[科普中国]-回采工作面

回采工作面，又称采煤工作面。矿的开采为了安全一般是从前向后采，先打通巷道进入计划开采面积的远处，正式开采时的工作面称回采工作面。

技术参数回采的煤壁和安全工作的空间。壁式采煤法中工作面的宽度称为控顶距。放顶或充填前的宽度叫最大控顶距，放顶或充填后的宽度叫最小控顶距。确定工作面宽度时既要有利于进行回采工作，又应便于工作面的维护和通风。最大和最小控顶距的差值称作放顶或充填步距。放顶步距为煤壁每次开采宽度的1～2倍，充填步距为开采宽度的2～5倍。工作面顶板到底板间的高度称采高，一般在2～6m。

回采工作面长度即运输巷道到回风巷道之间的煤壁长度，是工作面的重要参数。应根据工作面地质条件、设备能力和回采工艺及经济上有利、技术上合理等因素选定。在缓倾斜、倾斜薄及中厚煤层中，较合理的工作面长度是：炮采工作面为80～150m；普通机采工作面为 120～150m；综采工作面在150m以上1。

主要设备回采工作面主要设备有双滚筒采煤机、可弯曲刮板输送机、液压支架，在平巷内还有桥式转载机、可伸缩交代输送机、可移动变电站、泵站及电气设备等。

割煤方式回采工作面有单项割煤和双向割煤两种方式。

（1）单项割煤往返一次进一刀，即采煤机上行（或下行）割煤，机后2~3架支架位置处移架至端头。采煤机下行（或上行）清理浮煤，滞后10~15m推移刮板输送机。采煤机往返一次工作面推进一个截深。单项割煤有工作面端部进刀和中部即“ ”字型割煤两种。

（2）双向割煤往返一次进两刀，即采煤机上行（下行）割煤，机后2~3架支架处移架，滞后10~15m推移刮板输送机，到工作面上（下）端头，采煤机在端头完成进刀后，下行（上行）重复上述过程。采煤机沿工作面往返一次推进两个截深。

采煤机进刀回采工作面采煤机进刀方式主要有：斜切式进刀和直卧式进刀。我国回采工作面常用斜切式进刀。斜切式进刀又可分为端部斜切进刀和中部斜切进刀，端部斜切进刀根据顶底板条件和循环作业方式又有留三角煤端部斜切进刀和不留三角煤端部斜切进刀两种。如图所示。

不留三角煤端部斜切进刀方式的工艺过程为[图（a）]：

（1）采煤机割煤至端头后，前滚筒下降，后滚简上升，反向沿输送机弯曲段割入煤壁，直到进入直线段；

（2）采煤机停止运行，等进刀段推直输送机后，调换滚筒位置，反向割三角煤至端头；

（3）再调换滚筒位罝，清理进刀段浮煤，并开始正常割煤。

这种方式采煤机端头停机转向次数多，其中转向割三角煤必须等输送机机头（机尾）前移完毕后进行，因而停机等待时间长，但能实现双向割煤，是最常用的进刀方式。

留三角煤端部斜切进刀方式的工艺过程为[图（b）]：

采煤机割煤至端头后，前滚简下降，后滚筒上升，反向沿输送机弯曲段剂入煤壁，进入直线段并继续向一端割煤，同时进行进刀段推直输送机机头作业。这种进刀方式采煤机在端头只需转向一次，移机头（机尾）与 采煤机反向清理浮煤平行作业，停机等待时间少，但只能单向割煤。适用于工作面较短、煤 层倾角大、装煤效率低、滚筒降尘效果差的工作面。

工作面中部斜切进刀方式的工艺过程为[图（c）]：

采煤机割煤至工作面上端头后，调换滚简位置，反向清理浮煤至工作面中部；

沿中部输送机的弯曲段进刀并进行工作面下半段割煤至下端头，同时从工作面中部向上端头依次推移上半段输送机；采煤机转向，调换滚筒位置，上行清理下半段浮煤至工作面中部；采煤机继续上行，在工作面上半段割煤至上端头，同时从中部向下端头依次推移下半段输送机进入下一循环。

