第七章放頂煤采煤法

第七章長壁放頂煤采煤法長壁放頂煤采煤法：開采近水平或緩（傾）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稱為長壁放頂煤采煤法。或：在近水平或緩（傾）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(jìn)行采煤，隨該工作面推進(jìn)，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，并予以回收的一種采煤方法。第一節(jié)

放頂煤采煤法分類一、按厚煤層賦存條件和采放次數(shù)分類1、一次采全高放頂煤采煤法，特點：1）采面采高：M=h1=2.03.0m；

2）放頂煤高度：h2=(1-3)h1適用：M=412m，煤層傾角小于15度效果最好。優(yōu)點：掘進(jìn)量小，設(shè)備少，系統(tǒng)簡單，生產(chǎn)集中缺點：煤質(zhì)軟時，兩巷維護(hù)困難。2、

預(yù)采頂分層頂網(wǎng)下放頂煤特點：（1）頂層，23m，只采不放；鋪網(wǎng)。（2）下層采面：采、放。

適用：1214m煤層，需人工放頂?shù)?，抽放瓦斯的緩斜煤層?、傾斜分層放頂煤特點：將厚煤層分為若干分層，分層厚一般8~10m；自上而下依次放頂煤回采各分層。適用：M15~20m，緩斜煤層。例如：南斯拉夫維林基礦開采了厚80150m的褐煤我國石炭井礦區(qū)開采厚20m以上的煤層4、預(yù)采中分層放頂煤二、按放頂煤采煤工藝及相應(yīng)設(shè)備分類按采煤工藝分：炮采放頂煤開采、普采放頂煤開采、綜采放頂煤開采

1、綜采放頂煤液壓支架按綜采放頂煤液壓支架放煤囗及位置，分：高位放頂煤液壓支架；不充分碎裂體，中位放頂煤液壓支架；較充分，低位放頂煤液壓支架；冒落放出按放頂煤面輸送機(jī)數(shù)目，分：單輸送機(jī)雙輸送機(jī)

1）單輸送機(jī)高位放頂煤液壓支架

特點：短托梁加內(nèi)伸縮梁及側(cè)護(hù)板。優(yōu)點：控頂距小，穩(wěn)定性好，運輸系統(tǒng)及工作面端頭維護(hù)簡單，便于管理。缺點：斷面小、煤塵大、采放不能平行作業(yè)、回收率低。2）雙輸送機(jī)中位放頂煤液壓支架雙輸送機(jī)中位放頂煤支架特點：（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(yuǎn)有助于工作面前方頂煤的維護(hù)（3）由于采煤和放煤使用兩部輸送機(jī)，可實現(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(jī)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(hù)梁不能擺動，二次破煤能力差3）低位放頂煤雙輸送機(jī)液壓支架后輸送機(jī)鋪在底板上，煤塵小，有發(fā)展前景雙輸送機(jī)低位放頂煤支架特點：（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(yuǎn)，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(jī)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)定性差放頂煤液壓支架類型輕型放頂煤液壓支架輕型放頂煤液壓支架特點：（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(jī)（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”煤層和較薄的厚煤層綜放開采端面易冒落的問題。輕型放頂煤液壓支架的適用條件：（1）煤層普氏系數(shù)f＜2.5，來壓強(qiáng)度不大，煤層厚度3~8m，煤層傾角＜25°（2）工作面尺寸較小，斷層較多，地質(zhì)條件較為復(fù)雜的工作面（3）邊角煤或煤柱的開采，厚度不穩(wěn)定的煤層，較薄厚煤層2、放頂煤滑移頂梁支架、懸移頂梁支架和組合頂梁支架1）滑移頂梁液壓支架存在的問題：①頂梁前后排列，穩(wěn)定性差，支架長度較大，易出現(xiàn)超載現(xiàn)象；②彈簧鋼板易斷裂；③側(cè)向穩(wěn)定性隨煤層傾角加大而變差。2）懸移頂梁液壓支架既有綜采支架穩(wěn)定性好、能自移特點，又具有單體支柱適應(yīng)性強(qiáng)、體積小、重量輕、易操作、移動方便的特點。3）組合頂梁液壓支架第二節(jié)長壁綜放工作面頂煤冒放性、放出規(guī)律及礦壓顯現(xiàn)規(guī)律一、頂煤冒放性的影響因素頂煤的破碎是支承壓力。頂板運動及支架反復(fù)支撐共同作用的結(jié)果,而原巖應(yīng)力和開采引起的支承壓力是使頂煤破碎的主要動力。其影響因素見圖7-8其影響因素見圖7-8二、頂煤冒放性的評價及分類方法1、頂煤冒放性的評價指標(biāo)體系煤層的硬度系數(shù)；煤層賦存深度；頂煤節(jié)理裂隙發(fā)育程度；夾石層指標(biāo)；隨采隨冒直接頂對采空區(qū)充填程度；基本頂級別；采放高度比。2、頂煤冒放性的分類結(jié)果（表7-2）三、放礦理論與頂煤放出規(guī)律1、放礦橢球體理論：橢球體放礦理論認(rèn)為：礦石在采場破碎后，是按近似橢球體形狀向下自然流動下來的，即原來所占的空間形狀為一個旋轉(zhuǎn)橢球體，放煤橢球體表面上的顆粒將大體同時到達(dá)放煤口。

