6 放顶煤开采技术.ppt

1、一、基本特点和类型,1、放顶煤采煤法基本特点 放顶煤采煤法就是在厚煤层中，沿煤层（或分段）底部布置一个采高23m的长壁工作面，用综合机械化采煤工艺进行回采，利用矿山压力的作用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（或上方）放出，并予以回收的一种采煤方法。,放顶煤开采技术,2、放顶煤采煤法基本类型,（1）一次采全厚放顶煤开采 一般适用于厚度612 m 的煤层。 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）预采顶分层网下放顶煤开采 优点：由于顶层铺设金属网，可以减少放煤的含矸量。 缺点：开采顶分层后一般矿山压力减弱，不利于顶煤的破碎，常有大

2、块煤需要人工预裂。 一般适用于12m以上、直接顶坚硬、瓦斯大的煤层。,（3）倾斜分层放顶煤开采 当煤层超过1520m以上时，可将煤层自顶板至底板分成812m的分段，然后自上而下依次进行放顶煤开采。一般适用于15m以上的缓斜煤层,二、放顶煤开采的支护设备,1、放顶煤液压支架的特点和性质 有液压控制放煤机构 有强力可靠的二次破煤性能 有推移后部输送机、清理后部煤的机构 支架结构必须有较强抗扭和抗侧向内力的功能 空间大、控顶距较大、顶梁较长 有一定的防漏、防昌能力 采高大概在2.53.0m之间 有较大拉架力、拉架速度快、带压擦顶移架,2、放顶煤液压架分类 （1）按支架类型：掩护式、支掩式、支撑式、简

3、易式。 （2）按窗口位置：高、中、低三种放煤方式 （3）按输送机位置：单、双输送机 放顶煤液压支架：掩护式(单输送机高位放煤、双输送机低位放煤)；支掩式(双输，输送机掩护梁开天窗(插服式，非插服式)；支撑式；简易式),单输送机高位放顶煤支架 YFY300016/26,单输送机高位放顶煤支架 YFY300016/26特点：,（1）支架结构简单，采煤机割煤与放煤由一部输送机运出，端头维护空间小，工作面整体布置与普通长壁工作面相同，便于维护管理，减少事故发生 （2）支架的长度较短，结构紧凑，稳定性和封闭性较好 （3）掩护梁放煤口尺寸较大，有利于顶煤的放出，但放煤口位置高，丢煤多，采出率较低，煤尘大，

4、支架通风断面较小 （4）由于顶梁短，放煤口位置距煤壁较近，因此对煤层冒放性的要求较高 （5）放煤槽在放煤状态时与底座成35夹角，难以达到40 （6）采放用同一部输送机，不能平行作业，影响产量的提高,双输送机中位放顶煤支架,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,双输

5、送机低位放顶煤支架（FZ3000-15/30型放顶煤支架）,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,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

6、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,三、放顶煤工作面矿压显现特点及顶煤破碎机理,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

7、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、顶煤破碎机理,（1）综放开采时，实现顶煤的有效破碎和顺利放出是放顶煤工作的核心问题，而顶煤的有效破碎又是顶煤顺利放出的前提，同时也是支架选型确定放顶煤工艺的依据。 （2）煤的普氏系数越小，有利于顶煤的放出；相反，f值越大，放煤效果越不理想。一般认为，煤的

8、普氏系数f3的煤层更适合放顶煤开采。,（3）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。 （4）支架对顶煤反复支撑的次数N与顶梁的长度L及采煤机截深B有关。可表示为： N （5）根据顶煤的变形和破坏发展规律，沿工作面推进方向前将煤划分为四个破坏区，依次为：完整区、破坏发展区、裂隙发育区、垮落破碎区。,四、放顶煤采煤工艺,1、顶煤放出规律 根据放矿理论，矿石从采场内是按近似椭球体形状流出来 的，即原来所占的空间为一旋转椭球体，如图11-9所示。 在放矿过程中形成的椭球体称 为放出椭球体1，停止扩展而 最终形成的松动椭球体3，放 放矿后形成放出漏斗2和移动 漏斗4。,放煤口间距与放

