实用放顶煤开采技术

河北工程大学研究生课程论文报告共4页第1页课程名称：实用放顶煤开采技术课程编号：课程类型：学位课、非学位课考核方式：考试、考查学科专业：矿业工程年级：2016姓名：薛丁新学号：ZZ2016064河北工程大学20～20学年第学期研究生课程论文报告课程论文评语：成绩评阅教师签名评阅日期年月日提高放顶煤开采产量的技术应用厚煤层综合机械化长壁放顶煤开采方法是20世纪70－80年代出现、受到各主要产煤国广泛注意，并在中国首先成功推广使用的一种新采煤方法，适于5—20米厚的煤层一次全高开采。这种新采煤方法只在下部煤层中布置采煤工作面，上部煤炭则从支架上的窗口放出。它将原来厚煤层需分层多次才能采出的煤炭一次性采出，具有许多显著优点。欧洲在上个世纪80年代，放顶煤开采就得到很快发展，但还存在技术上的和其他一些原因，发展并不顺利。我国发展放顶煤技术大体和国外同步，80年代经历了很多技术上的挫折，直到90年代初，综合机械化放顶煤开采技术才取得初步成功。由于我国厚煤层资源丰富，占总储量的44.8%，因此放顶煤技术的研究和推广对我国煤炭工业的发展具有特别重要的意义。下面简单介绍一下如何提高放顶煤开采产量的方法。1、综放采场采放工序分析与合理年产量确定对综合机械化放顶煤采场放煤、割煤与移架工序进行详细分析的基础上，结合煤层条件与设备参数提出了综放工作面合理年产量的确定方法。割煤、放煤与移架是综合机械化放顶煤采场的主要工序。三个工序间不同配合构成了不同的综放生产工艺，并且有相应的合理年产量与之对应。显然，在既定煤层赋存条件与装备的情况下，工作面年产量的最大值有一个合理的范围，而且随着条件的改变这一范围也要发生相应的改变。此项研究通过分析工作面年产量的合理值范围，为优化组织综合机械化放顶煤开采工艺和工作面生产的科学管理提供了依据。主要研究结论如下：①在工作面既定的地质与设备条件下，因不同放煤方式引起的采放循环时间差决定了工作面年产量有较大的差异，因此在计算年产量之前必须根据回采率或煤质要求首先确定合理的放煤方式。②年产量计算结果应视为合理年产量最大值。实际生产中若产量过低，表明采放工艺未做到最佳配合、设备利用率低或开机率过低；若产量过高，则可能是推进速度过快导致部分放煤口未放煤或未按要求多轮放煤，产量提高是以回采率降低为代价换来的。例如，按前部输送机1800t/h最大能力割煤，后部不放煤，其它条件相同时仍可实现年产量522万t，然而工作面回采率仅有36.75%。据对比分析，合理的年产量为计算值80%～90%较为合理。③要提高合理的年产量，可改进设备参数、适当提高系统运输能力，尤其是前部输送机能力，同时加大工作面长度、减河北工程大学研究生课程论文报告共4页第2页少辅助生产时间；亦可优化放煤方式和方法，如采用电液阀自动控制放煤，可减少人工放煤开关口的时间差和架间放煤时间差，缩短循环时间。2、不同截深装备条件下综合机械化放顶煤开采工艺试验研究综合机械化放顶煤开采工艺由截深0.6m两刀一放到截深0.8m一刀一放或两刀一放，设备配套也由改制型到成套专用型，还与相关科研单位合作对相关技术进行系统研究攻关，从实践和理论方面丰富了采矿技术。在装备配套与工艺优化的基础上，围绕着工作面重型化、装备配套自动化和设备可靠性等方面进行探索，并且将电液控制系统应用到液压支架的控制系统，进一步提高了综合机械化放顶煤开采设备的装备水平和自动化程度。3、硬煤层综合机械化放顶煤开采工艺及参数优化针对一些煤体强度大及节理不发育或者顶煤中含矸煤层多，使综合机械化放顶煤开采工作面顶煤滞后冒落与产生大块堵住放煤口等情况，阳煤集团有限责任公司某矿采用“深孔预裂爆破技术”在回采前进行顶煤预裂，并且结合静压注水，加大了顶煤可放性，提高了顶煤回采率，进而减少了采空区的自然发火。