煤礦開采技術(shù)——厚煤層放頂煤采煤法

1、第十一章 厚煤層放頂煤采煤法第一節(jié) 基本特點及類型第二節(jié) 放頂煤開采的支護設備目的要求：1、了解放頂煤工藝的特點2、了解放頂煤工藝的類型3、了解放頂煤開采支護設備4、掌握各支護設備的特點重點、難點和突破的方法：重 點： 1 、放頂煤工藝的特點2 、放頂煤開采支護設備的特點難 點：放頂煤開采支護設備的特點突破方法： 1、詳細講解2、圖示、模型教學內(nèi)容和步驟（附后）第一節(jié) 基本特點及類型一、放頂煤采煤法基本特點放頂煤采煤法就是在開采厚煤層時，沿煤層（或分段）底部布置一個采高23m的長壁工作面， 用綜合機械化采煤工藝進行回采， 利用礦山壓力的作用或輔以人工松動方法使支架 上方的頂煤破碎成散體后由支架

2、后方（或上方）放出，并予以回收的一種采煤方法。二、放頂煤采煤法基本類型1、一次采全厚放頂煤開采沿煤層底板布置一個放頂煤開采長壁工作面一次放出頂煤全厚。(a一般適用于厚度612 m的煤層。優(yōu)點：掘進量小，設備少，系統(tǒng)簡單，生產(chǎn)集中。缺點：煤質(zhì)軟時，兩巷維護難。2、預采頂分層網(wǎng)下放頂煤開采一一沿煤層頂板布置一個普通長壁工作面，開采頂分層時進行鋪網(wǎng)，而后沿煤層底板布置放頂煤工作面，將兩個工作面之間的煤在網(wǎng)下放出。優(yōu)點：由于頂層鋪設金屬網(wǎng)，可以減少放煤的含矸量。缺點：開采頂分層后一般礦山壓力減弱，不利于頂煤的破碎，常有大塊煤需要人工預裂。一般適用于12m以上、直接頂堅硬、瓦斯大的煤層。3、傾斜分層放頂

3、煤開采一一當煤層超過1520m以上時，可將煤層自頂板至底板分成810m的分段，然后自上而下依次進行放頂煤開采。般適用于15m以上的緩斜煤層。第二節(jié)放頂煤開采的支護設備一、放頂煤液壓支架的特點和性質(zhì)(1) 有液壓控制放煤機構(gòu)；(2) 有強力可靠的二次破煤性能；(3) 有推移后部溜子，清理后部煤的機構(gòu)；(4) 支架結(jié)構(gòu)必須有較強抗扭和抗側(cè)向力的功能；(5) 有較大的空間，控頂距較大，頂梁較長；(6) 有可靠的防漏，防冒頂能力；(7) 開采高度大體控制在 2.53.0m之間。(8) 有較大拉架力，拉架速度快，帶壓擦頂移架二、放頂煤液壓支架分類掩護式、支掩式、支撐式、簡易式。窗口位置：高、中、低三種放

4、煤支架形式輸送機位置：單、雙輸送機放頂煤液壓支架：掩護式(單輸送機高位放煤、 雙輸送機中、低位放煤)，支掩式(雙輸, 輸送機掩護梁開天窗(插腿式，非插腿式)，支撐式，簡易式。1、單輸送機高位放頂煤支架YFY3000 16/26 (見下圖)PI OW0S3上 0SE"7-3野YMUO坊/洌型監(jiān)H煤液雖支架這類支架是單輸送機，短頂梁、掩護梁開天窗高位放煤的掩護式支架。特點:（1）支架結(jié)構(gòu)簡單，采煤機割煤與放煤由一部輸送機運出，端頭維護空間小，工 作面整體布置與普通長壁工作面相同，便于維護管理，減少事故發(fā)生。（2）支架的長度較短，結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定性和封閉性較好。（3）掩護梁放煤口尺寸較大，有

