厚煤层放顶煤采煤法.docx

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厚煤层放顶煤采煤法

第十一章厚煤层放顶煤采煤法

第一节基本特点及类型

一、放顶煤采煤法基本特点

放顶煤采煤法就是在开采厚煤层时，沿煤层（或分段）底部布置一个采高2～3m的长壁工作面，用综合机械化采煤工艺进行回采，利用矿山压力的作用或辅以人工松动方法使支架上方的顶煤破碎成散体后由支架后方（或上方）放出，并予以回收的一种采煤方法。

二、放顶煤采煤法基本类型

1、一次采全厚放顶煤开采——沿煤层底板布置一个放顶煤开采长壁工作面一次

放出顶煤全厚。

一般适用于厚度6～12m的煤层。

优点：

掘进量小，设备少，系统简单，生产集中。

缺点：

煤质软时，两巷维护难。

2、预采顶分层网下放顶煤开采——沿煤层顶板布置一个普通长壁工作面，开采顶分层时进行铺网，而后沿煤层底板布置放顶煤工作面，将两个工作面之间的煤在网下放出。

优点：

由于顶层铺设金属网，可以减少放煤的含矸量。

缺点：

开采顶分层后一般矿山压力减弱，不利于顶煤的破碎，常有大块煤需要人工预裂。

一般适用于12m 以上、直接顶坚硬、瓦斯大的煤层。

3、倾斜分层放顶煤开采——当煤层超过15～20m以上时，可将煤层自顶板至底板分成8～10m的分段，然后自上而下依次进行放顶煤开采。

一般适用于15m以上的缓斜煤层。

第二节放顶煤开采的支护设备

一、放顶煤液压支架的特点和性质

（1）有液压控制放煤机构；

（2）有强力可靠的二次破煤性能；

（3）有推移后部溜子，清理后部煤的机构；

（4）支架结构必须有较强抗扭和抗侧向力的功能；

（5）有较大的空间，控顶距较大，顶梁较长；

（6）有可靠的防漏，防冒顶能力；

（7）开采高度大体控制在2.5～3.0m之间。

（8）有较大拉架力，拉架速度快，带压擦顶移架

二、放顶煤液压支架分类

掩护式、支掩式、支撑式、简易式。

窗口位置：

高、中、低三种放煤支架形式

输送机位置：

单、双输送机

放顶煤液压支架：

掩护式（单输送机高位放煤、双输送机中、低位放煤），支掩式（双输，输送机掩护梁开天窗（插腿式，非插腿式）），支撑式，简易式。

1、单输送机高位放顶煤支架YFY3000—16/26（见下图）

这类支架是单输送机，短顶梁、掩护梁开天窗高位放煤的掩护式支架。

特点：

（1）支架结构简单，采煤机割煤与放煤由一部输送机运出，端头维护空间小，工作面整体布置与普通长壁工作面相同，便于维护管理，减少事故发生。

（2）支架的长度较短，结构紧凑，稳定性和封闭性较好。

（3）掩护梁放煤口尺寸较大，有利于顶煤的放出，但放煤口位置高，丢煤多，采出率较低，煤尘大，支架通风断面较小。

（4）由于顶梁短，放煤口位置距煤壁较近，因此对煤层冒放性的要求较高。

（5）放煤槽在放煤状态时与底座成35°夹角，难以达到40°。

（6）采放用同一部输送机，不能平行作业，影响产量的提高。

2、双输送机中位放顶煤支架——双输送机运煤，在掩护梁上开放煤口，中位放煤的支撑掩护式液压支架。

特点：

（1）支架稳定性和密封性好，抗偏载和抗扭能力大，不易损坏；

（2）放煤口距煤壁远有助于工作面前方顶煤的维护。

（3）由于采煤和放煤使用两部输送机，可实现采放平行作业，实现高产高效。

（4）放煤口位置较高，丢煤多，采出率较低，煤尘较大。

（5）后输送机放在支架底座上，后部空间有限，造成大块煤通过困难，移架阻力大。

（6）掩护梁不能摆动，二次破煤能力差。

3、双输送机低位放顶煤支架（FZ3000-15/30型放顶煤支架）——双输送机运煤，

在掩护梁后部绞接一个带有插板的尾梁，低位放顶煤的支撑掩护式液压支架。

主要特点：

（1）由于具有连续的放煤口，放煤效果好，采出率高。

（2）顶梁长，放煤口距煤壁远，经顶梁反复支撑，使顶煤充分破碎，对放煤极为有利。

（3）后输送机沿底板布置，浮煤容易排出，移架轻快，同时尾梁插板可以破碎大块煤，放煤口不易堵塞。

（4）低位放煤，煤尘小，有利于降尘。

（5）该支架的稳定性差。