这种方式有利于工作面端头管理和上、下平巷维护，但采煤机往返一次只能进一刀。适用于工作面短、端头维护困难、单向割煤的工作面2。

支架移架支护回采工作面移架方式按移架顺序分：依次顺序式、分组交错式、成组整体顺序式。

依次顺序式是采煤机割煤后依次顺序逐架前移。这种方式操作简单，容易保证支护质量，但移架速度慢，适用于顶板稳定性差、采煤机割煤速度慢的工作面。

分组交错式是将支架分成若干组，每组3至5架，采煤机割煤后组内按顺序前移，组间平行作业。这种方式移架速度快，能满足采煤机快速牵引的需要，但移架质量不易保证，适用于顶板较稳定的高产工作面。

成组整体顺序式是釆煤机割煤后，将支架每2至3架分成一组，组内联动，整体移架，组间顺序前移，这种方式移架速度快，但不易保证工程质量，适用于顶底板条件好的工作面。

按移架对顶板的支护时间分为及时支护和滞后支护。

及时支护为：采煤机割煤之后，先移架后推溜的方式。

滞后支护为：采煤机割煤之后，先推溜后移架的方式。

一般采用及时支护方式。在顶板稳定、允许悬露面积大时可采用滞后支护方式3。

设备配套采煤是全部机械化的工艺作业过程，因此各设备间的相互配套是能否实现高产高效的前提，设备配套包括两方面内容，即设备的几何尺寸配套和设备的生产能力配套。

几何尺寸配套回采工作面内的主要设备是采煤机、输送机和液压支架，这三种设备要在工作面狭小的空间内正常运转，做到互不影响，互为依存，必须遵循以下主要尺寸配套原则：

1、液压支架最小高度大于采煤机机身高度，以保证采煤机在支架掩护下安全运行。液压支架的最小高度为

式中

——煤层最小厚度；

——液压支架后柱顶板下沉量；

——采煤机滚筒直径；

——液压支架卸载高度；

——采煤机的机身高度；

——输送机溜槽高度；

——采煤机底托架高度；

——采煤机机身厚度。

即在煤层最小厚度时，采煤机和液压支架均能正常工作。

2、采煤机两滚筒直径之和大于最大采高，以便能充分发挥采煤机的割煤能力。

式中

——工作面最大采高；

——采煤机摇臂长度；

——摇臂向上最大仰角。

3、采煤机的卧底量不少于30mm，即

式中

——摇臂向下最大俯角。

也就是说，采煤机能适应煤层底板起伏不平而需要向下卧底下切的能力。

4、采煤机底托架的过煤高度不少于500mm，即一旦有片帮的大块煤一般能从采煤机下面经过输送机运出工作面，避免因大块煤夹在采煤机和输送机之间，造成运行停机故障。

5、采煤机的截深与液压支架的移架步距相等，以便及时保持最小控顶距下的断面距不大于250~400mm，减少或消除架前机道的局部冒顶。

6、液压支架的架间距与输送机的中部溜槽长度相等，一般为1.5m，轻型支架为1.2m，确保每节溜槽有一个推移千斤顶推移输送机和拉架。

除此之外，针对回采工作面具体条件还应完成设备间隙和细部结构等的尺寸配套问题。

生产能力配套设备生产能力配套的原则是以采煤机的实际生产能力为中心，输送机、液压支架、转载机和可伸缩胶带输送机等设备与之相适应，充分发挥各种设备的最大效能。

1、采煤机实际生产能力的确定

采煤机的实际生产能力主要取决于采煤机的实际牵引速度，后者与煤层强度、夹石层厚度和强度、司机的操作技能以及回采工作面的管理水平有关。

式中

——采煤机的实际生产能力，t/h；

——采煤机的实际牵引速度，一般为3-4m/min；

——采煤机的截深，m；

——回采工作面平均采高，m；

——煤的实体容重，kg/m3；

——回采工作面采出率。

2、输送机的生产能力

回采工作面输送机的能力大于采煤机的实际生产能力，即

式中

——回采工作面输送机的能力，t/h。

3、液压支架移架速度

