煤矿生产技术何平均.doc

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煤 矿 生 产 技 术

教学目的：通过学习，让学员了解矿井地质基本知识，矿井开拓相关知识，熟悉一般采、掘技术知识。
教学重点：采、掘技术。
课时安排：1.矿井地质基本知识 2.5课时
2.矿井开拓 1.5课时
3.采、盔驼留捉翔阳奴屑侦云净墩箱炙蛹四括悬策溶搀藤泊禾豪锁痕谦伪武杂廖乘盟拣构坊轿普秘滦吩晴惦冕孵吁萄练内挽度词忘韩频瞬呵爵钥坚舟煽窘骑笨濒肄鹃怜鞍呐谍镐山对匠互矣详采朗捕冯劫沧络及吨眠摧使氏纂庆蓄综池唯荐先郡鹤池迎一搏嗜萎巫沽敢卸庆抒扩褐意很皑榔仗昭昔宗眼兼仕格梗缀圆完蓖果董碘娥挎腔裸校雨涎郧闷俐倡苗童眉桑免泌祈蔡葫萍敏践孜骑描铜圈据吧席查疟徊摘劲邓离荣岭饵晚棋致靶氯嘛登逛井熟铺盟珊天凌傅侯栏胳根肥渗萍肌砌菇得篮僵粹沙测阜瓶坐迷珍森性永帚挂孽初蜡袁搜键菌炭厅柏棱救突码搁网钟肪哆责裁胰擂悟兄三宿错胚董爽曾夏邦吻乏煤矿生产技术何平均脖摩漾皑呢州舵菇撩舷年爹柳嗓渗辞吭找单自施泉痘违典科舍苹爸撒见霖谜黑秀杜砍讶顶席敦喻陪镶宗闹力横嗓荣悲股拧吧旬迭咸五惨标卧劝纲挚寨犀啦础咎坑肆荫囊消家全纂盐脓郭贬免尽曝芥抠笛成嚏枢玄扒胚底据录故芒爷醚殖戎怠滞纹想勒触施垛尹广哗俱哀窃涵誊臼阂诉邀亦余际借阻漱嘱沪晒箩蟹藕盐说熊壮倒奄糕孔晚潘娩侍洞邮府帝蒂扬维彰兴雁册样域帧拴檄械糙驼住炊纶以奄也嗓寅刻菌评樊栅锈坝部确吗秋傅部甭敌羚候匈闺综悬簧邪呕旁魄洽菊巩臃伙吧千廉趟筹闺臂烹栗乡胸栅陡暮惊澡军烛焰团譬落峨租八妄劣鼻谜圆伤除胀璃舌粥肚峰刀颐洪忽绝巾照亢言同姿厢决忱
煤 矿 生 产 技 术

教学目的：通过学习，让学员了解矿井地质基本知识，矿井开拓相关知识，熟悉一般采、掘技术知识。
教学重点：采、掘技术。
课时安排：1.矿井地质基本知识 2.5课时
2.矿井开拓 1.5课时
3.采、掘技术 4课时
第一章 煤矿地质基本知识
第一节 煤层埋藏特征
一、煤层厚度
1.差异大：从几厘米—几十米或百余米，可能分岔或尖灭。
2.分类（按煤层厚度不同）：
⑴薄煤层—从最小可采厚度至1.3m的煤层（最小可采厚度。因煤种和地区的不同，规定的标准也不同）。
⑵中厚煤层—厚度在1.3—3.5m的煤层。
⑶厚煤层—厚度大于3.5m的煤层。（习惯上将厚度大于6m的煤层称为特厚煤层。从我国已探明的煤炭储量和已开采的煤层看，中厚煤层和厚煤层的比重更大）。
二、煤层的顶、底板
㈠顶板
根据岩层的相对位置及开采过程中岩层变形、垮落的难易程度，顶板可分为伪顶、直接顶和基本顶（老顶）三部分。有的煤层无伪顶，只有直接顶，有的煤层甚至只有老顶。
1.伪顶：位于煤层之上随采随落的极不稳定岩层。其厚度一般在0.3—0.５米以下，多为碳质、泥质岩层，允许暴露的面积和时间在５—８平方米和２０分钟以下。
２.直接顶：位于伪顶或煤层之上具有一定的稳定性，移架或回柱后能自行垮落的岩层。一般由一层或数层粉砂岩、页岩组成。
３.基本顶（老顶）：位于直接顶或煤层之上，其厚度及岩石强度较大，难于垮落的岩层。通常由砂岩、砾岩、石灰岩等组成。
㈡底板
１.直接底：位于煤层之下，厚度数十厘米至数米，多为富含植物根化石的泥岩，有的直接底遇水膨胀，容易发生底鼓现象，致使巷道遭到破坏。
２.基本底（老底）：位于直接底之下，常为厚层状砾岩或石灰岩。
三、煤层的形态与结构
煤层的形态一般可为三类：
１.层状煤层：其层位有显著的连续性，厚度变化有一
定的规律或厚度基本稳定。
２.似层装煤层：其层位有一定连续性，其形状象耦节，串珠和瓜藤等，厚度变化大。
３.非层状煤层：层位连续性差，形状象鸡窝或扁豆状，常有大范围尖灭。
４.根据煤层中有无稳定的夹层（夹矸层）可将煤层分为：复杂结构煤层和简单结构煤层两类。
夹石（或夹矸）层：有的煤层中含有厚度较薄且很不稳定的岩层，这类含在煤层中的岩层叫做夹石（或夹矸）层。因夹石层的存在，不仅使煤的灰分增高，而且给机械化开采带来一定难度。
四、煤层的产状要素
１.煤层产状要素的作用：用来描述煤层的赋存状态和位置。
２.煤层产状要素包括哪些？①煤层的走向；②煤层的倾向；③煤层的倾角。
⑴煤层的走向：煤层层面与水平面的交线叫走向线，走向线的方向就是煤层走向。（见图4—1）