4、轻型放顶煤液压支架

1）该系列支架的主要特点是：

（1）支架结构简单、紧凑，重量轻，便于拆装运输。

（2）支架空间较大，便于清理浮煤和拆装检修后部输送机。

（3）支架稳定性好，造价低。

（4）单铰接轻型放顶煤液压支架，具有较好的封闭能力和端面积是及时支护能力，能较好地解决“三软”煤层和较薄的厚煤层综放开采和端面易冒落的问题。

2）该类支架在下列条件范围内均可取得较好的使用效果：

（1）煤层f＜2.5，来压不明显，厚度3~8m，倾角＜25°。

（2）工作面尺寸较小，断层较多，地质条件复杂的工作面。

（3）边角煤或煤柱开采，厚度变化较大，较薄厚煤层。

第三节放顶煤工作面矿压显现特点及顶煤破碎机理

一、岩层活动及矿压显现特点

放顶煤开采时，由于煤层一次采出厚度的增大，直接顶的垮落高度成倍增加，可达采出煤层厚度的2.0～2.5倍，其中1.0～1.2倍范围内的直接顶为不规则垮落带，而在上位直接顶中则形成某各临时性“小结构”，其活动可对采场造成明显影响。

综放采场上方仍可形成稳定的“砌体梁”式基本顶结构，如图，但其形成的位置远离采场。

上位直接顶中可形式“半拱”式小结构，并与其上的“砌体梁”结构相结合，共同构成综放开采覆岩结构的基本形式。

由于松软顶煤的参与，综放支架阻力通常不大于分层开采支架阻力。

综放基本顶初次来压与分层开采相比步距增大，一般可达50m以上；周期来压步距相对减少，约为其初次来压步距的三分之一。

二、顶煤破碎机理

1、综放开采时，实现顶煤的有效破碎和顺利放出是放顶煤工作的核心问题，而顶煤的有效破碎又是顶煤顺利放出的前提，同时也是支架选型不确定放顶煤工艺的依据。

2、煤的普氏系数越小，有利于顶煤的放出；相反，f值越大，放煤效果越不理想。

一般认为，煤的普氏系数f〈3的煤层基本适合放顶煤开采。

3、顶煤的破碎是支承压力与顶板运动及支架反复支撑共同作用的结果。

4、支架对顶煤反复支撑的次数N与顶梁的长度L及采煤机截深B有关，可表示为：

N=L/B

5、根据顶煤的变形和破坏发展规律，沿工作面推进方向前将煤划分为四个破坏区，依次为：

完整区、破坏发展区、裂隙发育区、垮落破碎区。

第四节放顶煤采煤工艺

一、放顶煤综采主要工艺过程

1.主要工序：

采煤机割煤、移架、推移前部输送机、放顶煤、移后输送机。

2.工艺过程：

采煤机割煤→移架及时支护→推移前部输送机→拉后部输送机→打开放煤口放顶煤。

二、初采和末采放煤工艺

1、目前在大多数综放工作面，推出开切眼后即做了及时放煤，根据采煤工作面顶板的结构和顶煤的性质，为减小初次放顶煤步距，提高初采回收率，常采用深孔爆破技术和切顶巷技术实现提前放煤。

2、在应用放顶煤开采技术初期，通常在工作面结束前20m左右铺双层金属网停止放煤，或使沿底板布置的工作面向上爬至顶板时结束，这样造成了大量煤炭损失。

为此，近年来在综放开采的实践中普遍缩小了不放煤的范围，一般提前10m左右停止放顶煤并进行铺顶网。

三、放煤步距

放顶步距是指沿工作面推进方向前后两次放煤的间距。

大小对放煤的影响如图11—9所示。

根据我国放煤工作的实际情况，确定放顶煤步距时可借鉴以下经验公式：

L=（0.15—0.21）h

式中：

L：

放顶煤步距，/m；h：

放煤口至煤层顶部垂高，m。

四、放煤方式

名词：

连续放煤（单轮）、不连续放煤（多轮）

顺序放煤、间隔放煤

1.单轮顺序放煤，2.多轮顺序放煤，3.单轮间隔放煤

五、端头放煤

随着工作面输送机和支架的不断改进，使端头设备布置也不断更新。

目前解决端头放煤的途径主要有以下三种：

1.加大巷道断面尺寸，取消过渡支架；

2.在工作面使用短机头和短机尾输送机或侧卸式输送机；

3.采用带有高位放煤口端头支架，实现端头及两巷放顶煤。

第五节厚煤层放顶煤采煤法技术发展展望

一、综放开采的技术经济优势

近年来综放开采之所以成为我国高产高效矿井建设的重要技术途径，是因为这种采煤方法不但符合我国国情（厚煤层产量占煤炭总量的41%），而且较厚煤层分层开采和单一煤层综采有明显的技术和经济优势。

