采掘技术培训教案

煤矿采掘技术绪论一、采掘的概念采掘是采煤和掘进两项工作的合称，采即采煤，掘即掘进。采煤工作是在采场进行的，是指将煤炭从煤层上破落下来、装载并运出采场的工作，矿井生产的煤炭绝大部分来自采场；掘进工作是在掘进工作面进行的，是指将岩石从岩层上破落下来、装载并运出掘进工作面的工作，掘进工作是为了形成矿井巷道。二、采掘在矿井生产中的地位以及采掘技术发展对矿井生产的影响采、掘是矿井生产的两大中心任务，采掘技术是矿井生产技术的核心。采掘技术的发展不仅关系到矿井的产量、效率、效益，更决定着矿井安全、节能与环保的水平。 三、采掘关系 在矿井生产中，采煤是目的，掘进是为采煤服务的；掘进工作是按照采煤的要求进行的，采煤工作受掘进工作的制约；采煤产生效益，掘进消耗效益；掘进工作量由巷道系统决定，巷道系统不仅与采煤方法有关，而且直接影响矿井安全。 第一部分 矿井开采技术矿井开采技术主要由两部分内容组成，一部分是采煤工艺技术，另一部分是矿井开采系统技术。矿井开采系统根据其服务范围分为采煤系统（回采系统）、准备系统和开拓系统，因为回采系统和采煤工艺密切相关，习惯上将回采系统和采煤工艺合称采煤方法。因此，矿井开采技术也就分为采煤方法和开采系统两部分。2 / 77第一章 采煤方法及其发展第一节 采煤方法概述一、采煤方法的概念及分类 （一）采煤方法的概念 采煤方法，简单讲就是从采场采出煤炭的方法。 采煤方法包含两方面内容：一是回采巷道和其中生产系统的布置方式，即所谓采场的采煤系统（回采系统）；一是采场落、装、运、支、处等工序进行的方式和各工序之间在时间、空间上的配合方式，即采煤工艺。 （二）采煤方法分类 就采煤系统而言，目前在世界范围内使用的采煤方法有两大体系，一是长壁体系，一是房柱体系。 就采煤工艺而言，按机械化程度分为“炮采”、“普采”、“综采”，虽然这些概念都来自于长壁体系，但我认为也可以用于房柱体系。 就采空区处理方式而言，采煤方法分为充填法、垮落法、煤柱支撑法。 采煤方法分类远不止这些，采煤工艺和采煤系统是由煤层开采条件决定的。煤层开采条件包括煤层厚度、倾角，煤层结构与构造，煤层稳定性，煤层埋藏深度，煤层顶底板条件，煤层瓦斯、自燃条件，煤尘爆炸性、矿井水文条件、矿区环境（生态）条件等。 煤层开采条件不同，采煤方法不同。影响采煤方法的主要因素是煤层厚度和倾角。按煤层厚度和倾角条件，采煤方法有：薄煤层采煤方法、中厚煤层采煤方法、厚煤层采煤方法、缓倾斜煤层采煤方法、倾斜煤层采煤方法、急倾斜煤层采煤方法等。 同一种煤层还有多种采煤方法，如厚煤层有倾斜分层采煤方法，放顶煤采煤方法等。 彬长矿区由于煤层厚度和赋存条件，大多都采用放顶煤开采和分层开采。 二、采煤工艺 采煤工艺是指在采场内采煤工作（工序）进行的方式和相互之间在时间和空间上的配合方式。 采煤工作是指落煤、装煤、运煤、支护和采空区处理等工作。其中落煤、装煤、运煤为主要工作，支护和采空区处理为辅助工作，过去把这两项工作合起来叫顶板管理，现在这种叫法已经不能完全反映其内涵。 进行采煤工作的场所叫采场，直接采取煤炭的煤壁面叫采煤工作面。 采煤工作是靠采煤装备完成的，这种装备称为采煤工艺装备。采煤工艺装备是采煤技术的核心，它影响和制约着整个采煤技术的发展。 按照采煤工艺装备，采煤工艺分为炮采、普采和综采。 1.炮采 以爆破落煤、人工装煤、可弯曲刮板输送机运煤、单体支架支护顶板的一种采煤工艺。 2.普采 以滚筒采煤机落煤和装煤、可弯曲刮板输送机运煤、单体支架支护顶板的一种采煤工艺。 3.综采 以滚筒采煤机落煤和装煤、可弯曲刮板输送机运煤、自移式液压支架支护顶板的一种采煤工艺。综采是一种先进的采煤工艺，发展很快。 三、采煤系统 采煤系统是指直接为采场采煤工作服务的巷道系统和在其中建立的煤炭运输系统、辅助运输系统、通风系统、排水系统等生产系统和生产辅助系统的统称。 目前所使用的采煤系统有两大类：长壁系统和房柱系统。 1.长壁系统 最常见的长壁采煤系统如图1-1所示。巷道系统由采场（切眼）和两条顺槽组成，煤炭运输系统由工作面刮板机和安装在运输顺槽中的运输设备（转载机、可伸缩带式输送机）组成，辅助运输由设在回风顺槽中的辅助运输设备（轨道矿车或非轨道运输设备）担负。图1-1 走向长壁综采面采煤系统图 1绞车房回风斜巷；2采区回风石门；3绞车房；4采区上部车场； 5采区中部车场；6联络巷；7区段运输顺槽；8，10区段回风顺槽； 9开切眼 特点：采场长度大，采煤工作只要在时间和空间上进行合理安排、相互配合，可以实现各工序平行作业、连续工作； 工作面生产的煤炭平行于工作面运输；采场具有完整的通风系统，通风效果好； 煤柱少、掘进量小、效率高。 2.房柱采煤系统 图1-2所示为一连续采煤机房柱采煤系统，是一典型的房柱系统。 特点：采场是由若干个掘场组成，采煤工作面短，采煤工作在一个掘场内不能平行作业、连续工作； 工作面生产的煤炭垂直于工作面运输； 作业点没有完整的通风系统，通风效果不好； 掘进量大、煤柱多、效率不高。 