厚煤层开采-放顶煤讲解

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1、 一、引言 二、放顶煤开采技术的发展 三、放顶煤开采技术展望 中国能源的70%是煤炭 中国煤炭产量占世界1/3 煤炭产量95%来自于地下开采 厚煤层储量和产量占45% 中国放顶煤开采技术处于国际 领先地位 一、引言 分层开采工艺 放顶煤开采工艺 大采高开采工艺 厚煤层开采的基本工艺 二、放顶煤开采技术的发展二、放顶煤开采技术的发展 运输系统运输系统 顶煤顶煤 顶板岩层顶板岩层 工作面支架工作面支架 分层开采工作面单产低，巷道布置 复杂，上下分层回采间隔时间长， 效益差。 分层开采 放顶煤技术实现了厚煤层的整 层开采，可减少巷道掘进工程 量，产量高。 放顶煤开采 大采高综采与分层开采相比，具有

2、生产能力大、巷道掘进量小等优点 ；对于4m左右的厚煤层，大采高综 采与放顶煤开采相比具有煤炭资源 采出率高、含矸率少、工序简单等 优点。 大采高综采 裂隙扩展 贯通阶段 散煤 流动 岩层冒落 裂隙发育阶段 原岩应力状态 krH rH 裂隙闭合阶段 软煤层顶煤的破坏过程软煤层顶煤的破坏过程 （一）放顶煤开采技术在国外的发展（一）放顶煤开采技术在国外的发展 20世纪60年代欧洲液压支架迅速发展，综合机械化采煤逐渐占据主导地位 。1957年前苏联首次使用掩护液压支架开采厚煤层（倾角518、厚912m） ，工作面先采顶分层铺底网，然后采底层向中层煤打眼放炮，通过支架顶梁上 的天窗将煤放入工作面输送机。

3、 19641964年，法国将节式自移年，法国将节式自移 支架改装成放顶煤支架后（见支架改装成放顶煤支架后（见 右图），布朗齐矿区的达尔西右图），布朗齐矿区的达尔西 D D矿试验成功了一次采全厚的矿试验成功了一次采全厚的 综合机械化放顶煤开采综合机械化放顶煤开采综放综放 开采，开采，由于装备了前后两部输由于装备了前后两部输 送机，工作面条件得到显著改送机，工作面条件得到显著改 善，安全有了保证，实现了采善，安全有了保证，实现了采 放平行作业。放平行作业。 法国香蕉型放顶煤支架 到了20世纪70 年代初，综放开采有两个发展方向 工作面采用单输送机 前苏联、前南斯拉夫、波兰、匈牙利 等东欧国家在掩护

4、支架基础上逐渐改 进，把放煤口由顶梁前部改在顶梁后 部，并使用液压支柱控制开闭，如匈 牙利VHP型综放支架。 如匈牙利VHP型综放支架 工作面采用双输送机 法国、德国、英国、西班牙等西欧国 家在法国节式支架基础上不断发展， 工作面前后布置两部输送机，放煤口 用千斤顶带动开闭，如英国400t掩护 式综放支架。 如英国400t掩护式综放支架 搅动顶煤杆 （二）我国放顶煤开采技术的发展（二）我国放顶煤开采技术的发展 1982年： 我国开始引进综放开采技术 1984年： 运用国产的FY40014/28型综放支架在沈阳蒲河矿首次进行综 放开采试验，效果不理想，试验失败。 80年代中期：我国进行大面积急倾

5、斜分段综放试验（窑街、辽源、乌鲁木 齐、梅河口等） 1987年： 平顶山一矿引进匈牙利的VHP综放支架及全套综放设备在缓倾 斜软煤中试验成功，但月产仅4万t。 1988年12月：阳泉一矿运用掩护式中位开天窗综放支架在中硬煤中试验效果良 好。 1989年9月： 潞安王庄矿运用国产高位开天窗支架在中硬煤取得了最高月产 8.28万t、采出率87.82%、回采工效40.12t/工的好成绩。 （1 1）探索阶段（）探索阶段（19821982 19901990） 1990年7月： 阳泉一矿8603采用中位开天窗综放支架突破月产14万t，标志综放技 术可以实现高产高效，有巨大潜力。 充分认识到了综放开采技术

6、的巨大潜力充分认识到了综放开采技术的巨大潜力 （2 2）逐渐成熟与发展阶段（）逐渐成熟与发展阶段（19901990 20002000） 1992年：潞安漳村矿单产200万t、1993年王庄矿单产253万t 1995年：兖州兴隆庄矿工作面单产300万t 1997年：兖州东滩矿工作面单产410万t，工效203.9t/工 1998年：兖州东滩矿综放队年产501万t，工效235.4t/工 在此期间，原煤炭部将综放开采技术作为“九五”期间重点科技攻关 项目，先后组织了“两硬”厚煤层、“三软”厚煤层、高产高效等的综放开 采技术攻关，取得了显著成绩。 国家自然科学基金委员会于1998年1月资助了由中国矿业大

