图3-16 工作面的支护方式 a—齐梁直线柱 b—错梁直线柱
4.采空区处理。采煤工作面控顶距以外的空间称为采空区。采空区处理是指对采空区空间及顶板的处理。采空区的处理方法有全部垮落法、充填法、煤柱支撑法和缓慢下沉法等，如图3-17所示。爆破采煤工作面采空区处理一般采用全部垮落法。
图3-17 采空区处理示意图
（二）
普通机械化采煤工作面布置如图3-18所示，普采工艺的主要特点是用采煤机落煤。采煤机主要有刨煤机和滚筒采煤机2类。滚筒采煤机主要有单滚筒和双滚筒2种。
1. 落煤、装煤。普采工作面的落煤与装煤由采煤机完成。
2.运煤。普采工作面运煤采用可弯曲刮板输送机。推移输送机时，利用液压千斤顶将输送机移到目的地，并使输送机平、直，符合要求。
3.支护。普采工作面使用单体液压支柱与铰接顶梁组成的悬臂支架支护顶板。
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4.采空区处理。采空区处理与炮采工艺相同，一般采用全部垮落法。对极坚硬的顶板，可以利用深孔爆破方法强制放顶以保证工作面的安全生产。 ?20mⅠⅠ6m210042115031000100010002504Ⅰ2Ⅰ4400Ⅱ1Ⅱ21000.6m32501105010002506302150270100010004400Ⅲ2000ⅢⅡ2100Ⅱ3500ⅢⅢ??20m10m4m1750900 图3-18 单滚筒采煤机普采面布置图
1-采煤机；2-刮板输送机；3-单体液压支柱；4-铰接顶梁
（三）综合 综采工艺的主要特点是采用采煤机落煤，用整体自移式液压支架支护顶板，落煤、装煤、运煤、支护全部工序实现了机械化，综采工作面设备布置如图3-19所示。综采工作面设备的配套很关键，尤其应使采煤机、刮板输送机和液压支架这三大设备均符合工作面的条件，并在生产能力、设备强度、空间尺寸等方面配套。
1.落煤、装煤。由采煤机完成。综采工作面主要采用双向割煤，往返一次进两刀，斜切式进刀。
2.运煤。采用可弯曲刮板输送机运煤。 3.支护。综采工作面支护主要采用自移式液压支架，工作面两端一般采用端头支架支护。
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按支架与围岩的相互作用方式，支架可分为支撑式、掩护式及支撑掩护式3种基本类型。
支架的形式不同则移架和移刮板输送机的方式也不同。整体式支架移架和推移刮板输送机共用一个液压千斤顶连接支架底座和刮板输送机槽，互为支点进行推、拉刮板输送机和支架。迈步式自移支架的移动，依靠本身两框架互为支点，用一千斤顶推拉两框架分别前移，另用一千斤顶推移刮板输送机。
4.采空区处理。综采工作面主要用垮落法处理采空区。
图3-19 综采工作面设备布置图
1—采煤机；2—刮板输送机；3—支架；4—下端头支护；5—上端头支护；6—转载机； 7—胶带输送机；8—配电箱；9—乳化液泵站；10—设备平板列车；11—移动变电站； 12—喷雾泵站；13—液压绞车；14—集中控制台 （四）
综采放顶煤工艺的主要特点是采用采煤机割煤和放顶煤。综采放顶煤工艺是在厚煤层中沿煤层底板布置采煤工作面，煤壁采用采煤机割煤，顶煤从支架后部放煤口放煤，用前后2个刮板输送机运煤的采煤工艺。综采放顶煤与综采工艺基本相似，只是综采放顶煤适用于厚煤层开采，且多一道放煤工序。放煤是利用矿山压力将工作面顶部煤在工作面推进过后破碎，在支架掩护梁上的放煤窗口放落，并将冒落顶煤通过后部刮板输送机运出。
放顶煤综采机械由采煤机、自移式液压支架及2部刮板输送机所组成。其中，液压支架与普通支架有所不同，即：在掩护梁上具有一个液控落煤窗口，在掩护梁下安装第2台刮板输送机。
（五）矿山压力概述 1.矿山压力的基本概念
矿山压力是由于采掘活动的影响，在采掘空间周围岩体上及支护物上所产生的力称为矿山压力。由于矿山压力的作用将引起围岩及支护物的位移、变形、破坏等一系列的力学现象称为矿压显现。矿压是矿压显现的原因，矿压显现是矿压作用的结果，矿压存在是绝对的、不可控制的，矿压显现是相对的、有条件的、可以控制的。
影响矿山压力显现的基本因素有岩石力学性质、开采深度、煤层倾角、节理、裂隙、断层与褶曲、挤压与破碎带等；巷道位置、开采程序、支护方法、顶板控制方法、工作面推进
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速度、采高与控顶距、上部煤层残留煤柱等开采因素对矿山压力显现也有很大的影响。
2.采煤工作面直接顶的初次垮落和老顶的周期来压
（1）直接顶的初次垮落：工作面自开切眼向前推进一段距离后（8-25米），假如没有支护，直接顶悬露达到一定距离，在其重力的作用下，就要开始跨落，称为工作面直接顶的初次垮落，这时直接顶的跨距称为初次垮落步距。
《规程》规定：采煤工作面必须按作业规程的规定及时支护，严禁空顶作业。直接顶不能任其自然垮落。当工作面推进距离达到初次垮落距时，要进行初次放顶。采煤工作面初次放顶时必须制定安全措施，采煤区（队）长要亲临现场进行指挥。