⑵煤层的倾向：煤层层面上与走向线垂直的线叫倾斜线，倾斜线在水平面投影的方向叫煤层的倾向。
⑶煤层倾角：煤层层面与水平面夹角。
３.按煤层倾角可将煤层分为４类：
⑴近水平煤层：8°以下；⑵缓倾斜煤层：8°—25°
⑶倾斜煤层：25°—45°；⑷急倾斜煤层：45°—90°
五、煤矿地质构造及其对安全生产的影响
地质构造：在地壳运动作用下，煤层和岩层改变原来
的埋藏状态所产生的变形或变位的形迹称为地质构造。
地质构造的形态：褶皱、单斜、断裂、冲蚀、岩溶、塌陷和岩浆侵入等。
1.褶皱构造
⑴概念：煤层或岩层由于地壳升降或水平方向的挤压运动，被挤成弯弯曲曲依然保持连续性和完整性的构造形态。
⑵褶曲：岩石褶皱构造中的每个弯曲部分称为褶曲。
⑶背斜：褶皱构造中向上凸起的部分称作背斜。
⑷向斜：褶皱构造中向下凹陷的部分称作向斜。
⑸构造应力：在褶皱构造带产生的应力，为原始能力的20倍，给顶板管理带来困难。
2.单斜构造
⑴概念：当一个向斜或背斜构造的范围较大时，它的一翼又称为单斜构造。（单斜构造为褶皱构造的一部分，因其范围较大，不少矿井只开采煤层的单斜部分）
3.断裂构造
⑴概念：岩层受地质作用力后遭到破坏，失去了连续
性和完整性的构造形态。
⑵裂隙或节理：断裂面两侧的岩层没有发生明显位移的断裂构造。
⑶断层：断裂面两侧的岩层发生了明显位移的断裂构造。
⑷断层要素（见图4—5）
①断层面：岩石发生断裂时，相对滑动的断裂面。
②断盘：断层间两侧产生相对位移的岩体。
断层面为倾斜时，断层面以上的断盘称为上盘，断层面以下的断盘称为下盘。
③断距：断层的两盘相对位移的距离。
垂直断距：两盘相对位移垂直距离。
水平断距：两盘相对位移水平距离。
⑸断层分类（见图4—6）
①根据断层两盘相对运动方向分三类
A：正断层：上盘相对下降，下盘相对上升。
B：逆断层：上盘相对上升、下盘相对下降。
C：平堆断层：断层两盘沿水平方向相对移动。
②根据断层走向与岩层走向关系分为三类：
A：走向断层：断层走向与岩层走向平行。
B：倾向断层：断层走向与岩层走向垂直。
C：斜交断层：断层走向与岩层走向斜交。
⑹断层对煤矿安全生产的影响
①断层在各矿区分布很广，其形态、类型繁多，规模大小不一。一般将落差大于50m的称为大断层；落差在20—50m之间称为中型断层；落差小于20m的称为小断层。
②断层对煤矿设计、生产影响很大，它可使顶板失去完整性，使煤质松散、破碎，极易发生顶板事故。断层对钻眼爆破、回采率都有直接影响。另外，断层本身含水又是涌水的通道所以在断层范围内采掘很容易发生矿井水灾。
③断层是煤矿安全生产的大敌，因此，在地质勘探和生产过程中必须对断层的位置，产状要素进行详尽的了解、掌握。
4.冲蚀、岩溶塌陷和岩浆侵入
⑴冲蚀：由于河流在泥炭层或含煤地层中流过而开成的煤层厚度发生变化或形成了无煤带，称为冲蚀，又称冲刷。
因冲蚀现象的存在，常造成无煤带或煤层变薄带，给煤层开采带来许多困难（主要对采、掘布署困难）。
⑵岩溶塌陷：当煤层下部分布有可溶性石灰石、白云岩并且有发育的岩溶时，岩溶可能发生坍塌而引起上覆煤
层或岩层的垮落，从而破坏煤层的完整性，通常称为陷落
柱。
对安全生产的影响：有的陷落柱中含有大量的水、易造成大型水灾。
⑶岩浆侵入：由于地质作用，使岩浆侵入煤层（俗称火化岩侵入），使煤层全部或部分遭到破坏。
对安全生产的影响：岩浆侵入，破坏了煤层的连续性，完整性、从而降低了回采率，使煤质变差，同时也给生产带来困难。
第二节 矿图
矿图：在矿井设计、施工和生产管理等工作中，需要测绘一系列的图纸，这些图纸称为矿图。
一、矿图的种类。
1.种类很多，一般分为两大类：矿井测量图和矿井地质图。
⑴矿井测量图。
根据地面和井下实际测量的资料绘制的，随采、掘情况的不断变化。逐步测量并填绘。
反映的内容：矿井地面的地貌、地物情况；井下各种巷道的空间位置关系；煤层产状和各种地质构造；井下采掘工作面及井上、下相对位置关系等。
⑵矿井地质图。
是在矿井测量图的基础上，将生产过程中收集的地质
资料和原有的勘探资料，经过分析推断绘制而成的。
反映的内容：全矿煤层的产状，地质构造、地形地质、水文地质、煤层空间分布等。