图1-2 连续采煤机房柱采煤系统及采煤工艺过程图1连续采煤机；2锚杆机；3转车点；4纵向风障；5运煤车；6风帘； 7铲车；8给料破碎机；9防火帘；10移动变电站；11永久风墙； 12带式输送机 四、采空区处理方式 采矿空间不可能连续不断、永久的用指护装备支撑下去，有两个原因：一是没有那么多的设备，也投资不起；二是即便想这么做，也达不到预期的效果。 进行采空区处理的目的有两个：一是保证开采过程中采场及周围巷道安全；二是满足环境保护的要求。 采空区处理的方式有三大类：垮落法、煤柱支撑法和充填法。 1.垮落法 分全部垮落法和部分垮落法 2.煤柱支撑法 煤柱的留法很多，煤柱支撑有临时支撑，如房柱采煤法中的房柱法中的煤柱；也有永久支撑，如“三下”开采中的条带煤柱。 3.充填法 有全部充填和部分充填之分。 实际上煤柱法、充填法与垮落法经常是同时使用的，如何留煤柱、充填到什么程度和垮落多少都是由顶板条件和环境保护要求决定的。 第二节 采煤方法的发展概况矿井开采技术的发展以采掘工艺装备机械化发展为龙头和主要标志。 建国以来，我国的采煤机械化发展大致经历了以下四个阶段： 第一阶段：建国初期至1965年，是开始发展采煤机械、推行长壁采煤阶段 特征： 1.引进并试制成功了苏联的截煤机、顿巴斯联合采煤机、刮板输送机、装煤机、装岩机、抓岩机等采、掘、运设备； 2.改革了采煤方法，推行了长壁采煤方法。 成果： 1. 实现了采用爆破落煤、人工装煤、小功率刮板输送机运煤、木支架支护顶板的炮采长壁采煤工艺，这是一种最原始的炮采工艺； 2.推行了正规循环作业的生产管理方法。 第二阶段：19651975年，是发展长壁采煤机械化阶段 特征：以发展滚筒采煤机和可弯曲刮板输送机为主。 成果： 1. 1964年，首次实现了用滚筒采煤机、可弯曲刮板输送机和M-20型摩擦支柱配套的普通机械化长壁采煤工艺，顺槽运输采用吊挂式胶带输送机。促进了我国采煤机械化的发展； 2. 使采区结构和巷道布置发生了相应变化。 第三阶段：1975年至上世纪末期，是发展长壁综采阶段 特征：以自移式液压支架为主的“综采” 装备的引进和国产化，推广“综采”及大规模矿井技术改造：1973年和1978年我国两次成批引进国外综采设备，后逐步实现了综采设备国产化并形成了一定的配套生产能力，“综采” 得到快速推广。 成果：1990年全国有综采工作面200多个，平均年产量已超过60万t ，有相当一部分工作面年产量超过百万t ，最高年产量已达到200多万t 。 第四阶段：从1996年开始，是发展高产高效（安全高效）及复杂条件综合机械化采煤技术阶段 随着改革开放进一步深入，一些条件好的矿井全面引进西方发达采矿国家的现代化采矿技术装备及管理方法，取得的巨大经济、社会和环境效益，极大地刺激和带动了我国采矿技术的全面发展。在这一时期，国产综采装备发展迅速，发展的主要特点是：设备重型化、能力大型化、运行可靠化、适用条件多样化和复杂化等。不仅使缓倾斜中厚煤层综采装备水平得到全面提升，更重要的是发展了放顶煤综采装备、大倾角综采装备、大采高综采装备等。 进入21世纪，我国采煤技术装备和矿井生产管理的发展已经达到了一个新的水平，一些先进的矿井率先迈入了世界先进行列，成为具有世界一流水平的矿井。这些矿井的建成标志着我国现代化矿井的建设和高速发展的开始。 目前，我国已进入现代化矿井建设与发展阶段。 现代化矿井与高产高效矿井的不同在于对安全、环境保护、节能等指标有更高更全面的要求。 第二章 矿井开采系统及其发展第一节 矿井开采系统所谓矿井开采系统是指矿井巷道系统和以此为基础，在其中建立的为开采服务的各种系统的总称。 矿井巷道系统由各种巷道组成的由地表到达矿体的通道。 矿井生产系统煤炭运输系统、辅助运输系统、通风系统、行人系统、排水系统、供电系统、供水系统、通信系统、安全保障系统等。 一、 井田划分井田划分是建立矿井开采系统的前提。井田划分是为了便于开采，即便于布置采煤工作面和建立开采系统，因此井田划分以采煤方法和开采系统为依据。 （一）几个概念 煤层单元为了便于开采，需要将煤层进行逐级划分，形成不同大小的煤层范围，将所划出的一定范围内的煤层叫煤层单元。 煤田在同一地质年代形成的大面积含煤地带。煤田内煤层是最大的煤层单元。 井田在煤田内，划归一个矿井开采的部分。 矿井开采是在井田范围内进行的，井田是矿井开采的最大煤层单元，矿井开采设计是从井田划分开始的。 （二）井田划分方式 根据煤层赋存条件，井田划分方式一般有以下两种： （1）井田划分为阶段 （2）井田划分为盘区 （三）井田划分为阶段 （1）划分程序。井田-阶段-采区-区段或井田-阶段-条带 （2）几个概念 阶段在井田范围内按一定标高将煤层划分为若干走向长条，每个长条为一阶段。 采区在阶段内沿走向将煤层划分成若干块段，每一块段为一个采区。 区段在采区范围内沿倾斜将煤层划分为若干走向长条，每个长条为一区段。区段是最小的煤层单元，在区段内可以布置工作面进行开采，所以也叫回采单元。 条带在阶段内沿走向将煤层划分成若倾斜长条部分，每一部分为一个条带。在条带内也可以布置工作面进行开采，所以也叫回采单元。 （四）井田划分为采区或盘区 （1）划分程序。井田-采（盘）区-区段（条带） （2）盘区的概念 在井田内划分的相当于采区大小的一个区域。就划分程序而言，盘区与采区有大的区别，就单元功能讲，盘区与采区完全相同。或者说盘区与采区的内涵相同，但外延不同。 二、矿井开采系统 进行井田划分是为了便于开采，而要有计划的将井田内煤层采出，使划分具有实质意义，必须建立完善的矿井开采系统。 矿井开采系统是矿井巷道系统与在其中建立的生产及生产辅助系统的统称。 1.矿井巷道系统 是由不同类型的巷道组成的。 1）巷道分类 按倾角分为垂直巷道、倾斜巷道、水平巷道 按服务范围分为开拓巷道、准备巷道、回采巷道 按围岩特性分为煤层巷道、岩石巷道、半煤岩巷道 2）巷道命名 按用途命名 按装备命名 按倾角命名 3）巷道布置要求 巷道设计包括断面形状和尺寸、角度（坡度）、方位等 巷道布置必须满足生产系统布置的要求。主要是煤炭运输、辅助运输和通风的要求。 2.煤炭运输系统 煤炭运输系统是矿井生产最重要的系统。 常用的煤炭运输系统有两大类： 1）轨道（窄轨）运输 主要设备：轨道、电机车（绞车）、矿车 轨道：600mm、900mm 电机车：架线电机车、蓄电池电机车 特点：可以担负全部运输任务，系统复杂，间断运输 2）胶带运输 主要设备：胶带输送机 特点：连续运输，运输能力大。 3.辅助运输系统 辅助运输一般包括设备运输、材料运输、矸石运输、人员运输等。 常用的辅助运输系统有以下几类： 1）轨道运输 2）无轨运输 3）其他运输 4.通风系统 是由风机和通风设施组成的。风机提供通风动力，保证风流正常流动；通风设施保证风流按设计风量和线路分配和流动。第二节 矿井开采系统的发展 一、巷道系统的发展 岩石巷道煤层巷道 二、煤炭运输系统发展 由轨道运输胶带运输 三、辅助运输系统发展 窄轨（道）运输非窄轨（道）运输 非窄轨（道）运输指无轨运输和其他运输 其他运输指单轨吊运输、齿轨车运输、套胶轮运输、卡规车运输等。 四、煤层开采单元划分 煤层单元参数由小大适当 煤层单元参数由工作面参数决定，工作面参数由工作面采煤工艺装备决定。 煤层单元参数也受矿井开采系统装备制约，主要是煤炭运输装备和辅助运输装备。强力胶带运输和非窄轨运输装备的发展是提高煤层单元参数的保证。 煤层单元参数增加会带来很多好处，如减少煤柱量，提高煤炭回收率；减少工作面、采区、开采水平接续的频度等。 煤层单元参数增加也会带来一些不利影响，如增加巷道维护工程量，增加工作辅助时间等。 理性考虑煤层单元参数应该有一个合理值，这个合理值需要进行研究。 煤层单元参数确定也受自然条件限制，主要是煤层倾角，构造和瓦斯、水、自然发火等。 第三章 长壁综采技术第一节 综采面采煤工艺 一、综采的概念 1综采的定义 综采是综合机械化采煤工艺的简称，因依靠采煤机、可弯曲刮板输送机和自移液压支架三种机械装备有机配合来完成工作面落煤、装煤、运煤、支护和（采空区处理）五项工作（工序），实现了采煤工作的完全机械化而得名。具体说综采就是利用采煤机落煤和装煤，利用可弯曲刮板输送机运煤，利用自移液压支架进行支护和采空区处理的一种采煤工艺。 综采是在炮采、普采的基础上逐步发展而来的，炮采、普采、综采是长壁采煤由运煤机械化，落、装、运机械化到全部工作机械化发展所经历的三个重要阶段，目前在我国炮采、普采和综采三种工艺并行，分别用于不同煤层条件、不同经济条件和不同规模的矿井。综采是长壁采煤方法中机械化程度最高的一种采煤工艺。 2综采面主要装备及布置 我国使用最多、效果最好的综采装备是由双滚筒采煤机、可弯曲刮板输送机和自移式液压支架组成的配套装备。最常见的综采面布置形式如图3-1所示。 3综采面采煤工作 （1）落煤与装煤。沿工作面往复行走的采煤机在行走和摇臂的摆动中，依靠前后两个滚筒的旋转、截齿不断切入煤体而破煤；破落的煤炭依靠采煤机滚筒的旋转，在与滚筒同轴的弧形挡煤板配合下将其沿滚筒上的螺旋沟槽顺滚筒轴线方向向外推出，装入可弯曲刮板输送机上。 （2）运煤。沿工作面布置的可弯曲刮板输送机将采煤机破落并装入其上的煤炭沿工作面运至端头，并装入运输顺槽中的运输装备上。 图3-1 走向长壁综采面主要装备及布置1一运输平巷；2一胶带输送机；3一转载机；4一破碎机；5一电缆车； 6一磁力开关； 7一泵站；8一回柱绞车； 9丛柱；10刮板输送机； 11一液压支架；12采煤机；13一回风平巷；14一超前支护 （3）支护与回收支架。沿工作面全长布置的自移式液压支架，依靠液压系统实现升降和移动，完成支架支设回收重新支设的周期性工作，将支护与回收支架合二为一，实现机械化。 4综采面采煤工艺过程 综采面落煤与装煤作业都由采煤机完成，简称为割煤；煤炭运输作业由刮板机完成，刮板机既是运煤装备，又是采煤机的支撑和行走机构的组成部分，为了保证采煤机能够连续正常割煤，刮板机必须及时移至煤壁，移动刮板机的作业简称为移溜；支护与支架回收作业均由液压支架完成，简称为移架。可见综采面的五项采煤工作被简化为割煤、移溜和移架三项作业。这三项作业按一定顺序进行就形成了综采面的采煤工艺过程。