煤矿采区设计指导

（1）采区位置、境界、开采范围及与邻近采区的关系；可采煤层埋藏

的最大垂深，有无小煤窑和采空区积水；与邻近采区有无压茬关系 （2）采区所采煤层的走向、倾斜、倾角及其变化规律、煤层厚度、层

数、层间距离、夹矸层厚度及其分布，顶底板的岩石性质及其厚度 等赋存情况及煤质。

瓦斯涌出情况及其变化规律，瓦斯涌出量及确定依据；煤尘爆炸 性，煤层自然发火性及其发火期；地温情况等。

水文地质：井上、下水文地质条件；含水层、隔水层特征及发育情 况变化规律；矿井突水情况、静止水位和含水层水位变化；断层导水 性；现生产区域正常及最大涌水量，邻近采区周围小煤窑涌水和积水情 况等。

煤层及其顶底板的物理、力学性质等。

（3）确定采区生产能力，计算采区储量（工业储量、可采储量）和高级 储量所占的比 例，计算采区服务年限并确定同时生产的工作面数 目。

（4）确定采区准备方式。区段和工作面划分、开采顺序，采掘工作面安 排及其生产系统（包括运煤、运料、通风、供电、排水、压气、充 填和灌浆等）的确定。当有几个不同的采区巷道准备方案可供选择 时，应该进行技术经济分析比较，择优选用。 （5）选择采煤方法和采掘工作面的机械装备。

（6）进行采区所需机电设备的选型计算，确定所需设备型号及数量，采 区信号、通讯与照明等。

（7）洒水、掘进供水、压气和灌浆等管道的选择及其布置。

（8）采区风量的计算与分配。

（9）安全技术及组织措施：对预防水、火、瓦斯、煤尘、穿过较大断 层等地质复杂地区提出原则意见，指导编制采煤与掘进工作面作业 规程编制，并在施工中加以贯彻落实。 （10）计算采区巷道掘进工程量。

（11）编制采区设计的主要技术经济指标：采区走向长度和倾斜长度、

区段数目、可采煤层数目及煤层总厚度、煤层倾角、煤的容重、 采煤方法、主采煤层顶板管理方法、采区工业储量和可采储量、 机械化程度、采区生产能力、采区服务年限、采区采出率和掘进 率、巷道总工程量、投产前的工程量。

（二）采区设计图纸

设计图纸一般包括：地质柱状图、采区井上下对照图、煤层底板 等高线图、储量计算图及剖面图等。其均应进行复制，作为采区设计的 一部分。此外，还须有：

（1）采区巷道布置平面及剖面图（比例：1∶1 000或1：2 000）；

（2）采区采掘机械配备平面图（比例：1∶1 000或1∶2 000）； （3）采煤工作面布置图（比例：1∶50或1∶200）； （4）采区通风系统（最大、最小负压）示意图； （5）瓦斯抽放系统图（低瓦斯矿井不要）；

（6）采区管线布置图（包括防尘、洒水、灌浆管路布置等）；

（7）采区轨道运输系统图（比例：1∶1 000或1∶2 000）； （8）采区供电系统图（比例：1∶1 000或1∶2 000）； （9）避灾路线图；

（10）采区车场图（比例：1∶200或1∶500）； （11）采区巷道断面图（比例：1∶50或1∶20）； （12）采区巷道交岔点图（比例：1∶50或1∶100）； （13）采区硐室布置图（比例：1∶200）。

前9张图属方案设计附图，后4张图是施工图。具体设计时应根据情 况适当增删

二、采区设计的依据、程序和步骤 （一）采区设计的依据 1. 已批准的采区地质报告 2. 批准的采区设计任务书

3. 国家有关煤炭工业技术、规程和规范等 （二）采区设计的程序

 采区设计通常分为两个阶段进行，即确定采区主要技术 特征的采区方案设计和根据批准的方案设计而进行的采区单 位工程施工图设计。

（三）采区设计的步骤

（1）认真学习有关煤矿生产、建设的法规，收集有关 地质和开采技术资料，掌握上级管理部门对采区设计 的具体规定。

（2）明确设计任务，掌握设计依据。 （3）深入现场，调查研究。 （4）研究方案，编制设计。 （5）审批方案设计。 （6）进行施工图设计。 三、采区设计方法 （一）方案比较法 （二）其他设计方法 1. 统计分析法 2. 标准定额法 3. 数学分析法 4. 经济数学规划法 模块Ⅱ 采区巷道方案设计

课题五 采区准备方式和参数确定

课题六 缓、倾斜煤层采区巷道方案设计

课题七 盘、带区巷道布置设计 课题五 采区准备方式和参数确定 任务一 采煤方法选择

任务二 采区准备方式的选择 任务三 采区参数的确定 任务一 采煤方法选择

一、采煤方法基本概念 二、采煤方法分类 三、采煤方法选择

四、采煤方法发展方向 一、基本概念

1、采场：是指在采区内，用来直接大量开采煤炭资源的场所。 2、采煤工作面：是指在采场内进行采煤的煤层暴露面，又称 煤壁。在实际工作中，采煤工作面就是指采煤作业场地， 与采场是同义语。

3、采煤工作：是指在采场内，为了开采煤炭资源所进行的一 系列工作。

4、采煤工艺：是指在一定时间内，按照一定的顺序完成采煤 工作各项工序的过程。

5、采煤系统：是指采区内的巷道系统以及为了正常生产而 建立的采区内用于运输、通风、等目的的生产系统。 6、采煤方法：是指采煤系统与采煤工艺的综合及其在时间、

空间上的相互配合。不同采煤工艺与采区内相关巷道布置的组合，构成了不同的采煤方法。

二、采煤方法的分类 （一）壁式体系采煤法

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。 采煤工作面长度较长，一般在80—250m。 采煤工作面可分别采用把爆破、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，用自移式液压支架或单体液压支柱与铰接顶梁组成的单体支架支护工作面空间，用全部跨落法或充填法处理采空区。

随着采煤工作面前进，顶板暴露面积增大，矿山压力显现较为强烈。

1、按煤层倾角分

①近水平煤层采煤法 ②缓倾斜煤层采煤法 ③倾斜煤层采煤法 ④急倾斜煤层采煤法

根据开采技术特点，煤层按倾角分为：

近水平煤层 <8°～100

缓倾斜煤层 8°（100） ~ 25° 倾 斜 煤 层 25° ~ 45°

急倾斜煤层 > 45°

2、按煤层厚度分

① 薄及中厚煤层采煤法

② 厚煤层采煤法：整层开采（放顶煤）

分层开采（倾斜、水平、斜切分层） 根据开采技术特点，煤层按厚度分为：

薄 煤 层 最小可采厚度<1.3m 中厚煤层 1.3m~ 3.5m 厚 煤 层 >3.5m

3、按采煤工艺方式分 ① 爆破采煤法

② 普通机械化采煤法 ③ 综合机械化采煤法 4、按采空区处理方法分 ① 垮落采煤法

② 刀柱（煤柱支撑）法 ③ 充填采煤法

5、按采煤工作面推进方向分 ① 走向长壁采煤法

② 倾斜长壁采煤法（俯斜，仰斜）

（二）柱式体系采煤法 ① 房式采煤法 ② 房柱式采煤法 特点：

煤房比较窄 57m 采掘合一

煤柱支撑顶板

三、采煤方法的选择

（一）选择采煤方法的原则

根据煤层赋存条件、矿井开采技术水平等因素，选用技术 选进、经济合理、安全生产条件好、资源回收率高的采煤方法。 选择采煤方法必需满足安全、经济、煤炭采出率高的基本 原则，努力实现高产高效安全生产。选择采煤方法应当遵循的 三个基本原则，是密切联系又相互制约的，在选择时应当综合 考虑。

（二）影响采煤方法选择的因素 1、地质因素

1）煤层倾角：2）煤层厚度：

3）煤层特征及顶底板稳定性：

4）煤层地质构造：5）煤层含水性：

6）煤层瓦斯含量：7）煤层自然发火倾向： 2、技术发展及装备水平 3、矿井管理水平 4、矿井经济效益 四、采煤方法发展方向

1、改进采煤工艺，因地制宜地发展先进的机械化采煤技术 2、扩大走向长壁采煤法和倾斜长壁采煤法的应用范围 3、缓、倾斜厚煤层推行倾斜分层下行跨落法和放顶煤采法 4、大力推广无煤柱护巷技术

5、急斜煤层开采要进一步探索采煤机械化的发展途径 6、柱式体系采煤法应用范围将不断扩大 7.、采煤方法是一个发展着的系统工程 任务二 采区准备方式的选择 相关知识

一、采区准备方式的分类

二、选择采区准备方式应遵循的原则 三、准备方式的发展方向 一、准备方式的分类

采区（或盘区）的准备巷道布置方式称为采区 （或盘区）准备方式。采（盘）区准备方式的种类 很多，按照采区（或盘区）开采方式、上（下）山 位置和煤层间的联系方式，对采区（或盘区）准备 方式作如下分类。