9、煤效果的关系 由于工作面支架上的放煤口互相邻近，放煤时放煤口间距l直接影响放煤效果，见图11-10所示。 图中（a）和（b） 其l2b1，此时， 当第2个放煤口放 煤时，不会因已放 过第1放煤口而发 生混矸现象，但放 煤口之间有脊背煤 损。 图中（c），即l2b1时，如放煤高度仍为h，必将有一部分 矸石混入放出的煤中，但脊背煤损明显降低。 因此，在一定放煤高度条件下，合理确定放煤口间距是十分重要的。,顶煤放出的实际形态 由于松散碎煤范围有限，放出体前方的煤体破碎尚不充分，后方为采空区已垮落的矸石，上方为顶板岩石。这样，椭球体长轴将向采空区偏斜，其偏斜角与顶板垮落角大致相等，如图11-11所示。

10、 a 停滞区；b 死角区 c和d 混矸区 若放煤口前方顶煤也已充分 破碎，如图中虚线所示，则 可完全符合椭球体的放出规 律。 当放煤高度与放煤口直径的 比值h/d23时，已不再遵 循椭球体的放出规律。,2、放顶煤工艺,（一）放顶煤综采主要工艺过程 采煤机割煤：破煤和装煤 移架：采煤机割煤后，伸缩前探梁及时支护，然后移架 推移前部输送机：推移时保证输送机弯曲长度大于15m 移后输送机：把后输送机移到规定位置 放顶煤：打开放煤口放顶煤（放煤步距和放煤方式） 处理碎煤成拱、大块煤堵口、顶煤过硬 采煤机割煤移架及时支护推移前部输送机拉后部输送机打开放煤口放顶煤。,（二）初采和末采放煤工艺参数的确定 1

11、、初采 在我国推行放顶煤开采的初期，为防止顶板垮落对采煤工作面造成的威胁，通常采取初采推进1020m不放煤，但实践证明这个措施意义不大。目前在大多数综放工作面，推出开切眼后及时放煤，根据采煤工作面顶板的结构和顶煤的性质，为减小初次放顶煤步距，提高初采回收率，常采用深孔爆破技术和切顶巷技术。 2、末采 在应用放顶煤开采技术初期，通常在工作面结束前20m左右铺双层金属网停止放煤，或使沿底板布置的工作面向上爬至顶板时结束，这样造成了大量煤炭损失。为此，近年来在综放开采的实践中普遍缩小了不放煤的范围，一般可提前10m左右停止放顶煤并铺顶网。,（三）放煤步距的确定 放煤步距：是指沿工作面推进方向前后两次

12、放煤的间距 确定放煤步距的原则：应使放出范围内的顶煤能够充分破碎和松散，并做到提高采出率，降低含矸率 放煤过程中不能保证既不混矸又不丢煤，只是控制采出率和混矸率在一定范围内。不同放煤步距下的混矸情况如图11-12所示。,图11-12 不同放煤步距下的煤矸运动状态,（a）大放煤步距,（b）合理的放煤步距,（c）小放煤步距,综合分析放煤步距的影响因素,得出以下结论:,(1) 低位放煤条件下,煤厚在8m以下,一般采用一刀一放的方式,放煤步距为0.50.8m,软煤取小值,硬煤取大值;煤厚大于8m的，可采用小截深的两刀一放,放煤步距为1.01.2m。 (2) 高位和中位放煤条件下，放煤步距与放煤口纵向水

13、平投影的长度相等，一般均采用两刀一放的方式，放煤步距为1.21.6m,个别放煤口纵向水平投影长度过大,而循环作业又允许的条件下,可采用三刀一放的方式,但放煤步距也不要大于1.8m。 另外，根据我国放顶煤开采的实际情况，确定放顶煤步距可以参考以下经验公式：L=(0.150.21)h 式中: L 放煤步距 h 放煤口至煤层顶部的高度,（四）放煤方式的确定 放煤方式不仅对工作面煤炭采出率、含矸率影响较大，同时还会影响到总的放煤速度、正规循环的完成以及工作面能否高产。放煤方式按放煤轮次不同，可分为单轮放煤和多轮放煤；按放煤顺序不同，可分为顺序放煤和间隔放煤。 1、单轮顺序放煤 单轮顺序放煤是一种常见的

