壁式採煤法

壁式採煤法是長壁工作面採煤方法體系的總稱。採煤工作面長度少則30~40米，多則200米左右或更長的一種採煤方法。特點是：回採工作面長：工作面兩端有可供運輸、通風和行人的巷道；回採工作面向前推進時，必須不斷支護；採空區隨工作面向前推進要按一定方法及時處理；回採工作面內煤的運輸方向與工作面煤壁平行。

基本介紹

• 中文名：壁式採煤法
• 外文名：wall mining method
• 特點：回採工作面長度較長
• 組成：有可供運輸、通風和行人的巷道
• 條件：必須不斷支護
• 學科：礦業術語

簡介

全世界煤礦地下開採分為壁式體系採煤法及柱式體系採煤法。採用壁式體系採煤法的主要採煤國家和地區有：中國、俄羅斯、波蘭、烏克蘭、德國、英國、法國、日本、西歐等, 其產量均占地下開採產量的90%以上。採用柱式體系採煤法的主要產煤國家有：美國、澳大利亞、加拿大、南非、印度等。

近20年來，壁式體系採煤法呈加速發展趨勢。壁式體系採煤法具有連續採煤、產量高、安全性好、采出率高等先進性。美國、澳大利亞等國引進了壁式開採技術，並用高新技術加以裝備，創造了世界新紀錄。例如，美國1995年全國62個綜採礦井，共有72個長壁縮采工作面，長壁綜採礦井僅占美國礦井的6.3%，產量卻占美國礦井總產量的47.8%。20英里礦創造了年產777.81萬t、綜采工作面年產649.43萬t的世界先進行水平。2002年美國有53個礦井，57個長壁綜采工作面，基本上是1個礦裝備1個長壁工作面，有4個礦裝備了2個長壁工作面。全美中小礦井占礦井總數90%以上，而且為了保護地面設施及環境，柱式體系採煤法的產量比重約為50%以下。澳大利亞長壁採煤法產量繼續增長。2000年7月1日至2001年6月30日，澳大利亞有34個長壁採礦井，共產原煤819萬t。其中，6個礦井超過400萬t。

特點

壁式採煤法的特點是：回採工作面長度較長；工作面兩端有可供運輸、通風和行人的巷道；回採工作面向前推進時， 必須不斷支護；採空區要隨工作面推進按一定方法及時處理；回採工作面內煤的運輸方向與工作面煤壁平行。

壁式採煤法有多種分類。 (1) 按煤層厚薄不同, 薄及中厚煤層，通常按煤層全厚一次開採，稱整層 (單一) 開採；厚煤層，一般分為若干中等厚度的分層進行開採，稱分層開採。 (2) 按工作面推進方向不同，可分為走向長壁採煤法和傾斜長壁採煤法。在分層開採中, 由於分層的回採順序和頂板管理方法不同，可分為下行垮落法和上行充填法等。在中國，開採傾斜和緩傾斜煤層時常用單一 (整層) 走向長壁採煤法、單一 (整層) 傾斜長壁採煤法、傾斜分層走向長壁下行垮落採煤法、傾斜分層傾斜長壁下行垮落採煤法、傾斜分層走向長壁上行充填採煤法和傾斜分層V型傾斜長壁充填採煤法和開採堅硬頂板煤層的刀柱採煤法等。開採急傾斜煤層時, 有水平分層採煤法、倒台階採煤法、倉貯採煤法和掩護支架採煤法，這些都屬於壁式採煤法。20世紀初，刮板輸送機開始使用，壁式採煤法隨之有很大發展，已成為各國的主要採煤方法。隨著採煤機械化程度不斷提高，壁式採煤法的使用範圍將日益擴大。

分類

單一走向長壁採煤法

也稱整層走向長壁採煤法，特點是回採工作面沿煤層傾斜方向布置，沿走向方向推進；工作面長度較長，一般為100～150m，短的有30～40m，長的超過200m。在回採工作面的上方和下方沿走向分別布置迴風平巷和運輸平巷，構成回採工作面和採區巷道之間的通風、運輸和行人的通道。根據煤回採工藝不同，每一循環的推進度一般為0.6～1.2m。通常在迴風平巷內鋪設軌道，用礦車或平板車運送材料和設備；運輸平巷內用帶式輸送機、刮板輸送機或礦車運送煤炭。迴風平巷和運輸平巷採用單巷布置，也有採用雙巷布置的。回採工作面的推進方向有兩種：①後退式，由採區邊界向採區上山（或石門）推進；②前進式，由採區上山（或石門）向採區邊界推進。中國各礦區大都採用後退式回採。在綜采採區，為減少綜采設備的長距離搬移，有的採用混合式，即上區段回採工作面用前進式回採至採區邊界後，將綜采設備搬移至下區段邊界的開切眼中，用後退式回採。壁式採煤法