（一）按开采方式分为上（下）山采（盘）区准备

在煤层倾角小于160的情况下，可利用水平大巷分别开采 上山采区和下山采区。上山采区是指位于开采水平标高以上的 采区。下山采区是指位于开采水平标高以下的采区，。

在煤层倾角大于160时，下山采区在采煤、掘进、运输、 通风、排水等方面就有一定的困难。因此，一个开采水平往往 只开采上山采区。

（二）按上、下山的布置位置分单、双翼和跨多上、下山采区 1、双翼采区

特点：采区上（下）山布置在采区走向的，采区上（下）山的两翼分

别布置采煤工作面进行开采。与 单翼采区相比较，双翼采区相对减 少了采区上（下）山、车场、硐室等巷道的掘进工程量，减少了采 区运输等设备数量，采区生产能力大，生产比较集中。

2、单翼采区

特点：将采区上（下）山布置在采区一侧的边界，形成单翼开采。上（下） 山布置在采区靠近井田边界一侧的，为前上（下）山单翼采区；上

（下）山布置在采区靠近井筒一侧的，为后上（下）山单翼采区。前 上（下）山开采时，煤炭运输有折返现象，增加了运输工作量，但 采区商（下）山是在未采动的煤体中，上（下）山维护条件好。

3、跨多上（下）山采区

特点：沿煤层走向每隔一段距离（一台带式输送机长度），在煤层底板

岩层中布置一组上（下）山，采煤工作面跨几组上（下）山连续 推进，相当于由多个单翼采区组成的大采区的准备方式，减少了 工作面搬迁次数。一般应用于地质构造简单的综采或综放工艺条 件。

三、按煤层群开采时的联系方式，分为单层和联合准备 二、选择准备方式应遵循的原则

（1）有利于合理集中生产，保证采（盘）区有合理的生产能 力和增产潜力；

（2）安全生产条件好，符合《煤矿安全规程》的有关规定； （3）保证有完整的生产系统，有利于充分发挥机电设备的效 能，为采用新技术、发展综合机械化和自动化创造条件 （4）力求技术先进、经济合理，尽量简化巷道系统，减少巷 道掘进和维护工作量，减少设备占用率和生产成本费 用，便于采（盘）区和工作面的正常接替； （5）煤炭损失少，有利于提高资源采出率。 三、准备方式的发展方向 1. 准备方式多样化 2. 采区大型化

3. 单层化和全煤巷化 知识链接

采煤工作面矿山压力基本规律 一、矿山压力基本概念 （一）矿山压力的概念

由于井下采掘工作破坏了岩体中原岩应力平衡状态，引起应力重新分 布，我们把存在于采掘空间周围岩体内和作用在支护物上的力称为矿山压 力。

（二）矿山压力的来源

采动前，原始岩体中已经存在的应力是矿山压力产生的根源。井下深 部原岩处于复杂的受力状态。承受着上覆岩层重量引起的自重应力，地质 构造引起的构造应力，遇水膨胀和温度变化引起的应力等。

1、自重应力

第一种假说：把岩石视为均质各向同性的弹性体

σ1=γH σ2=σ3=λσ1 λ＝ μ /(1-μ ) Ʈ max＝(σ1-σ2)/2 式中 μ —单元体岩层的泊松比； λ—侧压系数。

第二种假说：随着开采深度的增加或由于岩性等 方面原因，使得μ=0.5时，即 σ1= σ2=σ3= λH

形成所谓的静水压力状态，即岩体深部的原岩垂直 应力与其上覆岩层重量成正比，侧向应力大致与垂 直应力相等。

2、构造应力

构造应力具有以下特点：

（1）一般情况下地壳运动以水平运动为主，因此构造应力以水平应力为 主；而且以水平压应力为主。

（2）在构造应力场中，主应力的大小和方向可能有很大的变化；两个方 向的水平应力值（ σ2=σ3）通常不相等。 （3）测定表明，水平应力大于垂直应力，即 σHmax ＞ σHmin ＞σV

（4）构造应力在坚硬岩层中出现一般比较普遍。软岩强度低，易变形， 其中储存的变形能随之释放；硬岩则相反。 （三）矿山压力显现 1、矿山压力显现

在矿山压力作用下，围岩和支架所表现出来的力学宏观 现象，称为矿山压力显现。

矿压显现的形式主要有：工作面顶板下沉、支架变与形 折损、顶板破碎或大面积冒落、煤壁片帮、支柱插入底板、 底板鼓起膨胀等。

2、矿山压力控制

把所有人为的调节、改变和利用矿山压力的各种技术措 施。（矿山压力的显现会给井下采掘工作造成不同程度的危 害，为了维护采掘空间，就必须采取各种技术和措施加以控 制。其中包括对采掘空间的支护、对软弱岩体的加固、强制 放顶等，也包括合理利用矿山压力为采煤工作服务。） 二、采煤工作面围岩移动特征 采煤工作面上方的岩层称 顶板，下方的岩层称底板。根 据顶板岩层和煤层的相对位置、 及其垮落的难易程度，把采煤 工作面顶板分为伪顶、直接顶 和基本顶。

（一）直接顶的初次跨落

采煤工作面自开切眼推进一段距离后，直接顶悬露达到一定跨度， 就要对采空区顶板进行初次放顶，使直接顶跨落下来，这一过程称作直接 顶的初次跨落。直接顶初次跨落的跨距称为初次跨落步距。

初次跨落步距的大小取决于直接顶岩层的强度、分层厚度和直接顶 内节理裂隙的发育程度等，一般为6～12m。由于岩层破碎后体积将产生 碎胀，直接顶跨落后堆积高度要大于原来的厚度。

若跨落岩层原来的体积为V，破碎后的体积位V` ，则两者之比值称 为碎胀系数，以KP表示，即

KP =V`/V

岩石随胀后，在其上部岩层压力作用下，逐渐压实，使碎胀系数变 小，岩块压实后的体积与破碎前原始体积之比称为残余碎胀系数以KP`表 示。

若直接顶岩层的总厚度为∑h，则它冒落后堆积的高度为Kp∑h。它与基本 顶之间可能留下的空隙△：

△= ∑h+m－ Kp∑h=m－ ∑h(Kp －1)

当m= ∑h(Kp －1)时，则△=0，即冒落得直接顶充满采空区。若不计基本顶 下沉，形成充满采空区所需直接顶的厚度为： ∑h=m/(Kp －1)

减小直接顶跨落后岩堆与基本顶之间的空隙△，有利于控制基本顶的活动。 （二）基本顶的初次跨落

1、基本顶初次跨落前的岩层结构

若△＞0时，随直接顶初次跨落，采煤工作面不断推进，基 本顶在一定范围内呈悬露状态，此时可将基本顶视为一边由采煤工作 面煤壁支撑，另外三边由煤柱支撑的一个“板”的结构。但是由于基本 顶在采煤工作面方向上的长度远大于沿工作面推进方向的跨距，因此、 可将基本顶视为一端由采煤工作面煤壁支撑，另一端由煤柱支撑的两 端固定的梁的结构。

（2）基本顶初次来压

基本顶由开始破坏直至跨落一般要持续一定时间，上方有时在基本 顶跨落前的二三天，即出现顶板断裂的声响等来压预兆。在跨落前的12h 采空区上方可能有隆隆巨响，通常煤壁片帮严重，顶板产生裂缝或掉渣， 顶板下沉量和下沉速度明显增加，支架载荷迅速增高，这种现象称为基 本顶的初次来压。

基本顶初次来压时，其最大悬露跨度L初称为基本顶初次跨落步距。 其值得大小取决于基本顶的强度、厚度、岩性等因素。 （三）基本顶的周期来压 1、基本顶周期来压前状态

基本顶初次跨落后，随着采煤工作 面继续推进，工作面上方的基本顶岩层 由两端固定梁状态转变为悬臂梁状态。 此时上覆岩层的重量将由基本顶的悬臂 直接传递给煤壁，部分上覆岩层及已跨 断的基本顶重量，将直接作用在已跨落

得矸石上，采煤工作面空间处于基本顶 悬臂的保护之下。

2、基本顶周期来压及矿压显现特征 （1）基本顶周期来压

当采煤工作面继续推进，基本顶悬臂跨度达到极限跨度时，基本顶 在其自重及上覆岩层载荷的作用下，将沿工作面煤壁甚至煤壁之内发生 折断和跨落。随着采煤工作面的推进，基本顶这种“稳定—失稳—再稳定” 现象，将周而复始的出现，使采煤工作面矿山压力周期性明显增大。这 种基本顶的周期性破断失稳对工作面产生的周期性的来压显现，称为基 本顶的周期来压。

（2）矿压显现特征

基本顶周期来压的主要表现形式：顶板下沉速度急剧增 大，顶板下沉量变大，支柱所受载荷普遍增加，有时还可能 引起煤壁片帮、支柱折损、顶板发生台阶下沉等现象。

基本顶两次周期来压的间隔时间称为来压周期。在来压 周期内采煤工作面推进的距离称为周期来压步距，用L周表示。

（四）工作面上覆岩层移动规律

在长壁开采全部跨落法管理顶板的采煤工作面，随着工作面不断推 进，上覆岩层发生位移或破坏，岩层移动概貌如下图。根据岩层移动特 征，可将煤层的上覆岩层分为冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。

1、冒落带

当采煤工作面移架或回柱放顶后，冒落带岩层自下而 上依次跨落。一般在冒落带下部因岩块跨落时自由度比较大， 排列极不整齐；而上部岩块由于自由度比较小，块度较大， 排列较规则。多数情况下，冒落带是由直接顶跨落后形成的。 冒落带的高度∑h，可由公式∑h=hm/(Kp-1)来估算，当

