第七章放顶煤采煤法.ppt

第一节放顶煤采煤法分类,一、按厚煤层赋存条件和采放次数分类1、一次采全高放顶煤采煤法，特点：1）采面采高：M=h1=2.03.0m；2）放顶煤高度：h2=(1-3)h1,适用：M4.5m，M=612m优点：掘进量小，设备少，系统简单，生产集中缺点：煤质软时，两巷维护困难。,2、预采顶分层顶网下放顶煤,特点：（1）顶层，23m，只采不放；铺网。（2）下层采面：采、放。适用：1214m煤层，需人工放顶的，抽放瓦斯的缓斜煤层。,3、倾斜分层放顶煤,特点：将厚煤层分为若干分层，分层厚一般810m；自上而下依次放顶煤回采各分层。适用：M1520m，缓斜煤层。例如：南斯拉夫维林基矿开采了厚80150m的褐煤我国石炭井矿区开采厚20m以上的煤层,4、预采中分层放顶煤,二、按放顶煤采煤工艺及相应设备分类,1、按采煤工艺分：炮采放顶煤开采普采放顶煤开采综采放顶煤开采综采放顶煤综采轻型支架放顶煤简易放顶煤,滑移顶梁液压支架铺顶网单体液压支柱配型钢梁铺顶网,1、综采放顶煤液压支架,按综采放顶煤液压支架放煤囗及位置，分：高位放顶煤液压支架；不充分碎裂体，中位放顶煤液压支架；较充分，低位放顶煤液压支架；冒落放出按放顶煤面输送机数目，分：单输送机双输送机,1）单输送机高位放顶煤液压支架,特点：短托梁加内伸缩梁及侧护板。优点：控顶距小，稳定性好，运输系统及工作面端头维护简单，便于管理。缺点：断面小、煤尘大、采放不能平行作业、回收率低。,2）双输送机中位放顶煤液压支架,双输送机中位放顶煤支架特点：,（1）支架稳定性和密封性好，抗偏载和抗扭能力大，不易损坏（2）放煤口距煤壁远有助于工作面前方顶煤的维护（3）由于采煤和放煤使用两部输送机，可实现采放平行作业，实现高产高效（4）放煤口位置较高，丢煤多，采出率较低，煤尘较大（5）后输送机放在支架底座上，后部空间有限，造成大块煤通过困难，移架阻力大（6）掩护梁不能摆动，二次破煤能力差,3）低位放顶煤双输送机液压支架,后输送机铺在底板上，煤尘小，有发展前景,双输送机低位放顶煤支架特点：,（1）由于具有连续的放煤口，放煤效果好，采出率高（2）顶梁长，放煤口距煤壁远，经顶梁反复支撑，使顶煤充分破碎，对放煤极为有利（3）后输送机沿底板布置，浮煤容易排出，移架轻快，同时尾梁插板可以破碎大块煤，放煤口不易堵塞（4）低位放煤，煤尘小，有利于降尘（5）支架的稳定性差,放顶煤液压支架类型,轻型放顶煤液压支架,轻型放顶煤液压支架特点：,（1）支架结构简单、紧凑，重量轻，便于拆装运输（2）支架空间较大，便于清理浮煤和拆装检修后部输送机（3）支架稳定性好，造价低（4）单铰接轻型放顶煤液压支架，具有较高的封闭能力，能较好地解决“三软”煤层和较薄的厚煤层综放开采端面易冒落的问题。,轻型放顶煤液压支架的适用条件：,（1）煤层普氏系数f2.5，来压强度不大，煤层厚度38m，煤层倾角25（2）工作面尺寸较小，断层较多，地质条件较为复杂的工作面（3）边角煤或煤柱的开采，厚度不稳定的煤层，较薄厚煤层,2、放顶煤滑移顶梁支架、悬移顶梁支架和组合顶梁支架,1）滑移顶梁液压支架存在的问题：顶梁前后排列，稳定性差，支架长度较大，易出现超载现象；弹簧钢板易断裂；侧向稳定性随煤层倾角加大而变差。