在走向長壁採煤法的回採工作面中，炮采、機采和綜采均有使用。中國隨著採煤機械化程度的提高，近期回採工作面的平均長度已在100m左右，工作面月平均產量炮採為1萬噸左右，機採為1.5萬噸左右，綜採為3.5 萬噸左右。此法主要適用於緩傾斜和傾斜的薄及中厚煤層。

傾斜分層走向長壁下行垮落採煤法 ；開採緩傾斜厚煤層時，需將煤層按傾斜方向劃分為若干分層，每個分層的厚度在炮采和普采工作面為1.8～2.4m，在綜采工作面可達3.5m左右，各分層由上而下利用全部垮落法依次逐層開採。頂分層的回採與單一中厚煤層回採相同，回採以下各分層時，由於其頂板是上一分層回採時冒落的破碎岩塊，管理上困難極大。過去曾採用分層間留煤皮的方法解決，但煤炭損失大，自燃發火嚴重，後來逐步改用木板、金屬網、竹笆或荊笆等人工假頂。煤層頂板為頁岩或含泥質成分較高的岩石時，向採空區注水或灌注泥漿，有的在冒落岩石中加固結劑，在上覆岩層的壓力作用下，使其結合成一個整體，成為再生頂板，供下一分層使用。在鋪設人工假頂時進行注水或注漿，效果更好。金屬網分單層網和雙層網兩種。開採兩個分層時鋪荊笆、竹笆或單層網；開採三個以上分層時鋪雙層網。因金屬網假頂成本高，中國現時採用荊笆、竹笆假頂較多。金屬網假頂的鋪設方法有底網和頂網兩種。不少礦區已將鋪底網改為鋪頂網，分層頂板破碎或有偽頂難於管理時，鋪頂網優點更多。

本法的巷道有分層布置和聯合布置兩種。分層布置是將每一個分層作為一個中厚煤層看待，各有獨立的巷道系統，通常是分層分采。聯合布置，除每分層都有為本層服務的分層平巷外，還有為各分層共用的平巷和上山、下山。在共用巷道與分層巷道之間用平巷、斜巷或立眼聯繫。為便於維護，應將共用巷道布置在受采動影響較小的煤層底板岩石中。上下分層工作面可同時回採，其超前距離取決於上分層回採後頂板岩層垮落狀況，一般為80～200m，但下分層工作面必須在上分層採空區岩層活動已經穩定後方可回採。為了提高厚煤層開採的經濟效益，許多國家正在發展增大采高、減少分層數目的新工藝。設計和使用大采高的自移式液壓支架和採煤機，煤層采高可達3.5～5.0m。此外，還有將特厚煤層分為兩個分層：開採頂分層時，鋪金屬網假頂，開採底分層的同時回收網下頂煤。壁式採煤法

傾斜分層走向長壁上行充填採煤法 ；各分層自底至頂用充填法依次逐層開採，上分層的回採工作在下分層的充填體上進行。如用水砂充填管理頂板，回採工藝複雜化，因為增加了充填工序；在巷道布置上增加了輸砂、疏干係統和泥砂沉澱裝置。因此，水砂充填工作面除落煤、裝煤、運煤和支護等工序與一般垮落法相同外，還有疏導和沉澱充填廢水等臨時構築物。充填採區的巷道布置，應合理解決運料與輸砂、運煤與疏乾的關係問題，方能保證正常生產。充填採煤法工序複雜，增加一套充填設備，成本高，投資大，效率低；但有利於防止井下自燃發火和煤塵爆炸，有效地減少圍岩移動和地表沉陷，是建築物下採煤、鐵路下採煤和水體下採煤的有效方法之一。中國阜新、遼源、鶴崗等礦區曾廣泛採用本法。近年來，由於擴大了垮落法的使用範圍，充填法的百分比逐漸減少，但不能採用垮落法的傾角為5°～25°的厚煤層，仍多採用本法。