常见的采煤工艺过程有以下两种安排方式： （1）按照割煤移架移溜的顺序安排。 （2）按照割煤移溜移架的顺序安排。 二、综采面采煤工艺技术 1双滚筒采煤机割煤方式 通常把采煤机沿工作面将煤层全厚割完一次称为进一刀。将一刀割煤的深度称为截深。把采煤机在工作面往返行走时的状态和进刀数相结合称为割煤方式。双滚筒采煤机在正常工作时，一般前滚筒沿顶板割煤，后滚筒沿底板割煤（如图3-2所示），行走一趟就可完成一刀割煤任务。如果采煤机在往返中都在割煤，那么一个往返就可以完成两刀割煤任务，这种割煤方式称为双向割煤往返进两刀。如果采煤机在往返中只有一趟在割煤，一趟空行，那么一个往返就只能完成一刀割煤任务，这种割煤方式称为单向割煤往返进一刀。 图3-2 综采面双滚筒采煤机割煤（1）单向割煤。采煤机上 （下）行割煤，滞后采煤机23个液压支架进行移架，直至端头；采煤机下（上）行清理浮煤，滞后采煤机10l5m进行移溜，采煤机往返一次进一刀，工作面推进了一个截深。单向割煤方式适用于：煤层倾角大，只能自下而上移架或自下而上移溜的综采面；煤层厚度大，采煤机不能一次采全高的综采面；采煤机装煤效果差的综采面。 （2）双向割煤。采煤机上 （下）行割煤，滞后采煤机23个液压支架进行移架，滞后采煤机1015m进行移溜，直至端头；采煤机在端头进刀后，下（上）行割煤、移架、移溜。往返一次进两刀，工作面推进了两个截深。 这种割煤方式多用于煤层赋存稳定、倾角较缓和厚度适合于采煤机一次采全高的条件。 2采煤机进刀方式把采煤机割完一刀煤后，滚筒重新进入煤体的过程称为进刀，把完成这个过程的方式叫进刀方式。常用的采煤机进刀方式有斜切进刀、钻入进刀、预做缺口推入进刀等。综采面双滚筒采煤机多采用斜切进刀方式，常用的斜切进刀方式有以下两种： （1）端部割三角煤斜切进刀。其进刀过程如图3-3所示。 采用端部斜切进刀、双向割煤时，要求工作面上、下顺槽要有足够宽度，能使刮板机机头、机尾尽量伸向顺槽内，以保证采煤机能在无人工缺口的情况下割通工作面。 （2）中部斜切进刀。其进刀过程如图3-4所示。 图3-3 综采工作面双滚筒采煤机割三角煤斜切进刀过程（a）起始；（b）上行切入煤壁并移直输送机；（c）下行割三角煤；（d）上行准备正常割煤 ；1双滚筒采煤机；2一刮板输送机图3-4 综采面中部斜切进刀过程（a）采煤机向左割煤至左端；（b）采煤机空返至工作面中部后切入煤壁； （c）采煤机向右正常割煤至右端头，同时将左半段刮板机移近煤壁； （d）采煤机空返至中部后向左割煤至左端，同时将右半段刮板机移近煤壁 中部斜切进刀的特点是：刮板机的弯曲段在工作面中部，左半段割煤时，右半段移溜；右半段割煤时，左半段移溜。与端部斜切进刀相比，中部斜切进刀可减少进刀作业时间，但只能用于单向割煤，且工程质量不易保证。 3液压支架的支护方式 在综采面，把移架与移溜操作的配合方式叫支护方式。一般综采面的移架和移溜是通过在支架底座与刮板机之间的液压千斤顶的伸缩来实现的。支架与刮板机在移动时互为支点。 如果在采煤机正常割煤时千斤顶处于完全伸出状态，在支架底座前端与刮板机之间有一个相当于千斤顶一个行程的距离，在割完煤后，可以先进行移架，完成移架后，再进行移溜。由于这种配合方式能够保证在采煤后对暴露的顶板进行及时支护，因此称为及时支护。及时支护适用于煤层顶板条件较差的工作面。 相反，如果在采煤机正常割煤时千斤顶处于完全收缩状态，支架底座前端与刮板机之间无间隙，则只能先移溜，移好溜后再移架，这种配合方式称为滞后支护。滞后支护适用于煤层顶板条件较好的工作面。 4移架方式 按同时移动的液压支架数目和顺序，液压支架的移架方式可分为依次顺序式、分组交错式和成组整体顺序式三种方式。 （1）依次顺序式。按顺序依次移动支架，每次移动一台。这种方式操作简单，质量容易保证，但移架速度慢，适用于采煤机割煤速度慢的工作面。 （2）分组交错式。将35台支架分为一组，组内支架按顺序移动，组间平行前移。这种移架方式速度快，适应于顶板较稳定的高产工作面。 （3）成组整体顺序式。将23台支架分为一组，组内支架同时前移，组间顺序前移。这种方式移架速度快，对移架技术要求高，适用于顶底板条件好的工作面。 5端头支护 工作面端头是指工作面与顺槽连接处附近的区域，这个区域是人员与设备出入工作面的出入口。一般端头设备和人员集中、控顶面积大、矿山压力复杂，而且随工作面推进，需要不断在这里拆除和更新顺槽中的支护，作业量大。端头支护即指这个区域的支护。端头支护是工作面顶板管理的重要内容之一，对工作面安全生产和设备能力的发挥有很大影响。常用的综采工作面端头支护方式有以下三种： （1）用单体支柱与长钢梁组成迈步抬棚支护。 （2）用专用的自移式端头液压支架支护。 （3）用与工作面相同的液压支架支护。 第二节 走向长壁综采面采煤系统一、采煤系统的构成 采煤工作面的采煤系统由直接为工作面服务的巷道系统、煤炭运输系统、辅助运输系统、通风系统、排水系统、供电系统、行人系统等组成。图5所示为一基本的走向长壁综采面采煤系统。