,2）悬移顶梁液压支架,既有综采支架稳定性好、能自移特点，又具有单体支柱适应性强、体积小、重量轻、易操作、移动方便的特点。,3）组合顶梁液压支架,第二节长壁综放工作面顶煤冒放性、放出规律及矿压显现规律,一、顶煤冒放性的影响因素顶煤的破碎是支承压力。顶板运动及支架反复支撑共同作用的结果。,二、顶煤冒放性的评价及分类方法,1、顶煤冒放性的评价指标体系煤层的硬度系数；煤层赋存深度；顶煤节理裂隙发育程度；夹石层指标；随采随冒直接顶对采空区充填程度；基本顶级别；采放高度比。,2、顶煤冒放性的分类结果（表7-2）,三、放矿理论与顶煤放出规律,1、放矿椭球体理论：椭球体放矿理论认为：矿石在采场破碎后，是按近似椭球体形状向下自然流动下来的，即原来所占的空间形状为一个旋转椭球体，放煤椭球体表面上的颗粒将大体同时到达放煤口。,1-放出椭球体，2-放出漏斗3-松动椭球体，4-移动漏斗,放出椭球体参数：,设长轴2a=h，短轴为2b1；h放顶煤高度。生产实践及实验表明：b1=（0.250.3）h/2,松动椭球体：,理论认为：放煤的同时，放出椭球体周围的煤岩也将向放煤口移动，充填放煤留下的空间，此空间体与放出椭球体相似，称松动椭球体。松动椭球体参数：松动椭球体高度为HH=（2.22.6）h,2、顶煤放出规律及主要影响因素,顶煤放出的形态、纯煤放出量、煤岩分界线主要受顶煤的垮落角、放煤口到顶煤垮落的水平距离、顶煤的厚度和放出体轴偏听偏角四个因素的制约。在这四个因素的制约下，放出体固定帮的方向发生偏转，形成偏转椭球缺。如图7-10,该椭球体符合三项主要特征：放出体形状为一近似椭球体。放出体被放出的过程中，其表面仍保近似椭球状，最后其表面上颗粒点同时被放出。移动椭球体表面上各颗粒点的高度相关系数在移动过程中保持不变。,3、放顶煤开采顶煤位移的特点,煤体的坚固性系数不同，顶煤始动点位置不同；一般认为顶煤总位移量大于100时，顶煤具备可放条件；软煤的顶煤移动角大于90，放煤是一种滑落运动；中硬的顶煤移动角在80左右，放煤是一种顶煤垮落后的坠落运动；硬煤的顶煤移动角更小，放煤更类似于悬臂梁自由端断裂破坏后的坠落；当硬煤的顶煤移动角小于50时，顶煤很难放出。不同高度顶煤始动点位置不同；顶煤移动初期，主要以水平位移为主，随工作面接近，垂直位移逐渐增大。,四、放顶煤工作面矿压显现规律,1、岩层活动及矿压显现特点放顶煤开采时，由于煤层一次采出厚度的增大，直接顶的垮落高度成倍增加，可达煤层采出厚度的2.02.5倍，其中1.01.2倍范围内的直接顶为不规则垮落带，而在上位直接顶中则形成某各临时性“小结构”，其活动可对采场造成明显影响。综放采场上方仍可形成稳定的“砌体梁”式基本顶结构，如图，但其形成的位置远离采场。,上位直接顶中可形式“半拱”式小结构，并与其上的“砌体梁”结构相结合，共同构成综放开采覆岩结构的基本形式。由于松软顶煤的参与，综放支架阻力通常不大于分开采的支架阻力。综放基本顶初次来压与分层开采相比步距增大，一般可达50m以上；周期来压步距相对减少，约为其初次来压步距的三分之一。,2、综采放顶煤矿压显现规律,支架载荷不高；支架前柱阻力一般大于后柱；工作面来压不明显。,第三节长壁放顶煤工作面工艺参数及过程,一、长壁综放工作面参数分析1、工作面长度及推进长度1）主要影响因素顶煤破碎顶煤放出煤炭损失月推进度、产量和效率采场上覆岩层充分运动有利于破煤。