通过深孔控制预裂爆破，使回采率由81.7%提高到89.1%。由于利用预裂爆破以后煤体裂隙发育的有利条件进行注水，使得煤体的含水率达到4.886%，比原来增加1.864%，达到了超前注水降尘的目的。理论分析和实践都充分证明，在坚硬煤层中进行深孔预裂爆破能够合理地利用炸药的爆炸能量和控制孔的导向与补偿作用，在爆破孔和控制孔之间形成了包括径向裂隙和环向裂隙交错的裂隙圈及次生裂隙圈在内的较大连通裂隙网，从而减低煤体的整体强度。通过实验室模拟试验，确定了对爆破裂隙产生影响的主要因素是孔间距L与爆破孔直径d的比值L/d、岩层应力σ和普氏系数f值等。在此项研究中，根据模拟数值确定的深孔预裂爆破参数，经过现场的工业性试验检验基本合理，证明模拟试验的结果对现场的试验具有理论指导意义。4、降低综合机械化放顶煤开采工作面的原煤灰分和含矸率采用综合机械化放顶煤开采以后，放出的原煤含矸石多、灰分高，对煤炭的质量影响较大。为此，根据煤层赋存条件的不同采取了多种方法，在通过地质构造和煤厚变化带的时候及时采取措施，有效地将原煤的灰分控制在21%～24%之间，使之成为质量过硬的优质煤。①完善管理制度，优化放煤工艺。首先是改进放煤工艺，针对以前架间漏矸过多的现象，将分段单轮顺序放煤改为多轮顺序放煤。重视放煤工作，严格禁止其他岗位工替代放煤。在地质条件正常的时候严禁割矸石，遇到地质构造比如断层时应及时采取相应的措施。②地质条件变化时采取的措施：调度室采用控制煤仓的方式来进行生产，充分地利用好工作面煤仓、采区煤仓和主井煤仓的调节作用，在工作面采场条件变化的时候，将受断层影响段的原煤与其它段的原煤分开提升，分别进行洗选。当通过较小的断层或者煤厚变薄带的时候，采用前、后部刮板输送机相互配合出煤的方法，即使用多量灰分低的原煤混合少量灰分高的原煤，合理地保证灰分在允许的范围之内。③加快设备的更新。安装ZZ-89A型在线煤炭灰分仪，由调度室负责使用，随时检测原煤灰分的变化，及时将灰分数据通过电话反馈到工作面，调整放煤的矸石混入量，降低灰分或者增加回收率；采用专用的放顶煤支架，主要有ZF4000-18/35型、ZFS6200-18/35型既能保证回收率又能保证灰分不超标。5、不稳定煤层放顶煤开采技术研究在综合机械化放顶煤开采实践中，对影响放顶煤的煤层厚度、夹矸层等因素进行了分析，提出了适合不稳定煤层开采的放煤工艺，对于相似条件下的煤层开采方法选择具有重要的参考价值。煤层赋存特点是厚度变化大、含有夹矸层、地质构造复杂，放顶煤对煤层厚度变化的适应性好，为这类煤层提供了一种有效的开采方法。为了寻找不稳定煤层的合理综合机械化放顶煤开采工艺，他们在理论和实验研究的基础上，又在某工作面的大、小采放比两个地段对放顶煤开采的不同工艺进行了现场试验。当煤层的厚度大于5m的时候，放煤步距为1.2m的间隔依次全量放煤方式河北工程大学研究生课程论文报告共4页第3页最好；在小采放比的情况下，一个推进步距放单号（或者双号）架、另外一个推进步距放双号（或者单号）架的间隔错步放煤方式最为理想，兼有1.2m和0.6m放煤步距的优点，避免了在一个工作面内因为煤层厚度不同需要调整放煤方式而带来的不便，可以在全工作面采用这种放煤方式。为了观测小采放比时的顶煤冒落特性，在煤层最大厚度为3.8m处设立观测站。工作面的割煤高度为2.8m，顶煤的最大高度为1.0m、最小为0.4m。在现场的观测中发现，虽然随着工作面的推进，顶煤能够比较好地冒落，但是顶煤的放出性与顶板的岩性有着很大的关系。