厚煤层放顶煤采煤方法.doc

浅谈综采放顶煤采煤方法综采放顶煤是我国80年代初从国外引进的一种新的采煤方法。由于它具有高产、高效、低耗等一系列优点，近十年来，在我国得到了较迅速的推广，成为实现我国煤矿高产、高效的主要途径之一。放顶煤采煤是在开采厚煤层时，沿煤层的底板或煤层某一厚度范围内的底部布置一个采高为23m的采煤工作面，用综合机械化方式进行回采，利用矿山压力的作用或辅以松动爆破等方法，使顶煤破碎成散体后，由支架后方或上方的“放煤窗口”放出，并由刮板运输机运出工作面。矿井采用放顶煤开采，要依据顶板、煤层、瓦斯、自然发火、水文地质、煤尘爆炸性、冲击地压等地质特征和灾害危险程度编制开采设计和措施。放顶煤开采必须保证工作面安全生产，符合煤矿安全规程和煤矿设计规范及煤矿安全技术操作规程的有关规定，最大限度回收煤炭资源，提高煤炭回采率，实现安全高效开采。一、放顶煤综采安全开采的条件在“综放”条件下，由于顶煤的厚度大，无论是巷道还是工作面，都要考虑具体开采条件下岩层运动和矿山压力分布的特点，都要考虑巷道开掘的位置和开掘时间的区别。简单认为“综放”条件下，由于一次开采厚度增加，冲击地压和瓦斯煤层突出危险性增加，也是不正确的。1、冲击地压事故及防治条件研究和实践证明，在单一重力应力场条件下，当开采深度达到一定值后，只要煤层冲击倾向具备，都有发生冲击地压的危险，冲击地压发生的地点和实现的条件包括:在支承压力的高峰区域开掘巷道；当坚硬的老顶岩梁裂断时发生的动压冲击和应力高峰的转移过程中，在工作面和相邻巷道中(应力高峰转移的部位)产生冲击和突煤事故。针对上述事故发生的条件及放顶煤综采采场结构模型中“内应力场”范围将扩大的特点，可以肯定的说，只要采用在“内应力场”开掘巷道的布署，避免发生冲击地压危险的可能性，要比同一煤层分层综采有利得多。2、瓦斯煤层突出事故的发生和防治条件在已经产生裂隙和破坏的内应力场，不具备储存大量的高能瓦斯的条件，只有在封闭性好，处于弹性高压状态的“外应力场”中，才有储存大量高能瓦斯的可能。因此，象避免冲击地压一样，只要实现在稳定的内应力场中开掘和维护回采巷道，就能够避免瓦斯煤层突出事故的发生。从这一点出发，可以说“综放”条件下发生瓦斯煤层突出事故的可能性也要比分层开采为小。3、关于顶板事故发生和防治条件问题综采支架是在顶煤的掩护下工作，因此，只要保证要求的支架工作阻抗能力，使支架能在“高阻力”、“高位态”的状态下工作，避免发生架上放空、架前漏顶的事故，可以肯定的说，综放条件下顶板事故发生的可能性及对生产的影响要远比分层开采小得多。二、放面顶板结构1、放顶煤采场的顶板结构采场顶板运动及矿压显现规律已有很多研究成果，这些成果较全面地反映了各类顶板条件下的矿压显现规律。研究成果大都认定，直接顶的厚度受到放出率的控制，直接顶上方存在一个传递力的结构。它能代表强度中硬顶板结构。直接顶的厚度可根据几何关系推得必须注意的是，直接顶的作用力有时无需支架全部承担，因为直接顶内部有时存在小结构。这在很多采场都得到了证实。当煤层上覆盖的直接顶较薄、直接顶上方存在厚层坚硬岩层时，直接顶内不再存在小结构，此时，其作用力必须由支架全部承担，采空区充填不满，坚硬老顶运动时将引起很大的冲击。综上所述，按常见的结构形式，综放工作面的顶板结构即为一般结构形式和坚硬梁式结构形式。一般结构下支架上的载荷由三部分组成：顶煤重量、部分或全部直接顶作用力、直接顶和老顶之间的接触应力。当直接顶厚度较小时，直接顶和顶煤以定载荷方式作用在支架上，支架同时还要承受坚硬老顶断裂时的冲击载荷，因此，坚硬梁式结构下的支架围岩关系需要用动力学方法描述。2、综放支架受力与顶板结构的关系综放面顶板压力不仅与顶板结构有关，而且与采空区充填状态有关。对于一般的顶板结构，支架设计和选择时，可用式作为基础，c的选择可根据煤层硬度适当调整。此结构下水平推力不是主要矛盾，也不会有大的冲击载荷。