7、学（北京校 区）负责的厚煤层全高开采方法基础研究这一国家自然科学基金重点项 目，就放顶煤开采中的基础理论问题进行系统研究。 该阶段的主要研究工作和成绩如下：该阶段的主要研究工作和成绩如下： 2）国产液压支架基本定型，能够满足高产高效综放开采需要。 1）工作面产量和工效稳步提高，年产百万吨的综放面逐步成为 高产面的主题。 3） “三软”、“两硬”、“高瓦斯”、“大倾角”厚煤层的综 放取得了突破性进展。 4）初步摸清和提出了解决提高回收率、瓦斯防治、自然发火和粉 尘防治的一些措施，并进行了大规模试验，取得了一些成果。 6) 综放开采的理论研究方面有很大进步。关于岩层控制、支架 围岩关系、顶煤可放性

8、、放煤工艺、平行作业等都有了较多研 究，并开始形成了百家争鸣的局面。 5) 轻型支架放顶煤开采技术迅速发展 （3 3）推广应用与深层次研究阶段（）推广应用与深层次研究阶段（20012001 至今至今） 1) 综放开采技术得到中国工程界的赞许 放顶煤开采技术已被中国工程院确定为20世纪中国对 世界工程技术的25项重要贡献成果之一的主要内容 2）条件适宜矿井向高效方向发展 2002年8月兖州兴隆庄矿成功开展了600万吨综放 面设备配套与技术研究，可实现年产680万吨。百万吨 级的综放面逐年增多，在机采面里的比例逐渐增大 3）难采煤层大面积推广综放开采技术 “高瓦斯突出”、易燃、“极软”、“两硬”、

9、大 倾角（25）、3.55m煤层 4) 轻型支架综放开采技术受到重视和青睐 淮北朱仙庄矿：“高瓦斯突出”、易燃、“极软” 、轻型支架，月产8万吨。 鹤壁二矿：大倾角31、轻型支架月产4万吨。 峰峰、开滦、淮北、徐州等局大面积推广轻放技术 ，成绩显著。 5) 理论研究取得一定突破 瓦斯运移与防治理论和技术，顶煤移动与提高回收 率技术、支架围岩关系与合理支架阻力确定等取得一定 成果。 2002年 兖矿集团兴隆庄矿综放一队产量达到 639.92万t,东滩矿综放一队产煤606.85万t。 2004年 兖矿集团公司东滩矿综采放顶煤工作面全 年产量658.15万t，工作面全部为国产设备，主要 装备：液压支

10、架ZFS7200型、采煤机MGTY400/930- 3.3D型、刮板输送机SGZ-1000/1050型。 2007年 中国中煤能源集团平朔公司安家岭二号井 综放队生产原煤942.83万吨、一号井综放队859.9 万吨、山西潞安环能股份公司王庄煤矿综放队 630.09万吨、山东兖州矿业集团公司东滩矿综放队 623.5万吨、兴隆庄煤矿综放一队600.57万吨。 山西同煤集团塔山矿综采放顶煤的厚度突破20m（ 机采高度正向5m突破，可以满足1：3的采放比的控 制目标）。 采用了3000t/h的放煤运输机，实现了工作面高速 推进，年产突破1000万t的水平。 随着放煤运输机能力的提高和新型放顶煤支架研

11、制 和使用的成功，使工作面长300m，年产突破1500万t 的目标即将实现。 保证防止瓦斯、顶板、火灾等重大事故的安全开采 的理论和技术体系（新型巷道布置系统、瓦斯抽排技 术装备、工作面和巷道顶板控制技术和装备等） 中煤能源公司平朔公司安家岭二号矿综放队在煤厚 13m条件下产煤1039.1 万t,刷新综放面年产世界记录 。 （三）放顶煤工作面典型布置方式（三）放顶煤工作面典型布置方式 一次采全高放顶煤开采 预采顶分层放顶煤开采 高瓦斯解突 特厚煤层提高回收率 多分层放顶煤 用于特厚煤层，如华亭 、抚顺等。 急倾斜分段放顶煤 放顶煤回采巷道布置方式 双巷布置方式 适用于低瓦斯，顶 煤顶板不需要特