傾斜長壁採煤法

回採工藝與走向長壁採煤法基本相似，不同點是回採工作面沿走向布置，沿傾斜推進。即在井田範圍內，沿煤層走向布置主水平大巷，在大巷兩側沿傾斜向上山或下山方向掘進工作面的運輸斜巷和迴風斜巷，掘至採區邊界後，掘進開切眼使兩斜巷連通。在開切眼和巷道內安裝設備，沿煤層傾斜方向，用仰斜或俯斜方式採煤。用本法開採單一薄層及中厚煤層，巷道布置十分簡單。回採工作面有成對布置的，也有按單一工作面布置的。每個工作面長 150～200m或更長。工作面沿傾斜的推進長度即運輸斜巷和迴風斜巷長度，可達1000～1500m。在運輸斜巷中鋪設可伸縮帶式輸送機，迴風斜巷中鋪設軌道，用無極繩絞車或單軌吊車運送設備和材料。在厚煤層中採用本法時，由於掘進和維護長距離的分層回採斜巷比較困難，維護費用高，故需在煤層底板岩石中布置供各分層共用的集中巷，每隔150～200m開掘聯絡巷道，與分層回採斜巷相連線。各分層的回採斜巷可逐段超前於工作面掘進，並隨采隨廢。各分層工作面回採順序，可在保持一定錯距的條件下，上下分層同時回採，也可在上分層工作面采至邊界後再採下部分層，以利形成再生頂板。壁式採煤法

傾斜長壁工作面按推進方向分仰斜開採和俯斜開採兩種。如煤質較硬或頂板淋水較大，一般宜用仰斜開採；如煤層厚度大，煤質鬆軟容易片幫，宜用俯斜開採。回採工作面一般應朝大巷方向推進，即水平大巷上方的煤層用俯斜方式開採，水平大巷下方的煤層用仰斜方式開採，以利於工作面通風和巷道維護。在地質條件適宜的礦井中，本法與走向長壁採煤法相比，優點是：①巷道布置簡單，巷道掘進和維護費用低，投產快。據蘇聯礦井對比資料，在相同的礦山地質條件下，傾斜長壁開採比走向長壁開採的巷道長度減少10～20%，大型礦井的建設工期可縮短1～2年。②運輸系統和通風系統均較簡單，回採工作面技術經濟效果好。③易於實現等長工作面，減少了由於工作面長度變化而增加拆裝自移式液壓支架和接長或縮短輸送機的工序。本法的缺點是傾斜巷道距離長，使輔助運輸和行人比較困難。中國自70年代開始推廣使用。適用於傾角12°以下的煤層，機采和炮采可擴大套用於開採15°～18°的煤層。國外採用俯斜綜采工作面開採傾角為33°的煤層已獲成功。

傾斜分層傾斜長壁V型工作面上行充填採煤法 ；工作面沿走向布置，沿傾斜向上推進；為便於工作面的通風、運輸和充填工作，自開切眼開始回採後，將工作面逐步調整成兩端高、中間低的偽傾斜 （8°～12°）。整個工作面由兩個偽傾斜工作面組成，形成V型。隨著分層工作面沿傾斜向上推進，在充填體中逐漸維護出一條分層溜道，以便溜煤、進風和流水。為了不使工作面與溜煤道相交處頂板的懸露面積太大而難於維護，V型兩側工作面始終保持 5～6m的錯距。回採工作面從運輸水平向上推進直到迴風水平為止。V型工作面仍用打眼放炮落煤，小型輸送機運煤。落煤中的50%，自行裝入輸送機內，其餘用人力裝載。工作面支護用帶帽木柱或棚子。採區走向長度通常為 320～400m。沿走向可布置4～5個V型工作面，每個長度為80～100m，每翼長40～50m。與走向長壁充填法相比，優點是：充填準備工作簡單，工作量少，充填事故少，採區產量較高；缺點是：尚未實現機械化，工作面容易片幫，巷道系統複雜，通風路線曲折，容易聚集瓦斯。本法適用於傾角20°～45°的特厚煤層，或地質構造複雜，走向斷層較多的煤層。

刀柱採煤法

在採空區內沿走向每隔25～50m留寬5m左右、與工作面等長的煤柱，簡稱刀柱，用以支撐頂板，使其不致冒落。工作面至采後的最近刀柱間，用木支柱或金屬支柱支護。工作面轉入下兩個刀柱之間後，即回收前兩刀柱間的支柱。在頂板不易冒落的煤層，可只在近工作面支護。要在工作面回採到留刀柱前把下一工作面準備出來。本法的採區巷道布置，其落煤、裝運、通風、下料等其他工藝與單一走向長壁採煤法相同。　本法用於不易冒落的堅硬頂板煤層，工作面長度60～120m。采高1～4m，最高可達6m。優點是：使用設備少，工序簡單，適於炮采和機械裝煤，工效和產量較高，坑木消耗少，噸煤直接成本較低。缺點是：①殘留煤柱多、資源回收低；②采近距煤層時，上層刀柱對下層煤開採造成強大集中壓力，用刀柱重疊開採下層時，刀柱越留越寬，在刀柱下開採困難大，往往會造成近距煤層整層丟失；③刀柱工作面較短，切割巷多，掘進率低；④丟煤多，通風不好，易造成自燃發火；⑤隨採空區的增大，會造成大面積懸空頂板的隱患，一但來壓，就會大面積塌頂，產生井下暴風的嚴重事故。