综采放顶煤工艺技术培训讲义(一)课案

1、中煤平朔集团井工一矿“刘伟”创新工作室内部讲义综采放顶煤工艺技术培训（一）授课人：刘伟日期： 2015.6.目录1 放顶煤技术概况 11.1 实质 11.2 过程 11.3 起源 11.4 中国综放开采的发展 11.5 放顶煤支架的发展和现状 41.6 当前液压支架技术 （功能） 发展的基本趋势 72 放顶煤开采技术特点 92.1 放顶煤开采形式 92.2 放顶煤开采的优点 112.3 放顶煤开采的适用条件 122.3.1 煤层赋存状态与构造： 122.3.2 煤层厚度 132.3.3 煤层倾角 132.3.4 直接顶的岩性与厚度 142.3.5 煤层物理机械性质与结构 162.3.6 煤层底

2、板岩性 172.3.7 瓦斯、自燃发生等对放顶煤的影响 17I1 放顶煤技术概况1.1 实质是一种开采缓倾斜特厚煤层和急倾斜特厚煤层的采煤方法。1.2 过程 沿缓倾斜特厚煤层的底板或在急倾斜特厚煤层某一阶段高度的底部布置一 个采煤工作面进行开采， 而工作面顶部的煤在矿山压力作用下或辅以人工松动的 方法，在工作面后部垮落并通过放煤口放入输送机运出的采煤方法。1.3 起源放顶煤采煤法是一种古老的采煤方法，俗称“高落法” 。综合机械化放顶煤 开采技术，于 1964年首先在法国中南煤田的布郎齐矿试验成功。中国从 1982 年 开始引进综放开采技术，首先在甘肃窑街矿务局二矿 和辽宁沈阳矿务局浦河矿 试验

3、成功。1.4 中国综放开采的发展我国综放开采的发展过程大体可分为三个阶段:第一阶段 摸索阶段1990年以前(1984 1990)试验地点：缓斜试验工作面当时在平顶山、潞安、阳泉、郑州。急倾斜在窑街、乌鲁木齐、靖远。阶段结束的标志是：90年阳泉一矿日产超过14万t。这个阶段的主要成就：证明了综放开采能实现高产高效。第一阶段主要有几个问题：高产高效问题放顶煤能否存在，应不应发展的根本问题，国内国外都一样。搞放顶煤就是 为了高产高效。什么是高产 ?量化指标是什么 ?其基本概念是：条件好的，年产300万t以上，低一点说200万t /年 条件差的 （难采煤层）年产：100万 t 以上。达不到高产的原因：

4、1）技术不过关（支架不过关、安全技术不过关）2）技术限制3）配采限制4）思想不解放5）部领导态度不明朗， 各局对滑移支架兴趣大， 当时是现场比部里 （总公司 ） 积极，关外比关内积极。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，影响大，其次是 高位放煤支架。第二阶段 逐步成熟阶段 1990 1995 年结束标志是：1）综放开采设备有了突破，潞安的支架；2）兴隆庄矿年产 300 万 t ；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，高产再高产；2 ）难采的，突破技术难题

5、。当时主要取得成功的“难采”煤层综放：三软煤层：如郑州、轩岗。 倾 角较大煤层：如乌兰；一些高瓦斯矿井：如轩岗刘家梁、唐山、乌兰； 软岩巷，小康矿。该一阶段除以上成果外，最大成功是：思想趋于统一。标志是：制定了一个暂行技术规程 1995 年煤炭部的 104 号文 反对意见主要是两方面 粉尘； 瓦斯、特别是有突出危险煤层： 暂行规程最大的成绩是肯定综放开采“方法”的合法性，肯定了优点，不足之处是加了很多限制，有些是严历的，瓦 斯问题，煤厚限制等现在看不十分必要，当时制定规程一个指导思想是怕乱、怕 一哄而起，这也是对的，但卡得太多。第三阶段 推广阶段 1996 年现在高产更高：兖州东滩， 501万

