采矿学第13章-放顶煤采煤法

1、采矿学第13章-放顶煤采煤法第一页，共61页。一、放顶煤采煤法放顶煤采煤法：开采缓斜厚煤层时，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。 或：在缓斜厚煤层的底部（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，由采面运出。第一节 基本特点及类型2022/10/102第二页，共61页。二、综采放顶煤工作面设备布置 工艺过程：采煤机割煤移架推移前部刮板输送机拉移后部刮板输送机放顶煤第一节 基本特点及类型2022/10/103第三页，共61页。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

2、口放顶煤第四节 放煤工艺特点2022/10/104第四页，共61页。三、放顶煤采煤法基本特点基本特点： 1、采面采煤：同综采、普采、炮采。 2、增加了放顶煤工艺。 3、采煤循环 完成采、放全部工序过程。 第一节 基本特点及类型2022/10/105第五页，共61页。一次采全厚放顶煤开采预采顶分层网下放顶煤开采倾斜分层放顶煤开采沿煤层底板布置一个放顶煤开采长壁工作面一次放出顶煤全厚度。适用于厚度6-12m的缓斜厚煤层。其优点是：回采巷道掘进量及维护量少；工作面设备少；采区运输、通风系统简单；生产集中。缺点是煤质较软时，工作面运输平巷及回风平巷维护较困难。沿煤层顶板布置一个普通长壁工作面，进行铺网

3、预采顶分层，而后沿煤层底板布置放顶煤工作面，将两个工作面之间的煤在网下放出。适用于厚度大于12m直接顶坚硬或煤层瓦斯含量高，需要预先排放瓦斯的缓斜煤层。其优点减少放煤的含矸量。其缺点是不利于顶煤的破碎，常有大块煤需要人工预裂。当煤层厚度超过15-20m以上时，可将煤层自顶板至底板分成8-12m的分段，然后自上而下依次进行放顶煤开采。适用于厚度大于15m的缓斜煤层。四、放顶煤长壁采煤法类型第一节 基本特点及类型2022/10/106第六页，共61页。放顶煤开采基本类型 (a)一次采全厚放顶煤；（b）预采顶分层网下放顶煤；（c）倾斜分段放顶煤第一节 基本特点及类型2022/10/107第七页，共6

4、1页。1放顶煤液压支架有液压控制的放煤机构。2工作面放煤时，不可避免地会有大块煤冒落，放煤机构必须有强力可靠的二次破煤性能。3支架有推移后部刮板输送机和清理后部浮煤的性能和机械。4支架结构必须有较强的抗扭和抗侧向力的功能。5对于双输送机放顶煤支架，要求有足够的工作空间，因此支架的控顶距较大，顶梁也较长。6支架必须全封闭顶板，有更好控制端面冒顶和防止架间漏矸的性能。7支架不需要使用双伸缩立柱或带加长段的立柱。8支架必须有较大的拉架力，拉架速度要快，能够带压擦顶移架。一、放顶煤液压支架的特点及性能第二节 放顶煤开采支护设备2022/10/108第八页，共61页。二、放顶煤液压架分类第二节 放顶煤开

5、采支护设备1、按支架类型：掩护式、支掩式、支撑式、简易式。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)2022/10/109第九页，共61页。YFY2000-16/26型放顶煤支架单输送机高位放顶煤支架只用于煤质中硬，节理裂隙比较发育煤层厚度7m左右，煤层底板较硬及煤层底含水率较高的条件。第二节 放顶煤开采支护设备1单输送机高位放顶煤支架2022/10/1010第十页，共61页。1单输送机高位放顶煤支架 这类支架的特点如下：(1) 支架结构

6、简单，端头维护空间小，便于维护管理。(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，支架通风断面较小。(4) 由于顶梁短，放煤口位置距煤壁较近，对煤层冒放性的要求较高。(5) 放煤槽在放煤状态时与底座呈35夹角，难以达到40。(6) 采放同用一部输送机，不能平行作业，影响产量的提高。第二节 放顶煤开采支护设备2022/10/1011第十一页，共61页。 2双输送机中位放顶煤支架这类支架的特点如下：(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