14、放煤方式，从端头处1号支架开始放煤，一直到放煤口见矸，顶煤放完后关闭放煤口；直到最后支架放完煤为一轮。 优点:操作简单,放煤速度也较快 缺点:容易混矸,放出率低 适用条件:厚度小于10m的中硬以下的煤层,2、多轮顺序放煤 多轮顺序放煤是将放顶煤工作面分成23段，每个分段内同时开启相邻两个放煤口，每次放出1/3到1/2的顶煤，按顺序循环放煤，将该段的顶煤全部放完，然后再进行下一段的放煤，或者各段同时进行。 优点：可减少煤中混矸，提高顶煤回收率 缺点：总的放煤速度较慢，每次放出顶煤量难以把握 适用条件：对于煤层厚度大于10m的工作面采用多轮顺放煤，含矸率较低。 3、单轮间隔放煤 单轮间隔放煤是指间

15、隔一 架或若干支架打开一个放 煤口，每个放煤口一次放完，见矸关闭，如图11-13所示。,单轮间隔放煤的主要优点：含矸率低，放煤速度快，采出率高，易于实现高产高效，是一种较好的放煤方式。特别是对中硬以上的顶煤放煤是十分有利的。 我国综放工作面目前普遍采用双输送机低位放顶煤支架，基本消除了脊背煤的损失，考虑到实际放煤过程中的可操作性，目前普遍采用双轮顺序和单轮间隔的放煤方式，同时在工作面范围内实行分段作业。,图11-13 单轮间隔放煤,(五) 放采比的确定 (1)最大放采比的确定 最大放采比是指放顶煤最大可能的放煤厚度与底层采高之比。根据顶煤冒放性理论，放顶煤的最大开采厚度为13m,其中底层采高变

16、化在2.53.5m,所以放采比为10/3.510/2.5,即最大放采比为34。通常在最大采厚的条件下,为了获得最高采出率,底层采高也应最大,故放顶煤的最大放采比一般不超过3。 (2)最小放采比的确定 最小放采比是指放顶煤最小可能的放煤厚度与底层采高之比。放采比过小，混矸率过高，单一长壁综采的最大采高以4.5m为宜,那么放顶煤的最小采厚就是4.5m,所以采放比为2/2.51.7/2.8,即0.60.8。也就是说低于0.6的放采比是不合理的。,(3)确定已知煤层厚度的放采比 通常放顶煤开采设计以前,煤层厚度是已知的,此时放采比主要取决于低层采高的确定。 对于冒放性差的坚硬煤层，底层采高一般应选3.

17、03.5m,充分发挥底层采出率高的优势来提高采出率。 对于冒落性好的中硬以下煤层，底层采高应选2.52.8m,既有利于控制片帮和架前漏顶,又充分发挥了放顶煤能耗小、成本低的作用，我国放顶煤实践证明，大多数情况下放采比为12是合理的。,（六）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： 1、加大巷道断面尺寸，机头机尾置于巷道中，取消过渡支架； 2、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； 3、采用带有高位放煤口的端头支架，实现端头及两巷放顶煤。,五、放顶煤采煤法技术发展展望,1、综放开采的技术经济优势 近年来综放开采之所

18、以成为我国高产高效矿井建设的重要技术途径，是因为这种采煤方法不但符合我国国情(厚煤层产量占煤炭总量的44%)，而且较厚煤层分层开采和单一煤层综采有明显的技术和经济优势 （1）适应性强 综放开采实现了缓倾斜特厚煤层的一次采全厚开采和急倾斜特厚煤层的水平分段开采，对地质条件的适应性较分层综采和单一煤层综采更强。适应于煤层厚度变化大、顶底板起伏不平、断层构造多以及其他地质条件变化的不稳定煤层。,（2）产量高 综放开采一次开采厚度大幅度增加，煤层开采强度加大，实现了垂直集中生产，而且低位放项煤支架工作面有两个出煤点，在同样工作面长度和工作面推进速度的情况下，综放开采较分层综采和单一煤层综采工作面的单产可以成倍地增长（举例）。 （3）成本低 综放开采较分层综采的巷道掘进率低，工作面寿命长，搬家次数少，有利于接续，吨煤设备投入费用少；工作面材料、电力消耗少；因而工作面直接成本大大降低。综放开采的吨煤成本可比分层综采的成本降低10元/t以上，因而矿井的经济效益可以明显提高。,2、主要存在的技术问题,（1）煤炭采出率低 工艺、初末采、端头、巷顶煤、煤柱等损失。 （2）放顶煤开采瓦斯积聚问题 绝对瓦斯量、采空区瓦斯 （3）放顶煤开采发火问题 均压、注氮、灌浆 （4）放顶煤开采煤尘问题 割煤、放煤、漏煤、综合防尘（注水、各种喷雾）,