1-放出橢球體，2-放出漏斗3-松動橢球體，4-移動漏斗

放出橢球體參數(shù)：設(shè)長軸2a=h，短軸為2b1；h—放頂煤高度。生產(chǎn)實踐及實驗表明：b1=（0.250.3）

h/2

松動橢球體：理論認(rèn)為：放煤的同時，放出橢球體周圍的煤巖也將向放煤口移動，充填放煤留下的空間，此空間體與放出橢球體相似，稱松動橢球體。松動橢球體參數(shù)：松動橢球體高度為HH=（2.22.6）h2、頂煤放出規(guī)律及主要影響因素頂煤放出的形態(tài)、純煤放出量、煤巖分界線主要受頂煤的垮落角、放煤口到頂煤垮落的水平距離、頂煤的厚度和放出體軸偏聽偏角四個因素的制約。在這四個因素的制約下，放出體固定幫的方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，形成偏轉(zhuǎn)橢球缺。如圖7-10受固定幫影響，但仍形成近似橢球體該橢球體符合三項主要特征：①放出體形狀為一近似橢球體。②放出體被放出的過程中，其表面仍保近似橢球狀，最后其表面上顆粒點同時被放出。③移動橢球體表面上各顆粒點的高度相關(guān)系數(shù)在移動過程中保持不變。3、放頂煤開采頂煤位移的特點①煤體的堅固性系數(shù)不同，頂煤始動點位置不同；②一般認(rèn)為頂煤總位移量大于100㎜時，頂煤具備可放條件；③軟煤的頂煤移動角大于90°，放煤是一種滑落運動；中硬的頂煤移動角在80°左右，放煤是一種頂煤垮落后的墜落運動；硬煤的頂煤移動角更小，放煤更類似于懸臂梁自由端斷裂破壞后的墜落；當(dāng)硬煤的頂煤移動角小于50°時，頂煤很難放出。④不同高度頂煤始動點位置不同；⑤頂煤移動初期，主要以水平位移為主，隨工作面接近，垂直位移逐漸增大。四、放頂煤工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律1、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)目迓涓叨瘸杀对黾樱蛇_(dá)煤層采出厚度的2.0～2.5倍，其中1.0～1.2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(yuǎn)離采場。

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開采的支架阻力。綜放基本頂初次來壓與分層開采相比步距增大，一般可達(dá)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。2、綜采放頂煤礦壓顯現(xiàn)規(guī)律①支架載荷不高；②支架前柱阻力一般大于后柱；③工作面來壓不明顯。第三節(jié)長壁放頂煤工作面工藝參數(shù)及過程一、長壁綜放工作面參數(shù)分析1、工作面長度及推進(jìn)長度1）工作面長度主要影響因素①頂煤破碎②頂煤放出③煤炭損失④月推進(jìn)度、產(chǎn)量和效率2）合理工作面長度當(dāng)采面

