采礦學第13章-放頂煤采煤法

1、采礦學第13章-放頂煤采煤法第一頁，共61頁。一、放頂煤采煤法放頂煤采煤法：開采緩斜厚煤層時，先采出煤層底部長壁工作面的煤，隨即放采上部頂煤的采煤方法。 或：在緩斜厚煤層的底部（或煤層上部某一范圍的底部）布置長壁 工作面用常規(guī)方法進行采煤，隨該工作面推進，利用礦山壓力或人工破碎方法，將頂煤破碎，而后將頂煤放出，由采面運出。第一節(jié) 基本特點及類型2022/10/102第二頁，共61頁。二、綜采放頂煤工作面設(shè)備布置 工藝過程：采煤機割煤移架推移前部刮板輸送機拉移后部刮板輸送機放頂煤第一節(jié) 基本特點及類型2022/10/103第三頁，共61頁。采煤機割煤移架及時支護推移前部輸送機拉后部輸送機打開放煤

2、口放頂煤第四節(jié) 放煤工藝特點2022/10/104第四頁，共61頁。三、放頂煤采煤法基本特點基本特點： 1、采面采煤：同綜采、普采、炮采。 2、增加了放頂煤工藝。 3、采煤循環(huán) 完成采、放全部工序過程。 第一節(jié) 基本特點及類型2022/10/105第五頁，共61頁。一次采全厚放頂煤開采預(yù)采頂分層網(wǎng)下放頂煤開采傾斜分層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度。適用于厚度6-12m的緩斜厚煤層。其優(yōu)點是：回采巷道掘進量及維護量少；工作面設(shè)備少；采區(qū)運輸、通風系統(tǒng)簡單；生產(chǎn)集中。缺點是煤質(zhì)較軟時，工作面運輸平巷及回風平巷維護較困難。沿煤層頂板布置一個普通長壁工作面，進行鋪網(wǎng)

3、預(yù)采頂分層，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。適用于厚度大于12m直接頂堅硬或煤層瓦斯含量高，需要預(yù)先排放瓦斯的緩斜煤層。其優(yōu)點減少放煤的含矸量。其缺點是不利于頂煤的破碎，常有大塊煤需要人工預(yù)裂。當煤層厚度超過15-20m以上時，可將煤層自頂板至底板分成8-12m的分段，然后自上而下依次進行放頂煤開采。適用于厚度大于15m的緩斜煤層。四、放頂煤長壁采煤法類型第一節(jié) 基本特點及類型2022/10/106第六頁，共61頁。放頂煤開采基本類型 (a)一次采全厚放頂煤；（b）預(yù)采頂分層網(wǎng)下放頂煤；（c）傾斜分段放頂煤第一節(jié) 基本特點及類型2022/10/107第七頁，共6

4、1頁。1放頂煤液壓支架有液壓控制的放煤機構(gòu)。2工作面放煤時，不可避免地會有大塊煤冒落，放煤機構(gòu)必須有強力可靠的二次破煤性能。3支架有推移后部刮板輸送機和清理后部浮煤的性能和機械。4支架結(jié)構(gòu)必須有較強的抗扭和抗側(cè)向力的功能。5對于雙輸送機放頂煤支架，要求有足夠的工作空間，因此支架的控頂距較大，頂梁也較長。6支架必須全封閉頂板，有更好控制端面冒頂和防止架間漏矸的性能。7支架不需要使用雙伸縮立柱或帶加長段的立柱。8支架必須有較大的拉架力，拉架速度要快，能夠帶壓擦頂移架。一、放頂煤液壓支架的特點及性能第二節(jié) 放頂煤開采支護設(shè)備2022/10/108第八頁，共61頁。二、放頂煤液壓架分類第二節(jié) 放頂煤開

