第七章放顶煤采煤法

第七章放顶煤采煤法

放顶煤采煤法开采历史由来已久，20世纪50年代国内外已开始应用。1982年我国也引进了综采放顶煤技术，1984年开始工业性试验，这些年来，在我国得到了迅速发展。1996年，我国综放面产量已达5千万吨，80年代末90年代初，我国综采放顶煤已走在世界前列，并已向国外输出综放开采的成套技术。综采放顶煤掘进率低、效率高、适应性强、易于实现高产稳产，已成为厚煤层开采最为有效的方法。基本特点及类型

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放顶煤采煤法的实质就是在厚煤层中，沿煤层底板布置一个采高2-3米的长壁工作面，用常规方法进行开采，利用矿山压力的作用或辅以人工松动的方法，使支架上的顶煤破碎后由支架后（或上）方放出，并经由刮板输送机运出工作面。如图7-1。综采放顶煤的工艺过程如下：在工作面中，采煤机割煤后，液压支架及时支护并移到新的位置，推移前部输送机到煤帮，之后，将后部输送机相应前移。这样，采过2-3刀后，就打开放煤窗口，放出顶煤，当煤炭中的矸石含量超过一定限度后，即时关闭放煤窗口。完成一个采煤工艺循环。基本特点及类型

1据煤层赋存条件，放顶煤长壁采煤法有以下三种主要类型：1、一次采全厚放顶煤开采图7-2（a）。适用于6-12米的缓斜厚煤层。2、预采顶分层网下放顶煤开采图7-2（b）。首先沿煤层顶板布置一个普通长壁工作面（顶分层开采），而后沿煤层底板布置放顶煤工作面进行开采。一般用于厚度大于12米，直接顶坚硬或瓦斯含量高，需预先排放瓦斯的煤层。基本特点及类型

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3、倾斜分段放顶煤开采图7-2（c）。当煤层厚度大于15-20米以上时，可把煤层从顶板到底板分成8-10米的分段，依次进行放顶煤开采。放顶煤开采支护设备

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综采放顶煤的显著标志是放顶煤液压支架。我国已研制出高、中、低位系列30多种放顶煤液压支架。如表7-1所示。依据与支架配套的输送机台数和放煤机构的不同，放顶煤液压支架分为以下三种类型：一、单输送机高位放煤支架图7-3，P127。二、双输送机中位放顶煤支架。图7-4，P127三、双输送机中位放顶煤支架。图7-5，P127。矿压显现特点及顶煤破碎机理

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放顶煤开采是机械破煤和矿压破煤的一种综合性的`开采方法，因此，顶煤的破碎过程及其效果是确定放顶煤工艺参数以及综放开场采适应性的重要依据。一、岩层活动及矿压显现特点

P129；二、顶煤破碎机理

P129。放顶煤工艺特点

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放顶煤开采的生产效率和煤炭采出率一方面取决于顶煤的冒落是否充分，另一方面则取决于是否能将冒落的煤尽可能的顺利放出。因此，在顶煤冒放性较好的条件下，顶煤的采出率及放顶煤效果取决于合理的放顶煤工艺参数的确定。而欲确定合理的放顶煤工艺，则需首先认识顶煤破碎后的运动及放出规律。一、顶煤放出规律1、放矿椭球体据放矿理论，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7-9，P132。在放矿过程中形成的椭球体叫作放出椭球体1，停止扩展而最终形成的椭球体称为松动椭球体3，放矿后形成放出漏斗2和移动漏斗4。放顶煤工艺特点

4如果放顶煤高度为h，则放出椭球体1长轴为2a,近似于h，短轴为2b1。高度为h的水平煤岩分界面将下降为一漏斗面2，由于下降时煤岩的滚动，漏斗面实际上是由一定厚度的混矸层组成，最大直径近似于4b1。生产实践证明，放出椭球体短轴与长轴的关系式如下：b1=1/2（0.25-0.3）h从理论上讲，放出椭球体表面上的颗粒将大体上到达放煤口。放煤的同时，放出椭球体周围的煤岩也向放煤口移动，充填放煤留下的空间，且与放出椭球体相似，为一松动椭球体，其高度H为：

H=（2.2-2.6）h

放顶煤工艺特点

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2、放煤口间距L：由于工作面支架上的放煤口隔得很近，放煤口间距L直接影响放煤效果，见图7-10。当L大于2b1，第二个放煤口放煤时，不会因第一个放煤口而发生混矸现象，但放煤口之间有脊背煤损，L越大，脊背煤损越大；当L小于2b1，如果放煤高度仍为H，必将有部分矸石混入煤中，但脊背煤损小；因此，在一定的放煤高度下，合理确定放煤口间距是很重要的。

