煤矿开采学第十三章--放顶煤采煤法.

太原理工大学-矿业工程学院煤矿开采学主讲人：李建忠Tel：13803403342E-mail：[e-mail]太原理工大学-矿业工程学院2019/12/222第一节基本特点及类型第二节放顶煤开采支护设备第三节矿压显现特点及顶煤破碎机理第四节放顶煤工艺特点第五节采煤系统分析第六节适用条件及评价第十三章放顶煤采煤法太原理工大学-矿业工程学院2019/12/223一、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太原理工大学-矿业工程学院2019/12/224二、综采放顶煤工作面设备布置6I12834剖面I-I749321C5BA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太原理工大学-矿业工程学院2019/12/225第四节放煤工艺特点太原理工大学-矿业工程学院2019/12/226三、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太原理工大学-矿业工程学院2019/12/227一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太原理工大学-矿业工程学院2019/12/228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太原理工大学-矿业工程学院2019/12/2291．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太原理工大学-矿业工程学院2019/12/2210二、放顶煤液压架分类第二节放顶煤开采支护设备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)太原理工大学-矿业工程学院2019/12/2211YFY2000-16/26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太原理工大学-矿业工程学院2019/12/22121．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太原理工大学-矿业工程学院2019/12/22132．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太原理工大学-矿业工程学院2019/12/2214FYS3000－19/28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太原理工大学-矿业工程学院2019/12/22153．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太原理工大学-矿业工程学院2019/12/2216FZ3000－15/30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．双输送机低位放顶煤支架太原理工大学-矿业工程学院2019/12/22174．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3~8m，煤层倾角25°。(2)工作面尺寸较小，断层较多，地质条件较为复杂的工作面。(3)边角煤或煤柱的开采，厚度不稳定的煤层，较薄厚煤层。第二节放顶煤开采支护设备太原理工大学-矿业工程学院2019/12/2218第三节矿压及顶煤破碎机理放顶煤开采时，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，可达煤层采出厚度的2.0～2.5倍，其中1.0～1.2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“砌体梁”式基本顶结构，如图，但其形成的位置远离采场。一、岩层活动及矿压显现特点太原理工大学-矿业工程学院2019/12/2219综采工作面顶板结构第三节矿压及顶煤破碎机理一、岩层活动及矿压显现特点太原理工大学-矿业工程学院2019/12/2220上位直接顶中可形式“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。由于松软顶煤的参与，综放支架阻力通常不大于分开采的支架阻力。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。第三节矿压及顶煤破碎机理一、岩层活动及矿压显现特点太原理工大学-矿业工程学院2019/12/22211、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，同时也是支架选型不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f〈3的煤层更适合放顶煤开采。第三节矿压及顶煤破碎机理二、顶煤破碎机理太原理工大学-矿业工程学院2019/12/22223、顶煤的破碎是支承压力、顶板运动及支架反复支撑共同作用的结果。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：N5、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。BL第三节矿压及顶煤破碎机理二、顶煤破碎机理太原理工大学-矿业工程学院2019/12/2223ABCD顶板破坏区--完整区ABCD破坏发展区裂隙发育区垮落破碎区第三节矿压及顶煤破碎机理太原理工大学-矿业工程学院2019/12/2224顶煤破坏过程：k=0.5k=2k=2.8ABCD86420-2-4abcABCD•完整区•在支承压力作用下，煤壁前方较远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。第三节矿压及顶煤破碎机理太原理工大学-矿业工程学院2019/12/2225破坏发展区受顶板回转作用，煤壁前方附近顶煤发生破坏，裂隙扩展，位移增大。k=0.5k=2k=2.8ABCD86420-2-4abcABCD第三节矿压及顶煤破碎机理太原理工大学-矿业工程学院2019/12/2226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。梁长顶煤破碎加剧，顶上易冒空。支架反复支撑的次数n与顶梁长度L及截深B有关。k=0.5k=2k=2.8ABCD86420-2-4abcABCDL=nB式中B=0.6m，n=37次顶煤强度小，节理发育，n取小值；反之，n取大值；第三节矿压及顶煤破碎机理太原理工大学-矿业工程学院2019/12/2227垮落破碎区顶煤完全破坏，失支连续性，在支架后方垮落放出。k=0.5k=2k=2.8ABCD86420-2-4abcABCD第三节矿压及顶煤破碎机理太原理工大学-矿业工程学院2019/12/2228椭球体放矿理论认为：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。Hh3124xyzyz1-放出椭球体，2-放出漏斗3-松动椭球体，4-移动漏斗一、顶煤放出规律1、椭球体放矿理论第四节放顶煤工艺特点太原理工大学-矿业工程学院2019/12/22292、放出椭球体参数设长轴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/2Hh3124yz第四节放顶煤工艺特点太原理工大学-矿业工程学院2019/12/22303、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。松动椭球体参数：松动椭球体高度为H，H=（2.22.6）hHh3124yz第四节放顶煤工艺特点太原理工大学-矿业工程学院2019/12/2231█第四节放顶煤工艺特点太原理工大学-矿业工程学院2019/12/2232二、放顶煤工作面的初采和末采放煤工艺1．放顶煤开采的初采、初放目前在大多数综放工作面，推出切顶巷和深孔爆破技术提高初采放出率。切顶巷技术是减少初采期间顶煤垮落步距和提高初采回收率的一种技术。其方法是在工作面开采前在切眼外上侧沿顶板开掘一条与切眼平行的辅助巷道，称为切顶巷。同时，在巷道的一帮打眼放炮，扩大切顶效果。第四节放煤工艺特点太原理