5、采支護設(shè)備1、按支架類型：掩護式、支掩式、支撐式、簡易式。2、按窗口位置：高、中、低三種放煤方式3、按輸送機位置：單、雙輸送機放頂煤液壓支架：掩護式(單輸送機高位放煤、雙輸送機低位放煤)；支掩式(雙輸，輸送機掩護梁開天窗(插服式，非插服式)；支撐式；簡易式)2022/10/109第九頁，共61頁。YFY2000-16/26型放頂煤支架單輸送機高位放頂煤支架只用于煤質(zhì)中硬，節(jié)理裂隙比較發(fā)育煤層厚度7m左右，煤層底板較硬及煤層底含水率較高的條件。第二節(jié) 放頂煤開采支護設(shè)備1單輸送機高位放頂煤支架2022/10/1010第十頁，共61頁。1單輸送機高位放頂煤支架 這類支架的特點如下：(1) 支架結(jié)構(gòu)

6、簡單，端頭維護空間小，便于維護管理。(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，對煤層冒放性的要求較高。(5) 放煤槽在放煤狀態(tài)時與底座呈35夾角，難以達到40。(6) 采放同用一部輸送機，不能平行作業(yè)，影響產(chǎn)量的提高。第二節(jié) 放頂煤開采支護設(shè)備2022/10/1011第十一頁，共61頁。 2雙輸送機中位放頂煤支架這類支架的特點如下：(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

7、維護。支架頂梁長，有利于反復(fù)支承頂板，增加頂煤的破壞程度。(3)由于采煤和放煤使用兩部輸送機，可以實現(xiàn)采放平行作業(yè)，實現(xiàn)高產(chǎn)高效。(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，并且移架阻力較大。(6)掩護梁不能擺動，二次破煤能力差。第二節(jié) 放頂煤開采支護設(shè)備2022/10/1012第十二頁，共61頁。FYS300019/28型放頂煤支架雙輸送機中位放頂煤支架適用條件較為廣泛，在礦壓顯現(xiàn)劇烈，有懸頂危險的條件下，具有較好的適應(yīng)性。第二節(jié) 放頂煤開采支護設(shè)備2雙輸送機中位放頂煤支架2022/10/1013第十三頁，共61頁。 3

8、雙輸送機低位放頂煤支架這類支架主要特點如下：(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(fù)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，有利于降塵。(5)支架的穩(wěn)定性較差。第二節(jié) 放頂煤開采支護設(shè)備2022/10/1014第十四頁，共61頁。FZ300015/30型放頂煤支架雙輸送機低位放頂煤支架，適應(yīng)性強，在急傾斜煤層，緩傾斜中硬煤層和三軟煤層綜放開采中取得成功，是目前我國應(yīng)用最廣泛的放頂煤液壓支架架型。第二節(jié) 放頂煤開采支護設(shè)備3雙輸送機

9、低位放頂煤支架2022/10/1015第十五頁，共61頁。 4輕型放頂煤液壓支架該系列支架的主要特點為：(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，具有較高的封閉能力，能較好地解決“三軟” 煤層和較薄厚煤層綜放開采端面易冒落的要求。該系列支架在下列條件范圍內(nèi)均可取得較好的使用效果(1)煤層堅固性系數(shù)f2.5，來壓強度不大，煤層厚度38m，煤層傾角 3一、回采巷道布置2022/10/1044第四十四頁，共61頁。l運煤 l運料 l 通風第五節(jié) 采煤系統(tǒng)分析二、生產(chǎn)系統(tǒng)2022/1

10、0/1045第四十五頁，共61頁。1、工作面長度1）主要影響因素 頂煤破碎 頂煤放出 煤炭損失采場上覆巖層充分運動有利于破煤。當采面 80m時，頂煤不能充分破碎，放煤難。2、工作面連續(xù)推進長度一般大于800 1000m， 目前可達2000m以上。第五節(jié) 采煤系統(tǒng)分析三、主要參數(shù)2022/10/1046第四十六頁，共61頁。2）工作面長度確定原則：一個班內(nèi)要將頂煤放完一個班內(nèi)將頂煤放完為原則確定的工作面長度： 式中：l 采面長度，m； n 同時放煤的支架數(shù)，n 3； T 每班工作時間，min； t 每架支架放煤所需時間，min； B支架寬，m； 班工作時間利用率。 T、B、n 視為常數(shù)。第五節(jié)