液压支架的移架速度大于采煤机的实际牵引速度。液压支架的移架时间包括泵站向支架的供液时间和操作调整时间。

4、转载机和可伸缩胶带输送机的能力

其能力应大于回采工作面正常生产能力

式中

——转载机和可伸缩胶带输送机的能力，t/h；

——回采工作面正常生产能力，t/h；

——回采工作面班产量，t/班；

——每班纯割煤时间，h。

评价回采工作面煤层地质条件的开采工艺性评价采用模糊综合评价模型，将地质条件定性综合描述进行定量化，便于对不同地质条件工作面进行比较。评价时结合煤层开采条件的特点及技术要求，有针对性地对评价因素结构、影响因素的隶属函数及影响因素的权重进行适当调整。回采工作面煤层地质条件综合评价具有三个特点。

（1）将区段（或分带）作为基本评价单元。矿井高度集中生产以后，工作面单产的变化对整个矿井技术经济指标的变化特别敏感，为了保证高产高效矿井持续稳定髙产，必须对未来开采工作面的地质条件进行详细和全面的了解，这不仅有利于工作面巷道布置，而且有利于工作面的合理接替。

（2）评价因素结构简化。根据煤层开采条件特点，对影响工作面单产的煤层产状及构造等条件作为主要因素考虑。而煤层自然发火、瓦斯等特殊因素可作为矿井高产高效风险分析的主要因子。

（3） 按工艺方式不同确定不同的影响因素隶属函数。根据综采工艺和普采工艺不同的技术特点，对评价因素隶属函数进行了调整，使模型应用更为有效4。

作业规程编制回采工作面作业规程是指挥和组织生产的依据，是安全生产、防止事故的可靠保证，也是煤矿生产技术工作中最基本的法规文件之一。因此，每个工作面回采前必须编制作业规程，执行严格的审批制度和执行程序。

1、 作业规程编制内容

回采工作面作业规程详细地说明了工作面的工艺设计，一般应包括下列内容：

（1）回采工作面范围内外及其上下的采掘影响情况；

（2）回采工作面范围内地质、煤层赋存情况：煤层的结构、厚度、倾角、硬度、品种、可采储量、地质构造及水文地质、顶底板岩石性质、结构、层节理、强度及分类、煤层瓦斯、二氧化碳含量及突出危险倾向性，自然发火倾向性，煤尘爆炸性等；

（3）采煤方法及采煤工艺流程：采离的确定，落煤方式、装煤及运煤方式、支护形式的选 择，进回风巷道的布置等；

（4）顶板管理方法：工作面顶板支护，初次放顶、人工假顶或再生顶板工艺，回柱方法、 端头支护及上下平巷支架的回撤等；

（5）回采工作面的风量、风速、通风设施、通风监测等及通风系统图；

（6）运煤、运料的设备及其系统图（包栝布置及容量）；

（7）供电设施、电缆、设备负荷及供电系统图；

（8）洒水、注水、灌浆、充填、压风等管路系统图；

（9）排水、照明设施及其布置图；

（10）安全技术措施，避灾路线；

（11）劳动组织循环图表及主要技术经济指标表。

2、 作业规程编制步骤

工作面作业规程是在已批准的采区设计基础上，工作面投产前进行编制的。因此，已批准的采区设计应是编制的依据，而地质部门提供的工作面地质条件和机电技术部门提供的设备情况应是必备的基础。编制步骤是：

（1）通过调査、研究，掌握地质条件、设备情况及采区设中有关的工艺设计内容；

（2）明确矿、采区下达的对该工作面产量、效率、效益、安全等要求；

（3）召开技术人员、工人、干部三结合会议，讨论、研究有关生产技术、管理和安全问题；

（4）按回采工作面作业规程的内容要求，编制作业规程，以备上报审批；

（5）执行中若条件变化，要及时进行修改和编制补充措施，另行审批。

3、 作业规程审批及执行程序

《煤矿安全规程》第45条规定：“每一回采工作面在回采前，必须编写作业规程，由矿技术部门组织有关人员进行会审，报矿总工程师批准。如果情况发生变化，必须及时修改作业规程或补充安全措施，并报矿总工程师批准。”