对于坚硬梁式结构采场，顶板压力大小的预计及支架选型应采用以下步骤：一是用式估计在预定放出率条件下的直接顶厚度；二是对照具体采场的顶板岩层，推断坚硬梁式结构形成的位置及可能性；三是计算坚硬梁式结构运动的自由空间（采空区的空虚程度）；四是估算结构失稳时最大动力载荷及力作用方向；五是提出对支架架型及参数的要求。三、综采放顶煤回采放顶煤过程一般分两个阶段，第一阶段是通过移架使顶煤垮落、破碎，移架不破碎的可采取放炮等措施，使其破碎；第二阶段是放煤，即把已破碎的顶煤最大限度的回收出来。1、初采放煤工艺。放顶煤工作面初采损失，主要是工作面从开切眼推进后，在老顶初次垮落前，为防止老顶突然垮落对工作面产生威胁，而顶煤不放所造成的损失。这部分损失一般占采区回采率的1%左右。煤矿企业在放顶煤开采初期采取了开切眼初采后十余米不放顶煤，后又逐渐改为五米不放顶煤。但在不断的生产实践中发现，这个措施实际意义并不大，工作面推进后，在顶板垮落前，只需在掩护梁上保留一定的散煤垫层防止顶板大块矸石冒落砸坏掩护梁，即可将冒落的煤部分放出。对不易冒落的项煤，当工作面推进三至五米后，应采取向顶煤打眼放炮强制顶灯塔垮落回收，以减少初采损失。2、未采放煤工艺。放顶煤工作面未采损失主要是在工作面收尾时为利于回撤支架，提前铺网控制顶板引起的损失。一般距停采线十二米左右停止放顶煤。这部分顶煤损失通常占一般采区回采率的2%左右。这种损失也是不可避免的，在工人技术较熟练，顶煤稳定性较好时，可以根据情况缩短停采线煤柱以减少煤炭损失。3、放煤方式。最佳的放煤方式是采出率高、含矸率低，而改进放煤工艺使之更合理，可以提高采出率、降低含矸率。一是多轮顺序均匀放煤 放煤顺序按1号、2号、3号支架顺序进行放煤，每次放出顶煤量的1/21/3，第一轮放完后，再从1号支架开始放第二轮，然后放第三轮并把顶煤全部放完。一般情况下，采放比小于3时，采用双轮放完煤即可。当采放比大于3时，采用三轮放完的较多。这种放煤顺序能使煤岩分界面均匀下降，可得到采出率高和含矸少的效果。这种程序要求操作水平高，放煤速度较慢。二是单轮间隔顺序均匀放煤 放煤顺序是按1号、3号、5号的支架顺序放煤，放完后再以2号、4号、6号的支架顺序放煤，见矸关门。为了加快放煤速度，也可使两个放煤工相隔一定距离同时放煤，一人放单号架，另一人滞后放双号架。这种放煤工艺适用于采放比不大的工作面。由于放煤速度快，采出率较高，矸石混入量也较少，所以实际采用的较多。三是单轮顺序放煤 此放煤工艺是放完第1号架，再放2号架，依此顺序将每个放煤口的煤全部放完。这种工艺放煤速度快，但有不足，即不是混矸严重就是丢煤太多。解决的办法是通过使用低位放顶煤支架来改善采出率和矸石的混入状况，同时建立洗煤厂来提高煤质。四、高浓度粉尘的综合防治 综采放顶煤由于开采强度大、产尘尘源多、多尘量可高达（2000-5000）mg/m3，因而对尘毒的防治难度大。在生产中，由于高浓度粉尘使作业场所的劳动卫生条件急剧恶化，严重地制约了这种采煤方法的推广应用。高浓度粉尘的综合防治的总体思路：一是减少粉尘的产生；二是要针对不同尘源的特点，采取防治措施。1、综放工作面煤层注水煤层注水是国内外公认的减少粉尘产生的较好技术措施，尤其是对综采放顶煤工作面，还具有软化煤体（f3的硬煤），减少跨落煤中的大块，提高煤炭回收率的作用。但是，将一般在普通综采面应用的煤层注水技术，应用在综采放顶煤的厚煤层中，则达不到湿润顶煤的作用，因此，对注水工艺必须作适当的改进；再者，对孔隙率较低的难注水煤层，在工作面原始应力带注水，水难以注入煤体，不容易达到理想要求，必须对注水工艺进行改进。2、采煤机径向雾屏及液压支架探梁辅助喷雾降尘在滚筒摇臂靠人行道一侧设一组构成一弧形的喷嘴组，当喷雾时，在滚筒靠人行道一侧形成一道径向喷雾屏障。同时，在液压支架探梁上设喷嘴，在采煤机部位开启这些喷嘴进行喷雾，在采煤机上方形成第二道喷雾屏障。此外，在采煤机两个端头各设两个喷嘴，在采煤过程中，作为第二道雾屏的延伸，起到控尘降尘的作用。这两道喷雾屏障既可防止粉尘向人行道方向扩散，又可以起到降尘的作用。3、液压支架移架和放煤自动喷雾降尘在设计方案中，有针对性地采取以下技术措施：第一，设计一种自动喷雾控制阀，使液压支