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1、煤矿开采学讲义：厚煤层放顶煤采煤法 7-17第七章 厚煤层放顶煤采煤法第一节 基本特点及类型一、放顶煤采煤法基本特点放顶煤采煤法就是在开采厚煤层时，沿煤层（或分段）底部布置一个采高23m的长壁工作面，用综合机械化采煤工艺进行回采，利用矿山压力的作用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（或上方）放出，并经由输送机运出工作面。或：开采缓斜厚煤层时，先采出煤层底部的煤，放采上部顶煤的采煤方法。1- 采煤机；2-前输送机；3-放顶煤液压支架；4-后输送机；5-胶带输送机；6-配电设备；7-安全绞车；8-泵站；9-放煤窗口；10-转载破碎机A-不充分破碎煤体；B-较充分破碎煤体；C-
2、待放出煤体放顶煤综采主要工艺过程：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口放顶煤处理碎煤成拱、堵口大块煤、过硬顶煤等。二、放顶煤采煤法基本类型1、 一次采全厚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。优点：掘进量小，设备少，系统简单，生产集中。缺点：煤质软时，两巷维护难。适用：厚度612 m 的煤层。2、预采顶分层网下放顶煤开采沿煤层顶板布置一个普通长壁工作面，开采顶分层时进行铺网，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。优点：由于顶层铺设金属网，可以减少放煤的含矸量。缺点：开采顶分层后一般矿山压力减弱，不利于顶煤的破碎，常有大
3、块煤需要人工预裂。适用：12m 以上、直接顶坚硬、瓦斯大的煤层。3、倾斜分段放顶煤开采当煤层超过1520m以上时，可将煤层自顶板至底板分成810m的分段，然后自上而下依次进行放顶煤开采。一般适用于15m以上的缓斜煤层。第二节 放顶煤开采的支护设备一、放顶煤液压支架分类按支架支护方式：掩护式、支掩式、支撑式、简易式。窗口位置：高、中、低三种放煤支架形式输送机数目：单、双输送机目前常用放顶煤支架：高位单输送机，中、低位双输送机。 二、单输送机高位放顶煤支架优点：支架结构简单；稳定性好；运输系统及端头维护简单。缺点：通风断面小；放煤口位置高：丢煤多，煤尘大；采放不能平行作业。三、双输送机中位放顶煤支
4、架双输送机运煤，在掩护梁上开放煤口，中位放煤的支撑掩护式液压支架。优点：支架稳定性和密封性好，后输送机放煤空间大；缺点：后绞点位置较高，丢煤多、煤尘较大，端头维护复杂。四、双输送机低位放顶煤支架双输送机运煤，在掩护梁后部绞接一个带有插板的尾梁，在尾梁下安放输送机。优点：（1）低位放煤：效果好、煤尘小；（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，对放煤有利。缺点：该支架的稳定性差。五、轻型放顶煤液压支架*主要特点是：（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
5、有较好的封闭能力和端面积是及时支护能力，能较好地解决“三软”煤层和较薄的厚煤层综放开采和端面易冒落的问题。适用范围：（1）煤层f2.5，来压不明显，厚度38m，倾角25。（2）工作面尺寸较小，断层较多，地质条件复杂的工作面。（3）边角煤或煤柱开采，厚度变化较大，较薄厚煤层。第三节 放顶煤工作面矿压显现特点及顶煤破碎机理一、岩层活动及矿压显现特点放顶煤开采时，由于煤层一次采出厚度的增大，直接顶的垮落高度成倍增加，可达采出煤层厚度的2.02.5倍，其中1.01.2倍范围内的直接顶为不规则垮落带，而在上位直接顶中则形成某各临时性“小结构”，其活动可对采场造成明显影响。综放采场上方仍可形成稳定的“砌体
6、梁”式基本顶结构，但其形成的位置远离采场。上位直接顶中可形成“半拱”式小结构，并与其上的“砌体梁”结构相结合，共同构成综放开采覆岩结构的基本形式。特点：由于松软顶煤的参与，综放支架阻力通常不大于分层开采支架阻力；综放基本顶初次来压与分层开采相比步距增大，一般可达50m以上；周期来压步距相对减少，约为其初次来压步距的三分之一。二、顶煤破碎机理1、综放开采时，实现顶煤的有效破碎和顺利放出是放顶煤工作的核心问题，而顶煤的有效破碎又是顶煤顺利放出的前提，同时也是支架选型及确定放顶煤工艺的依据。2、煤的普氏系数越小，有利于顶煤的放出；相反，f值越大，放煤效果越不理想。一般认为，煤的普氏系数f3的煤层基本
7、适合放顶煤开采。3、顶煤的破碎是支承压力与顶板运动及支架反复支撑共同作用的结果，其中支承压力是关键。4、支架对顶煤反复支撑的次数N与顶梁的长度L及采煤机截深B有关，可表示为：N=L/B。5、根据顶煤的变形和破坏发展规律，沿工作面推进方向前将煤划分为四个破坏区，依次为：完整区、破坏发展区、裂隙发育区、垮落破碎区。 （1）破坏发展区在支承压力作用下，煤壁前方较远处顶煤由弹性变形进入塑性变形，原生裂隙扩展，顶煤初始破坏。支承压力峰值大小与工作面长度有关。（2）裂隙发育区支架反复支撑，控顶区内的顶煤形成发育的裂隙。支架反复支撑，形成交变应力，破碎效果提高。（3）垮落破碎区顶煤完全破坏，失支连续性，在支