图3-5 走向长壁综采面采煤系统图1绞车房回风斜巷；2采区回风石门；3绞车房；4采区上部车场； 5采区中部车场；6联络巷；7区段运输顺槽；8，10区段回风顺槽； 9切眼 二、采煤系统布置要求 采煤系统的布置，最主要的是巷道系统的布置。巷道系统布置是按照煤炭运输、辅助运输、通风、排水等其他主要系统布置的要求进行的。 1巷道系统布置要求 巷道的坡度 巷道方位 巷道断面 2生产及辅助系统布置要求 煤炭运输、辅助运输、通风、排水、供电等生产与辅助系统均布置在巷道之中，是巷道系统功能的实现。选择装备和布置这些系统时应该充分考虑巷道空间特点，按照巷道系统设计时的要求进行设备选型和安装。 1）煤炭运输系统布置要求 2）辅助运输系统布置要求 （1）轨道运输系统布置要求。 （2）无轨胶轮车运输系统布置要求。 3）通风系统布置要求 4）排水系统布置要求 第三节 工作面生产组织与管理一、生产组织 1.作业方式 工作面采煤工作与准备工作的配合方式叫作业方式。作业方式与劳动制度有关。合理确定作业方式是为了保证采煤设备的正常使用和能力的最大发挥。常用的作业方式如下： （1）“三八”制：“两采一准”，“三班采煤，边采边准”。 （2）“四六”制：“三采一准”。 （3）“二九一六”制：两采一准。 2.劳动组织 劳动组织是指按照各项工作的工作量进行的人数安排，劳动组织的原则是各尽所能、满负荷工作，目的是提高工作效率。 在不断提高工人素质和技术熟练程度的基础上，积极推行兼职兼岗，为工作面减人增效创造了条件。 一般一个工作面生产班配9个人，其中采煤机司机、溜子工、三机司机个2人，电工、班长、队长各一人。检修班15人，一个采煤队出勤人数42人。神东公司千万t面劳动组织见表3-1。 表3-1 神东公司千万吨工作面劳动组织表我矿ZF2811工作面劳动力组织序号工种或职务采煤班采煤班电钳班维修班合计1队长112副队长443技术员224材料员115核算员116验收员117班长、副班长222288采煤机司机22/49采煤机监护工11/210采煤机检修工/3/311支架工22/412支架检修工/3/313放煤工22/414前、后刮板机司机22/415刮板机检修工/4/416转载机司机11/217转载机处清煤11/218移溜工11/219泵站工11/220泵站检修工/2/221正、付端头工55/31322清煤工44/823运料工/3324注油工/1/125电工116/826皮带机司机11/227皮带机检修工/5/528巡巷工11/229注氮工111/330空压机司机/1131巷道维修工/141432无极绳绞车司机/1133管道工/2/234学徒114/6合 计29293324125 二、生产管理技术 1.工作面过断层顶板管理技术 一般为了减少工作面搬迁次数，当断层落差小时，采用强制过断层；遇到坚硬岩层要用爆破松动方式松动岩层，然后让采煤机截割通过； 过断层带支架应带压移动；为了减少过断层截割量，应降低采高；应注意断层水，采取探水措施。 2.来压期间顶板管理技术 保证工作面质量，做到“三直、两平、两畅通”；保证支架初撑力；保证液压系统压力；减小端面空顶距，及时支护；加快推进速度，避免停采。 3.工作面超前平巷超前支护技术 点柱支护、棚子支护，专门的超前支护支架支护。 三、工作面正规循环作业 长壁采煤工作面的采煤工作是周而复始进行的，把这种工作进行方式叫循环作业，其中完成一个周期叫一个循环。如果在规定时间保质保量完成一个循环叫正规循环。 由于受煤层条件、工作面设备条件以及矿井其他环节和系统等影响，并不是每个循环都能按期完成，超期完成的循环叫非正规循环。 工作面的循环作业为工作面生产管理提供了方便，按照循环进行工作面生产管理对保证工作面的产量、效率、质量等十分有利。 用在计划期（月）内实际完成的循环数与计划的循环数的比值（用百分数表示）表示循环完成的情况，叫正规循环率，一般该值大于85%。 工作面的正规循环是按循环作业图进行的，循环作业图在时间和空间两维坐标系种规定了每一种作业的位置及其变化。 循环作业是工作面生产管理的重要依据。 四、工作面技术经济指标表 工作面条件以及生产情况都可以通过工作面技术经济指标反映出来，这些指标包括煤层厚度、倾角、工作面长度、推进长度、工艺装备的型号、主要技术参数、采煤工作面工艺参数（截深、采高、循环进尺）、工作面产量、效率、材料消耗等。 ZF2811工作面主要经济技术指标序号指 标单 位数 量备注1工作面走向长度m10502工作面长度m90.7中对中3机采高度m3.04放煤高度m5.55采放比1:1.836循环进度m0.87日推进度m6.48月推进度m1929煤层容重t/ m31.3710煤层倾角度0311循环产量吨692.412日产量吨5539.215月产量万吨15.516顶煤回收率%8517工作面最大控顶距mm610818工作面最小控顶距mm530819坑木消耗m3/万吨0.3720灰份%12.4421原煤含矸率%3破坏岩石很少，无使用价值)；0.75n1时，叫减弱抛掷漏斗；n0.75时，岩石只产生松动，不产生抛掷叫做松动漏斗。 