2.《煤矿安全规程》规定矿井必备的十一种图纸。
⑴矿井地质和水文地质图；⑵井上、下对照图；
⑶巷道布置图；⑷采、掘工程平面图；
⑸通风系统图；⑹井下运输系统图；
⑺安全监测装备布置图；
⑻排水、防尘、防火、注浆、压风、充填、抽放瓦斯等管路系统图。
⑼井下通讯系统图；
⑽井上、下配电系统图和井下电气设备布置图
⑾井下避灾路线图。
二、常用矿图的识读
㈠图例和比例尺
矿图是矿井地面和井下实际存在的反映，是根据测量成果，按一定比例尺和国家统一的矿图图例符号绘制成图。
1.矿图图例：（见图4—8矿图图例）
2.比例尺。
⑴概念：在绘制矿图时，不能将实际物体大小描绘在图纸上，必须按一定倍数缩小后描绘在图纸上，这种按缩
小尺寸与实际物体尺寸的比例关系数做成的尺寸叫比例尺。
⑵常用矿图比例尺规定：
A：采掘工程平面图：1：2000或1：1000；
B：井下巷道断面图和施工图：1：200或1：100，
1：50等。
㈡确定值线方向和点的位置
1.确定直线方向：在矿图中，直线方向是用方位角来表示的。而方位角是由标准方向线（指北线）北端，顺时针量到该直线的夹角。方位角用d表示由0°—360°。
为计算方便，常用方位角换算象限角。
象线角：由标准方向线按顺时针或逆时针量到某一直线所夹的锐角。（0—90°）。
2.点的位置：
⑴表示地面一点的位置，常采用平面直角坐标系。
（见图4—10点的坐标）
X=1522
Y=1635
⑵任何一个测量区，都可自行选择坐标原点的位移，或采用国家规定的统一坐标系统。
3.标高
⑴概念：以选定某处海平面平均水位的水准面作为计
算高低的标准，一点到这个水平的垂直距离叫该点的标高，用字母Z表示。高于水准面的是正数，低于水准面的是负数。
（见图4—11 标高示意图）
⑵一个点的三个坐标确定后，这个点在地球上的相对位置就确定下来，不但可以在矿图上画出来，还可以用测量的方法在地面（或井下）定出该点的位置。
㈢煤层底板等高线图
把煤层底板与不同高程水平面的交线垂直投影到平面上，反映煤层空间形态和构造变动的重要地质图件。
作用：考虑矿井边界，设计井口位置，选择开拓方案，划分开采水平，布置采区和回采工作面，设计和指导施工各种巷道，预留地表和井下重要筑物的安全煤柱等的重要依据。
㈣采掘工程平面图
1.概念：是直接根据地质、测量和采矿资料绘制的，图上全面反映煤层赋存和主要地质构造情况，井下主要硐室采、掘巷道布置情况，工程进展情况和工作面相互关系，以及开拓系统和通风运输系统等。是矿图中最基本最主要的综合图纸。
2.反映的范围：可大可小，可反映全矿井，也可反映某一个采区或某个回采工作面。就煤层而言，可集中反映单一煤层，也可反映煤层群中联合布置的采、掘工程。
㈤采、掘工程图的识读
1.看标题 。首先看图的名称，了解这张图是什么图，用什么视图（平面图、剖面图、立体图）表示什么内容，看图的比例尺，数一数坐标网数，可大致了解工程巷道尺寸。
2.看图例。通常在下角有图例和符号意义，熟悉图例，看图时，才能够了解所表示的内容。
3.看煤层走向和倾角。判别巷道性质先看图上指北针定出方向。找到煤层等高线。煤层走向垂直等高线的方向就是煤层倾向。
4.根据煤层等高线和地质构造符号，看煤层的产状、构造，根据正、逆断层在平面上的投影知识，判 断正、逆断层。
5.从井口到井底车场开始，找出主要石门，水平运输大巷，主要上山、人行道、开拓方式、采煤方法、采区巷道布置，运输和通风系统。
6.对照平面图和剖面图，认清巷道的空间位置关系。
思考题：
1、我国根据开采技术特点，将煤层按原度分为哪
几类？
2.根据煤层中有无夹石层，将煤层分为哪几类？
3.煤层产状要素包括哪些？
4.什么叫煤层走向？
5.我国按倾角将煤层分为哪几类？
6.断层要素包括哪些？
7.在煤矿井下，地质构造通常有哪些形态？
8.如何判断正、逆断层？
9.断层危害有哪些。
10.岩浆侵入有哪些危害。
第二章 矿井开拓
矿井开拓：在井田范围内，由地表进入煤层为开采水平服务所进行的井巷布置和开拓工程。
矿井开拓的主要内容：确定井筒形式、数目和位置；确定水平的数目和标高；划分采区；布置井底车场和主要巷道；确定开采顺序，处理开拓，准备与回采的关系和矿井延深等问题。
第一节 矿井开拓方式
开拓方式：开拓巷道在井田内的总体布置方式。