（2）工作面老顶的周期来压：随着回采工作面的推进，在老顶初次来压以后，裂隙带岩层形成的结构，将始终经历“稳定-失稳-再稳定”的变化，这种变化将呈现周而复始的过程。由于结构的失稳导致了工作面顶板的来压。这种来压也将随着工作面的推进而呈周期性出现。因此，由于裂隙带岩层周期性失稳而引起的顶板来压现象称之为工作面顶板的周期来压。
周期来压的主要表现形式是：顶板下沉速度急剧增加，顶板的下沉量变大；支柱所受的载荷普遍增加；有时还可能引起煤壁片帮、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者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。
工作面周期来压时的安全措施：
①通过矿压观测，准确判断周期来压的时间和位置，做好预测预报工作。 ②做好来压前的支护工作，保证支架的规格质量，保证一定的支护密度和支架稳定性。③合理缩小控顶距，以利于工作面维护。
④保证直接顶垮落的质量。采空区冒落的矸石可以减轻老顶的来压强度。 ⑤加强正规循环，保持工作面推进速度。
第四节 矿井通风基本知识
一、 矿井通风概述
（一）矿内空气
矿内空气是矿井井巷内气体的总称。它包括地面进入井下的新鲜空气和井下的有毒有害气体、浮尘。矿内空气的主要来源是地面空气，但地面空气进入井下后，化学成分和物理状态会发生一系列的变化，因而矿内空气与地面空气在性质上和成分上均有较大差别。
地面空气进入井下后，由于煤岩中涌出各种气体以及可燃物的氧化，其成分发生变化。风流在经过采掘面等用风地点之前，气成分变化不大，称为新鲜空气或新风；风流经过采掘工作面等用风地点后，其成分发生较大的变化，称为污浊空气或乏风。
1. 矿内空气主要成分
矿内空气与地面空气的成分尽管不同，但其成分仍是以氧气和氮气为主，另外包含少量其它气体。
2.矿内空气中的有毒有害气体
（1）一氧化碳：一氧化碳是无色、无味、无臭的气体。一氧化碳毒性很强，吸入人体后会引起中毒、窒息，浓度为0．4％就可使人致命中毒。一氧化碳的主要来源是：火灾、爆破工作、瓦斯和煤尘爆炸。
（2）硫化氢：硫化氢是一种无色、微甜、带有臭鸡蛋味的气体，能燃烧，有强烈的毒性。对人的眼睛、黏膜及呼吸系统有强烈刺激作用。浓度为0.05%时，半小时内人失去知觉、
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痉挛、死亡。硫化氢的主要来源：有机物腐烂、硫化矿物水解、老空积水中释放、煤岩中放出。
（3）二氧化硫：二氧化硫是一种无色、具有强硫磺臭味的气体，易溶于水，易积聚在巷道底部。二氧化硫对人体影响较大，能强烈刺激眼和呼吸器官，使喉咙和支气管发炎，呼吸麻痹，严重时会引起肺水肿。二氧化硫的主要来源：含硫矿物氧化、燃烧、在含硫矿体中爆破，以及从含硫矿层中涌出。
（4）二氧化氮：二氧化氮是一种红褐色气体，极易溶于水，它与水结合形成硝酸，对眼睛、鼻腔呼吸及肺部组织起破坏作用，引起肺水肿，但起初只感觉到呼吸道受刺激、咳嗽，经过6～24小时后才出现中毒征兆。俗称的炮烟熏人，其实质就是二氧化氮中毒。二氧化氮的主要来源是井下爆破。
（5）氨气：氨气是一种无色、具有强烈的刺激臭味的气体，易溶于水，毒性很强。氨气对人体上呼吸道黏膜有较大刺激作用，引起咳嗽，使人流泪、头晕，严重时可至肺水肿。氨气主要来源是井下爆破。
（二）矿井气候条件要求 煤矿作业人员在井下工作时，需要一个适宜的气候条件，包括适宜的温度、湿度、风速。 （1） 采掘工作面的进风流中，氧气浓度不低于20％，二氧化碳浓度不超过0.5％。 （2） 矿井有害气体的最高允许浓度如表3-1所示。瓦斯、二氧化碳和氢气的允许浓度按《煤矿安全规程》的有关规定执行。
（3） 采掘工作面的空气温度不得超过26 ℃，机电硐室的空气温度不得超过30 ℃。采掘工作面的空气温度超过30 ℃、机电设备硐室的空气温度超过34 ℃时，必须停止作业。
（4） 采煤工作面、掘进中的煤巷和半煤岩巷最低允许风速为0.25 m/s，掘进中的岩巷最低允许风速为0.15 m/s，最高允许风速均为4 m/s。
（三）矿井通风的基本任务
1.供给井下人员呼吸所需要的氧气；
2.稀释和排除井下的各种有害气体和矿尘； 3.调节井下气候条件，创造良好的作业环境； 4.提高矿井的抗灾能力。
二、 矿井通风系统
矿井通风系统是指向矿井输送空气的通风方法、通风方式、矿井通风网络、通风构筑物的统称。
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矿井通风方法是指矿井主要通风机对井下供风的工作方法。《煤矿安全规程》规定每一矿井必须采用机械通风。机械通风就是利用通风机产生的风压，对矿井和井巷进行通风的方
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