5、利于頂煤的放出，但放煤口位置高，丟煤多，采 出率較低，煤塵大，支架通風斷面較小。（4）由于頂梁短，放煤口位置距煤壁較近，因此對煤層冒放性的要求較高。（5） 放煤槽在放煤狀態(tài)時與底座成35°夾角，難以達到 40°。（6）采放用同一部輸送機，不能平行作業(yè)，影響產(chǎn)量的提高。2、雙輸送機中位放頂煤支架雙輸送機運煤，在掩護梁上開放煤口，中位放煤的支 撐掩護式液壓支架。T-A FYSMOI）-【和喬裂放頂煤支冥特點：（1）支架穩(wěn)定性和密封性好，抗偏載和抗扭能力大，不易損壞；（2）放煤口距煤壁遠有助于工作面前方頂煤的維護。（3）由于采煤和放煤使用兩部輸送機，可實現(xiàn)采放平行作業(yè)，實現(xiàn)高產(chǎn)高

6、效。（4 ）放煤口位置較高，丟煤多，采出率較低，煤塵較大。（5）后輸送機放在支架底座上，后部空間有限，造成大塊煤通過困難，移架阻力大。（6 ）掩護梁不能擺動，二次破煤能力差。3、雙輸送機低位放頂煤支架（FZ3000-15/30型放頂煤支架）一一雙輸送機運煤,在掩護梁后部絞接一個帶有插板的尾梁，低位放頂煤的支撐掩護式液壓支架。主要特點:（1 ）由于具有連續(xù)的放煤口，放煤效果好，采出率高。（2） 頂梁長，放煤口距煤壁遠，經(jīng)頂梁反復支撐，使頂煤充分破碎，對放煤極為有利。（3）后輸送機沿底板布置， 浮煤容易排出，移架輕快，同時尾梁插板可以破碎大塊煤， 放煤口不易堵塞。（4 ）低位放煤，煤塵小，有利于降

7、塵。（5）該支架的穩(wěn)定性差。4、輕型放頂煤液壓支架1）該系列支架的主要特點是:（1）支架結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，重量輕，便于拆裝運輸。（2）支架空間較大，便于清理浮煤和拆裝檢修后部輸送機。（3）支架穩(wěn)定性好，造價低。（4）單鉸接輕型放頂煤液壓支架，具有較好的封閉能力和端面積是及時支護能力，能 較好地解決“三軟”煤層和較薄的厚煤層綜放開采和端面易冒落的問題。2）該類支架在下列條件范圍內(nèi)均可取得較好的使用效果：（1）煤層fv 2.5,來壓不明顯，厚度 38m，傾角v 25°。（ 2）工作面尺寸較小，斷層較多，地質(zhì)條件復雜的工作面。3）邊角煤或煤柱開采，厚度變化較大，較薄厚煤層。第三節(jié) 放頂煤工作

8、面礦壓顯現(xiàn)特點及頂煤破碎機理第四節(jié) 放頂煤采煤工藝第五節(jié)厚煤層放頂煤采煤法技術(shù)發(fā)展展望目的要求:1、理解放頂煤工作面的礦壓顯現(xiàn)特點2、掌握頂煤破碎機理3、掌握并熟悉放頂煤采煤工藝4、了解放頂煤工藝的技術(shù)展望重點、難點和突破的方法：重 點：1、頂煤破碎機理2、放頂煤采煤工藝難點：放頂煤采煤工藝突破方法：1、詳細講解2、圖示、模型教學內(nèi)容和步驟（附后）第三節(jié)放頂煤工作面礦壓顯現(xiàn)特點及頂煤破碎機理一、巖層活動及礦壓顯現(xiàn)特點放頂煤開采時，由于煤層一次采出厚度的增大， 直接頂?shù)目迓涓叨瘸杀对黾?，可達采出 煤層厚度的2.02.5倍，其中1.01.2倍范圍內(nèi)的直接頂為不規(guī)則垮落帶， 而在上位直接 頂中則形成

9、某各臨時性“小結(jié)構(gòu)”，其活動可對采場造成明顯影響。綜放采場上方仍可形成穩(wěn)定的“砌體梁”式基本頂結(jié)構(gòu)，如圖，但其形成的位置遠離采場。煤采丁作面頂板轉(zhuǎn)枸上位直接頂中可形式“半拱”式小結(jié)構(gòu)，并與其上的“砌體梁”結(jié)構(gòu)相結(jié)合，共同構(gòu)成 綜放開采覆巖結(jié)構(gòu)的基本形式。由于松軟頂煤的參與， 綜放支架阻力通常不大于分層開采支架阻力。綜放基本頂初次來壓與分層開采相比步距增大， 一般可達50m以上；周期來壓步距相對減少， 約為其初次來壓 步距的三分之一。二、頂煤破碎機理1、綜放開采時，實現(xiàn)頂煤的有效破碎和順利放出是放頂煤工作的核心問題，而頂煤的 有效破碎又是頂煤順利放出的前提，同時也是支架選型不確定放頂煤工藝的依據(jù)