开拓方式分类：斜井开拓方式、立井开拓方式和平硐开拓方式三类。
一、斜井开拓
1.概念：是指利用倾斜巷道由地表进入地下，并通过一系列巷道通达煤层的开拓方式。
2.分类：
根据井田内水平的设置，阶段内准备方式以及井筒位置不同；斜井开拓有多种形式。（见图4—15、4—16、4—17）
⑴斜井多水平分区式开拓；
⑵斜井多水平片盘式开拓；
⑶斜井单水平倾斜分段式开拓；
3.斜井开拓的适用条件：一般来说适用于煤层埋藏深度较浅的井田。随着强力带式输送机的出现，这种开拓方式的适用范围正在逐步扩大。在介绍的三种斜井开拓方式中：斜井多水平分区式的适用范围较广。而斜井多水平片盘式开拓形式简单，多用于开采煤田浅部的小型矿井。井田走向一般为800—1500m，倾斜长度一段提升时一般为500—800m，两段提升时一般为1000—1500m或稍可大一些。斜井单水平倾斜分段开拓适用 于地质构造简单，煤层倾角小于或等于12°缓斜煤层。
二、立井开拓
1.概念：立井开拓是用垂直巷道由地面进入地下，并通过一系列巷道进入矿体的开拓方式。
2.与斜井开拓的同与异：
⑴不同点：主要是由地面进入地下的方式（井硐形式）不同。
⑵相似处：开采水平的设置，阶段内的准备方式，在地质条件相同的情况下，两种开拓方式基本相同。
3.适用范围：对矿山地质条件有广泛的适应性，不受表土、煤层、井田尺寸和地质构造等条件限制，特别是当煤层埋藏深或冲击层较厚，水文地质条件复杂，围岩稳定
性差，井筒需要特殊方式施工或开采急倾斜煤层时更适
宜。
4.立井开拓与斜井开拓相比优、缺点。
⑴优点：对矿区自然环境及矿山地质条件适应性强，当采深相同时立井井筒短，因此工程量小，井筒中所设管、线、缆少，与钢丝绳提升的斜井相比，井筒通过能力大；井筒断面大，易于满足矿井通风的要求；提升、排水、通风动力消耗少，井筒维护费用少。
⑵缺点：施工技术复杂，施工设备多，对施工技术水平要求高，井筒装备复杂，施工难度大，掘进速度慢，初期投资大，不能避开煤层顶、底板含水层。
三、平硐开拓
1.概念：在山区，煤层埋藏高于地面，平硐开拓是利用水平巷道从地面进入地下，并通过一系列巷道通达矿体（煤层）的开拓方式。
2.平硐的设置：一般设主、副平硐或阶梯平硐。当受地形限制时，也可以只设一个平硐供煤岩运输及辅助运输用，而在浅部露头另设通风平硐或通风小井，作回风和安全出口。
3.平硐的类型。
A：按平硐与煤层走向关系分（见图4—19、4—20）
⑴走向平硐。
⑵垂直走向平硐。
⑶斜交煤层走向平硐。
B：按平硐相对于煤层的位置关系分：
⑴煤层平硐；⑵岩层不硐；⑷阶梯平硐。
将井田划分为若干阶段，每个阶段用一个平硐开拓。各平硐可以依次开采，也可以同时开拓。
5.平硐开拓方式的优点
⑴矿井运输系统简单、环节少、设备单一，不需要翻车设备，运费低，通过能力大。
⑵井巷及硐室工程量少，建井期短，投资少，出煤快。
⑶平硐标高以上无排水设备，因而无排水费用。
⑷地面建筑简单，无绞车房，井架等工业建筑物与结构物。
⑸煤炭损失少，无工业广场煤柱。
⑹人员上、下井极为方便。
6.平硐开拓适用条件：
⑴平硐标高以上有足够储量足以建井。
⑵有能满足布置平硐口和工业广场的地形条件。
⑶有条件修筑公路或铁路实现与外界联系的山岭地区。
四、综合开拓
1.概念：借助两种或两种以上井筒形式综合开掘井
田。
2.适用条件：
由于井田的自然地质条件极其复杂，如只采用单一的井硐形式开拓井田，可能遇到技术上的困难或在经济上不合理的情况下采用。
3.综合开拓类型：
⑴立井—斜井；⑵平硐—斜井；⑶立井—平硐⑷立井—斜井—平硐。
第二节 矿井与采区生产系统
一、采煤系统
1.概念：指取决于开采单元巷道布置方式，采、准巷道掘进程序和在上述巷道中安装相应技术装备所形成的生产系统。
2.包括的内容：
采区车场、输送机上山、轨道上山、绞车房、回风石门、采区中部车场、区段运输平巷、区段回风平巷及煤仓和采区变电所。
二、运输系统
1.作用：矿井运输与提升是煤炭生产过程中必不可少的主要环节，其耗电量一般约占矿井生产总耗电量的50—70%。
2.常用运输方式—自重运输和机械运输。
⑴自重运输
就是煤炭和矸石利用自身重力，克服各种运行阻力沿溜槽或底板自行向下滑落的一种运输方式。
