煤矿放顶煤开采技术.ppt

顶 煤 开 采 技术 河南理工大学 李化敏 教授 1)放顶煤开采的概念及分类 2)我国放顶煤开采的发展历程 3)矿压显现特征及顶煤破碎机理 4)放煤规律与放煤方式 5)放顶煤工作面劳动组织 6)放顶煤开采的瓦斯问题 7)防火问题 8)防尘 报告内容： 厚煤层开采方法主要有两种： 分层开采法将厚煤层分成 2-3m一个分层，逐层布 置 采煤工作面进行开采的方法。 放顶煤开采法在厚煤层中沿煤层（或分段）底部 布置一个采高2-3m的长壁工作面，用常规方法进行回采 ，利用矿山压力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放出，并经由运输机运出工 作面（如图7-1）。 1 概念及分类 1.2 放顶煤开采法分类 按倾角分：1) 450，水平分段放顶煤；2) 8m； 按设备分： 1)综放开采：单运输机高位放顶煤支架； 双运输机中位放顶煤支架； 双运输机低位放顶煤支架。 2)简易支架放顶煤：滑移支架，悬移支架； 单体支柱绞接顶梁、型梁放顶煤 。 2 我国放顶煤开采的发展过程 发展大体可分为三个阶段 第一阶段 摸索阶段 1990年以前 (19841990) 第二阶段 逐步成熟阶段 19901995年 第三阶段 推广阶段 1996年现在 第一阶段 摸索阶段 放顶煤开采技术是在原苏联、波兰、匈牙利、南斯拉夫等在放顶煤 方面研究的基础上， 1964年在法国（布朗齐矿区）试验成功， 我国82 年通过可行性研究和技术经济论证，84年第一套综放支架在沈阳的浦河 下井，85年通过煤炭工业部组织的评议，并获得肯定。 主要特点： 放顶煤开采的潜在技术经济优势被认识； 暴露出了瓦斯、火、煤尘、回采率等问题； 提出了顶煤破碎及放出规律、矿压等科学问题。 阶段结束的标志： 90年阳泉一矿月产超过14万t，证明了综放开采能 实现高产高效。 第一阶段产量不高的主要原因 技术不过关 支架不过关： 主要是抄袭国外架型，略加修改。高、中、低百 花齐放， 由于没有实现高产，几年搞了20多种都不理想 ，但介绍法国的中位放煤效果较好，其次是高位放煤支 架。 工艺及安全技术不过关： 工艺（建立在对放煤机理及矿压规律认识基础上的 工艺技术）、配套技术装备、瓦斯、火、煤尘、回采率 以及矿压问题等 第二阶段 逐步成熟阶段 结束标志是： 1) 综放开采设备有了突破，潞安的支架； 2) 实现了高产，兴隆庄矿年产300万t/a； 3) 难采煤层有了突破。 标志说明当时放顶煤开采技术形成了两条战线： （1）条件好的产量更高； （2）难采煤层技术有突破。 “难采”煤层：三软煤层：如郑州、轩岗。 倾角较大煤层：如乌兰； 一些高瓦斯矿井：如轩岗刘家梁、唐 山。 第三阶段 推广阶段 1996年今 放顶煤开采产量更高，兖州东滩矿工作面年 产超过500万ta，工效235t工。 难采煤层产量有了大幅度提高，超化年产超 过150万ta。 工艺、技术装备、瓦斯、火、煤尘、回采率 以及矿压问题等放顶煤开采技术的研究有了重大 进展发展。 3 矿压显现特点及顶煤破碎机理 3.1 工作面矿压显现特点 按传统矿压理论，放顶煤开采的一次采出厚度 明显增大，采场矿压将明显增大，支架载荷将成数 倍增长，动载(周期来压)显现也将严重。但放顶煤开 采实践表明情况并非如此。放顶煤整层开采的矿压 显现往往并不比分层开采(采厚相差若干倍)更强烈。 (1)尽管放顶煤开采的一次采出厚度比分层开采大，支架 载荷减小了568，载荷强度减小1520。 由此，可以认为，综放开采的支架载荷和一次采出厚 度没有确定的关系； 工作面支架动载动载不强烈，动载系数一般都低于采用分 层开采的顶分层，表明上位顶板岩梁的运动(周期来压) 对支架的影响有明显地缓和或者没有影响。反映周期 来压显现的影响减小。 （2）凡是支架设计(额定)工作阻力高的综放工作面 ，支架实际载荷就比较较大，顶煤强度高的工作 面，支架实际载荷高，松软工作面的实际支架载 荷低。表明工作面支架载荷并不取决于一次采出 厚度； 多数情况下，四柱式综放支架前柱平均工作阻力 大于后柱平均工作阻力， 表明支架的载荷重心 更靠近煤壁。 （3）端面冒顶增加了。 3.2 顶煤破碎机理 放顶煤开采技术的核心是顶煤的有效放出，而顶煤的破碎 是前提。 矿山压力、支架往复支撑作用是破煤的动力，其中，矿山 压力作用是主导作用。 