采矿学-第七章放顶煤采煤法.ppt

1、第七章 长壁放顶煤采煤法,长壁放顶煤采煤法：开采近水平或缓（倾）斜厚煤层时，先采出煤层底部长壁工作面的煤，随即放采上部顶煤的采煤方法称为长壁放顶煤采煤法。 或：在近水平或缓（倾）斜厚煤层的底部（或煤层上部某一范围的底部）布置长壁工作面用常规方法进行采煤，随该工作面推进，利用矿山压力或人工破碎方法，将顶煤破碎，而后将顶煤放出，并予以回收的一种采煤方法。,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：M 4.5m ，M =6 12m 优点：掘进量小，设备少，

2、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： 12 14m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810 m ； 自上而下依次放顶煤回采各分层。 适用：M 1520m，缓斜煤层。 例如：南斯拉夫维林基矿开采了厚80150 m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

3、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

4、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

5、，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、

6、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

7、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= （0.25 0.3） 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

8、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H H =（2.2 2.6）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；

9、 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

10、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

11、）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，n 3； 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 =5 7min，取n=2， B=1.5m, T. = 5h 得：l =135 190m 若：M=10m，

12、 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800 1000m，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600 800m。,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

13、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l 2b1时，Fig、7 10、a、b示 ，脊背煤损失大；l 越大，损失越大；,放煤口间距,当l 2b1时，Fig、11 8、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

14、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

15、难控制，实际中已较少采用。,2、多轮顺序放煤,采面分2 3段；段内同时开启两个相邻放煤口； 每次放1/2 1/3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

16、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2 3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

17、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8 10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

18、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