Kp=1.5时，则∑h=2hm，即冒落带高度为采高的2倍。一般 认为开采后冒落带的高度为采高的2～4倍。

2、裂隙带

裂隙带位于冒落带之上，随冒落带岩石的跨落和逐渐压 实，裂隙带岩层出现弯曲下沉，离层和断裂为排列整齐的岩 块。裂隙带的范围，随冒落带上覆岩层的性质、开采高度变 化而变化。 3、弯曲下沉带

裂隙带上方直至地表的岩层为弯曲下沉带，这部分岩层 不产生裂缝或仅产生极微小的裂缝，并在采空区上方的地表 形成一个比开采范围大的沉降区。 三、采煤工作面四周支承压力显现规律 （一）采煤工作面四周支承压力显现规律

采煤工作面四周支承压力是指采煤工作面前后方、两侧煤柱或采空 区大于原岩应力的矿山压力。支承压力的显现特征可用支承压力分布范 围、峰值的位置及应力集中系数表示。支承压力分布范围是指沿指定截 面（通常是指沿垂直或平行于煤壁的截面）支承压力连续分布的长度； 支承压力峰值的位置是指支承压力的最大值所在的位置范围；应力集中 系数是指支承压力峰值与原岩应力的比值大小。 1、采煤工作面前后方支承压力分布

由于煤壁处为自由面，抗压强度小， 煤壁附近煤层产生压缩变形，支承压力峰 值KγH随工作面推进向煤壁深处转移。 侧向应力从煤壁自由面向煤壁深处逐 渐增加，煤体由单向受力状态逐步过渡到 三向受力状态，其抗压强度逐渐增加。当 工作面不推进时，垂直应力的峰值KγH便 较稳定地处于煤壁深处，侧向应力也将增 至KγH后逐渐稳定。

采煤工作面前后方支承压力分布

由于煤壁处为自由面，抗压强度小，煤壁附近煤层产生压缩变形，支承压力峰值KγH随工作面推进向煤壁深处转移。

采煤工作面前后方支承压力分布特点

（1）采煤工作面前方煤壁一端支承着工作面上方裂隙带及其上覆岩层的大部分 重量，即工作面前方支承压力远比工 作面后方大。

（2）由于采煤工作面的推进，煤壁和采空区冒落带是向前移动的，因此工作面 前后方支承压力是移动支承压力。

（3）由于裂缝带形成了以煤壁和采空区冒落带为前后支承点的半拱式平衡，所 以采煤工作面处于应力降低区。 2、采煤工作面两侧支承压力分布

采煤工作面两侧的支承压力是指工作面两侧煤柱或煤体上的支承压 力。对采煤工作面两侧支承压力分布规律的掌握，为采煤工作面区段平 巷护巷煤柱尺寸的确定、沿空留巷和沿空送巷位置及时间的选择具有指 导意义。

随着采煤工作面推进，除工作面前后方产生支承压力外，工作面两 侧的煤柱或煤体也将出现支承压力区。在采动影响范围内，工作面两侧 支承压力的显现比较明显。在工作面前方采动影响范围之外和采空区顶 板岩层冒落带稳定之后趋于固定值，因此也称为“固定支承压力”。

采煤工作面两侧支承压力研究结论

（1）采煤工作面两侧的支承压力剧烈影响区并不在煤体边缘，而是位于

煤体边缘有一定距离的地带。长期以来采 用8～25m煤柱护巷，使 巷道恰好处于支承压力的高峰区内，这是使用煤柱护巷仍难以维护 的根本原因。

（2）采煤工作面两侧煤体边缘处于应力降低区，支承压力低于原岩应 力。而且工作面推过一定时间后仍能长期保持稳定，如果把巷道 布置在这个应力降低区内，可以使巷道容易维护，这是目前广泛 推广无煤柱护巷的理论依据。

（3）采煤工作面两侧支承压力从形成到向煤体深部转移要经过一段时 间过程，所以要使沿空掘巷保持稳定，必须从时间上避开未稳定 的支承压力作用期，应使沿空掘巷相对于上区段采煤工作面由一 个合理的滞时间。（一般在3个月到1年） （二）支承压力在底板中的传递

采煤工作面采动后，在工作面四周形成的支承压力将向 煤层底板进行传递，尤其采煤工作面两侧支承压力的传递， 对下部煤层开采巷道布置产生重要影响。

若煤柱上方为均布载荷，底板为处于弹性变形阶段的均质岩层，可 将承受压力的煤柱视为压模，把支承传递给底板。在垂直方向与煤柱不 同距离的水平截面上的压应力，将按下图分布。从图中可知：底板内各 点的应力大小与施力点的距离成反比，随底板岩层与煤之间的垂直距离 增加迅速降低，应力以中心为最大。向煤柱外侧呈一定角度扩展，在边 缘处迅速减小。

如果把底板中垂直应力相同的各点连成曲线，即构成“等压线”，如图 所示。曲线4、5以内的底板岩层为增压区，距煤柱越近，压力越大；曲 线4、5以外的底板岩层为不受煤柱上方支承压力影响区域；曲线6以内是 低于原岩应力的降压区。

底板岩层内压应力的大小与煤柱上方的支承压力成正比， 即与煤层的厚度、倾角、埋藏深度、顶板岩性、煤层的采动 情况和煤柱的宽度密切相关。若煤柱两侧都以采动，形成支 承压力叠加，则在煤柱上引起的支承压力要大于单侧采动时， 其在底板中传递的深度和应力大小也将比单侧采动时大。随 煤柱尺寸宽度减小，支承压力在底板中的传递深度和应力都 应显著增大。

底板岩性对上部煤柱支承压力在底板中的传递范围有很 大影响。坚硬的底板岩层可使传递的应力迅速分散而减弱， 但应力向煤柱外侧的扩展角增大，影响广度范围增加。相反， 松软岩层的底板，支承压力传递的深度比在坚硬底板岩层内 要大，相对比较集中，影响广度范围要小。

在实际工作中，为了使底板中布置的巷道避开应力增高 区，通常采用同时控制两个因素的方法。

（1）巷道与煤层底板的垂直距离不小于一定数值h。

h值可由4～6m变化至40m。显然，h值越大，巷道上方煤柱的影 响就越小。一般情况下，巷道距煤层底板的合理垂距h与围岩性质的关 系见表。

（2）巷道布置在煤柱向底板传递力的影响角以外

若将巷道布置在煤柱影响角以内，即使巷道位于较稳定的岩层内， 也要受到应力升高的影响。为此，应将巷道布置在煤柱影响角以外， 如图示。巷道离煤柱边界的水平距离S为

S≥h·sinφ/sin(α+ θ)

式中： α——煤层倾角； θ—— φ的余角， θ=90- φ。

φ角一般在250～550之间通常支承压力越大和煤柱尺寸越小， 越大。

四、采煤工作面顶板分类

由于煤层地质条件的多样性，必须将采煤工作面顶板按 其组成、强度和有关开采技术条件进行分类。科学的分类可 为顶板控制、支架选型、合理确定支护参数以及采空区处理 方法提供依据。目前采用的采煤工作面顶板分类方案，是原 煤炭工业部于1981年颁发的“缓倾斜煤层工作面顶板分类 （试行方案）”。 （一）直接顶分类

方案采用反映顶板稳定性的岩石单向抗压强度Rc,节理 裂隙间距I和分层厚度h综合而成的强度指数D作为分类指标， 并以直接顶初始跨落步距L作为参考指标进行检验，将直接 顶分为四类。

强度指数 D=10Rc C1 C2 式中：Rc—岩石单向抗压强度，MPa； C1—节理裂隙影响系数； C2—分层厚度影响系数。

（二）基本顶分级

基本顶来压强度主要决定于直接顶厚度∑h与采高m的比 值N及基本顶初次来压步距L。根据N和L两个指标，将基本顶 分为四级。

任务三 采区参数的确定 相关知识

一、采区尺寸

二、采煤工作面长度 三、采区煤柱尺寸 四、采区采出率 五、采区生产能力 一、采区尺寸

（一）影响采区尺寸的因素

φ角 确定合理的采区长度，应考虑采区地质条件、开采技术装备条件、 采区生产能力、工作面接替以及经济因素的影响。 1．地质条件

地质构造、煤层及围岩稳定程度、自燃发火、再生顶板行成时间、 煤层倾角等。 2．生产技术条件

区段平巷运输设备、设备搬迁、采区供电等。 3．经济因素

（二）采区尺寸数值

走向长度：使用单体液压支柱的普采工作面采区，其走 向长度一般为1000～1500 m。综采采区宜用单面布置，其走向长度一般不小于1000 m；当双面布置时，一般 不小于2000 m。

倾斜长度：煤层倾角平缓，采用盘区上(下)山布置时， 盘区上山长度一般不超过1500 m，盘区下山长度不宜 超过1000 m；采用盘区石门布置时，盘区斜长可按具 体条件确定。盘区走向长度可按采区走向长度考虑。 三、采煤工作面长度