3、椭球体长轴偏斜：

P132。

4、顶煤高度：一般不小于2-3米。P133

放顶煤工艺特点

4二、放顶煤工艺

（一）初采１、放顶煤的距离：推出切眼后及时放煤。２、停止放煤：一般提前10米左右停止放煤并铺设顶网。（二）放煤步距两次放顶煤之间的推进距今称为循环放煤步距。顶煤厚度较小时，一般一采一放；厚度较大时，放煤步距可适当加大，可采用两采一放或三采一放。

（三）放煤方式

1、多轮、分段、顺序、等量放煤：

放顶煤工艺特点

4将工作面分成2-3个分段，段内同时开启相邻两个放煤口，每次放出三分之一到二分之一，按顺序循环放煤；2、单轮、间隔、顺序、不等量放煤：从工作面一端开启四个放煤口，分别开启1、1/2、1/3、和1/4，当第一个放煤口放完并关闭后，按顺序依次向前开启放煤口，并保持开启面积的顺序和大小不变；这种方式的放煤量难以掌握，用得较少；３、多轮、间隔、顺序、等量放煤：放煤顺序按1、3、5等单号，一次放出1/3-1/2，然后再按2、4、6顺序放煤两三轮后把煤放完。放顶煤工艺特点

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４、单轮、间隔、多口放煤：先放1、3、5等单号，见矸后关闭，留下较大的脊背煤；滞后段时间后放双号的煤，将留下的脊背煤放出一个椭球体。这种方式丢煤少、混矸少易于实现高产高效，是一种较好的放煤方式。

(四)端头放煤以前，为了维护工作面两端出口处顶煤的稳定性，普遍采取工作面两端各留2-4架不放顶煤，这不但降低了煤炭的采出率，也没有彻底解决端头的维护状况。现在已由兖州鲍店煤矿与郑州煤机厂合作研制了一种端头放顶煤支架，使工作面煤炭采出率提高了2-3个百分点。采煤系统分析

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一、回采巷道布置

P135，图7-14为潞安漳村煤矿1303综放面的巷布置。1、基本条件：煤层厚5.33-7.29m，倾角3-6度，高瓦斯矿井；

2、巷道布置：上下平巷和采区上山均沿底板布置在煤层中，在靠近顶板处布置一瓦斯巷；平巷采用无煤柱护巷，并用两条斜巷与上山相联；

3、运煤通风系统：P135。

4、主要特点（1）、系统简单，掘进工程量小；（2）、沿空巷道超前支承压力影响范围大，巷道变形大。采煤系统分析

5二、工作面长度及推进度

1、工作面长度：确定放顶煤工作面长度的主要因素是：顶煤破碎、顶煤放出和减少煤损。顶煤破碎主要取决于支承压力及顶板活动的作用。据工作面长度对支承压力及矿压显现影响分析可知，工作面长度不得低于80米，但工作面长大于200米后，其变化趋于缓和。合理的工作面长度应是在一个生产班内，能将工作面内的煤全部放完。据此，工作面长度可由下式确定：

l=n(T/t)Bη

采煤系统分析

5式中：l——工作面长度，m；

n——同时放煤支架数，一般小于3；

T——每班工作时间，min；

t——每架支架放煤所需时间，min；

B——每架支架宽度，m；

η——每班工作时间利用率。综放工作面长度一般不应小于80米。合理的取值范围为130-200米。

2、推进度：一般不宜小于800-100米。采煤系统分析

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三、煤炭采出率：

国家规定，厚及特厚煤层的采区采出率不得低于75%。采区内的煤损如P137所示，放煤损失占44%，区段煤柱损失为33%，因此，要提高煤炭采出率，必需提高顶煤放出率及取消区段煤柱实行无煤柱护巷。（一）工作面内煤炭损失分析主要有以下几种：１、初采损失率：P137；２、末采损失率：P137；3、端头损失率：P137；4、采煤工艺损失率：P137；（二）放煤工艺损失率分析P137-138。

适用条件及评价

6一、放顶煤开采的主要优点：１、单产高；２、效率高；３、成本低；４、巷道掘进量小；５、节省了安装和搬迁费用；６、对煤层厚度及地质构造的适应性强。二、放顶煤开采的主要缺点：１、煤损多；２、易发火；３、煤尘大；４、瓦斯易积聚；适用条件及评价

６三、适用条件１、煤层厚度：6-10米；２、煤层硬度：煤层的坚固性系数小于3；３、煤层倾角：倾角不宜太大；４、煤层结构：夹矸厚度不能大于0.5m，占煤层厚度的比例不能超过10%-15%，其坚固性系数也应小于3；５、顶板条件：直接顶应随采随落，冒落高度不宜小于煤层厚度的1-1.2倍，老顶悬