当顶板的冒落块度远大于顶煤的冒落块度时，冒落顶煤具有较好的放出性；随着顶煤厚度的增加，其冒放性越来越好；当顶煤的厚度达到1.0m左右的时候，冒放效果处于正常状态。此项成果确定了煤层最大和最小临界厚度分别为13m和0.8M，为不稳定煤层的放顶煤开采提供了可供选择的范围。通过优化25°倾角松软煤层日产万吨综合机械化放顶煤开采工作面的回采工艺，为大倾角松软煤层综放工作面的回采提供了理论依据和实践依据。鉴于工作面倾角和仰角均较大，顶煤松软易冒落，采取如下措施加强顶板控制：①控制机采高度。机采的实际高度不仅对煤壁的稳定性有影响，而且也影响到顶煤的稳定性。由于机采高度的增加会使顶煤下位完整层的厚度减少，容易造成下位顶煤破坏漏顶，因此在回采过程中严格控制机采高度为2.5±0.1m。液压支架与松软煤层之间留有1m左右普氏硬度比较大的较硬煤层，有效地控制了顶煤的冒落。由于采高较低，尽量选用机身高度小的采煤机。该面所用的电牵引采煤机机身高度为2.3m，以保证采煤机在低采高处顺利通过。②控制初次放煤步距。初次放煤应在直接顶初次垮落后进行。过早放煤将使支架因顶煤冒落不能接顶失去前移支撑点，放煤过晚将增大顶煤损失。该面直接顶初次垮落步距为16～18m，工作面推进20m后开始放煤。6、综合机械化放顶煤开采工作面过断层技术研究与实践(1)首先要抓好顶板管理工作。由于构造区域煤层受断层影响，顶板不稳定破碎且矿压显现比较严重，为防止发生顶板事故，必须制定加强顶板管理的安全技术专项措施，并坚决落实和执行。严格控制工作面端面距，能超前拉架的全部拉出维护好顶板，拉架后端面距超0.5米的，煤帮采取支打单体帽柱临时支护措施；拉架时做好支架的调整，防止支架前倾后仰或错茬咬架等；乳化液泵站的压力必须保证达到30Mpa；支架接顶不好的要及时进行罗架木构顶等，根据现场情况也可采取打锚索维护顶板；另外对回进风两巷超前支护和端头维护也进行了加强支护，底板松软或为煤底板时，采用支柱穿鞋并拴好防倒绳。（2）构造岩石坚硬采取放炮法硬过前做好五方面准备工作。一是工作面全长铺设高压胶管每20米上一个三通，胶管与回进风的3寸风管连通，这样可保证工作面4台风钻同时作业；二是抽调开拓队组专业风钻打眼人员三班服务好回采队打眼工作，按回采队组挣工资；三是放炮区段把支架立柱用皮带包裹好，并备用好链条板木皮带等挡矸设施；四是生产溜刮板、E型螺栓、连接环、钻机、钻杆、钻头、电机、减速器等备品配件备在井下；五是通风部随生产班组配备1~2名专职有工作经验的放炮员。（3）每天掌握构造处煤岩变化情况，科学调整工作面推进方向和方法。由地质队负责每天到现场跟班实测，根据实际情况，及时提供工作面剖面和构造走势情况预测，矿、部、队三级管理人员根据情况变化讨论研究制定工作面推进方案。（4）过构造期间制定合理经济政策，充分调动职工的劳动积极性。出台日进度嘉奖政策，每日完成规定进度指标，给与施工队组一定奖励；队组在组织过构造工作中也相应出台了有关激励政策，比如，对三个生产班的割煤情况每旬进行一次排队，对完成好的班组进行奖励，这也极大地调动了职工的劳动积极性。（5）强化机电设备检修，杜绝机电事故发生，保证生产时间。回采队组在过构造期间，特别要加大生产溜、采煤机、皮带机等主要设备的检修力度，在定人、定岗、定考核的基础上，增加定期更换易损件任务，坚决杜绝在生产班发生机电事故，切实保证生产时间。机运部和经营部大力协作，密切配合，积极保证备件供应，为过构造提供有力保障。河北工程大学研究生课程论文报告共4页第4页由于实行了综合机械化放顶煤开采技术理论研究和生产实践并举的策略，在很短时间内达到了厚煤层安全、高产、高效开采的世界领先水平，成为我国建国以来煤炭工业依靠自己力量取得的最重要的标志性成果，也是我国对煤炭能源开发的一项重要贡献。