（一）影响工作面长度的因素 1.煤层赋存条件

煤层厚度、倾角、围岩性质、地质构造等 2.机械设备及技术管理水平

采煤机、输送机、顶板控制、工作面通风等 3. 巷道布置

（二）采煤工作面长度

综采：150～200m； （综采目前有已达300m以上） 普采：120～150m； 炮采：80～150m； 对拉：200 ～300m；（总长度）

神东矿区综采一般为300m左右，最长达到500m。 三、采区煤柱尺寸

煤柱留设应按照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱 留设与压煤开采规程》的相关规定确定。

（1）采区上(下)山间的煤柱宽度(沿走向)：薄及中厚煤层为 20 m；厚煤层为20～25 m。工作面停采线至上(下)山 的煤柱宽度：薄及中厚煤层约为20 m；厚煤层约为 30～40 m。

（2）上下区段平巷之间的煤柱宽度：薄及中厚煤层约为8～ 15 m；厚煤层约为30 m。

（3）运输大巷—侧煤柱宽度：薄及中厚煤层约为20～30 m；厚煤层约为25～50 m。

（4）回风大巷一侧煤柱宽度：薄及中厚煤层约为20 m；厚 煤层约为20～30 m。

（5）采区边界两个采区之间的煤柱宽度为10 m。

（6）断层一侧煤柱宽度根据断层落差及含水等具体情况而

定：落差大且含水时留30～50 m；落差较大留10～15 m；采区内落差小的断层通常不留煤柱。

应当指出：大巷布置在较坚硬的岩层中，或大巷距煤层 垂距在20 m以上时，一般不受采动影响，其上方可不留护 巷煤柱。

四、采区采出率

提高采出率途径：减小煤柱损失；尽量回收煤柱；合理加大采区 尺寸；减少工作面损失。

工作面落煤损失，主要包括未采出的工作面顶板余煤或煤皮，以 及遗留在底板上的浮煤和运输过程中泼洒出的煤。工作面采出率可用 下式表示：

五、采区生产能力

采区生产能力是采区内同时生产的采煤工作面和掘进工作面出煤量 的总和。

（一）采区生产能力的影响因素

（1）地质因素。可采煤层数目、厚度、倾角、层间距、煤层结构、顶 底板岩石性质、煤层坚硬程度和地质构造等是主要因素。瓦斯等 级、煤层自然发火和水文情况也有程度不同的影响。 （2）采煤、掘进、运输的机械化程度和通风、供电能力。

（3）采区储量。采区的生产能力要与采区储量相适应，使采区具有相 应的服务年限。 （4）采区产量的稳定性。

（二）确定采区生产能力的方法

式中 AB——采区生产能力，万t／a；

Aoi——第i个采煤工作面产量，万t／a； n——同时生产的采煤工作面个数； kl——采区掘进出煤系数，取1.1；

k2——作面之间出煤影响系数，n = 2时取0.95，n = 3时取0.9。 确定采区生产能力主要是确定一个采煤工作面产量和同时生产的工 作面个数。

1．一个采煤工作面产量

式中 L——采煤工作面长度，m； υ——工作面推进度，m／a；

m——煤层厚度或采高，m； γ——煤的体积密度，t／m3； C0——采煤工作面采出率。

采煤工作面的设计能力一般应选取如下数值：综采工作面，采高在 2 m及其以上的为50～80万t／a，1.1～2 m的为30～50万t／a；配备有 单体液压支柱的普采工作面产量为20～30万t／a；炮采工作面能力为 10～20万t／a。

2．采区内同时生产的工作面数目

采区内同时生产的工作面数目应根据煤层赋存条件、采区主要巷 道的运输能力、开采程序、采掘机械化程度、管理水平和采掘关系等 因素综合考虑确定。同时生产工作面过多，则管理复杂，接续紧张。 为保持采区合理的开采强度，每个双翼采区内同采的工作面数目 一般为1～2个。

在一个采区内安排两个综采工作面容易互相影响，可布置一个综 采工作面再布置一个普采或炮采工作面。

3、采区生产能力验算

（1）采区运输能力：采区的运输能力应大于采区生产能力，其中主 要是运煤设备的生产能力要与采区生产能力相适应。

式中：An — 小时设备能力，t / h；

k — 产量不均衡系数，K=1.2  1.3; T — 日出煤时间，h； 0 — 运输设备正常工作系数，0 = 0.7  0.9。

（2）采区通风能力：采区的生产能力应和通风能力相适应。根

据矿井瓦斯等级、进回风巷道数目、断面和允许的最大风速，验 算通风允许的最大采区生产能力如下：

式中 υ——巷道内允许的最大风速，m／s； S——巷道净断面积，m2；

C ——生产1 t煤需要的风量，m3／(min·t)； C1——风量备用系数。

（3）采区正常接替和稳产的需要

式中 Z——采区可采储量，t；

Tn——新采区准备时间，a。

（4）采区车场通过能力 ：一般不受 （5）备用采面

采区生产能力:一般综采：80 100万吨/年

大功率综采：200 300万吨/年 普采：45 60万吨/年 炮采：30  45万吨/年 综采 — 只备采面，不备设备、人员； 普采 — 备采面，不备人员，备设备。 本课题结束

课题六 缓、倾斜煤层采区巷道方案设计 任务一 单一薄及中厚煤层采区巷道方案设计 任务二 厚煤层采区巷道方案设计

任务三 近距离煤层群采区巷道布置设计 任务四 采区车场形式选择

任务一 单一薄及中厚煤层采区巷道方案设计 单一煤层走向长壁采煤法采区巷道布置 该采区开采一层中厚煤层，煤层埋藏稳定，顶底板岩层稳定，地质构造简单，瓦斯涌出量小。采区走向长度2000 m，倾斜长度600 m，采区沿倾斜划分为3个区段，工作面的采煤工艺为综合机械化采煤。

由于运输大巷和回风大巷布置在煤层底板岩层中，因此，在采区下部和上部分别掘出采区运输石门和采区回风石门进入到该煤层。采区石门是位于采区走向长度的，分别与运输大巷和回风大巷相垂直的水平岩石巷道。 一、采区巷道布置

二、采煤生产系统 （一）运煤系统 （二）运料排矸系统 （三）通风系统

1、采煤工作面通风 2、掘进工作面通风 （四）动力供给系统 （五）供水系统

（四）动力供应系统

采区石门1→行人斜巷 →运输上山5 →采区变 电所13 →运输上山5 →区段运输平巷9 →采

煤工作面

一、采区上（下）山坡度 （一）运输上（下）山

1、坡度小于150的上（下）山，可铺设带式输送机或刮板 输送机运煤；

2、15～250的上（下）山，可铺设刮板输送机运煤； 3、坡度超过250的上山，采用搪瓷或铸铁溜槽溜煤； 4、坡度超过30～350为自溜上山。

2. 轨道上（下）山

采用串车提升时，要求上山坡度应小于250； 采用循环绞车时，要求上山坡度不超过100。

当煤层倾角小于250时，轨道上山坡度应与煤层倾角一 致；当煤层倾角大于250时，应将上山坡度控制在250以下。 当上山坡度在6~250之间，采用单滚筒绞车辅助提升。 二、区段参数

三、区段平巷的坡度和方向

2、折线—弧线布置

四、区段平巷的布置方式

2、平巷的单巷布置 单巷布置是指一条区段平巷单独掘进成巷的布置方式。 五、区段无煤柱护巷 1、沿空留巷

1）巷旁支护方法主要考虑的问题：

（1）巷道支架要有足够的支护强度和适当的可缩量； （2）采煤工作面与巷道联接的端头处要加强支护； （3）巷道靠近采空区一侧采取适宜的支护方法。

2）使用条件：厚度在2~3m以下的煤层，煤层顶板为易冒落或中等冒 落，底板不发生严重底鼓的条件下。

沿空留巷

沿 空 掘 巷

六、采煤工作面的布置形式 七、采煤工作面回采顺序

任务二 厚煤层采区巷道方案设计

缓倾斜、倾斜厚煤层采煤法常采用倾斜分层和放顶煤

开采两种方法。

对于倾斜分层开采，各分层开采顺序有下行式和上行 式两种。下行式一般采用全部垮落法来处理采空区顶板， 上行式则采用充填法处理采空区。

同一区段内上下分层的开采方式，有分层分采和分层 同采两种。分层分采是在采完上分层后，工作面搬迁到另 一区段采煤，经过一段时间待顶板垮落基本稳定后，再在 上分层采空区之下掘进下分层平巷然后进行回采的方式。 分层同采是在同一区段内上下分层之间保持一定错距的条 件下同时进行采煤的方式。

对于放顶煤开采，根据厚煤层的赋存条件不同，主要 分为三种类型（如下图所示）。 （1）一次采全厚放顶煤开采。 （2）预采顶分层网下放顶煤开采。 （3）倾斜分层放顶煤开采。

厚煤层倾斜分层分层同采采区巷道布置 一、采区巷道布置

该采区将厚煤层分成3个分层，采区沿倾斜划分为3～ 5个区段。在煤层底板岩层中布置采区运输上山和轨道上 山。由于上下分层同采，需在每一个区段布置为各分层共 用的区段运输集中平巷和区段轨道集中平巷，并通过联络 石门、联络斜巷及溜煤眼与各分层平巷联系。各分层平巷 通过最近的溜煤眼、联络巷超前于采煤工作面一定距离保 持随采随掘，其超前距离要求始终有两个溜煤眼与分层平 巷相通。