11、采煤系統(tǒng)分析2022/10/1047第四十七頁，共61頁。國家規(guī)定：厚煤層采區(qū)采出率 75%。工作面外損失工作面內(nèi)損失因工藝損失占44%，區(qū)段煤柱損失占33% 第五節(jié) 采煤系統(tǒng)分析四、煤炭損失2022/10/1048第四十八頁，共61頁。工作面內(nèi)損失：初采損失末采損失端頭損失工藝損失第五節(jié) 采煤系統(tǒng)分析四、煤炭損失2022/10/1049第四十九頁，共61頁。放頂煤采面收尾方法： (1)為安全拆除設(shè)備，距停采線1015m內(nèi)，鋪網(wǎng)、不放頂煤，以保持頂煤及頂板穩(wěn)定性。 適用：頂煤較硬較穩(wěn)定條件。 (2)以8 10的坡度，采面爬頂，停采線處頂板為巖層。三角煤損失 適用：煤軟 第五節(jié) 采煤系統(tǒng)分析20

12、22/10/1050第五十頁，共61頁。鮑店礦，M=8.7m，煤f=3.13.9， 采面推進3.4m，頂煤冒落，推進7.8m，直接頂垮落，步距減少了5.2m；回采率提高了0.31% 。在切頂巷兩幫內(nèi)打眼放炮，擴大切頂效果 采面推進方向 切頂巷第五節(jié) 采煤系統(tǒng)分析2022/10/1051第五十一頁，共61頁。1、煤體強度 煤的f值越小，強度越低，頂煤起始活動點越遠，頂煤受力時間越長，越有利于頂煤的放出。但煤太軟，給工作面端面維護造成困難。F值越大，支撐壓力峰值距煤壁越近，頂煤破壞過程短，其變形、位移越小。為使頂煤破碎，需要采用注水軟化等措施。 一般認為，煤的堅固性系數(shù)在3以下的煤層適合于放頂煤開

13、采。第五節(jié) 采煤系統(tǒng)分析五、頂煤冒放性的主要影響因素2022/10/1052第五十二頁，共61頁。2、煤層頂?shù)装鍘r性 直接頂板能隨采隨冒，頂煤放出后能及時充填滿放出空間，防止頂煤散落到采空區(qū)造成丟煤，減少頂煤放出損失。直接頂巖性以泥巖、頁巖、粉砂巖等中等穩(wěn)定巖性以下為好。 基本頂?shù)淖饔弥饕窍蛎罕谇胺絺鬟f支承壓力。巖性越好，傳遞支承壓力的能力越強，對頂煤破碎越有利，但來壓步距相對要加大，來壓強度加劇。綜合考慮基本頂破煤作用與來壓強度，以中粗砂巖、細砂巖等中等穩(wěn)定巖性為好。堅硬頂板應(yīng)采取強制軟化頂板的措施。 放頂煤開采，工作面工序較多，推進速度慢。對松軟底板，支架底座易陷入底板，移架困難。放頂煤

14、工作面支架對底板的比壓一般為1.53.0MPa。第五節(jié) 采煤系統(tǒng)分析2022/10/1053第五十三頁，共61頁。3、煤層高度與采放高度比 對于緩傾斜厚煤層，放頂煤開采適應(yīng)的煤層厚度下限已經(jīng)到44.5米。研究表明：當支架上部的頂煤厚度小于2m時，煤矸分界面難以控制，采用放頂煤應(yīng)有特殊措施。 放頂煤開采的上限一般不應(yīng)大于12米，采放比不超過1：3。主要是頂煤太厚，上部煤層壓裂效果差，難以放出，影響回收率，同時加大了采空區(qū)發(fā)火的幾率。據(jù)測定，當煤厚超過16m時，頂煤松散系數(shù)為1.0，即不松散，如果頂煤冒落性差，就不能隨采隨冒。頂煤破碎主要依靠支承壓力和支架反復(fù)支撐卸載作用來實現(xiàn)，頂煤太厚，上部頂煤