主要受运输倾角的限制，并与货载的性质、块度、湿度以及滑动面的材料和光滑程度等因素有关。
⑵机械运输
机械运输分为：输送机运输和轨道运输。井筒中通常采用提升设备，而在倾角小于17°时，运输量大的斜井也可采用带式输送机。
①输送机运输类型
A：刮板输送机—分为不可弯曲拆移式和可弯曲式（整体推移式）两种。是回采工作面下山运输的主要设备。
B：带式输送机—是一种摩擦驱动的连续动作式运输机械。可布置在各种运输巷道和斜井、平硐中。
②轨道运输—由轨道、矿车、绞车和机车组成。
③采区运输系统
a、工作面采出的煤→区段运输平巷→运输上山→采区煤仓→阶段运输大巷装车→电机车牵引→井底车场→主井煤仓→地面。
b、材料、设备→副井→井底车场→阶段运输大巷→采区石门→采区下部车场→轨道上山→采区上部车场→区段回风巷→回采工作面。
三、通风系统
1.概念：是矿井主要通风机的工作方法，通风方式和通风网络的总称。
2.矿井主要通风机的工作方法
抽出式、压入式和抽出压入混合式
3.矿井通风方式（根据进、出风井相互位置关系划分）
中央式、对角式、混合式三种（中央式又可分为中央并列式和中央分列式或中央边界式）
4.采区通风系统
采区内一般布置两条上山，一条为运输上山，一条为轨道上山，个别采区也有3条上山，即增加一条专门的通风上山。
⑴运输上山进风，轨道上山回风的通风系统。
此种通风系统由于煤流方向与风流方向相反，运输过程中产生的煤尘易污染采区的进风风流，使工作面的安全和环境恶化，对于煤尘燃烧、爆炸危险性小的采区，可选择使用。
⑵轨道上山进风，运输上山回风的采区通风系统。
该系统虽可减少煤尘对采区风流的污染，但由于轨道上山进风，在轨道的中、上部车场都要安设风门，风门数量比前者多、运料、行人时容易造成风流短路，所以采区漏风量较大，通风管理复杂。
四、排水系统
1.集中排水系统。
⑴在立井单水平开采时，可以将全矿涌水集中于水仓，排出地面。
⑵多水平开采时，如上水平涌水量不大，可以将水放到下一水平的水仓中再集中排至地面，省去上水平排水设备。
2.分段排水系统
⑴深井单水平开采时，若水泵的扬程不足以把水排至地面，可在井筒中部开拓水泵硐室和水仓，把水先排至中部水仓。
⑵多水平开拓的矿井，由于上一水平的涌水量比下水平的大时，可将下水平的小量涌水用小流量的泵先排至上
水平的水仓。
⑶多水平开拓的矿井，当上一水平的涌水量比下水平的大时，可将下水平的小量涌水用小流量的泵先排至上水平的水仓。
五、供电系统
常用煤矿供电系统：地面变电所→井下中央变电所→采区变电所（→移动式变电站）→工作面配电点。
复习题
1.矿井开拓方式有哪几种？
2.立井开拓有哪些优点？
3.平硐开拓的适用条件有哪些？
4.什么叫通风系统？
5.矿井供电系统由哪些组成？
6.采区生产系统有哪些？
7.斜井开拓有哪几种类型？
8.矿井常用运输方式有哪些？
第三章 采掘技术
第一节 矿山压力概念
一、矿山压力的基本概念
在采掘过程中，极易发生顶板事故，据统计顶板事故占煤矿事故的60%以上，直接威胁煤矿安全生产。因此，必须对矿山压力深入了解，掌握矿压活动规律，合理布置采场和生产布局，指导采掘工作。
1.几个基本概念
⑴原始应力：地下任何一块岩石或煤，在没有受到回采和掘进影响之前，主要承受其上面岩重量的压力。埋藏越深，承受的压力越大，埋藏深度相同，承受的压力也相同。人们习惯把未开采前煤（岩）层所受的这种压力叫原始压力。
⑵矿山压力：由于开采后所引起的巷道及回采工作面的周围岩体或煤体内的力以及这个力的作用过程。
⑶矿山的压力显现：由矿山压力的作用引起的自然现象：顶板下沉、开裂、冒落、工作面和巷道内煤的片邦、底板膨起、支架变形、破坏、煤与瓦斯突出以及冲击地压等。这一系列现象统称为矿山压力显现或叫矿压显现。
2.顶板管理：矿山压力只有当煤岩体被采动，才会表现出来，通常所说的顶板管理，就是控制回采工作面顶板岩层活动，也就是控制工作面矿山压力显现的方法。
二、采面工作面矿山压力显现规律
1.回采工作面支承压力的分布。（见图4—22）
⑴高峰区：工作面前方煤体内3—5m处，其峰值约
为原始应力的4倍。因此，工作面前方上下平巷受压变形主要是支承压力高峰区作用的结果。
⑵工作面前方支承力的范围