1—运输大巷； 2—回风大巷； 3—采区下部车场； 4—运输上山； 5—轨道上山； 6—采区上部车场； 7—甩车场；

8—下区段回风石门； 9—区段轨道集中平 巷； 10—区段运输集中平巷； 11—联络巷； 12—溜煤眼； 13—回风石门；

14—上分层运输平 巷； 15—上分层回风平巷； 16—采区变电所； 17—绞车房；

18—区段溜煤眼； 19—采区煤仓；

20—中分层运输平巷； 21—中分层回风平巷； 22—行人联络巷

一、倾斜分层分层同采采区巷道布置分析 （一）采煤方法主要参数

厚煤层倾斜分层厚度：普采、炮采分层厚度一般为2 m左右，最大不超过2.4 m，综采一般为3 m左右，最大不超过3～5 m。 工作面长度：由于采用分层平巷内错式布置方式的比较多，使得同区段下分层工作面长度往往小于上分层。

分层同采上下分层工作面之间的错距：错距的大小主要取决于上分层采后顶板垮落及其稳定情况。为减小下分层工作面承受的支承压力，保证安全生产，下分层工作面必须处在上分层采空区冒落稳定区域。通常下分层采煤工作面滞后时间不少于4个月。 上、下层采面超前关系

（二）采区上（下）山的布置

一般将采区上（下）山布置在距煤层底板以下10～15 m的岩层中。只有当煤层厚度不大，采深较浅，顶板和底 板岩层稳定，煤质较硬，煤层自然发火危险小，或者是在 煤层底板之下有一层含水量较大的岩层，或煤层底板为厚 度较大的松软岩层，布置岩巷有困难的情况下，才考虑将 上（下）山布置在煤层中。

（三）区段集中平巷的布置

1. 区段运输集中平巷的布置

区段运输集中平巷中一般铺设带式输送机，集中运输本区段内各分层采煤工作面的煤炭。在采完上区段之后，应及时撤去输送机改铺轨道，作为下区段各分层采煤时的集中轨道（回风）平巷。

区段运输集中平巷一般布置在煤层底板岩层中，所在位置应避开底板岩层中的应力升高区，巷道布置在压力传递影响角φ以外，一般介于25°～55°之间。此外，还应根据围岩性质选择集中平巷与煤层的适宜法线距离，一般为8～12 m，

如果煤层厚度不大，采区走向短，分层层数较少时，为了减少岩石掘进工程量，运输集中平巷可以布置在煤层中。但要加强巷道的支护和维护工作，注意防止煤层自燃。

2. 区段轨道集中平巷的布置

开采缓斜、倾斜厚煤层时，区段轨道集中平巷一般尽量沿煤层顶板布置。轨道集中平巷布置在煤层中，可减少岩石工程量，掘进施工容易，超前于岩石集中平巷掘进还可以探明煤层走向变化情况，有利于岩石集中平巷的定向取直，此外还有利于采掘工作面的通风。但煤层集中平巷在开采期间要多次受到分层工作面的采动影响，巷道维护工程量大，需加大巷道两侧

的煤柱尺寸。

（四）区段分层平巷的布置

厚煤层倾斜分层开采时，各区段分层平巷的相互位置 对于巷道的使用和维护状况影响较大。根据煤层倾角的大 小和分层层数，各分层平巷的相互位置主要有以下三种基 本布置形式。 1.水平式布置 2. 倾斜式布置 3. 垂直式布置

1、水平式布置（图）

优点：各分层之间用水平巷道联系，各分层工作面长度基本一

致，可避免出现下行风，材料运输、行人和通风比较方 便，分层运输平巷处于上分层采空区之下，所受压力 小，易于维护。

缺点：分层回风平巷正好处于区段煤柱之下，受到固定支承压

力的作用，维护比较困难，在煤层倾角较小的情况下， 各分层之间用水平巷道联系，掘进巷道长度大，工程量 大，区段煤柱较大。

适用：一般适用于倾角大于20～25度的煤层。

2、倾斜式布置

（1）倾斜内错式：使下分层工作面运输和回风平巷置于上分 层平巷的内侧，处于上分层采空区下方，形成正梯形区 段煤柱。各分层平巷内错半个到一个巷道宽。（图） 这种布置方式可使下分层回风平巷处于应力降低区，容 易维护，并且沿假顶掘进易于掌握巷道方向。但是当分 层数较多时，越往下煤柱越大，而且各分层工作面运输 和回风平巷要用斜巷联系，掘进、行人均不方便。单纯 采用这种方式较少。一般是在缓斜厚煤层中，各分层工 作面回风平巷采用水平式，而运输平巷采用内错式布置。

（2）倾斜外错式：是将下分层平巷布置在上分层 平巷的外侧，处于上分层煤柱下面，形成倒 梯形煤柱。（图）

这种布置方式的下分层巷道处于固定支承压 力区内，维护困难，在下分层工作面的上、 下出口没有人工假顶，给采煤 和支护工作带 来困难。较少采用。

3、垂直式布置

各分层平巷沿垂直方向呈重叠式布置，区段煤柱呈 平行四边形。（图）

这种布置方式在煤层倾角小于8～10度，特别是在 近水平厚煤层条件下，可减小区段煤柱尺寸，分层平巷 受支承压力的影响较小，易于维护。同时，下分层平巷 沿上分层平巷铺设的假顶下掘进，容易掌握方向。但对 上分层平巷的假顶铺设质量要求严格，否则造成下分层 平巷不好掘进和维护。

（五）分层平巷和区段集中平巷之间的联系方式

主要根据煤层倾角、层间距离、分层平巷布置形式以 及联络巷的用途和运输方式、掘进工程量大小、采区巷道 布置的合理性等因素来确定。一般有石门、斜巷和立眼三 种方式。 1、石门

优点：掘进施工、运料和行人比较方便。

缺点：当煤层倾角不大时，石门长度较大，掘进工程量大， 而且石门用作运煤时不能实现煤炭重力运输。 适用：分层平巷为水平式布置时，煤层倾角大于15～20度。

石门联系方式

2、斜巷

优点：联络巷道工程量少，煤炭可以自溜下送，占用设备少。 缺点：掘进施工比较困难，辅助运输和行人不便。为了便

于排矸、运送材料设备和行人，斜巷坡度一般选用 25 ～30，溜煤眼坡度为35左右。 适用：倾角小于15～ 20的缓斜厚煤层。

3、立眼

优点：煤炭可自溜，煤柱损失少。

缺点：施工困难，为解决辅助运输和行人， 还要开掘斜巷。 适用：近水平厚煤层，分层平巷采用垂直式布置。

（六）区段平巷的无煤柱护巷

由于分层平巷要经常受上、下区段分层工作面的多 次采动影响，加上分层平巷位于厚煤层中，维护十分困 难，采用沿空留巷的方法技术复杂，对支护材料要求高， 维护为费用高。因此，厚煤层无煤柱护巷通常采用沿空 掘巷的方法，即沿着上区段采空区边缘掘进下区段的分 层平巷。

二、倾斜分层分层分采采区巷道布置分析 分层分采的采区巷道布置，没有共用的区段集中平巷，每一分层的区段平巷都是单独准备的。

分层平巷不是利用集中平巷随采煤工作面推进超前掘进的，而是当上分层采完后采空区垮落基本稳定之后，才在第二分层层位沿着上分层铺设好的假顶（或再生顶板）下掘出第二分层的区段平巷。厚煤层各分层采用联合开采的方式，其上（下）山一般布置在煤层底板岩层中，上（下）山通过采区车场及石门、斜巷或立眼与各分层平巷联系。

分层分采的优点：采区巷道布置简单，取消了岩石区段集中平巷及联络巷等岩石巷道，工程量少，有利于减少掘进率和加快掘进速度，缩短采区和区段的准备时间。由于上、下分层工作面采煤间隔时间较长，有利于形成再生顶板，有利于下分层巷道的掘进和维护。厚煤层分层分采，其各个分层的采煤和掘进工作面都具有通风系统，通风系统简单，有利于通风管理，采掘相互干扰小，运输环节少。

分层分采在工作面单产较低的情况下，存在以下缺点： 不能实现同一区段内上下分层同采，开采强度低。

为了在上分层顶板垮落稳定的采空区下掘进下分层巷道，同一区段内下分层工作面不能及时接替上分层工作面。尤其是当采区内有两个以上工作面采煤时，相邻区段之间难以及时接替，必须采用两翼倒替或区段间隔“跳采”才能保证工作面的正常接替，因而造成采掘工作分散，生产不集中，采掘设备搬迁距离远等问题。

由于上下分层采煤间隔时间长，容易造成人工顶板材料腐朽，不利于下分层的掘进和采煤。如果煤层自然发火期短，则增加了煤炭自燃的危险。

沿煤层走向开掘的分层平巷，必须一次性掘出巷道全长，巷道维护长度大，维护时间长，维护费用高。

三、放顶煤采煤法采区巷道布置分析 厚煤层放顶煤采煤法采区上（下）山均布置在煤层底板岩层中，根据煤层倾角的大小，上（下）山通过采区车场，利用石门或斜巷或立眼与各区段平巷联系。预采顶分层网下放顶煤开采和倾斜分层放顶煤开采的采区巷道布置与厚煤层倾斜分层分层分采采煤法采取巷道布置基本相同。