1、综放开采实现了缓倾斜特厚煤层的一次采全厚开采和急倾斜特厚煤层的水平分段开采，对地质条件的适应性较分层综采和单一煤层综采更强。

适应于煤层厚度变化大、顶底板起伏不平、断层构造多以及其他地质条件变化的不稳定煤层。

2、综放开采一次开采厚度大幅度增加，煤层开采强度加大，实现了垂直集中生产，而且低位放项煤支架工作面有两个出煤点，在同样工作面长度和工作面推进速度的情况下，综放开采较分层综采和单一煤层综采工作面的单产可以成倍地增长。

4、综放开采较分层综采的巷道掘进率低，工作面寿命长，搬家次数少，有利于接续，吨煤设备投入费用少；工作面材料、电力消耗少；因而工作面直接成本大大降低。

综放开采的吨煤成本可比分层综采的成本降低10元/t以上，因而矿井的经济效益可以明显提高。

兖州矿业集团东滩煤矿综采放顶煤二队，1999年创年产505.8万吨的全国最高纪录，工作面回采工效达203吨/工，真正实现了高产高效。

二、主要存在的技术问题

1、煤炭采出率低

2、放顶煤开采瓦斯积聚问题

3、放顶煤开采发火问题

4、放顶煤开采煤尘问题

三、开采技术条件与措施

1、采煤系统图11-12

厚煤层综采放顶煤采煤法面采工作面巷道布置与普通综采四采工作面巷道差别不大。

若顶煤中瓦斯含量较高，可沿工作面顶板布置一条瓦斯排放巷，采用一进二面的E形巷道布置；当顶煤的硬度较大时，顶煤不易放出，可沿原煤层的顶板布置工艺巷。

2、工作面长度及推进长度

放顶煤工作面的支承压力和顶板的运动是顶煤破碎的主要力源，工作面长度过短和过长都不利于顶煤的破碎，工作面一般确定在80m<工作面<200m。

工作面长度可由以下公式计算：

L=n×T/t×B×η

式中：

L—放顶煤工作面长度，m；

n—同时放顶煤支架数；

T—每班工作时间，min；

t—每架放顶煤支架，放煤所需时间，min；

B—支架宽度，m；

η—每班工作时间利用率。

综采放顶煤工作面连续推进长度的确定，应考虑地质条件、工作面搬迁、工作面初末采的损失、自然发火等因素的影响，因此综采放顶煤工作面的连续推进长度一般不宜小于800～1000m，兖州矿区综采放顶煤工作面的连续推进长度多在2000m左右。

3、适用条件

（1）煤层厚度

一次采出的煤层厚度以6～8m为佳。

预采顶分层综采放顶煤开采时，最小厚度为7～8m.

（2）煤层硬度

普氏系数一般f≤3

（3）煤层倾角

煤层倾角不宜过大，一般<25º

石炭井乌兰矿在25º～30º的煤层中试验放顶煤开采已获得成功。

（4）煤层结构

（5）顶板条件

（6）地质构造

（7）自然发火、瓦斯及水文地质条件

四、展望

在“十一五”期间，综放开采技术将会取得较快发展。

1、综放工作面年产将在500万吨的基础上，达到700万吨以上。

2、工作面将在实现采、放、运自动化程序控制的基础上，实现整个工作面的自动化控制。

3、复杂厚煤层的系列轻放支架及配套装备将得到进一步发展，以扩大综放开采技术在不同条件下的应用范围。

4、顶煤破碎和冒放性理论与控制技术研究将取得巨大进展，直接指导和服务于综放开采。

5、中国的综放开采技术将走出国门。

习题：

1、放顶煤开采的特点及基本特征是什么？

2、简述放顶煤开采液压支架的主要特点和性能。

3、试述综采放顶煤支架的主要形式和分类依据，以及不同架型的主要优缺点。

4、放顶煤采煤工作面矿压显现特点是什么？

5、试述顶煤破碎的机理。

6、简述综采一次采全厚放顶煤的工艺过程。

7、简述综采放顶煤开采的初采和末采放煤工艺。

8、什么是放煤步距/如何确定合理的放煤步距？

9、我国常用的放煤方式有哪几种？

各有何优缺点？

10、目前解决端头放煤的途径是什么？

11、如何确定放顶煤开采工作面长度及推进长度？

12、简述综采放顶煤开采的优缺点。

13、综采放顶煤开采的适用条件是什么？