n0.75时，漏斗坑将不能形成，一般认为n1时形成的漏斗坑体积最大，爆破作用最好：但n略大于l(约1.31.4)时，可减少清理坑内岩石的工作，而n略小于1(约为0.8）时，岩石不致飞散过远，使装岩容易进行。可见爆破作用指数应按爆破要求来选用。井巷掘进的爆破作用指数一般选用在0.81.0之间，掏槽眼可以稍大于1。 图4-2 两个自由面的爆破现象如果自由面不止一个，则应力波在各个自由面都能产生反射，也都能产生从自由面向药包中心的拉断破坏区。如图4-2 表示具有两个自由面的情况，两组反射波的交叉处无疑是要破坏的。因此增多自由面就可使炸落单位体积岩石的炸药消耗量降低，而且岩石的块度还比较小而均匀。有些资料认为，两个自由面的炸药消耗量只是一个自由面的60，三个自由面可以降低到40。实际上由于其它因素影响只能接近这个数字。因此，在爆破工程实践中，都必须使几个炮眼先爆发为后继炮眼的爆炸造成附加自由面，这种办法称为“掏槽”。 二、 长条药包的爆破特点掘进井巷时所打的炮眼是一些圆柱形的孔洞，所装炸药也是细长圆柱形，在爆破上称为长条药包。在两个以上自由面的情况下，长条药包容易做到破碎均匀。但在一个自由面的情况下，由于炸药在炮眼底部和接近炮眼口部的单位长度装药量都一样大，爆炸能量不能集中。因此，为了有效地进行掏槽，必须在炮眼布置上慎重考虑。具体办法是将掏槽眼排列得比较密些，或将两个以上的掏槽眼打成具有一定倾斜度并使眼底向一处集中，用以提高爆落单位体积岩石的装药量。图4-3 长条药包破岩情况长条药包，可以看作是若干个小的集中药包(图4-3)。最接近眼口的几段，由于抵抗线短，具有加强抛掷的作用；接近眼底的几段，由于抵抗线大，可能只具有松动作用，炮眼最底部的药包甚至不能形成爆破漏斗。总的漏斗坑形状就是这些漏斗的外部轮廓线，大致呈喇叭形。眼底破坏极少，形成“炮窝子”。通常把实际爆落深度与炮眼深度之比叫做炮眼利用系数(用拉丁字母表示)。 炮眼不装药部分必须进行良好的塞填。这样爆生气体作用时间长，有利于破碎岩石并能减少引爆沼气、煤尘的危险性。塞填材料常用土与砂混合的塑性炮泥。 炮眼方向不宜与最小抵抗线相重合，这点对低爆速炸药尤为重要。 三、 沼气矿井的安全爆破在煤矿中，一般都有以沼气为主的可燃易爆气体和有爆炸危险的煤尘。进行爆破时的温度最低也要接近2000，是否可能引起沼气煤尘爆炸?这是煤矿进行爆破必须解决的重要问题。 炸药爆炸可能引爆沼气煤尘的因素有三：空气冲击波，炽热的固体微粒和爆炸生成的高温气体。由爆轰激起的空气冲击波虽然具有很高的压力和温度，但由于作用时间非常短暂，不会将沼气加热到爆发温度。但是冲击波经过反射迭加，或沼气经过预热，则仍有引起沼气爆发的危险。因此，掘进工作面不得有阻塞断面1/3以上的物体，以免造成冲击波的反射；并且不能使用秒延期雷管，以防止先爆炮眼对沼气预热。炽热固体微粒是一些爆炸不完全的炸药颗粒或金属粉末。他们在空中飞散时可能氧化燃烧，本身冷却得又慢，对沼气加热的时间长，所以危险性也较大。因此煤矿炸药必须爆轰隐定可靠，含铝、镁等金属粉的炸药因增温作用大，绝对不能使用。不得在装药时任意加入金属丝或全属片。 爆炸生成气体的温度高、作用时间长，是引爆沼气最危险的因素，特别是含有游离氧、氧化氮等气体时，由于具有强氧化作用，易使沼气爆炸；含有游离氢、一氧化碳等气体时，它们接触空气时可能要燃烧产生二次火焰。因此煤矿炸药的氧平衡特别重要。变质炸药、起爆能不足的雷管都会因爆炸作用不完全而产生上述不良气体产物。所以禁止使用。此外，炮眼必须进行良好的塞填后才准放炮。 放炮前应检查工作面附近20m的沼气浓度，超过1就不能放炮。 在沼气矿井放炮必须使用煤矿许用炸药，在这种炸药中。一定要有消焰剂（食盐）用以降低爆温和阻断沼气爆炸反应。但消焰剂的掺量心须合适。掺量低了降温作用不明显。掺量高了又会恶化爆炸性能反而又影响其安全性。沼气爆炸危险大的矿井，采用一种不把大量食盐加入炸药之内，而把它置于两层包纸的夹层中的办法，这种药卷称为“被筒炸药”。但由于炮眼直径需要加大，夹层中的食盐可能移动或撒出等原因，使用得并不广泛。有一种在炸药内将食盐含量增加到3045的“当量炸药”(即消焰剂含量相当于被筒炸药），它用硝化甘油作敏感剂，安全程度也相当于被筒炸药，它的爆力、猛度大致和三号煤矿炸药相当。还有一种“离子交换炸药”，在它的成分中含有硝酸钠与氯化铵的混合物，起爆后产生下述反应： 产生硝酸铵又参加爆炸反应提高爆炸威力，产生的细粉状氯化钠对缩小爆炸火焰、降低爆温非常有效。这种炸药还具有一种选择爆轰的性能，在密闭条件下爆炸作用强烈产生的NaCl也多，降温作用也大。但当裸露起爆时，由于生成的NH4NO3少，威力降低，甚至可能不爆。 煤矿许用炸药必须在试验巷道中进行引爆沼气的检验，按规定药量和装药方法放五炮，不能有一炮引爆充入爆炸室(试验巷道的一部分）内含量为9的沼气，如有一炮引爆，就要加倍复试，复试应无一炮引爆。初试二炮引爆或初试一炮复试仍有一炮引爆沼气者均为不合格。 沼气矿井放炮必须使用防爆型放炮器，雷管联接只能用串联。 