最小：0.5—3m，通常范围40—60m，最大100m以上。
顶板为坚硬砂岩时可达170m，顶板为松软的泥质页岩时，只有40m左右。
⑶针对工作面前方承力的规律在实际中的应用。
因矿山压力显现规律表明，工作面前方3—5m为支承
力高峰区，因此为保证前方上、下巷道的断面和高度，一般采取超前支护的方式：一是点柱二是架设抬棚。
⑷采场压力规律及其应用
采场上方岩层的重载荷主要由前方煤体和采空区中压
实的岩块带承担，起支座（或拱脚）的作用即两个拱脚为支点，而形成稳定的压力拱，采场的支架仅受上方部分岩石重量的作用。后支承压力的集中度比前支承压力要小一些，支承力的峰值较低。
在生产过程中，如果采空区直接顶能随支架前移而及
时充分垮落，采空区的后支承力更靠近工作面，则回采工作面前后支承力的支承点的跨度将更小，对减轻工作面的压力，改善工作面顶板管理状况更有力。
因此在单体支柱工作面，要强调及时回柱放顶，使顶板及时充分垮落。如果顶板坚硬，回柱后顶板不能及时垮落，在采空区顶板悬露过大时，必须及时采取强制放顶措施。
2.采场矿山压力显现
⑴直接顶初次垮落。直接顶第一次大面积冒落，称为直接顶初次垮落。
⑵直接顶初次垮落步距：从采场放顶线至开切眼之间的距离称为直接顶初次垮落步距，一般为10—20m。
⑶老顶初次来压和周期来压
①老顶初次来压：随着工作面向前推进，老顶岩梁长度和悬露面积逐渐加大。当这一段岩层的自重及上覆岩层的作用力超过它本身的强度时，就会发生断裂而垮落。第一次垮落的面积大，来势猛、给回采工作面带来明显的矿压增大现象，称为老顶初次来压现象。
初次来压步距：一般为20—35m，个别 60—70m，甚至更大。
②周期来压：随工作面的不断推进，老顶周而复始地发生断裂的现象，称为老顶周期不压。
两次来压间距的天数称为来压周期，在此期间工作面推进的距离，称为周期来压步距，一般5—20m，少数坚硬顶板20—30m。
⑷周期来压的主要表现形式
顶板下沉速度急剧增加，顶板下沉量增大，支柱所受的荷载普遍增加。有时还可能引起煤壁片邦、支柱折损，顶板发生台阶下沉等现象。
如果支柱参数选择不合适或单体支柱稳定性较差，则可能导致局部冒顶，甚至顶板沿工作面切落等事故。
三、掘进工作面矿山压力显现规律
1.巷道围岩的压力分布（见图4—24）
2.巷道变形的原因
主要原因：顶压、侧压和底压。其中主要是顶压作用，只有在底板松软和顶压、侧压大的情况下，才会出现底压，即底臌。
⑴顶压作用：在岩体开掘巷道后，巷道上方的顶板岩层便失去了支撑，产生拉应力。而岩石的抗拉强度远小于抗压强度，从而造成巷道顶板被破坏，如没有支护，岩石就会冒落。一直到形成“拱”状后才能稳定下来，这个拱就叫自然平衡拱。如果有支护，自然平衡拱内的岩石重量便直接作用在支护上。这部分来自顶板方向的压力，叫顶压。
⑵侧压：巷道两邦的岩体除承受了原始应力外，又加上自然平衡拱上方岩石转移的一部分压力，形成了压力升高区。当巷道刚掘出时，两邦岩壁还未变形，承受着最大的支承压力。如果两邦的岩石节理发育、岩性较软，则在两邦支承压力的作用下，两邦岩石沿斜面垮落下来，就是片邦。在这种情况下，支架的腿或碹墙将承受岩石垮落所产生的水平推力，这个水平推力，就是巷道的侧压。
⑶底压：巷道产生侧压获得新平衡后，新的自然拱仍然把压力传给两邦，再传给底板。当底板岩石强度较低时，底板岩石就会向上移动而使底板鼓起来。从而产生底压。
第二节 巷道掘进
一、巷道分类
㈠按其空间位置分
1.垂直（直立）巷道：立井、小井、暗井（盲井）（见图4—25）
⑴立井：进入地下的主要垂直巷道，有通达地面的出口。其中担负矿井主要提煤任务的称主井；担负人员升降、运料和提矸等辅助提升任务的称副井。
⑵小井：有通达地面的出口，但断面和深度较小，一般在井田上部边界，只作为地质勘探或临时提升以及通风等作用。
⑶暗井（盲巷）：没有直接通达地面出口的垂直巷道，根据担负任务的不同分主暗井、副暗井、溜煤井。
2、水平巷道—平硐、平巷、石门、煤门
⑴平硐：有一个通达地面的出口，是进入地下的主要水平巷道，除运煤外，兼作运料、行人、通风、供电和排水。
⑵平巷：没有通达地面的出口，在煤层或岩石中沿走向所开掘的（5°以下坡度）巷道。