6、 t 年，工效 235t 工。难采煤层也有高产更高产问题， 超化就有由100万t年一150万t /年。难采煤层有了新突破：难采煤层：是一种模糊概念。一般指“三软”、“两硬”、“大倾角（200350） ”、“高瓦斯”、“突出”、“易燃”、“边角煤”、“较薄（3.5m-5.0m）厚煤层”、“浅地表（包括覆岩含水 ）”、“三下”等。1.5 放顶煤支架的发展和现状发展上可分为两个时期： 95 年以前95年以后95 年以前特点：高中低位并用；架型设计特点：主要是抄袭西欧，西欧不过关，我们就也不过关； 92 年 93年，郑煤机，潞安改造铺底网支架， 创造了一种低位新型支架， 使（95 年以前 ） 低位放煤

7、支架逐步定型 （图 7） ；95年以前另一种低位放煤支架，反四连杆支架出 世（图 8） ，现己定型，重型 >18t 架，两种支架各有千秋。95 年以后基本上不再生产中高位支架，低位支架定型 。 轻型支架热的原因（1） 煤矿资金紧张；（2） 难采煤层综放需要支架轻型化。对于较薄厚煤层，边角煤，不规则采区综放，支架必须轻 （淮南） 。支架轻型 化不排斥现有的大量重型。高支撑力。服务年限长、高可靠性支架使用；当然支 架轻要求可靠，性能好。171 X/BF.5 7B-短毘梁放顶煤液压支架斗0眇S 口力电丁的 丄泾尾梁放顶煤液庶支架7茧 78_" SS -单扌労和农放玄奴单绞 及轻故支火

8、:1.6当前液压支架技术（功能）发展的基本趋势在保证工作面支护强度足够的前提下， 对于中小型矿井（150万t/年以下）支 架重量向轻型化方向发展；支架外型尺寸向两极化发展：一些高产工作面（年产150万t /面）由于输送机、采煤机功率加大，尺寸加 大、支架外形尺寸趋于加大；中小型矿井则要求支架外形较小，以便于整体下井, 整体运输和整体安装拆除；普遍采用低位放煤支架，其中煤层较厚，工作面产量 较大，后部采用大型输送机时，有发展反四连杆大尾梁、大插板支架的趋势。但 多数仍采用正四连杆、短尾梁、小插板放煤机构，对于较薄厚煤层短尾梁支架更 利于控制混矸，减少煤损；近两年放顶煤支架普遍采用全封闭顶板机构，

9、以适应三软煤层控制端面顶煤冒顶问题，但由于控制顶梁位态的能力较差，有时难以达到全封闭顶煤的效果；在倾角较大（a >180）的工作面逐步淘汰原有的液压支架及 其他设备的防滑装置及措施，逐渐采用以支架 -输送机互相锚固为主的防倒防滑 机构及措施。2放顶煤开采技术特点2.1放顶煤开采形式按工作面布置方式分类:放顶煤采煤法"整层放顶煤采煤法预采顶分层采煤法预采中间分层放顶煤采煤法水平分段放顶煤采煤法整层放顶煤采煤法特点:当采煤工作面推进一定的距离后，将上部顶煤放出，一次采出煤层的全部厚 度。预采顶分层采煤法特点:首先沿顶板在煤层中布置一个普通长壁采煤工作面（即采顶分层），然后再沿底板布

10、置放顶煤工作面进行回采，将底分层上部的顶煤放出。预采中间分层放顶煤采煤法特点：先在煤层中间布置一个普通长壁采煤工作面进行开采。然后再沿底板布置放顶煤采煤工作面。中间分层工作面的位置应使底部放顶煤采煤工作面上方有0.5m以上的护顶煤水平分段放顶煤采煤法特点:厚度超过20m，甚至上百米的极厚煤层，可以把煤层厚度按10m- 20m分成若干个分段，使用放顶煤采煤法依次自上而下分段回采。2.2放顶煤开采的优点(1) 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，以及其它地质

11、条件变化的不稳 定煤层。(2) 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，而且低位放顶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 倍的增长。(3) 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， 吨煤设备投入费用少；工作面材料、电力等消耗少，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。实践证明，综放开采是一种高产、高效、安全、低耗、经 济效益好的采煤方法，已成为我国高产高效矿井建设的重要技术途径。2.