7、维护。支架顶梁长，有利于反复支承顶板，增加顶煤的破坏程度。(3)由于采煤和放煤使用两部输送机，可以实现采放平行作业，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，并且移架阻力较大。(6)掩护梁不能摆动，二次破煤能力差。第二节 放顶煤开采支护设备2022/10/1012第十二页，共61页。FYS300019/28型放顶煤支架双输送机中位放顶煤支架适用条件较为广泛，在矿压显现剧烈，有悬顶危险的条件下，具有较好的适应性。第二节 放顶煤开采支护设备2双输送机中位放顶煤支架2022/10/1013第十三页，共61页。 3

8、双输送机低位放顶煤支架这类支架主要特点如下：(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)支架的稳定性较差。第二节 放顶煤开采支护设备2022/10/1014第十四页，共61页。FZ300015/30型放顶煤支架双输送机低位放顶煤支架，适应性强，在急倾斜煤层，缓倾斜中硬煤层和三软煤层综放开采中取得成功，是目前我国应用最广泛的放顶煤液压支架架型。第二节 放顶煤开采支护设备3双输送机

9、低位放顶煤支架2022/10/1015第十五页，共61页。 4轻型放顶煤液压支架该系列支架的主要特点为：(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” 煤层和较薄厚煤层综放开采端面易冒落的要求。该系列支架在下列条件范围内均可取得较好的使用效果(1)煤层坚固性系数f2.5，来压强度不大，煤层厚度38m，煤层倾角 3一、回采巷道布置2022/10/1044第四十四页，共61页。l运煤 l运料 l 通风第五节 采煤系统分析二、生产系统2022/1

10、0/1045第四十五页，共61页。1、工作面长度1）主要影响因素 顶煤破碎 顶煤放出 煤炭损失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、工作面连续推进长度一般大于800 1000m， 目前可达2000m以上。第五节 采煤系统分析三、主要参数2022/10/1046第四十六页，共61页。2）工作面长度确定原则：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。第五节

11、采煤系统分析2022/10/1047第四十七页，共61页。国家规定：厚煤层采区采出率 75%。工作面外损失工作面内损失因工艺损失占44%，区段煤柱损失占33% 第五节 采煤系统分析四、煤炭损失2022/10/1048第四十八页，共61页。工作面内损失：初采损失末采损失端头损失工艺损失第五节 采煤系统分析四、煤炭损失2022/10/1049第四十九页，共61页。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 第五节 采煤系统分析20

12、22/10/1050第五十页，共61页。鲍店矿，M=8.7m，煤f=3.13.9， 采面推进3.4m，顶煤冒落，推进7.8m，直接顶垮落，步距减少了5.2m；回采率提高了0.31% 。在切顶巷两帮内打眼放炮，扩大切顶效果 采面推进方向 切顶巷第五节 采煤系统分析2022/10/1051第五十一页，共61页。1、煤体强度 煤的f值越小，强度越低，顶煤起始活动点越远，顶煤受力时间越长，越有利于顶煤的放出。但煤太软，给工作面端面维护造成困难。F值越大，支撑压力峰值距煤壁越近，顶煤破坏过程短，其变形、位移越小。为使顶煤破碎，需要采用注水软化等措施。 一般认为，煤的坚固性系数在3以下的煤层适合于放顶煤开

13、采。第五节 采煤系统分析五、顶煤冒放性的主要影响因素2022/10/1052第五十二页，共61页。2、煤层顶底板岩性 直接顶板能随采随冒，顶煤放出后能及时充填满放出空间，防止顶煤散落到采空区造成丢煤，减少顶煤放出损失。直接顶岩性以泥岩、页岩、粉砂岩等中等稳定岩性以下为好。 基本顶的作用主要是向煤壁前方传递支承压力。岩性越好，传递支承压力的能力越强，对顶煤破碎越有利，但来压步距相对要加大，来压强度加剧。综合考虑基本顶破煤作用与来压强度，以中粗砂岩、细砂岩等中等稳定岩性为好。坚硬顶板应采取强制软化顶板的措施。 放顶煤开采，工作面工序较多，推进速度慢。对松软底板，支架底座易陷入底板，移架困难。放顶煤