四、 毫秒爆破利用毫秒雷管或其他设备控制放炮的顺序，使每段之间只有几十毫秒的间隔，叫做毫秒爆破或微差爆破。 实践证明，毫秒爆破具有爆出岩石块度小而均匀、炮眼利用率高、岩帮震动小、巷道规格好等特点。其原因目前研究得还不够充分，但以下各点是比较得到公认的： 1由于间隔时间短，后组炮眼起爆时前组炮眼爆炸在岩石中形成的应力波尚未消失，就会产生应力叠加，使岩石更剧烈地破碎，因此爆出的岩石块度小而均匀。 2后组炮眼起爆时前组炮眼爆落的岩石已经飞起尚未落下，充分利用了前组炮眼所造成的附加自由面。当毫秒雷管起爆段数多时，就使附加自由面的利用更加充分。并且后组炮眼不把能量消耗在再次升起已破碎的岩石上。所以能节约炸药，提高炮眼利用率。 3后组炮眼的爆炸选择在前组炮眼爆炸引起的地震波开始减弱时进行，因此两组地震波发生一定程度的干扰，使地震波对围岩的影响减小。有些资料认为，当起爆间隔时间选择合适时，能够使地震波影响降低60，因此爆破后围岩稳定、裂隙少，顶板容易管理。 过去在沼气矿井煤层中放炮，只能使用瞬发雷管。因为那时只有秒延期雷管，放一遍炮总延期时间要达到6、7秒，前组炮眼爆炸产生的热量有充分时间将工作面沼气预热，而且经过6、7秒的时间工作面的沼气浓度也可能增加到超过1的放炮限度，这样放炮当然就不安全了。如果使用毫秒雷管，整个爆破的进程加快，沼气还未来得及涌出，也没有被充分预热，爆破工作就已经结束，因而在安全上是可靠的。我国自1958年后，曾先后在抚顺、开滦、平顶山等十五个矿务局，使用了两千多万发毫秒雷管进行了实验，从未发生过事故，充分证明了总延期时间在130毫秒(毫秒雷管前五段)以内，在安全上是完全可靠的。 五、 光面爆破机理光面爆破(通常简称光爆）是近几十年发展起来的一项爆破新技术。应用光面爆破可使掘出的巷道轮廓平整光洁，便于锚喷支护，岩帮裂隙少、稳定性高。所以光面爆破是一种成本低、工效高、质量好的爆破方法。 光面爆破的质量标准为： 1围岩面上留下均匀眼痕的周边眼数应不少于其总数的50。 2超挖尺寸不得大于150mm，欠挖不得超过质量标准规定。 3围岩面上不应有明显的炮轰裂缝。 光爆施工方法虽有多种，但国内使用最多的是普通光爆法。即先用一般的爆破方法在巷道内部做出巷道的粗断面，给周边留下一个厚度比较均匀的光面层。然后再由布置在光面层上的边眼爆出整齐的巷道轮廓，这些边眼就是光爆炮眼，它的爆破参数要慎重选取，才能达到围岩既不严重破碎，又在边眼间形成贯穿裂隙，把光面层整齐地切割下来。 根据前面所讲的破岩机理，爆炸在炮眼附近形成粉碎区和裂隙区，进行光爆时，首先必须对它们加以控制。特别是爆轰压力能使岩石产生相当高的峰值应力，为此必须采用爆轰压力小一些的炸药。由于爆轰压力与炸药密度和爆速均成正比。故光爆必须选用爆速与密度都小的炸药。装药量更要严格限制。使其爆炸能刚刚超过产生贯穿裂缝所需的能量，这样便不会在岩石上造成爆破漏斗孔。出现了漏斗孔就说明在药包附近产生了裂隙，影响了巷道的稳定性，不符合光爆的基本要求。 仅仅从炸药品和装药量上考虑还不能圆满地达到光爆要求，因为若将小量炸药集中在一体，它的破坏能量还是比较大的。为此必须采用特殊的装药结构，使炸药的能量均匀地分布在整个炮眼壁上。在炸药临界直径允许的条件下，减小药卷直径做成细长药卷，并设法将它固定在炮眼中心。这样炸药与岩石并不直“耦合”。而是经过一段空气间隙，这种装药结构称为“不耦合装药”。炮眼直径与药卷直径之比称为“不耦合系数”。 要圆满地达到光爆要求，必须在光爆炮眼之间形成贯穿裂缝。它形成后就使岩石中的应力得到释放，进一步控制了其它方向上有害裂缝的发展，同时又隔断了从自由面反射的应力波向围岩中传播。关于贯穿裂缝的形成机理，现在一般认为是由于爆生气体在围岩中产生的持续时间较长的静应力场的作用结果。 各光爆炮眼的最小抵抗线应当均一。以免光爆孔负荷有大有小造成超挖或欠挖。最小抵抗线一般要比孔间距稍大些，以防反射波侵入围岩使围岩遭受破坏。施工中常将孔距与最小抵抗线之比值称为炮眼密集系数，其值常数0.8。 为使光爆效果更可靠，打眼工作也是极为重要的。孔间距要均匀整齐，孔口距帮应尽可能近些，炮眼方向要稍向外偏。以防巷道越掘越小，所有炮眼都要严格地打在轮廓线上。轮廓线的曲线段炮眼应比直线段稍微密一些。 若先将光面层内的岩石运出，将对保证光爆效果有利，但使掘进组织工作复杂化。掘进平巷时，由于有部分岩石被抛掷出去，即使岩石不先装出，对影响巷道质量的拱顶部分也不会产生太坏的影响。对于立井，可采用精确选定光爆眼与内部各眼的起爆时差，在内部岩石被抛起尚未落下时起爆边眼，也能保证很好的光爆效果。 第二节 巷道施工中的钻爆法与技术一、巷道施工中的钻眼爆破法在岩巷掘进中，破碎岩石是一项主要工序。目前国内外大量使用的破岩方法还是钻眼爆破法。 为了获得良好的爆破效果，必须正确地布置工作面炮眼，合理确定爆破参数，选用适宜的炸药和改进爆破技术。 （一） 工作面炮眼布置 掘进工作面的炮眼，按用途和位置可分为掏槽眼，辅助眼和周边眼三类： 1掏槽眼 掏槽眼是首先在工作面上将一部分岩石破碎并抛出。