10、。2、煤的普氏系數(shù)越小，有利于頂煤的放出；相反， f值越大，放煤效果越不理想。一 般認為，煤的普氏系數(shù) f3的煤層基本適合放頂煤開采。3、頂煤的破碎是支承壓力與頂板運動及支架反復支撐共同作用的結(jié)果。4、 支架對頂煤反復支撐的次數(shù) N與頂梁的長度L及采煤機截深B有關(guān)，可表示為：N=L/B5、根據(jù)頂煤的變形和破壞發(fā)展規(guī)律，沿工作面推進方向前將煤劃分為四個破壞區(qū)，依 次為：完整區(qū)、破壞發(fā)展區(qū)、裂隙發(fā)育區(qū)、垮落破碎區(qū)。頂板破壞區(qū)A禿整區(qū)B 壞炭展區(qū)第四節(jié)放頂煤采煤工藝一、放頂煤綜采主要工藝過程1. 主要工序：采煤機割煤、移架、推移前部輸送機、放頂煤、移后輸送機。2. 工藝過程：采煤機割煤t移架及時支護

11、t推移前部輸送機t拉后部輸送機t打開放煤 口放頂煤。二、初采和末采放煤工藝1、目前在大多數(shù)綜放工作面，推出開切眼后即做了及時放煤，根據(jù)采煤工作面頂板的結(jié)構(gòu)和頂煤的性質(zhì)，為減小初次放頂煤步距，提高初采回收率，常采用深孔爆破技術(shù)和切頂巷技術(shù)實現(xiàn)提前放煤。2、在應用放頂煤開采技術(shù)初期，通常在工作面結(jié)束前 20m左右鋪雙層金屬網(wǎng)停止放煤，或使沿底板布置的工作面向上爬至頂板時結(jié)束，這樣造成了大量煤炭損失。為此，近年來在綜放開采的實踐中普遍縮小了不放煤的范圍，一般提前10m左右停止放頂煤并進行鋪頂網(wǎng)。三、放煤步距放頂步距是指沿工作面推進方向前后兩次放煤的間距。大小對放煤的影響如圖11 9所示。圖11 -

12、T不同敘煜步距下煤訐運動狀態(tài)大敢烷勢ifi會屋獻爛歩is申故jg（步直根據(jù)我國放煤工作的實際情況，確定放頂煤步距時可借鑒以下經(jīng)驗公式：L=（0.15 0.21）h式中：L :放頂煤步距，/m ； h：放煤口至煤層頂部垂高，m。四、放煤方式名詞：連續(xù)放煤（單輪）、不連續(xù)放煤（多輪）順序放煤、間隔放煤1. 單輪順序放煤，2.多輪順序放煤，3.單輪間隔放煤五、端頭放煤隨著工作面輸送機和支架的不斷改進，使端頭設備布置也不斷更新。目前解決端頭放煤的途徑主要有以下三種：1. 加大巷道斷面尺寸，取消過渡支架；2. 在工作面使用短機頭和短機尾輸送機或側(cè)卸式輸送機；3. 采用帶有高位放煤口端頭支架，實現(xiàn)端頭及兩

13、巷放頂煤。第五節(jié)厚煤層放頂煤采煤法技術(shù)發(fā)展展望一、綜放開采的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢近年來綜放開采之所以成為我國高產(chǎn)高效礦井建設的重要技術(shù)途徑，是因為這種采煤方法不但符合我國國情（厚煤層產(chǎn)量占煤炭總量的 41%）,而且較厚煤層分層開采和單一煤層綜 采有明顯的技術(shù)和經(jīng)濟優(yōu)勢。1、綜放開采實現(xiàn)了緩傾斜特厚煤層的一次采全厚開采和急傾斜特厚煤層的水平分段開采，對地質(zhì)條件的適應性較分層綜采和單一煤層綜采更強。適應于煤層厚度變化大、頂?shù)装迤鸱黄健鄬訕?gòu)造多以及其他地質(zhì)條件變化的不穩(wěn)定煤層。2、綜放開采一次開采厚度大幅度增加，煤層開采強度加大，實現(xiàn)了垂直集中生產(chǎn)，而且低位放項煤支架工作面有兩個出煤點，在同樣工作面長度