厚煤层放顶煤采煤法回采工作面巷道布置与普通回采工作面巷道差别不大。若顶煤中瓦斯含量较高，可沿工作面顶板布置一条瓦斯排放巷，采用一进二回的E形巷道布置；当顶煤的硬度较大时，顶煤不易放出，可沿厚煤层的顶板布置工艺巷。

综放工作面回采巷道布置及生产系统

1—采区运输上山；2—煤层回风上山；3—运输平巷；4—回风平巷； 5—瓦斯排放巷；6—开切巷；7—联络斜巷；8—工作面煤仓；9—风门

（二）工作面长度及推进长度

1.工作面长度：合理确定放顶煤工作面的长度，应主要考虑顶煤的破碎、顶煤的放出、放顶煤工作面的回收率及机电设备的事故率和煤的自然发火等因素。 放顶煤工作面的支承压力和顶板的运动是顶煤破碎的主要力源，由放顶煤工作面长度对支承压力分布和矿压显现特征的影响分析可知，工作面长度不得小于80 m，工作面长度过短，不利于顶煤的破碎，但工作面长度大于200 m以后，支承压力对顶煤的破碎趋于缓和。 确定放顶煤工作面长度时，应在一个生产班内将放顶煤工序全部完成，则工作面长度的确定可由下式计算：

综上所述，综放工作面长度一般不应小于80 m，目前以130～200 m较为合理，在设备可靠性和技术熟练程度提高的前提下，综放工作面长度可适当增大。 2.工作面推进长度

综采放顶煤工作面连续推进长度的确定，应考虑地质条件、工作面搬迁、工作面初末采的损失、自然发火等因素的影响，因此综采放顶煤工作面的连续推进长度一般不宜小于800～1000 m，兖州矿区综采放顶煤工作面的连续推进长度多在2 000 m左右。

（三）适用条件 优点：

（1）放顶煤工作面单产高。 （2）放顶煤工作面效率高。 （3）放顶煤工作面成本低。 （4）放顶煤开采巷道掘进量小。 （5）放顶煤开采工作面搬家次数少。

（6）放顶煤开采对地质构造、煤层构造、煤层厚度变化 适应性强。

开采技术中的问题：

（1）煤炭采出率低。放顶煤工艺损失、工作面初未采损失、端头过 渡支架不放煤与区段煤巷顶煤损失、护巷煤柱损失等。 （2）放顶煤开采易发火。由于放顶煤开采煤损较多，在回采期间采 空区的碎煤就可能发生自燃。

（3）放顶煤开采煤尘大。煤尘的来源有采煤机割煤、支架放煤及架 间漏煤等。

（4）放顶煤开采瓦斯易积聚。放顶煤开采时产量集中，瓦斯散发面 大，采空区高度大，易于瓦斯积聚，在工作面后方采空区上部 积聚的部分高浓度瓦斯随顶煤的冒落将涌入工作面。 （5）工作面支护困难。工作面设备稳定性以支架为核心。随煤层倾

角增加，支护时要求较大的支护强度克服下滑力。移架时,则以 邻架为稳定基础克服下滑力。

为克服上述问题，部分矿区在大倾角放顶煤工作面采 用了错层位巷道布置系统, 即下区段平巷沿顶板布置, 上区 段平巷沿底板布置，如下图。下区段工作面回风巷道上方 与采空区之间留有2～3m 的煤皮, 以减少向上区段采空区 漏风, 安全系数更高。

适用条件：

（1）煤层厚度。一次采出的煤层厚度以6～8 m为佳。预采顶分层综 采放顶煤开采时，最小厚度为7～8 m。

（2）煤层硬度。放顶煤开采时，煤的普氏系数一般应小于3。若煤层 层理、节理发育，可适当增大。 （3）煤层倾角。

（4）煤层结构。每一夹矸层厚度不宜超过0.5 m，其普氏系数也应小

于3。顶煤中夹矸层厚度占放煤厚度的比例不宜超过10%～15%。 （5）顶板条件。直接顶应具有随顶煤下落的特性，其冒落高度不宜 小于煤层厚度的1.0～1.2倍，基本顶悬露面积不宜过大。 （6）地质构造。地质破坏较严重、构造复杂、断层较多和使用分层 长壁综采较困难的地段、上下山煤柱等。

（7）自然发火、瓦斯及水文地质条件。先要调查清楚，并有相应措 施后才能采用放顶煤开采。 任务三 近距离煤层群采区巷道布置设计 集中上山采区巷道联合布置 一、采区巷道布置

如下图所示，该采区开采两个煤层，上层煤为中厚煤层，下层煤为薄煤层，两层煤之间相距15m，煤层倾角15°,煤层顶底板岩层中等稳定，地质构造简单，瓦斯涌出量较小。采区双翼走向长度1000 m，倾斜长度600 m，划分为三个区段。 由于下层煤顶底板岩层比较稳定，可将采区运输上山和轨道上山布置在下层煤中，两条上山相距20 m左右，上层煤和下层煤之间用区段石门及溜煤眼联系。

1—运输大巷； 2—采区石门； 3—运输上山； 4—轨道上山；

5—上层煤区段运输平巷； 6、6′—上层煤区段回风平巷 7—下层煤区段运输平巷； 8、8 ′—下层煤区段回风平巷 9、9′—区段石门； 10—溜煤眼；

11—采区下部车场； 12—采区煤仓； 13—绞车房； 14—采区变电所； 15—采区风井 二、采区生产系统

（二）通风系统

（三）运料排矸系统

（五）供水系统 （四）供电系统

三、巷道布置的优缺点及适用条件

优点：巷布简单，生产系统简单，工程量较小。

缺点：各煤层的区段平巷需要全长一次掘出，巷道维护时

间长，维护费用高，而且各煤层的区段运输平巷都 要沿巷道全长铺设输送机，占用设备台数多，设备

搬迁频繁，如果煤层走向变化较大，则不利于输送 机的铺设和运行。

适用：适合于煤层层数少，煤层层间距较大的煤层群，且

又多为薄或中厚煤层，或者是在厚煤层分层分采， 由于采煤机械化程度高，工作面单产高，采区内同 时开采的工作面数目只有1～2个的开采技术条件下。 一、单层布置采区巷道分析

对于煤层间距较大的煤层群，可在各个煤层中单独布 置采区，在各层煤的开采上形成的采区生产系统，如 下图所示。单层开采方式的采区巷道布置、生产系统与单 一煤层走向长壁采煤法基本相同。 二、联合布置采区巷道分析

（一）采区上（下）山的数目和位置 采区上（下）山数目确定

需要布置三条上（下）山。

（1）煤层层数多，生产能力大的煤层群联合布置采区；

（2）生产能力较大，瓦斯涌出量也很大的采区，特别是需要有专门排出瓦斯的上（下） （3）生产能力较大，经常出现上下区段同时生产，需要简化通风系统的采区；

（4）集中运输上山和轨道上山均布置在底板岩层中，需要探清煤层赋存情况或为提前掘进其他采区巷道的采区，或需要专用泄水巷道的采区。

2. 采区上（下）山位置的确定 （1）一煤一岩上（下）山

当煤层群最下一层煤层为煤质及顶底板岩石坚硬、地质条件好的薄及中厚煤层时，可将轨道上（下）山布置在该煤层中，运输上（下）山布置在底板岩层中，如下图所示。这种布置可减少一些岩石巷道工程量，适用于产量不大、瓦斯涌出量较小、服务年限不长的采区。

（2）两条煤层上（下）山

当煤层群最下一层煤层为煤质及顶底板岩石坚硬、地质条件好的薄及中厚煤层，或者为厚煤层其底板岩层复杂或不稳定不宜布置巷道时，可将集中上（下）山布置在煤层之中，如下图所示。这种布置方式掘进施工方便，速度快，掘进费用低，但上（下）山维护工作量大，留设的煤柱宽度大。

（3）两条岩石上（下）山

对于煤层层数多，总厚度较大的联合布置采区，若煤层群最下一层为厚煤层，或者虽为薄及中厚煤层但煤质松软、顶底板岩层不稳定、自然发火期短等因素影响，不宜布置煤层上（下）山时，可将两条上（下）山都布置在煤层底板岩层中，如图所示。

（4）两岩一煤上（下）山

为了进一步探清煤层情况和地质构造，在煤层中增设一条通风行人上（下）山，在煤层底板岩层中布置两条岩石上（下）山，如下图所示。掘进时一般先掘煤层上（下）山，为两条岩石上（下）山探清地质变化情况。

（5）三条岩石上（下）山

在煤层底板岩层中布置三条上（下）山，如下图所示。适用于开采煤层层数多、厚度大、储量丰富或瓦斯涌出量大、通风系统复杂的采区。

3. 上（下）山间的位置关系 在层面上的距离

采用两条岩石上（下）山：水平间距一般取20～25 m； 三条岩石上（下）山：水平间距可缩小到10～15 m； 煤层上（下）山：水平间距要增大到25～30 m左右。 在垂直层位上 布置在同一层位上

两条上（下）山之间在层位上保持一定的高差。为便于运煤可将运输上（下）山设在比轨道上（下）山低3～5 m的层位上。

如果采区涌水量较大，可将轨道上（下）山布置在低于运输上（下）山的层位上。 当煤层厚度又大于上下山断面的高度时，一般是将轨道上（下）山沿煤层顶板布置，运输上（下）山则沿煤层底板布置。