通常作业规程编制完成后，由采煤副总工程师或技术科负责人召开地测、机电、安全等部门会议，对规程会审，若有意见或建议，由编制者修改，然后提交矿总工程师审批。

在各有关部门负责人和矿总工程师审査同意，并签字以后，即可贯彻学习，为回采工作面投产做准备。贯彻规程的范围应包括所有与该工作面生产有关的管理人员和承担该工作面生 产任务的采煤工区、运输工区、通风工区全体人员。前者由各部门负责人或技术总管负责贯彻，后者由采区技术员负责传达学习。为确保学习效果，还应专门设计贯彻学习规程情况表，让学习合格人员签字记录。自工作面投产起，技术、机电、安全等部门均应严格按作业规程规定管理，工作面工作人员必须严格执行作业规程的有关规定。

4、 回采工作面作业形式确定及工序安排

回采工作面作业形式是指一昼夜内工作面中采煤班与准备班在时间上的配合方式。它由作业规程中的循环作业图来反映。

（1） 作业形式的确定，常用的作业形式有下列五种。

①“两采一准”，昼夜三个班，两班采煤，一班准备。采煤班以落煤、装煤、运煤、支护为主；准备班完成回柱放顶、检修、掐接输送机等工作，适用于准备工作量较大的炮采工作面。

②“三班采煤、边采边准”，即落煤与放顶两个主要工序在空间上错开一定的安全距离，实行平行作业。此方式可充分利用空间、时间和设备，适用于普采工作面。

③“四班作业、三采一准”，每日四班，三班采煤，一个班检修。这种作业形式，既可增加采煤时间，又可保证机器有充分的检修时间，更适用于综采工作面。

④“四班交叉”，每日四班，每班首尾两小时为两班交叉作业时间，可把工作量大的工作集中在人员多的交叉时间内进行。此方式适用于炮采或普采中各工序工作量差别较大的工作面。

⑤‘‘两班半采煤、半班准备”。此方式增加了采煤时间，有利于提高产最。适用于准备工作量较小时的综采或普采工作面。

（2） 工序安排

回采工作面工序安排有顺序作业和平行作业及两种相结合的形式等。安排时，应分清主、次工序，保证主要工序顺利进行，尽可能地增加出煤时间；辅助工序尽可能与采煤平行，充分利用空间和时间，并保证作业安全；注意薄弱环节，结合定额，加强措施。

根据上述要求，排出工艺流程图。它是编制循环作业图的基础。

5、回采工作面劳动组织

劳动组织是指正规循环中生产工人的组织形式和劳动定员。劳动组织与作业形式、工序安排等有密切关系，合理的劳动组织有利于完成正规循环，有利于提高产量和效率。

回采工作面劳动组织形式有下列几种：

（1）分段作业。采用综合工种，将采支工人分成若干小组，沿工作面全长分为若干段，每段由一个小组负责，每个小组综合作业，共同完成本段各工种工作。优点是：劳动量均衡； 工人熟悉工作地点情况，有利于安全；综合工种，有利于劳动力搭配。缺点是局部地段变化时，可能影响全工作面进度。这种形式较适用于炮采和刨煤机工作面。

（2）追机作业。即将工作面工人按专业分组，各专业组跟随采煤机及时完成清底煤、移输送机和回柱放顶或移架等各专业工作。优点是工种单一，技术熟练，工作效率高。缺点是分工过细，劳动量不均，忙闲不匀；跟机作业劳动强度大。适用于普采和综采工作面。

（3）分段接力追机作业。它是上述两种形式的结合，具体做法：将工作面划分为若干段 （多采用每段6 m），将工人划分为若干小组，每组负责一段内的综合工作。各组轮流接力追机。这种形式可充分利用工时，也可减轻劳动强度，还可在必要时集中力量处理亊故。适用于长工作面的普采和综采。

6、循环图标的含义及内容

工作面的循环方式、作业方式、工序安排和劳动组织最终由循环图表反映。循环图表包 括“循环作业图”、“工人出勤表”和“技术经济指标表”三部分。

“循环作业图”是以工作面长度为纵坐标，以昼夜24 h时间为横坐标，在图上表示出工作面各工序在时间和空间上的关系。

“工人出勤表”表明完成昼夜循环作业的各工序所需出勤人数和时间4。

本词条内容贡献者为:

刘军 - 副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所