14、和工作面推進速度的情況下，綜放開采較分層綜采和單一煤層綜采工作面的單產(chǎn)可以成倍地增長。4、綜放開采較分層綜采的巷道掘進率低，工作面壽命長，搬家次數(shù)少，有利于接續(xù)，噸煤設備投入費用少；工作面材料、電力消耗少；因而工作面直接成本大大降低。綜放開采的噸煤成本可比分層綜采的成本降低10元/t以上，因而礦井的經(jīng)濟效益可以明顯提高。兗州礦業(yè)集團東灘煤礦綜采放頂煤二隊，1999年創(chuàng)年產(chǎn)505.8萬噸的全國最高紀錄，工作面回采工效達 203噸/工，真正實現(xiàn)了高產(chǎn)高效。二、主要存在的技術(shù)問題1、煤炭采出率低2、放頂煤開采瓦斯積聚問題3、放頂煤開采發(fā)火問題4、放頂煤開采煤塵問題三、開采技術(shù)條件與措施1、采煤系統(tǒng)

15、圖11-12卜輝電曲上和g汝用上止上山a車障呂何葉書曹-£霄炸母哥 7-tlft3 -H.il白也厚煤層綜采放頂煤采煤法面采工作面巷道布置與普通綜采四采工作面巷道差別不大。若頂煤中瓦斯含量較高，可沿工作面頂板布置一條瓦斯排放巷，采用一進二面的E形巷道布置；當頂煤的硬度較大時，頂煤不易放出，可沿原煤層的頂板布置工藝巷。2、工作面長度及推進長度放頂煤工作面的支承壓力和頂板的運動是頂煤破碎的主要力源，工作面長度過短和過長都不利于頂煤的破碎，工作面一般確定在 80口工作面200m工作面長度可由以下公式計算：L=nx T/t x BXn式中：L 放頂煤工作面長度，m；n同時放頂煤支架數(shù)；T每班

16、工作時間，min ;t 每架放頂煤支架，放煤所需時間，min;b支架寬度，mn每班工作時間利用率。綜采放頂煤工作面連續(xù)推進長度的確定，應考慮地質(zhì)條件、工作面搬遷、工作面初末采的損失、自然發(fā)火等因素的影響，因此綜采放頂煤工作面的連續(xù)推進長度一般不宜小于 8001000m 兗州礦區(qū)綜采放頂煤工作面的連續(xù)推進長度多在2000m左右。3、適用條件(1) 煤層厚度一次采出的煤層厚度以 68m為佳。7 8m.預采頂分層綜采放頂煤開采時，最小厚度為(2) 煤層硬度普氏系數(shù)一般f <3(3) 煤層傾角煤層傾角不宜過大，一般 <250石炭井烏蘭礦在 25030o的煤層中試驗放頂煤開采已獲得成功。(4) 煤層結(jié)構(gòu)(5) 頂板條件(6) 地質(zhì)構(gòu)造(7) 自然發(fā)火、瓦斯及水文地質(zhì)條件四、展望在“十一五”期間，綜放開采技術(shù)將會取得較快發(fā)展。1、綜放工作面年產(chǎn)將在 500萬噸的基礎(chǔ)上，達到 700萬噸以上。2、工作面將在實現(xiàn)采、放、運自動化程序控制的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)整個工作面的自動化控 制。3、復雜厚煤層的系列輕放支架及配套裝備將得到進一步發(fā)展，以擴大綜放開采技術(shù)在 不同條件下的應用范圍。4、頂煤破碎和冒放性理論與控制技術(shù)研究將取得巨大進展，直接指導和服務于綜放開 采。5、中國的綜放開采技術(shù)將走出國門。習題：1、放頂煤開