80m時，頂煤不能充分破碎，放煤難。適當(dāng)加大工作面長度，可減少端頭和區(qū)段煤柱損失。煤層厚度大，工作面不宜太長。有自然發(fā)火的煤層，工作面不宜太長。確定工作面長度原則原則：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)，n3；

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)。工作面長度計算實例：

陽泉一礦：M=6.5m，頂煤4m，平均每架放煤t=57min，取n=2，B=1.5m,T.=5h

得：l=130180m若：M=10m，頂煤7.2m，

t=8~10min,

則:l=90~120m。一般工作面長度≮80m，以120~180m較為合理。少數(shù)達(dá)200m。3）工作面連續(xù)推進(jìn)長度

一般大于8001000m，考慮工作面搬遷，工作面初采、未采時煤炭損失所占比例，綜采設(shè)備的大修期，工作面推進(jìn)度可在2000~2700m之間。簡易放頂煤工作面的連續(xù)推進(jìn)長度不應(yīng)小于600800m。

2、循環(huán)放煤步距（如圖7-11）循環(huán)放煤步距：在工作面推進(jìn)方向上，前后兩次放頂煤之間工作面推進(jìn)的距離。確定放煤步距原則：頂煤充分破碎，提高采出率，減少煤矸混雜。

1）放煤口間距放煤口間距

l大小影響放煤效果

當(dāng)l2b1時，脊背煤損失大；l越大，損失越大；

放煤口間距當(dāng)l2b1時，脊煤損失小，煤矸石混雜；

支架選取后，l是確定的，要求合理放煤工藝，減少煤損，不增加混矸2）放煤步距影響因素

：

頂煤厚度；松散程度；放煤口的位置；頂煤可放性；頂煤冒落時的垮落角；直接頂厚度。放煤步距大，頂煤放不出，煤損大；放煤步距小，煤矸混雜，煤質(zhì)差。放煤步距太大：頂板方向的矸石先于采空區(qū)后方的煤達(dá)到放煤口，關(guān)口，頂煤放不出放煤步距太?。翰煽諈^(qū)方向的矸石先于上部頂煤到達(dá)放煤口，頂煤損失部分合理的放煤步距只是把煤炭采出率和混矸率控制在一定范圍內(nèi)。確定放煤步距時，可借鑒經(jīng)驗公式：L=（0.15~0.21)[(H-M)-h]式中：L：放煤步距，m；H：煤層厚度，m；M：采煤機(jī)割煤高度，m；h：放煤口至煤層底板的垂高，m。當(dāng)前，生產(chǎn)實踐中截一刀放頂煤一次，（頂煤厚度較?。┙貎傻斗彭斆阂淮?，（頂煤厚度較大）截三刀放頂煤一次，（頂煤厚度較大）

陽泉一礦實則：放煤步距與采出率和含矸率的關(guān)系放煤步距(m)采出率(%)含矸率(%)備注0.50.6打開放煤口即有矸石混雜

1.01.286.511.451.51.872.9312.272.02.470.48

16.99

3、放煤方式

放煤方式：放頂煤工作面放煤順序、次數(shù)和放煤量的配合方式。單輪放煤：打開放煤口，一次將能放得煤全部放完。順序放煤：按支架排列的順序，依次打開放煤口放煤的方式。間隔放煤：按支架排列的順序每隔1架或多架，依次打開放煤口放煤的方式。1、單輪順序放煤操作簡單，容易掌握；放煤速度也較快；單輪、多口、順序、不等量放煤單輪