8、架后方垮落放出。各区破坏范围见表7-2（P122）。第四节 放顶煤工艺特点一、顶煤放出规律1、椭球体放矿理论：矿石在采场破碎后，是按近似椭球体形状向下自然流动下来的，即原来所占的空间形状为一个旋转椭球体，放煤椭球体表面上的颗粒将大体同时到达放煤口。1-放出椭球体，2-放出漏斗，3-松动椭球体，4-移动漏斗2、放出椭球体设长轴2a = h，短轴为2b1；h 放顶煤高度。生产实践及实验表明：2b1=（0.25 0.3）hb1= （0.25 0.3） h / 23、松动椭球体理论认为：放煤的同时，放出椭球体周围的煤岩也将向放煤口移动，充填放煤留下的空间，此空间体与放出椭球体相似，称松动椭球体。 松动
9、椭球体参数： 松动椭球体高度为H， H =（2.2 2.6）h4、放煤口间距放煤口间距l 大小影响放煤效果。当l2b1时，脊背煤损失大；l 越大，损失越大； 当l 2b1时，脊煤损失小，但煤矸石混杂；5、当放煤高度较小时(h/d23)，将不遵守上述规律，故顶煤厚度不应小于23m。6、粒度小、湿度大时，顶煤也难以放出。二、 放顶煤工艺（一）初采和末采放煤工艺1、初采：初期：在应用放顶煤开采技术初期，初采推进1020m不放煤（煤损多）现在：多数工作面从开切眼处放煤措施：让顶煤和顶板垮落2、末采：初期；距停采线20m铺网、停止放煤；或工作面沿底板爬至顶板（煤损多）现在：距停采线10m铺网、停止放煤；
10、措施：选择合理的停采线位置，以利于撤面时防止后方矸石窜入。（二）放煤步距放顶步距是指沿工作面推进方向前后两次放煤的间距。a-放煤步距大，顶煤放不出，煤损大； c-放煤步距小，煤矸混杂，煤质差。1、放煤步距太大：顶板方向的矸石先于采空区后方的煤达到 放煤口，关口，顶煤放不出；2、放煤步距太小：采空区方向的矸石先于上部顶煤到达放煤口，顶煤损失部分。3、确定放煤步距原则：顶煤充分破碎，提高采出率，减少煤矸混杂。4、放煤步距影响因素 ：顶煤厚度、顶煤可放性、顶煤冒落时的垮落角、直接顶厚度。当前，生产实践中：截一刀放顶煤一次，（顶煤厚度较小）截两刀放顶煤一次，（顶煤厚度较大）截三刀放顶煤一次，（顶煤厚度
11、大）（三）放煤方式放煤方式：放顶煤工作面放煤顺序、次数和放煤量的配合方式。1、多轮、分段、顺序、等量放煤 采面分23段；段内同时开启两个相邻放煤口；每次放1/21/3的顶煤；按顺序循环放煤，直至该段全部放完；再进行下一段放顶煤。优点：可使冒落煤岩分界面均匀下降，采出率高，含矸率低；充分利用放煤口面积，放煤快。缺点：要求操作水平高。适用：顶煤3m以上。2、多轮、间隔、顺序、等量放煤放煤口放煤顺序：先放1#、3#、5#、7#、，每次放1/21/3的顶煤；后放2#、4#、6#、8#、，每次放1/21/3的顶煤；反复两三轮。优点：可使冒落煤岩分界面均匀下降，采出率高，含矸率低。3、单轮、间隔、多口放煤
12、 先放1#、3#、5#、，放顶煤，见矸关口，留较大脊背煤；滞后一定距离放2#、4#、6#、，放出留下脊背煤中的一个椭球体。优点：操作简单，容易掌握；放顶效果好，丢煤少，少出矸。适用：广泛采用。4、单轮、顺序、多口、不等量放煤 先开4个口，分别开启面积为1、1/2、1/3、1/4，第一口放完后，依次开启后面的放煤口，但保持开启面积不变。较难控制，实际已不用。（四）端头放煤端头放煤工艺目前尚未完全解决，现普遍在上下端头各留24架不放顶煤。随着工作面输送机和支架的不断改进，使端头设备布置也不断更新。目前解决端头放煤的途径主要有以下三种：1.加大巷道断面尺寸，取消过渡支架；2. 在工作面使用短机头和短
13、机尾输送机或侧卸式输送机；3.采用带有高位放煤口端头支架，实现端头及两巷放顶煤。第五节 采煤系统分析一、回采巷道布置1、高瓦斯矿井通风沿煤层顶板多布置一条瓦斯排放巷或辅巷5，形成U+L型通风。2、减少煤炭损失回采巷道布置于底分层内，一般运输巷、回风巷和切眼沿煤层底板。采用无煤柱护巷技术。二、工作面长度及推进度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，以130200m为宜。高产高效工作面长度达200m，国内最长的工作面达270 m。2、工作面连续推进长度 一般大于8001000m，加中切眼后，已加大到 2000m以上。简易放顶煤工
14、作面的连续推进长度不应小于600 800m。三、煤炭损失率 国家规定：厚煤层采区采出率 75%。根据阳泉矿区统计，放顶煤工艺损失占采区煤炭损失的44%，居第一位，区段煤柱损失占33%。（一）放顶煤采面煤炭损失分析 1、初采损失率初采损失率，为防止顶板冲击支架， 开切眼放煤量往往控制在80%左右；采空区充填物高度约等于支架高度 。 2、末采损失率 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度的坡度，采面爬顶，停采线处顶板为岩层。适用：煤软。3、端头损失：端部23架不放顶煤，保护出口。此损失与采面长度成反比。4、采煤工艺损失：主要损失。（二）采煤工艺损失分析1、