（二）区段集中平巷的布置 1.机轨分煤岩巷布置

将运输集中平巷布置在煤层底板岩层中，轨道集中平 巷布置在煤层之中，如图所示。这种方式比双岩集中平巷 布置少掘一条岩石平巷，而且轨道集中平巷沿煤层超前掘 进，还可探明煤层的变化情况，为岩石运输集中平巷的掘 进取直提供保证条件，在煤层顶板淋水较大的情况下，可 利用轨道集中平巷泄水，以不影响运输集中平巷的正常运 输。但轨道集中平巷布置在煤层中，易受多次采动影响， 维护比较困难，因此可将轨道集中平巷布置在围岩条件好 的薄及中厚煤层中。

（a）石门联系方式；（b）斜巷联系方式

1—运输上山；2—轨道上山；3—运输集中平巷；4—轨道集中平巷 5—层间运输联络石门（或斜巷）6—层间轨道联络石门（或斜巷）； 7上区段分层超前运输平巷；8—下区段分层超前轨道平巷 9—层间溜煤眼；10—区段轨道石门（或斜巷）；11—区段溜煤眼；12—中部甩车场

2. 机轨双岩巷布置

将运输集中平巷和轨道集中平巷均布置在煤层底板岩层中，如图所示。

双岩巷布置的优点是，巷道受到的支承压力小，可大幅度减少巷道维护费用，有利于上下区段的同时开采，有利于增大采区生产能力。但岩石巷道掘进工程量大，掘进费用高，采区准备时间长。适用于开采煤层数目较多或煤层厚度大、区段生产时间长，布置煤层集中平巷难以维护等条件。

（a） 双岩巷同标高布置；（b） 双岩巷不同标高布置

1—运输上山；2—轨道上山；3—运输集中平巷；4—轨道集中平巷 5—层间运输联络石门（或斜巷）6—层间轨道联络石门（或斜巷）；

7上区段分层超前运输平巷；8—下区段分层超前轨道平巷 9—层间溜煤眼；10—区段轨道石门（或斜巷）；11—区段溜煤眼；12—中部甩车场

3. 机轨合一巷布置

就是将运输集中平巷和轨道集中平巷，合为一条断面较大的岩石集中平巷，如图所示。这种布置方式减少了一条集中平巷及相关联络巷，掘进和维护工程量较少。但机轨合一巷加大了巷道的跨度和断面积，缺少了煤层巷道的定向引导，巷道层位不好控制，而且施工相对比较困难，施工进度慢。尤其是机轨合一巷与采区上山的连接处，在与通往分层超前平巷的联络巷道连接处，存在着轨道运输和输送机运输的交叉穿越问题，造成运煤和运料极其不方便。为解决轨道运输和输送机运输的交叉问题，需要对巷道和线路、设备进行复杂的设计布置和施工。

机轨合一巷布置适合于煤层底板岩层较好、煤层稳定、采区生产能力不大的采区。

机轨合一巷布置

3—机轨合一集中平巷

4. 机轨双煤巷布置

机轨双煤巷布置时将运输集中平巷和轨道集中平巷均布置在煤层当中，如图所示。这种布置方式的优点是岩巷工程量少，掘进容易，速度快，掘进费用低，可缩短采区准备时间，而且有利于上下区段之间的同时回采，扩大采区生产能力。但在煤层中布置集中平巷，受采动影响大，特别是当煤层层数多、间距小的情况下，集中平巷要受多次采动影响，而且集中平巷服务期较长，造成巷道维护量大，巷道围岩变形破坏严重时，还会影响安全生产。 联合布置的采区，若煤层群最下部有围岩稳定性好的薄及中厚煤层时，可以考虑采用双煤集中平巷布置。

机轨双煤巷布置

任务四 采区车场形式选择

概念：采区车场是采区上（下）山与运输大巷、回风大巷以 及区段平巷联结处的一组巷道和硐室的总称。 组成：采区车场的巷道包括甩车道、存车线及一些联络巷道、 硐室主要有煤仓、绞车房、变电所和采区煤仓等。 分类：根据车场所处的位置不同可分为采区上部车场、采区 中部车场和采区下部车场。 一、采区上部车场

概念：采区上部车场是采区上山与采区上部区段回风平巷 之间的一组联络巷道和硐室。 形式：平车场、甩车场和转盘式车场 （一）采区上部平车场

概念：是将采区绞车房布置在阶段回风水平，采区轨道上

山以一段水平巷道与区段回风平巷（或石门）联结， 并在这条水平巷道内布置车场调车线和存车线。 分类：1、顺向平车场：

2、逆向平车场：

1.顺向平车场

车辆运行顺当，调车方便。 巷道断面大，易出现跑车事故。 当运量较大，绞车房位置受限 时采用。

（二）采区上部甩车场

概念：是将采区绞车房布置在阶段回风水平以上的位置，绞车将矿车

沿轨道上山提至甩车道标高以上，然后经甩车道甩入上部区段 回风平巷。

优点：使用安全、方便、可靠、效率高，劳动量少，可减少工程量。 缺点：绞车房通风不良，有下行风问题。若采区上部是软岩、风化带

或采空区时，则绞车房维护困难。双向甩车场交岔点断面大， 施工困难。

分类：1、单向甩车场：在上山一侧设置甩车场。

2、双向甩车场：在上山两侧均设置甩车场。

（a） 单向甩车场；（b） 双向甩车场

1—运输上山；2—轨道上山；3—绕道；4—甩车场；5—绞车房； 6—区段回风平巷；7—回风石门；8—总回风道；9—绞车房回风通道 （三）转盘式车场

概念：是将上山轨道以一段水平巷道与

区段回风平巷（或石门）联结， 在水平巷道与区段回风平巷或回 风大巷的交叉处设置转盘，矿车 从轨道上山提到上部平台之后， 经转盘将矿车直接转向平巷。 特点：巷道工程量省，调车简单；但体

力劳动强度大，车场通过能力小。 适用：小型煤矿或生产能力小的采区。 二、采区中部车场

概念：是指联结采区上山和区段下部平巷的一组巷道。 形式：绕道式、平巷式和石门式三种。 （一）绕道式中部车场

在采区某个区段下部，甩车道线路由上山斜面进入与平巷同一平面 后，经顶板绕道到达上山的两翼巷道，即为绕道式中部车场。

（二）平巷式中部车场

薄及中厚煤层采区，一 般可将轨道上山布置在煤层 中，这时可在采区各区段下 部，利用甩车道将上山提上 来的矿车直接甩入区段平巷，

并在平巷中设置存车线，即 为平巷式中部车场。

三、采区下部车场

概念：是采区上山与阶段运输大巷相联结的一组巷 道和硐室的总称。

组成：装车站、绕道、辅助提升车场、煤仓等。 形式：1、根据装车站的地点不同分为：大巷装车 式、石门装车式和绕道装车式； 2、根据轨道上山的绕道位置不同分为：顶板 绕道式和底板绕道式。 （一）大巷装车式下部车场

采区煤仓的煤炭直接在大巷由采区煤仓装入矿车或输送 机，辅助运输由轨道上山通过顶板绕道或底板绕道与大巷联 接。

形式：1、顶板绕道：适用上山坡度大于120 ，顶板较好

2、底板绕道：适用于上山坡度小于120 ，底板较好。 特点：调车方便，线路布置紧凑，工程量少；但巷道维护量 大，影响大巷通过能力。

（二）石门装车式下部车场

煤层群联合布置的采区，通 常具有较长的采区石门。在布置 下部车场时，在下部采区石门内 布置装车站，利用绕道将轨道上 山同采区石门相联接。

特点：车场工程量较小，调车方

便，通过能力大，装车站 和轨道上山下部车场远离 运输大巷，不影响大巷的 正常运输。 （三）绕道装车式下部车场

在运输大巷的一侧，开掘与大巷平行的绕道作为采区下部装车 站，运输上山通过煤仓与绕道联系。在大巷另一侧布置材料车场甩车 道和绕道，轨道上山则通过材料车场甩车道和绕道与大巷相联。

特点：装煤对大巷的运输能力没有影响。但工程量大，调车时间较长。 适用：采区石门短，不宜布置装车站或者产量高的大型矿井的采区。 本课题结束

课题七 盘、带区巷道布置设计 一、盘区巷道布置

（一）盘区集中上（下）山联合布置

如图所示为煤层群联合布置的上山盘区。盘区内开采两层煤，均为中厚煤层，层间距10～15 m，煤层之间为砂质页岩和砂岩互层，煤层倾角5°左右，地质构造简单，瓦斯涌出量不