在一个自由面的基础上崩出第二个自由面来，为其它炮眼的爆破创造有利条件。掏槽效果的好坏对循环进尺起着决定性作用。目前常用的掏槽方式，按掏槽眼的方向可分为三大类： 1）斜眼掏槽法 斜眼掏槽在巷道掘进中是一种常见的掏槽方法，可分为单向和多向两种： （1）单向掏槽法 这种方法由于炸药集中程度低，对均质坚硬的岩石中甚少使用，只是在有明显松软夹层时才能取得良好的爆破效果。如图4-4（a）的扇形掏槽就是其典型实例。 （2）多向掏槽法 这种掏槽方法包括楔形掏槽和锥形掏槽，其中以楔形掏槽应用最为广泛。如图4-4（b）。图4-4 斜眼掏槽2）直眼掏槽法 这种掏槽方法的特点是：所有的掏槽眼都垂直于工作面，各炮眼之间必须保持平行；炮眼深度不受巷道断面的限制。可用于深孔爆破，同时也便于使用高效凿岩机和凿岩台车打眼。 直眼掏槽法的形式可分为直线掏槽、角柱式掏槽和螺旋掏槽三种。 综上所述可见：直眼掏槽破岩不是工作面作为主要自由面，而是以空眼作为附加自由面。爆破对这些小眼产生强力挤压爆破作用，致使槽腔内的岩石被破碎，而后借助爆生气体的余能将已破碎岩石从槽内抛出，达到掏槽目的。不难看出空眼的作用，一方面对爆炸应力和爆破方向起集中导向作用；另一方面使受压岩石有必要的碎胀补偿空间。因此，直眼掏槽实质是一种小补偿空间的挤压爆破，要掌握好直眼掏槽必须注意以下几点： 首先，空眼和装药眼的间距最好不要超过破碎圈的范围。 其次，空眼数对掏槽成败起很大作用。 再有，直眼掏槽一般都是过量装药，装药占全长的70%80%，若装药不当；则易发留岩埂现象。 3混合式掏槽法 为了加强直眼掏槽的抛渣力和提高炮眼的利用率，形成了以直眼掏槽为主并吸收了斜眼掏槽优点的混合式掏槽2 辅助眼和周边眼的布置 辅助眼(又称崩落眼)，是布置在掏槽眼和周边眼之间的炮眼。它是大量崩落岩石和刷大断面的主要炮眼。其布置原则应当充分利用掏槽所创造的自由面，最大限度地爆破岩石。 周边眼的布置是控制巷道成型好坏的关键。按照光面爆破的要求，其眼口中心都应布置在巷道设计掘进断面的轮廓线上，眼底应向轮廓线外偏斜，一般不超过100150mm，这样可使下循环打眼时凿岩机有足够的工作空间，同时要尽量减少超挖量。 二、巷道施工中炸药选择及爆破参数确定 正确选用炸药参数，至今还没有一套比较成熟的理沦计算方法，也只能作为参考依据，都是根据经验类比和直接试验来确定。 (一)炸药选择 炸药是破碎岩石的能源，对爆破效果的影响很大。一般是根据巷道所穿过岩层的坚固性、含水性等因素来选取炸药。岩石坚固性大的选取威力大的炸药，岩石含水性强的选取能抗水的炸药或对一般炸药采取防水措施。此外，推广深孔光面爆破以来的经验表明，还必须根据各类炮眼的不同爆破作用采用不同性能的炸药，如周边眼应采用低威力、低密度的炸药，才能获得光面和不破坏围岩的稳定性；在挤压掏槽眼和扩槽的辅助眼中，则需采用高威力、高密度的炸药以发挥每个炮眼的最大爆破作用。 (二) 爆破参数的确定 1炸药消耗量 炸药消耗量q是指爆破1m3实体岩石所需要的炸药量，也就是工作面一次爆破所需的总炸药量Q和工作面一次爆下的实体岩石总体积V之比。 2周边眼间距E 在光面爆破中，爆破后岩面的平整程度，与最小抵抗线w和周边眼距E的比值K有关。实践证明，当K=0.81.0时，能得到较好的爆破效果。 3炮眼直径 炮眼直径是根据药包直径来确定的。一般的标准药卷直径为32mm及35mm，炮眼直径比药卷直径要大47mm，这样炮眼直径就是3642mm。 4炮眼深度 炮眼深度直接决定每个循环的进尺量，也决定装岩等主要工序的工作量和所需要的时间。影响炮眼深度的主要因素有：巷道断面尺寸和掏槽方法、岩石的物理力学性质、钻眼设备，劳动组织和循环作业方式等。确定合理炮眼深度的依据应该是：炮眼利用率比较高(一般不能低于85)；钻眼和掘进速度快；巷道掘进成本低。根据以上要求，下面分三个方面来讨论炮眼深度的合理性： 1）合理的炮眼深度必须与具体施工条件相适应。2）合理的炮眼深度必须保证较高的爆破效率。 3) 合理的炮眼深度应尽可能使每班能够完成整循环。这样每班的工作任务明确，便于组织和管理，有利于实现正规循环作业。每个循环时间的确定必须和现有技术装备水平和施工条件相结合，在合理的炮眼深度范围内，应力争达到每班多循环，以加快掘进速度。5炮眼数目 炮眼数目和炮眼布置是密切相关的，必须根据工作面的岩石性质，巷道断面形状和尺寸以及所用的爆破材料对不同作用的各类炮眼，分别进行合理布置最终排列出的炮眼数就是一次放炮的总炮眼数目。但这些炮眼数目是否合理，必须通过实践来验证。合理的炮眼数目应当保证有较高的爆破效率(炮眼利用率不小于8590)。 三、巷道施工中装药结构及起爆 装药结构及起爆是控制爆破作用范围、性质和方向的重要因素。 根据起爆药包所在位置不同，有正向装药与反向装药两种方式。正向装药如图4-12（a）所示，先将被动药包依次装入眼内，然后装入起爆药包。所有药包和雷管的聚能穴一致朝向眼底。用炮泥填满炮孔。 图4-11 掏槽眼和辅助眼装药结构 a 正向装药；b 反向装药 图4-12 周边眼装药结构 a 单段空气