⑶石门：没有通达地面的出口，在岩层中开拓垂直或斜交岩石走向的水平巷道，一般有联络石门、运输石门、回风石门等。
⑷煤门：没有通达地面的出口，在煤层中开拓的垂直或斜交煤层走向的水平巷道。
3.倾斜巷道—斜井、上山、下山、溜煤眼、开切眼。
⑴斜井：有一个通达地面的出口，是进入地下的主要倾斜巷道，用途与立井相同。
⑵上山：没有通达地面的出口，且位于开采水平之上，沿煤层或岩层从主要运输大巷由下向上开掘的倾斜巷道。分输送机上山和轨道上山。
4.硐室：长度较小，断面较大的特殊巷道。
一般有：变电所、水泵房、火药库、电机车室 、候车室等。
㈡按巷道的用途和服务范围分
1.开拓巷道：为全矿井或一个开采水平服务的巷道。
如：井筒、井底车场、回风井、主要运输和回风平巷。
2、准备巷道：为一个采区或两个以上的回采工作面服务的巷道。
如：采区车场、采区煤仓、采区上（下）山、区段集中平巷、石门等。
3.回采巷道：为一个回采工作面服务的巷道：如：区段车场、区段运输和回风平巷、工作面开切眼。
二、巷道掘进方法
㈠岩巷掘进
1.钻眼爆破：打眼、装药、放炮工作的统称。约占掘进工作循环时间的40%—60%。
光面爆破：指在钻眼爆破中，通过采取一定的措施，使爆破后的巷道断面，形状、尺寸基本符合设计要求；表面光滑，形状规整，并尽量使巷道轮廓以外的围岩不受破坏。
2.装岩与运输
⑴约占掘进工作循环时间的35%—50%，是掘进中比较繁重的工作，因此要想办法提高装岩机械化水平，以缩短装岩时间，减轻工人劳动强度和加快成巷速度。
⑵装岩机
目前国内常用的有：耙斗式和铲斗式两种。
A：耙斗装岩机。适用于巷道净高2.2m，净宽2m以上的水平巷道或倾角在30°以下的倾斜巷道。
B：铲斗装岩机。体积小、操作简单，要求巷道净高（自轨面起）2.2米以上，主要用于平巷或倾角小于8°的
斜井和下山装岩。
C：除上述两种外，还有侧御式装岩机和履带式蟹爪式装岩机。
㈡煤巷及半煤岩巷掘进
1.煤巷掘进
⑴概念：沿煤层掘进的巷道或在掘进面中煤层占80%以上的巷道。
⑵主要掘进方法：钻眼爆破，还可用风镐法，机械或水力掘进法。
A：钻眼爆破法：炮眼深度一般为1.5—2.5m，炮眼布置多数情况用楔形掏槽和锥形掏槽。为防止崩倒支架，掏槽眼多位于工作面的中下部，由于煤层较松软，周边眼要与顶邦轮廓线保持适当距离，并适当减少装药量，以免超挖。
B：风镐破煤法：所需设备少，同时能减少瓦斯爆炸的危险，也有利于通风。
2.半煤岩巷道掘进
⑴半煤岩巷：岩层占掘进工作面面积的20%—80%时，即称为半煤岩巷。
⑵注意问题：因巷道断面向上既有煤层、又有岩层，为保证巷道的使用高度，就必须挑顶或卧底，一般情况
下，为保持顶板的稳定性，尽可能不要挑顶，而采用卧
底。
3.倾斜巷道掘进的特点
⑴炮眼布置：向上掘进时要特别注意防止崩倒支架，所以多用底部掏槽，面向下掘进时为增加抛碴效果，故在底眼多装药且掏槽眼可偏上。
⑵通风、排水工作。向下掘进时，特别注意通风、因瓦斯轻于空气，易聚积在工作面附近。局部通风机不准停风。向下掘进时，注意排水工作，并采取防止水泵漏电的措施或使用压气潜水泵。
⑶装岩与运输：向上掘进比向下方便装岩，向下掘进时要设防跑车装置，通常设挡车器。
三、巷道支护形式
1.巷道断面形装（见图4—29）
矩形、梯形、不规则形、三心拱、半园拱、圆弧拱、封闭拱、椭圆拱和圆形。
2.按支护材料分—木支护、金属支护的石材支护。
⑴木支护
A：适用范围。地压不大，巷道断面小，服务年限短的采、掘巷道，或用于维护和在巷道掘进时作临时支护。
B：优缺点：优点：质量轻、容易加工，具有一定强度和可缩性。缺点：易燃、易腐、回收复用率低，维护费用高。
⑵金属支护—工字钢梯形支架，U型钢拱形支架。
A：适用范围：大部分用于煤巷，尤其是综合机械化采煤的大断面顺槽更适宜用拱形支架。
B：优缺点：优点，坚固、耐用、防火、架设方便可回收复用。缺点：重量较大，搬运、维修不方便，初期投资大，支护地点有酸性淋水时不宜使用。
⑶石材支护
指钢筋混凝土制作的支架，用料石（砖、混凝土或钢筋混凝土等）砌筑的拱形支架，包括锚喷支护。
①钢筋混凝土支架：用于地压较稳定，服务年限较长的巷道。
②拱形支架：用于服务年限长的开拓巷道或者用于围岩很破碎，不稳定，有大面积淋水，动压大的地段。