大。

1、 巷道布置及掘进顺序 2、 主要生产系统 （二）石门盘区

石门盘区 ：自水平运输大巷开掘石门来代替盘区运输上 山，该盘区称石门盘区。 条件： 煤层 厚度（m） 层间距（m） M1 0.9

M2 4.4 3.3 M3 4.5 2.6  = ，低瓦斯矿井，盘区走向2200m， 倾斜长800  1000m，走向长壁采煤法。 1、巷道布置及掘进顺序

巷道布置特点

1）运输大巷1置于距m3煤层约20m的底板岩石中 （ 运输 水平）回风大巷2置于距m3约10m的底板岩石中（回 风水平）。

2）盘区石门3置于距m3的底板岩石中，与1同一水平。 （相当于“运上”，机车可进入3直接装煤）轨上4置于 距m3约10m的底板岩石中。

3）区段集中机巷6和集中轨巷7置于距m3约8  10m的底 板岩层中。

4）Ⅰ区段6作为Ⅱ区段的集中轨巷。各煤层（或分层）区 段平巷均超前（两个溜煤眼及斜巷间距）回采工作面 掘进。

2、主要生产系统 二、带区巷道布置

采煤工作面沿煤层走向布置，沿煤层倾斜向上或向下推进的采煤 方法称为倾斜长壁采煤法。工作面自下而上推进采煤的为仰斜开采， 工作面自下而上推进采煤的为俯斜开采。

采区、盘区和带区的区别就在于回采巷道布置的不同。 （一）单一薄及中厚煤层倾斜长壁采煤法的巷道布置 1. 巷道布置及掘进顺序

工作面沿煤层走向布置，工作面两侧的斜巷沿煤层倾斜布置，并 分别与运输大巷和回风大巷连接。图7—3为双工作面（也称对拉工作 面）布置形式，利用三条工作面斜巷开采两个分带，两个工作面共用 一条运输斜巷。

1—水平运输大巷；2—水平回风大巷； 3—采煤工作面；4—工作面运输斜巷； 5—工作面回风斜巷；6—煤仓；

7—进风行人斜巷 2. 生 产 系 统

（二）煤层群倾斜长壁采煤法巷道布置

倾斜长壁采煤法开采煤层群时，同样有单层布置和联合布置两种 方式。对于层间距较大的煤层群，可在各个煤层中布置带区（或分带） 分别开采，其巷道布置、生产系统与单一煤层倾斜长壁采煤法基 本相同。对于近距离煤层群，一般采用多煤层联合布置的开采方式。 1. 巷道布置及掘进顺序

运输大巷和回风大巷，布置在煤层群最下一层薄及中厚煤层之中， 或布置在最下一层煤层底板岩层中。自运输大巷1布置一条运料斜巷3 与各层煤的分带回风运料斜巷7联系，并使运料斜巷3与回风大巷2连 通，各煤层分带运输斜巷6与运输大巷1是通过煤仓4和行人进风斜巷5 联系的。

2. 生产系统

（三）多分带巷道联合布置带区

巷布特点：将阶段或并田按地质构造等因素，划分为一定范围的区域，在该区域内布置多个分带，一般在4—6个或以上，并组成一个统一的采煤系统。如图所示为二层煤，每层煤布置有6个分带。由一个带区煤仓、一条带区集小运料斜巷与人巷联系。各煤层分带采用单层准备，即煤层群一般不设分带集中巷。这种方式要开掘为6个分带服务的带区运煤平巷与运料平巷，但少开了岩石巷道．提高了掘进速度、缩短了淮备时间．特别在综采时，便于采掘衔接。但要留设保护煤层平巷的煤柱，围岩松软时应加强煤层平巷的维护，一般适用于薄及中厚煤层。带区的划分与井田地质构造条件密切相关。

一、石门盘区与上（下）山 盘区的比较及选择 （一）石门与上（下）山盘区的比较 1、石门盘区的优缺点

优点：由于盘区石门内可采用电机车运输，减少了盘区和大巷之间的

运输环节，运输能力大，有利于提高盘区生产 能力和合理集 中生产。盘区石门位于煤层底板岩石中，巷 道维护条件好。 各煤层工作面采出的煤炭，通过区段煤仓 在石门内装车外运， 区段煤仓可起到缓冲和调节运输作用，有利于工作面连续生产。

缺点：石门和溜煤眼的岩石掘进工程量大，准备时间长； 当煤层倾斜长度大，倾角也大时，石门盘区煤仓的

高度也随之增大。 2、上（下）山盘区的优缺点

其基本上与盘区石门相反。该布置方式具有工程量较 小，不受大巷运输方式等，为了改善盘区上（下）山 的维护条件，可采用岩石上（下）盘区布置方式，在上 （下）山内铺设带式输送机，同时加大盘区煤仓容量，以 便提高盘区生产能力。

（二）石门与上（下）山盘区的选择

通常在近水平煤层、埋藏稳定、地质构造简单、煤层 储量丰富、技术装备水平高、有一定的岩石巷道施工力量、 盘区生产能力较大的大中型矿井，适宜采用石门盘区的布 置方式。对煤层储量丰富，技术装备水平较高，盘区生产 能力较大的矿井，采用石门盘区布置从技术上及经济分析 均不合理时，可采用盘区岩石上（下）山布置方式。盘区 生产能力低，技术装备水平不高的小型矿井，一般采用盘 区煤层上（下）山的布置方式。

（三）盘区石门和盘区上（下）山混合布置

若盘区倾斜长度大，煤层倾角大，或在盘区有较大落差的走向断 层，使煤层上升或下降时，整个盘区均采用石门布置，将会形成部分 煤仓垂高过大，造成技术经济上极不合理的情况，可采用盘区石门和 盘区上（下）山混合布置方式。

与单层布置相比较，盘区联合布置具有生产集中、减少巷道掘进工 程量、改善巷道维护条件、提高煤炭资源采出率和有利于提高机械化 水平等优点，条件适宜时，应采用联合布置方式。 二、分带斜巷与大巷的联系方式

一种是在大巷装车站附近掘出一组煤仓和材料斜巷，与各煤层或分层的回采巷道联系，同一分带内采完上层煤或上分层之后再掘进准备下层煤或下分层工作面。 另一种是在煤层底板岩石中，掘出共用的分带集中斜巷，再由分带集中斜巷每隔一定距离掘出一条联络斜巷或溜煤眼与各层煤或各分层分带斜巷联系，同一分带内的上、下煤层或上、下分层工作面保持一定的错距同时采煤。 三、分带工作面布置形式

单工作面布置的特点是每一个采煤工作面有两条回采巷道，一条为运煤和进风的运输斜巷，另一条为运料和回风的回风斜巷。分带之间可采用留煤柱的方法护巷，也可采用无煤柱护巷法。

双工作面布置的特点是两个工作面布置三条回采巷道，其中中间的一条巷道为两个工作面共用的运输斜巷，两侧的巷道为各自工作面的运料和回风斜巷。 四、分带工作面推进方向 1.按工作面推进方向不同

仰斜开采：煤质坚硬或顶板淋水较大时。

俯斜开采：煤层厚度较大，煤质松软容易片帮或瓦斯含量 较大时。

一般对于倾角很小的近水平薄及中厚煤层，煤层顶板

和地质条件较好的情况下，在大巷上方的煤层采用俯斜开 采，而在大巷下方的煤层采用仰斜开采。

2、工作面开采顺序

（1）前进式：工作面准备期短，出煤早。在采空区维护 巷道技术复杂、维护费用高；工作面通风系统漏风 多，而且采空区瓦斯涌到工作面风流中，加大了采 空区自燃发火危险；工作面采煤和掘进相互干扰， 生产和组织管理工作复杂；此外也难以掌握前方煤 层的变化情况。

（2）后退式：优缺点与前进式相反。

（3）混合式：前进与后退混合使用

（4）往复式：相邻两个条带仰斜与俯斜交替 五、分带辅助运输方式

分带斜巷通过联络巷道直接与运输大巷、回风大巷联 接，运输系统少了一个环节，但分带斜巷一般都比较长， 辅助运输比较困难。

1、多台小绞车串联或无级绳运输方式：工人劳动强度大， 容易发生脱钩跑车等事故，技术经济效果比较差。 2、单轨吊、卡轨车和齿轨车等运输方式：技术先进、系 统简单、能力大、运距长和实现安全运输，提高了辅 助运输机械化水平。

六、倾斜长壁采煤法的优缺点和适用条件 （一）倾斜长壁采煤法的优缺点

1、巷道布置简单，掘进和维护费用低，准备时间短、投产快。 2、运输系统简单，占用设备少，运输费用低。

3、由于回采巷道可以沿煤层掘进，又能保持固定方向工作面长度不

变，给工作面创造了优良的开采技术条件，有利于综合机械化采煤 4、通风路线段，风流方向转折变化少，减少了风桥、风门等通风构筑 物，漏风少，通风效果好。 5、对地质条件的适应性较强。

6、技术经济效果好，工作面单产、巷道掘进率、煤炭采出率、吨煤成 本等指标，都比走向长壁有明显的改善和提高。

（二）倾斜长壁采煤法存在的问题

1、长距离的倾斜巷道，使得掘进和辅助运输、行人比较 困难。

2、现有设备不能完全适应倾斜长壁工作面的生产要求。 3、大巷装车点较多，相邻条带之间的大巷运输干扰较大。 4、有时还存在着污风下行的问题。

（三）倾斜长壁采煤法的适用条件

1、一般适用于倾角小于120的煤层，倾角越小越有利。 2、当工作面设备采取有效的技术措施之后，可适用在120 —170的煤层。

3、对于倾斜或斜交断层比较发育的煤层，可采用倾斜长 壁或伪斜长壁采煤法。

4、对于不同开采深度、顶底板岩石性质及其稳定性、瓦 斯涌出量和涌水量的条件，均可采用倾斜长壁采煤法。

本文来自: 中国煤矿安全生产网 (www.mkaq.org) http://www.mkaq.org/Soft/ShowSoft.asp?SoftID=43

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