12、3 放顶煤开采的适用条件 综采放顶煤采煤法，按煤层的赋存条件和装备，基本上可以分为长壁综采放 顶煤采煤法和巷柱式综采放顶煤采煤法两种。第一种主要用于缓倾斜、倾斜特厚煤层和厚度大于20m的急倾斜特厚煤层;第二种主要用于厚度为48m的急倾斜特厚煤层以及倾斜厚煤层。2.3.1 煤层赋存状态与构造： 当煤层埋藏不稳定，即厚度变化很大时，采用一次采全厚放顶煤采煤法是最 理想的方法，因为这时采用分层开采会因最后剩余的煤有厚有薄，甚至不可采而 丢失大量煤炭。当煤层地质构造复杂，为大量的断层切割时，进行分层开采也很困难，尤其 是当煤层的顶板被断层切割，而底板尚未破坏的情况下，采用下行分层开采，第 一层因顶板被

13、切割而无法开采， 这时如采用一次采全厚放顶煤采煤法沿底板开采 就可以解决分层开采的困难。构造挤压232煤层厚度煤层的厚度是选用放顶煤采煤法的最基本的条件，从过去的经验看，一次采 全厚放顶煤的最大厚度为20m但这并不是最大极限，1987年法国中南煤田市郎 齐矿的达尔西井，一次放顶煤的厚度曾达到 35m放顶煤采煤法煤层厚度的下限为 5m个别情况下可以到4m低于5m时，完 全可以用普通综采开采。233煤层倾角对于一次采全厚综采放顶煤采煤法， 煤层倾角以25°以下为宜，因为倾角太 大对放顶煤支架的稳定性有影响，除了支架易下滑外，在放煤过程中作用在支架 上的侧向力也随煤层倾角增加而增大。 因而

14、，在煤层倾角大于15°时，工作面最 好采取伪倾斜布置，使工作面为倾斜向下推进，这样不但可以有利于支架的稳定 性，而且有利于放顶煤的进行。对于急倾斜煤层，煤层倾角以大于60°最为适宜，当倾角小于松散煤体的放落角（6070°）时，必然带来底板损失234直接顶的岩性与厚度对于一次采全厚放顶煤采煤法来说，最基本的条件之一是还要求直接顶是易 冒的，即能随采随冒，就是说，冒落的顶煤与垮落的直接顶能在放煤过程中形成 统一的松动冒落体。这时，冒落的顶煤就可以遵循松散介质的流动规律从放煤口 放出，就有可能保证较高的煤炭回收率和较低的含矸率。要达到最佳放煤效果，除要求直接顶能随采随冒

15、外，还必须保证直接顶有足够的 厚度，即要求直接顶冒落碎胀后，能够充填煤层采出后所形成的空间。即应满足:7 mh >式中h直接顶厚度；m要开采的煤层厚度；kP直接顶的碎胀系数。235煤层物理机械性质与结构对放顶煤来说，坚硬的顶煤的冒落的块度大，影响冒落顶煤的放出效果。如 煤层较软，煤壁在剧烈的支承压力作用下极易片帮，而且往往在架前冒顶，致使 架前维护困难，影响放顶煤工作面的正常推进。煤层的节理越发育，对放顶煤越有利，顶煤可以均匀地破碎，块度适中，放 煤过程中流动性好；煤层的结构对放顶煤影响很大，因为坚硬的夹石犹如煤层中的骨架一样，增 强了顶煤的整体性，使它不易垮落，即使垮落，也必然使冒落的顶煤中掺杂着大 块夹矸，影响着顶煤的正常流动。2.3.6 煤层底板岩性煤层底板的岩性，一般说来对放顶煤采煤法影响不大，但由于一次采全厚放顶煤采煤法是沿底板进行回采的，松软