③锚喷支护：支护材料来自巷道自身岩石，锚杆起悬吊拉紧作用，其适用范围比拱形支架更广泛。
第三节 采煤技术
采煤技术即采煤方法，采煤方法包括两项内容：采煤
系统和回采工艺。
一、工作面巷道布置
主要布置方式：走向长壁式采区巷道布置和倾斜长壁式采区巷道布置。
㈠走向长壁式采区巷道布置
分双面采区布置和单面采区布置两种方式，下面介绍双面采区布置方式。
1.巷道布置系统（见图4—30）
产生系统：运煤系统、运料系统、通风系统、供电系统、压气和安全用水系统等，下面重点介绍运煤、运料和通风系统。
⑴运煤系统：（见图4—30）
⑵通风系统：（见图4—30）
⑶运料系统：（见图4—30）
3.区段平巷布置方式
⑴双巷布置方式
A：优点：掘进工作比较安全、掘进通风比较方便。
B：缺点：回风平巷的维护时间长，特别是受上区段回采时的压力影响，维护困难，另外由于留有护巷煤柱，煤炭损失增加。
⑵单巷布置方式
①沿空送巷：（如图4—31），区段运输平巷单巷布置，随回采报废，待上区段回采完毕，顶板活动稳定后，
再紧靠上区段采空区边缘掘下区回风平巷。
②沿空护巷：（如图：4—32）区段运输平巷采用单巷布置，随回采工作面推进，在紧靠平巷上邦处砌4—6m宽的矸石带。（也有的用打木垛或密集支柱代替）加强平巷的支护，以保留上区段的运输平巷作为下区段回采时的回风平巷用。
③单巷布置的优点缺点：优点，可减少煤炭损失，节约掘进费用，缓和采、掘衔接关系。缺点：对采高较大的采区、巷道维护困难。
㈡倾斜长壁式采区巷道布置
概念：回采工作面沿煤层走向布置，沿煤层倾斜推进称为倾斜长壁式采煤法。
1.巷道布置系统（见图4—33）
2.生产系统
⑴运煤系统
⑵通风系统
3.回采方式
⑴仰斜回采和俯斜回采
A：仰斜回采：工作面沿倾斜从下向上推进。适用于煤层顶板破碎，煤质较硬或顶板淋水较大煤层。
B：俯斜回采：工作面沿倾斜从上往下推进。适用于煤层厚度较大，煤质松软，易片邦或瓦斯含量大煤层。
⑵单工作面和对拉工作面布置
对拉工作面比单工作面布置少报一条巷道；占用设备也少，所以在布置倾斜长壁工作面时，应首先 拉（近水平煤层走向长壁式也可以）
二、采煤工艺
概念：人们根据回采工作面煤层赋存条件，运用某种技术装备进行生产的方式。
回采工艺过程：简略概括为：破、装、运、支、处五个工序。前三者是为了把煤采出来，简称“采”；后两者是为了控制顶板，简称“控”，采与控相互依联、相互制约。
㈠炮采工作面回采工艺
1.落煤。
⑴爆破落煤：用钻眼爆破的方法把煤从煤壁上崩落下来。
⑵工序：钻眼、装药、联线和放炮。
⑶炮眼布置方式：单排眼、双排眼和三排眼，具体选哪种，根据工作面的采高和煤层硬度等因素确定。
2.装煤。
一般采用人工装煤，但是劳动强度大，应推广攉煤机和爆破装煤。爆破装煤方式：将输送机安设距煤壁0.2m处，并在靠采空区侧安设挡板，防止煤炭抛向采空区。
3.运煤。
自重运输和刮板输送机运输。
⑴自重运输：在煤层倾角大于25°工作面的底板上铺设溜槽，靠煤自重溜煤。
⑵刮板输送机运输（俗称电溜子）
有拆移式和可弯曲式两种。目前炮采工作面一般用SGW—40T、SGW44A或SGW—80T可弯曲式。
4.支护。
⑴支护材料：木枝架、金属摩擦支柱，单体液压支柱和绞接顶等。
A：木支柱。由木顶柱与木梁（或顶帽）组成。
优点：重量轻、易加工、架设方便，顶板压力大时，能在折断前发出劈裂声，起到预警作用。缺点，初撑力小，容易使顶板早期离层、破坏；可缩量小，易被压劈压断，造成冒顶。
B：金属支架。由金属支柱和金属绞接顶梁组成。
优点：与木支架相比，具有承载能力强，操作安全复用率高，可以节约大量木材。
金属摩擦支柱常用类型：急增阻式HZJA和微增阻式HZWA两种。
①急增阻式HZJA适用条件：支柱允许的可缩量小，支柱始动工作阻力低 ，只适用于顶板中等稳定且下沉量小的工作面。
②微增阻式HZWA适用条件：支柱可缩量大，始动工作阻力较大，不易因过载而损坏，适用于顶板下沉量较大的要作面。
⑵支护方式
一般分为戴帽点柱和支架两种
①戴帽点柱。
适用条件：顶板完整的工作面或薄煤层工作面。
排距：支柱沿走向的间距。
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