15、破碎不充分，破碎塊度大不易放出。根據(jù)放頂煤開采實際頂煤留設(shè)厚度及對頂煤破碎機理的分析，適宜的采放高度比以1：（1.52）為好，頂煤強度較低時，適當加大頂煤厚度仍具有較好的冒放性。第五節(jié) 采煤系統(tǒng)分析2022/10/1054第五十四頁，共61頁。4、節(jié)理裂隙發(fā)育程度 頂煤的變形、移動，首先從頂煤內(nèi)裂隙的產(chǎn)生、發(fā)展開始。裂隙是控制頂煤破壞的內(nèi)在主導因素。煤體中節(jié)理裂隙發(fā)育大大降低了頂煤的整體強度?？偟膩碇v，裂隙發(fā)育程度高利于頂煤的再次破碎與冒落成均質(zhì)松散體。頂煤放出時具有明顯的規(guī)律性，回收率高。但裂隙發(fā)育超過一定限度后，由于頂煤過分松軟，架前、架間頂煤片幫、冒頂將影響放頂煤工作的正常進行，降低了工

16、效。第五節(jié) 采煤系統(tǒng)分析2022/10/1055第五十五頁，共61頁。5、夾石層厚度與夾石層強度 夾石層對放頂煤的影響主要取決于夾石層的厚度、夾石層的強度和夾石層的層數(shù)。 當煤層中夾石層單層厚度大于300mm時，強度將影響頂煤冒落。因此可以300mm為界，大于300mm時視頂煤可放性極差，厚度越小冒放性越好。 夾石層強度對頂煤冒放性影響取決于夾石層強度與煤層強度之比值。一般認為，只有當夾石層強度大于煤層強度時，才會對頂煤冒落造成不良影響，且夾石層強度越大頂煤越難冒落。當夾石層強度小于煤層強度時，夾石層作為中間弱層隨其下部頂煤的冒落而隨之冒落，不會對頂煤冒放性造成影響。 夾石層的層數(shù)也影響頂煤的

17、可放性。第五節(jié) 采煤系統(tǒng)分析2022/10/1056第五十六頁，共61頁。6、煤層埋藏深度 埋藏深度影響支承壓力的大小，支承壓力是使煤體產(chǎn)生裂隙的主要因素。支承壓力的大小很大程度上取決于煤層埋藏深度，埋深大，壓力大，有利于頂煤的破碎。 理論研究表明，煤體壓裂效果與采深存在一定的線性關(guān)系，通過對山西6個放頂煤工作面測定的采深對頂煤壓裂的影響結(jié)果表明，采深大于100m時，一般即可產(chǎn)生壓裂效果。因此，使用放頂煤的臨界深度為100m左右。第五節(jié) 采煤系統(tǒng)分析2022/10/1057第五十七頁，共61頁。優(yōu)點：單產(chǎn)高，效率高成本低，巷道少，搬家 少，經(jīng)濟效益顯著缺點：煤損多，易發(fā)火，煤塵大，瓦斯易積 聚。 一、評價第六節(jié) 適用條件及評價2022/10/1058第五十八頁，共61頁。二、適用條件1.煤層厚度：M = 5 12m為佳，過小易超前冒頂，過大破壞不充分;2.煤層的可放性：煤質(zhì)松軟，層理節(jié)理發(fā)育。煤質(zhì)中硬，f 2最好。個別f = 3.1 3.9，層理節(jié)理發(fā)育亦可;3.煤層傾角：不宜太大，緩傾斜煤層中一般15，太大影響支架的穩(wěn)定性，25 30煤層中也試