当采面80m时，顶煤不能充分破碎，放煤难。,2）合理工作面长度,原则：一个班内要将顶煤放完一个班内将顶煤放完为原则确定的工作面长度：,式中：l采面长度，m；n同时放煤的支架数，n3；T每班工作时间，min；t每架支架放煤所需时间，min；B支架宽，m；班工作时间利用率。T、B、n视为常数。,工作面长度计算实例：,阳泉一矿：M=6.5m，顶煤4m，平均每架放煤t=57min，取n=2，B=1.5m,T.=5h得：l=135190m若：M=10m，顶煤7.2m，t=810min,则:l=96120m。一般工作面长度80m，以120180m较为合理。少数达200m。,3）工作面连续推进长度,一般大于8001000m，考虑工作面搬迁，工作面初采、未采时煤炭损失所占比例，综采设备的大修期，工作面推进度可在20002700m之间。简易放顶煤工作面的连续推进长度不应小于600800m。,2、循环放煤步距（如图7-11）,循环放煤步距：在工作面推进方向上，前后两次放顶煤之间工作面推进的距离。确定放煤步距原则：顶煤充分破碎，提高采出率，减少煤矸混杂。,2、放煤步距影响因素：,顶煤厚度；松散程度；放煤口的位置；顶煤可放性；顶煤冒落时的垮落角；直接顶厚度。当前，生产实践中截一刀放顶煤一次，（顶煤厚度较小）截两刀放顶煤一次，（顶煤厚度较大）截三刀放顶煤一次，（顶煤厚度较大）,放煤口间距,放煤口间距l大小影响放煤效果当l2b1时，Fig、710、a、b示，脊背煤损失大；l越大，损失越大；,放煤口间距,当l2b1时，Fig、118、c示，脊煤损失小，煤矸石混杂；,支架选取后，l是确定的，要求合理放煤工艺，减少煤损，不增加混矸,放煤步距大，顶煤放不出，煤损大；放煤步距小，煤矸混杂，煤质差。,放煤步距太大：顶板方向的矸石先于采空区后方的煤达到放煤口，关口，顶煤放不出,放煤步距太小：采空区方向的矸石先于上部顶煤到达放煤口，顶煤损失部分,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围内。,确定放煤步距时，可借鉴经验公式：,L=（0.150.21)(H-M)-h式中：L：放煤步距，m；H：煤层厚度，m；M：采煤机割煤高度，m；h：放煤口至煤层底板的垂高，m。,阳泉一矿实则：放煤步距与采出率和含矸率的关系,3、放煤方式,放煤方式：放顶煤工作面放煤顺序、次数和放煤量的配合方式。1、单轮顺序放煤操作简单，容易掌握；放煤速度也较快；,单轮、多口、顺序、不等量放煤,单轮多口同时开4个口顺序第一个口见矸后,开第5个口,1/4不等量1,1/2,1/3,1/4放煤较难控制，实际中已较少采用。,2、多轮顺序放煤,采面分23段；段内同时开启两个相邻放煤口；每次放1/21/3的顶煤；按顺序循环放煤，直至该段全部放完；再进行下一段放顶煤。优点：可使冒落煤岩分界面均匀下降，采出率高，含矸率低；充分利用放煤口面积，放煤快。缺点：要求操作水平高。适用：煤厚810m以上。,先放1#、3#、5#、放顶煤，见矸关口，留较大脊背煤；滞后一定距离放2#、4#、6#、放出留下脊背煤中的一个椭球体。优点：操作简单，容易掌握；放顶效果好；丢煤少，少出矸。适用：广泛采用。