，通常沿煤層傾斜方向，按一定標(biāo)高，將井田劃分為若干長(zhǎng)條部分，每一個(gè)長(zhǎng)條部分稱為階段，如圖21所示。我國(guó)目前按設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力把煤礦分為大、中、小三種類型，每種類型又分為若干個(gè)等級(jí)，目前我國(guó)井型系列如下表21。3. 礦井井型與服務(wù)年限礦井生產(chǎn)能力指礦井一年內(nèi)能生產(chǎn)煤炭的產(chǎn)量，又稱為礦井年產(chǎn)量或井型。2. 礦井儲(chǔ)量與可采儲(chǔ)量井田范圍的大小，決定了礦井的煤炭?jī)?chǔ)量和開采條件，是建設(shè)礦井的基本根據(jù)。一個(gè)大的煤田通常由幾個(gè)或十幾礦開采，劃歸一個(gè)礦井進(jìn)行開采的煤田通常稱為井田（或礦田）。復(fù)習(xí)思考題？它們各代表什么含義？，將煤層分為哪幾類？、逆斷層在實(shí)際生產(chǎn)中如何區(qū)別？第二節(jié) 礦井開拓一、煤田、井田1. 煤田劃分為井田在同一地質(zhì)時(shí)期生成的大面積含煤地帶稱為煤田。即使一般斷層，采掘工作通過它時(shí)，有時(shí)也會(huì)發(fā)生涌水或頂板巖石突然垮落事故，使采掘工作復(fù)雜化。因此，在較大的斷層兩側(cè)必須留設(shè)一定寬度的煤柱，將斷層與開采區(qū)隔離。 圖3 按斷層兩盤相對(duì)位移方向劃分的斷層類型示意圖 （a）正斷層； （b）逆斷層； （c）平推斷層斷層往往成組發(fā)育而形成斷層破碎帶。在實(shí)際生產(chǎn)中遇到的主要是前兩種。位于斷層面上面的斷塊叫上盤，位于斷層面下面的斷塊叫下盤。如斷裂面兩側(cè)的巖層沒有發(fā)生明顯的相對(duì)位移，叫做裂隙或節(jié)理；如斷裂面兩側(cè)的巖層發(fā)生了明顯的相對(duì)位移和錯(cuò)動(dòng)，叫做斷層。巖層層面凸起的褶曲叫背斜，凹下的叫向斜。1. 褶皺構(gòu)造巖層受水平力的作用，被擠壓成彎曲狀，但仍保持巖層的連續(xù)性和完整性的構(gòu)造形態(tài)叫褶皺。由此而形成的巖層空間狀態(tài)，叫做地質(zhì)構(gòu)造。煤層頂?shù)装鍘r石的性質(zhì)、節(jié)理發(fā)育程度、強(qiáng)度、含水性、可塑性等，直接關(guān)系到煤礦的采掘生產(chǎn)，確定巷道支護(hù)方式、頂板管理方法的重要依據(jù)，同時(shí)還影響到機(jī)械化采煤設(shè)備的選型。由于沉積環(huán)境的差異，煤層頂?shù)装鍘r石性質(zhì)各不相同。緩傾斜煤層采下的煤需用機(jī)械裝運(yùn)；傾斜煤層可利用溜槽向下運(yùn)輸而不用動(dòng)力；急傾斜煤層，煤塊會(huì)自動(dòng)滾落，簡(jiǎn)化了采場(chǎng)內(nèi)的裝運(yùn)工作，但在技術(shù)上需采取安全措施。；急傾斜煤層 傾角為45～9