多口同時開4個口順序第一個口見矸后,開第5個口,1/4不等量1,1/2,1/3,1/4放煤能力可提高一倍，而含矸率可能降低。放煤較難控制，實際中已較少采用。2、多輪順序放煤采面分23段；段內(nèi)同時開啟兩個相鄰放煤口；每次放1/21/3的頂煤；按順序循環(huán)放煤，直至該段全部放完；再進(jìn)行下一段放頂煤。優(yōu)點：可使冒落煤巖分界面均勻下降，采出率高，含矸率低；充分利用放煤口面積。缺點：總的放煤速度較慢，要求操作水平高。適用：煤厚8~10m以上。先放1#、3#、5#、放頂煤，見矸關(guān)口，留較大脊背煤；滯后一定距離放2#、4#、6#、放出留下脊背煤中的一個橢球體。3、單輪間隔多口放煤優(yōu)點：加快放煤速度；丟煤少，少出矸；操作簡單，容易掌握；適用：廣泛采用。4、采放比采放比：是放頂煤工作面采煤機(jī)機(jī)采高度（或爆破高度）與頂煤的高度比。合理的采放比要根據(jù)煤層厚度、煤的硬度和節(jié)理發(fā)育程度以及工作面推速度等因素確定。頂煤高度過大，破碎不充分，頂煤高度過小，混矸嚴(yán)重，且架前易超前冒頂。一次采全厚綜放開采，采放比一般在1：1~1：2.8之間。5、采出率國家規(guī)定：厚煤層采區(qū)采出率

75%。采區(qū)煤炭損失：

1）護(hù)巷煤柱損失

2）采面的回采損失（初采、終采，放煤工藝）1）工作面內(nèi)煤炭損失構(gòu)成（1）難以避免的煤炭損失①放頂工藝（脊背煤損）損失（居第一位）②端頭損失：端部23架不放頂煤，保護(hù)出口。此損失與采面長度成反比。③初采損失率為防止頂板沖擊支架，

開切眼放煤量往往控制在50%；采空區(qū)充填物高度約等于支架高度

。

④末采損失率（末采損失率與采面推進(jìn)長度成反比）

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810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。

（2）非正常原因引起的煤炭損失一類是由于地質(zhì)構(gòu)造引起的損失另一類非正常損失與技術(shù)決策有關(guān)（3）區(qū)段或分帶煤柱損失放煤工藝損失率分析在特定的煤層條件下，頂煤采出率達(dá)到一定程度后，若再繼續(xù)提高采出率，只能以犧牲煤質(zhì)為代價。頂煤損失不僅具有可控性，更具有必然性和控制的局限性。2）提高放頂煤開采采出率的措施①減少初采損失②減少端頭損失隨著工作面輸送機(jī)和支架的不斷改進(jìn)，使端頭設(shè)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：加大巷道斷面尺寸，機(jī)頭機(jī)尾置于巷道中，取消過渡支架；使用短機(jī)頭和短機(jī)尾工作面輸送機(jī)或側(cè)卸式工作面輸送機(jī)；采用帶有高位放煤口的端頭支架，實現(xiàn)端頭及兩巷放頂煤。

③減少放煤工藝損失④改革巷道布置，減少區(qū)段煤柱損失。巷道布置方式簡單，掘進(jìn)維護(hù)條件好，有較高的采出率，但存在三角形煤柱區(qū)域內(nèi)回采巷道漏風(fēng)、工作面端頭管理、采空區(qū)下方掘巷的頂板控制及工作面接續(xù)問題。二、綜采放頂煤工藝過程（一）初末采放煤工藝初期：初采推進(jìn)1020m不放煤（煤損多）現(xiàn)在：多數(shù)工作面從開切眼處放煤措施：讓頂煤和頂板垮落常采用深孔爆破技術(shù) 和切頂巷技術(shù)。初期:距停采線20m鋪網(wǎng)、停止放煤；或工作面沿底板爬至頂板（煤損多）現(xiàn)在：距停采線10m鋪網(wǎng)、停止放煤；措施：選擇合理的停采線位置，以利于撤面防止后方矸石竄入二、放頂煤工藝過程1、放頂煤工藝過程1）割煤2）移架3）移前輸送機(jī)4）放頂煤5）移后輸送機(jī)2、放煤時可能出現(xiàn)的問題及處理措施1）碎煤成拱放不下來煤處理辦法：擺動支架的尾梁或掩護(hù)梁，若無效可，可采取降架、升架破壞成拱，但此法對支架有損害。2）大塊煤堵口放不下平煤處理辦法：通過架上的插板、攪動桿等結(jié)構(gòu)破碎或松動頂煤，落在輸送機(jī)上的大塊煤要及時由人工破碎。3）頂