壁式體系採煤法

壁式體系採煤法，一般以具有較長的工作面為其基本特徵。根據採煤工作面長度不同，又分為長壁式與短壁式兩種。工作面長度小於40m時，稱為短壁式；工作面長度大於40m時，稱為長壁式。壁式採煤法根據煤層厚度不同，可分為整層開採與分層開採。若一次開採煤層全厚時，稱單一長壁式；將厚煤層劃分為若干分層後依次開採時，稱為分層長壁式。長壁工作面沿煤層傾向佈置，沿走向方向推進的稱為走向長壁；工作面沿煤層走向佈置，沿傾斜方向推進的稱為傾斜長壁。

我國煤層賦存條件多樣，開採條件各異。當前的採煤方法就有50多種，是世界上採煤方法最多的國家。經過半個多世紀的採煤方法改革，確定了以壁式採煤法為主兼容其它採煤方法的體系。採礦方法是煤炭工業及採礦學科發展的主題。採煤工藝是發展採煤方法的最活躍的因素，採煤工藝的創新，又將進一步推動採煤工藝的發展。正是在這種相互促進的過程中，採煤方法得到不斷髮展、完善和創新 ^[1]  。

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，其產量均佔地下開採產量的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、採出率高等先進性。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個長壁縮採工作面，長壁綜採礦井僅佔美國礦井的6.3 % ，產量卻佔美國礦井總產量的47.8%。20英里礦創造了年產777.81萬t、綜採工作面年產649.43萬t的世界先進行水平。2002年美國有53個礦井，57個長壁綜採工作面，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。全美中小礦井佔礦井總數90%以上，而且為了保護地面設施及環境，當前，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 ^[2]  。

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。隨着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 ^[2]  。

1.單一走向長壁採煤法

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佈置，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佈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佈置，也有采用雙巷佈置的。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。在綜采采區，為減少綜採設備的長距離搬移，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，將綜採設備搬移至下區段邊界的開切眼中，用後退式回採。

在走向長壁採煤法的回採工作面中，炮採、機採和綜採均有使用。中國隨着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。

2.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採和普採工作面為1.8～2.4m，在綜採工作面可達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巖塊，管理上困難極大。可採用金屬網、竹笆或荊笆等人工假頂。在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。

本法的巷道有分層佈置和聯合佈置兩種。分層佈置是將每一個分層作為一箇中厚煤層看待，各有獨立的巷道系統，通常是分層分採。聯合佈置，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、斜巷或立眼巷。為便於維護，應將共用巷道佈置在受採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，煤層採高可達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。

3.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。工作面至採後的最近刀柱間，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。本法的採區巷道佈置，如其落煤、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。採高1～4m， 最高可達6m。優點是：使用設備少， 工序簡單，適於炮採和機械裝煤，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採近距煤層時，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，一旦來壓，就會大面積塌頂，產生井下暴風的嚴重事故。

為了消除大面積頂板懸空的隱患，可在已採完煤的兩刀柱間用深孔爆破法人工強迫放頂，使採空區頂板沿刀柱切斷，以防止大面積冒頂造成的災害。

總之，隨着科學技術的發展，壁式體系採煤法的分類將更細緻，應用更為廣泛，必將成為我國乃至世界上的主要煤炭開採技術手段 ^[3]  。