12、殊 处理的厚煤层和急 斜厚煤层 分段运输平巷 分段回风平巷 区段运输平巷 区段回风平巷 三巷布置方式 运输巷回风巷 联络巷 瓦斯尾巷 适用于高瓦斯、煤厚小于6m 。缺点：区段煤柱损失大。 瓦斯巷 适用于高瓦斯、煤厚大于6m 。 四巷布置方式 适用于煤层厚 度6m，对顶 煤和顶板进行 处理的厚煤层 原始状态：爆破前碎裂区：爆破后 顶煤 碎裂 区 工作面及支架 工作面推进方向 支承压力分布图 2m 0.7 m 施工巷道内钻 孔布置 （1 1） (2)(2) 20m （四） 放顶煤支架 放顶煤液压支架是放顶煤开采技术成功的关键，由于放顶煤 开采的特点，对其支架的基本要求是：具有足够的支撑能力 、良好

13、的护顶护帮功能、能及时封闭机道、放煤口和过煤空 间大、快速移动等。 在放顶煤开采技术初期（20世纪80年代），我国曾经研制出多 种放顶煤支架，并且以模仿国外产品为主，由于国外的放顶煤 支架并不成熟，因此我国在放顶煤支架的研制过程中也经历了 一段的摸索阶段。目前已经形成了具有我国特色的支架统一定 型，并走在了世界前列。 我国放顶煤液压支架是从低位放顶煤液压支架开始，经历了高 位、中位，现在又回到了低位。 支承压力 冒落的松散顶煤 损伤和破坏的顶煤 煤层 图 放顶煤开采技术 由于放顶煤开采的支架 上方存在一层厚而破碎 且随采随放的顶煤，因 而与分层开采相比，其 矿压显现也有一些其自 身的特点。 运

14、输系统 顶煤 顶板岩层 工作面支架 （五）放顶煤工作面矿山压力显现特征 放顶煤开采时，一次性采出厚度增大，直接顶的垮落高 度成倍增加，并且与煤层的采出厚度显著相关。综放开 采时，采场上方仍可形成稳定的砌体梁式老顶结构，但 其形成的位置相对远离采场，其稳定性也发生了相应的 变化。 顶煤运移规律及对矿压显现有显著影响。支架上方的顶 煤经过了支承压力作用发生了破碎，刚度降低，但破碎 程度与顶煤强度，裂隙分布和支承压力分布情况等有关 ，坚硬顶煤的运移始动点距煤壁距离较小，累计位移量 较小，顶煤的破碎效果较差，传递上覆岩层作用的能力 较强，则表现出的矿压显现明显。 支承压力分布区前移。放顶煤开采时，工作

15、面前方的支承 压力区距煤壁距离较大，发生前移。对软煤而言，支承压 力峰值点距煤壁距离较硬煤的大，峰值小，分布平坦。 支承压力 冒落的松散顶煤 损伤和破坏的顶煤 煤层 图 放顶煤开采技术 支架工作阻力变化不大。放顶煤工作面的支 架阻力不大于单一煤层或分层开采的顶分层 开采的工作面的。来压的动载系数也没有明 显变化，支架以初撑和一次增阻工作状态为 主。前柱工作阻力普遍大于后柱的，一般为 10 - 15%，对于软顶煤而言，顶煤的破碎和 放出较充分，支架顶梁后部上方的顶煤较少 ，不利于传递上覆岩层的作用，因此相对硬 顶煤而言，软煤支架前柱的工作阻力大于后 柱的工作阻力这一特点表现的更明显。 （1 1）

16、提高煤炭采出率，减少含矸率）提高煤炭采出率，减少含矸率 （2 2）支架合理工作阻力确定）支架合理工作阻力确定 （4）瓦斯上浮及其运移规律 和有效治理技术 提高工作面采出率提高工作面采出率 减小区段与采区煤柱损失减小区段与采区煤柱损失 加大工作面长度加大工作面长度 支架的合理工作阻力支架的合理工作阻力 支架载荷分布规律支架载荷分布规律 不同煤岩条件的支架合理参数不同煤岩条件的支架合理参数 瓦斯上浮与积聚的规律瓦斯上浮与积聚的规律 有效抽采技术与参数有效抽采技术与参数 （3 3）顶板垮落与上覆岩）顶板垮落与上覆岩 层裂隙产生层裂隙产生 研究顶板垮落高度与范围研究顶板垮落高度与范围 裂隙产生与分布规律裂隙产生与分布规律 裂隙对瓦斯运移和水深透的影响裂隙对瓦斯运移和水深透的影响 （5）特厚煤层大采高综放开采成套技术与装备 三、放顶煤开采技术展望三、放顶煤开采技术展望 析出瓦斯分布图析出瓦斯分布图 （6）放顶煤开采岩层和支架围岩相互作用 机理研究 研究放顶煤开采力学模型、 围岩