14、工作面支架对底板的比压一般为1.53.0MPa。第五节 采煤系统分析2022/10/1053第五十三页，共61页。3、煤层高度与采放高度比 对于缓倾斜厚煤层，放顶煤开采适应的煤层厚度下限已经到44.5米。研究表明：当支架上部的顶煤厚度小于2m时，煤矸分界面难以控制，采用放顶煤应有特殊措施。 放顶煤开采的上限一般不应大于12米，采放比不超过1：3。主要是顶煤太厚，上部煤层压裂效果差，难以放出，影响回收率，同时加大了采空区发火的几率。据测定，当煤厚超过16m时，顶煤松散系数为1.0，即不松散，如果顶煤冒落性差，就不能随采随冒。顶煤破碎主要依靠支承压力和支架反复支撑卸载作用来实现，顶煤太厚，上部顶煤

15、破碎不充分，破碎块度大不易放出。根据放顶煤开采实际顶煤留设厚度及对顶煤破碎机理的分析，适宜的采放高度比以1：（1.52）为好，顶煤强度较低时，适当加大顶煤厚度仍具有较好的冒放性。第五节 采煤系统分析2022/10/1054第五十四页，共61页。4、节理裂隙发育程度 顶煤的变形、移动，首先从顶煤内裂隙的产生、发展开始。裂隙是控制顶煤破坏的内在主导因素。煤体中节理裂隙发育大大降低了顶煤的整体强度。总的来讲，裂隙发育程度高利于顶煤的再次破碎与冒落成均质松散体。顶煤放出时具有明显的规律性，回收率高。但裂隙发育超过一定限度后，由于顶煤过分松软，架前、架间顶煤片帮、冒顶将影响放顶煤工作的正常进行，降低了工

16、效。第五节 采煤系统分析2022/10/1055第五十五页，共61页。5、夹石层厚度与夹石层强度 夹石层对放顶煤的影响主要取决于夹石层的厚度、夹石层的强度和夹石层的层数。 当煤层中夹石层单层厚度大于300mm时，强度将影响顶煤冒落。因此可以300mm为界，大于300mm时视顶煤可放性极差，厚度越小冒放性越好。 夹石层强度对顶煤冒放性影响取决于夹石层强度与煤层强度之比值。一般认为，只有当夹石层强度大于煤层强度时，才会对顶煤冒落造成不良影响，且夹石层强度越大顶煤越难冒落。当夹石层强度小于煤层强度时，夹石层作为中间弱层随其下部顶煤的冒落而随之冒落，不会对顶煤冒放性造成影响。 夹石层的层数也影响顶煤的

17、可放性。第五节 采煤系统分析2022/10/1056第五十六页，共61页。6、煤层埋藏深度 埋藏深度影响支承压力的大小，支承压力是使煤体产生裂隙的主要因素。支承压力的大小很大程度上取决于煤层埋藏深度，埋深大，压力大，有利于顶煤的破碎。 理论研究表明，煤体压裂效果与采深存在一定的线性关系，通过对山西6个放顶煤工作面测定的采深对顶煤压裂的影响结果表明，采深大于100m时，一般即可产生压裂效果。因此，使用放顶煤的临界深度为100m左右。第五节 采煤系统分析2022/10/1057第五十七页，共61页。优点：单产高，效率高成本低，巷道少，搬家 少，经济效益显著缺点：煤损多，易发火，煤尘大，瓦斯易积 聚。 一、评价第六节 适用条件及评价2022/10/1058第五十八页，共61页。二、适用条件1.煤层厚度：M = 5 12m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，层理节理发育。煤质中硬，f 2最好。个别f = 3.1 3.9，层理节理发育亦可;3.煤层倾角：不宜太大，缓倾斜煤层中一般15，太大影响支架的稳定性，25 30煤层中也试