支架往复支撑过程其实质是对顶煤的多次的加卸载过程。 往复支撑次数n为： L=n B n=L/B 式中 L支架长度，m ； B循环进度，m. 四、放煤规律和放煤方式 散体运动原理 放煤的过程是散体运动过程，最大的特点 ： 椭球体 漏斗的发展 椭球体发展原则 1)同时到达的原则 2)按比例运动的原则 漏斗最主要反映下降速度和方向 1)中间快，两边慢；2)向中间运动。 四、放煤规律和放煤方式 四、放煤规律和放煤方式 放煤方式 为减少混矸，提高回收率，必须保持和控制煤 岩分界面，必须有规律的顺序放煤。 放煤方式 ： 单轮、多轮、顺序、间隔、协调 。 放煤步距 ： 一刀一放、二刀一放、三刀一放 。 平煤集团学术报告 四、放煤规律和放煤方式（回收率） 当前放顶煤回收率情况 工作面回收率 ：8085 采 区回收率：无煤柱75左右，留煤柱则低于75。 工作面煤炭损失构成： 总损失： 1520 放煤损失(工艺损失)： 711 两端过渡支架及端头支架损失： 1.54.5 初采、未采不放煤或少放煤损失： 1.52.5 其他损失： 34 提高回收率方法 减少放煤(工艺)损失 选择适当的放煤方式和参数，加强放煤管理(经济和监督上)。 减少两端损失 改善过渡支架和端头支架的放煤功能。 减少初采、末采损失 要经过试验，根据不同顶煤板情况，在保证安全的条 件 下，逐步减少不放煤和少放煤的距离。 减少其它损失 扩大采区尺寸可以相对减少煤炭损失； 无煤柱开采是使采区回收率达到国家规定75的主要措施。 五、综放工作面循环劳动组织 实现全厚同时出煤即实现采煤和放煤平行作业 。(放顶煤的初衷)； 实行工作面内多点出煤(采煤机出煤为单点出煤) 。 放煤实现多口出煤，但受后部输送机能力所限， 同时放煤口一般不应超过23个。放煤和采煤应 错开一定距离 （典型的两刀一放的循环作业图表见图 ） 两刀一放平行作业循环作业图表 大倾角综放开采工作面正常生产的原则 （四个由下向上 ） 1)采煤机由下向上割煤，返回时空刀； 2)移架由下向上，保持下部固定好的支架作为移动 架的导向轨： 3)推移运输机由下向上，每次移动消除一部分下滑 ； 4)放煤由下往上，减少对煤矸分界面的扰动，采放 错开一定距离，实现一刀一放、平行作业。 瓦斯涌出规律和特点 绝对瓦斯涌出量成倍增加。 上临近煤层的瓦斯涌出量成倍增 加。 采空区瓦斯涌出量成倍增加。 局部瓦斯聚集加剧； 瓦斯涌出和分布不均衡。 六、放顶煤开采的瓦斯问题 工作面瓦斯积聚情况 隅角附近瓦斯集聚 瓦斯治理方法 抽放瓦斯应作为是一道正常的工序，全程抽 瓦斯，贯彻始终。 预抽：分采前抽，穿层抽，层内掘巷抽(排) ，巷排十钻孔抽，透气性好的煤层效果好 。 边采边抽： 利用裂隙和卸压区抽煤壁前方瓦斯，采空区 抽后方瓦斯。 采后抽：埋管，长钻孔，高抽巷等 。 瓦斯处理方法（排） 上隅角是风排瓦斯重点可采用风排方法处理。 特厚煤层(8m)可用E型瓦斯排放巷，风量计算按排放巷排 出13风和23瓦斯考虑。 较薄厚煤层，只能用高抽巷(随采随废，高浓度)或用高抽 钻，经过试验，确定参数(数量、高度、排列、负压、流量 ) 不用尾巷，用尾巷害处：漏风，造成自燃，有时无征兆 ；丢煤多。 若瓦斯浓度再高，只能限产，以风定产。 淮南谢桥高瓦斯矿井瓦斯治理方法 钻孔预抽。在回采前以工作面上下风巷沿煤层倾向打长距离钻孔(如图)， 钻孔间距10m，钻孔深75m，孔径73mm，共施工钻孔258个，其中上风 巷钻孔128个， 下风巷钻孔130个。 边采边抽。在工作面回采期间因工作面前方的应力集中带造成煤体破坏而卸压， 钻孔瓦斯涌出量会增加，所以回采过程中，利用预抽钻孔进行边采边抽，利用风 巷抽排瓦斯效果很好。 采空区瓦斯抽排。采用顶板纵 向长钻孔抽放采空区瓦斯。在 工作面上风巷下帮每隔180m设 一个钻窝施工4个不同倾角的 钻孔(见上图)，终孔高度距底 板控制在45m左右(见下图)， 钻孔采用黄泥木塞封孔，孔口 用砂浆封孔，封孔深度5m。采 用上述措施后，抽放效果显著 ，平均每孔流量达1.25 1.3m3min，抽放瓦斯浓度为 3070，总抽放量占瓦斯 涌出量的10。 七、防火 综放易发火位置如图 当推进速度超过30m月时，采空区不发火， 一般实际进度60m月，发火问题不大。 工作面易发火的位置主要是： 1) 巷道(包括切眼)；