放顶煤开采技术课件

　　顶 煤 开 采 技术

　　河南理工大学 李化敏 教授

　　1 概念及分类

　　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)。

　　1.2 放顶煤开采法分类

　　按倾角分：1) α>450，水平分段放顶煤;2) α<350，长壁放顶煤

　　按分层分：1) 一次采全厚：

　　3) 预采顶分层，有瓦斯突出或坚硬顶板的煤层，厚度>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、π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 (1984—1990)

　　第二阶段 逐步成熟阶段 1990—1995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：①三软煤层：如郑州、轩岗。

　　② 倾角较大煤层：如乌兰;

　　③一些高瓦斯矿井：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t/a，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t/a。

　　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5%～68%，载荷强度减小15%～20%。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

　　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。

　　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 ：80—85%

　　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： 15—20%

　　放煤损失(工艺损失)： 7—11%

　　两端过渡支架及端头支架损失： 1.5—4.5%

　　初采、未采不放煤或少放煤损失： 1.5—2.5%

　　其他损失： 3—4%

　　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2—3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。

　　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1/3风和2/3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：①漏风，造成自燃，有时无征兆;②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—1.3m3/min，抽放瓦斯浓度为30%～70%，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);

　　2) 停采线;

　　3) 沿空巷一侧。

　　防火措施

　　巷道防火：

　　壁后充填或喷浆、锚杆加喷浆;

　　停采线防火：

　　顶板注阻化剂，采空区洒阻化剂及灌浆;

　　沿空巷侧防火：

　　最有效是注浆(黄泥)充填空隙;

　　注氮有效，但成本高

　　八、防尘

　　防尘措施

　　注水： 效果好，需充分利用裂隙;

　　喷雾： 是基本技术，目前自动邻架操作均过

　　关，重点在放煤和移架;

　　研究方向：吸尘技术、添加剂、喷咀防堵。

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