,3、单轮、间隔、多口放煤,4、采放比,采放比：是放顶煤工作面采煤机机采高度（或爆破高度）与顶煤的高度比。合理的采放比要根据煤层厚度、煤的硬度和节理发育程度以及工作面推速度等因素确定。一次采全厚综放开采，采放比一般在1：11：2.8之间。,煤炭损失,国家规定：厚煤层采区采出率75%。采区煤炭损失：1）护巷煤柱损失2）采面的回采损失（初采、终采，放煤工艺）,5、采出率,1）工作面内煤炭损失构成（1）难以避免的煤炭损失放顶工艺（脊背煤损）损失（居第一位）端头损失：端部23架不放顶煤，保护出口。此损失与采面长度成反比。初采损失率为防止顶板冲击支架，开切眼放煤量往往控制在80%；采空区充填物高度约等于支架高度。,放煤工艺损失率分析,在特定的煤层条件下，顶煤采出率达到一定程度后，若再继续提高采出率，只能以牺牲煤质为代价。顶煤损失不仅具有可控性，更具有必然性和控制的局限性。,末采损失率（末采损失率与采面推进长度成反比）放顶煤采面收尾方法：(1)为安全拆除设备，距停采线1015m内，铺网、不放顶煤，以保持顶煤及顶板稳定性。适用：顶煤较硬较稳定条件。(2)以810的坡度，采面爬顶，停采线处顶板为岩层。,三角煤损失适用：煤软。,（2）非正常原因引起的煤炭损失（3）区段或分带煤柱损失,2）提高放顶煤开采采出率的措施,减少初采损失减少端头损失减少放煤工艺损失改革巷道布置，减少区段煤柱损失。,端头放煤,随着工作面输送机和支架的不断改进，使端头设备布置也不断更新。目前解决端头放煤的途径主要有以下三种：加大巷道断面尺寸，机头机尾置于巷道中，取消过渡支架；使用短机头和短机尾工作面输送机或侧卸式工作面输送机；采用带有高位放煤口的端头支架，实现端头及两巷放顶煤。,二、综采放顶煤工艺过程,（一）初末采放煤工艺初期：初采推进1020m不放煤（煤损多）现在：多数工作面从开切眼处放煤措施：让顶煤和顶板垮落常采用深孔爆破技术和切顶巷技术。初期:距停采线20m铺网、停止放煤；或工作面沿底板爬至顶板（煤损多）现在：距停采线10m铺网、停止放煤；措施：选择合理的停采线位置，以利于撤面防止后方矸石窜入,二、放顶煤工艺过程,1、放顶煤工艺过程1）割煤2）移架3）移前输送机4）放顶煤5）移后输送机,2、放煤时可能出现的问题及处理措施,1）碎煤成拱放不下来煤处理办法：摆动支架的尾梁或掩护梁，若无效可，可采取降架、升架破坏成拱，但此法对支架有损害。2）大块煤堵口放不下平煤处理办法：通过架上的插板、搅动杆等结构破碎或松动顶煤，落在输送机上的大块煤要及时由人工破碎。3）顶煤和顶板过硬难以垮落处理办法：预先对顶煤进行高压注水和深孔爆破。,第四节放顶煤采煤法的评价及适用条件,一、综采放顶煤优点1）高产高效；2）巷道掘进率低；3）工作面搬家次数少；4）吨煤成本低；5）对地质条件和煤层赋存条件变化适应性强。,二、综采放顶煤问题,1）煤损大：比分层开采多10%以上；2）易发火，易自燃；3）瓦斯隐患较大，要求管理严格；瓦斯聚积：顶煤空间聚积瓦斯。当顶板垮落、硬岩块摩擦冲击，火星爆炸4）煤尘大：比分层采高12倍以上。10001200毫克/m35）支架与配套设备的系列化研制6）沿底煤巷矿压控制技术。,三、放顶煤适用条件,1、煤层厚度：M=610m为佳，过小易超前冒顶，过大破坏不充分2、煤层的可放性：煤质松软，层理节理发