采矿学-第十一章长壁放顶煤采煤法

第十一章长壁放顶煤采煤法第一节厚煤层长壁放顶煤采煤法类型和采煤系统一、长壁放顶煤采煤法长壁放顶煤采煤法：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。放顶煤采煤工艺基本特点：1、采面采煤：同综采、普采、炮采。2、增加了放顶煤工序。3、采煤循环—完成采、放全部工序过程。放顶煤采煤工艺基本特点：放顶煤采煤的基本类型•按采煤工艺分：综采放顶煤普采放顶煤炮采放顶煤滑移顶梁液压支架铺顶网单体液压支柱配Π型钢梁铺顶网简易放顶煤技术简易放顶煤技术简易放顶煤技术综采放顶煤采煤的基本类型•按综采工作面放顶煤工作面输送机数目分：单输送机双输送机•按放顶煤液压支架放煤囗及位置分：高位放顶煤液压支架中位放顶煤液压支架低位放顶煤液压支架放顶煤液压支架类型高位放顶煤单输送机液压支架（平顶山、辽源、潞安）图7-3YFY3000—16/26型放顶煤液压支架290～330(3125～4025)3125～3550(1605)1175～2075(2105)14502590(2450)146060063047286140101600～2600409006035Ф1250煤尘大、采放不能平行作业、回收率低放顶煤液压支架类型中位放顶煤双输送机液压支架（阳泉、乌鲁木齐、抚顺）后输送机铺在液压支架的底座上。图7-4FYS3000-19/28型放顶煤支架1900-2800123456789101112132900单位：mm2567煤尘较小、采放可平行作业、回收率较高，后部空间小放顶煤液压支架类型低位放顶煤双输送机液压支架（兖州、鹤壁、晋城）后输送机铺在底板上，煤尘小，煤损少，应用多123456712111098放顶煤液压支架类型低位放顶煤双输送机液压支架低位放顶煤双输送机液压支架工作面放顶煤采煤的基本类型•按回采巷道的布置方式，分：1）缓倾斜特厚煤层一次采全高放顶煤采煤法特点：（1）采面采高：h1=2.03.0m（2）放顶煤高度：h2=(13)h1适用：M4.5m，M1214m(a)实例：平一矿M=78m，煤f=1.51.8,发火期46个月,低沼矿直接顶：35m泥岩基本顶：18.5m中粒砂岩底板：1.86m泥岩实例：平一矿实例：平一矿放顶煤采煤的基本类型2）缓倾斜特厚煤层预采顶分层（网下）放顶煤采煤法特点：（1）顶层，23m，只采不放；铺网。（2）下层采面：采、放。适用：1214m煤层。(b)放顶煤采煤的基本类型鹤壁六矿预采顶分层（网下）放顶煤采煤法放顶煤采煤的基本类型3）缓倾斜特厚煤层多次（倾斜分层）放顶煤采煤法(c)特厚煤层多次（倾斜分层）放顶煤特点：•将厚煤层分为若干分层，H1=H2大于68m，一般10m；•自上而下依次回采各分层，采放；•以下各分层均采、放；•工艺—多用综放。适用：M12m例如：南斯拉夫维林基矿开采了厚80150m的褐煤我国石炭井矿区开采厚20m以上的煤层(c)放顶煤采煤的基本类型4）缓倾斜特厚煤层预采中分层放顶煤采煤法()预采中分层放顶煤特点：•中分层布置采面：采中分层，该面上部顶煤冒落，不放，堆积于采空区。•下分层采面：采底层煤，放顶煤。问题：煤层松碎易发火。适用：812m煤层。()二、一次采全厚放顶煤采煤系统1采煤机；2前输送机；3放顶煤液压支架；4后输送机；5平巷胶带输送机；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待放出松散煤体6I12834剖面I-I749321C5BA10（一）回采巷道布置1、回采巷道布置于底部，一般运输巷、回风巷和切眼沿煤层底板。瓦斯增多后沿煤层顶板多布置一条瓦斯排放巷或辅巷。辅巷—注水；放震动炮；冲淡CH4适用：高沼矿、煤硬，f3（二）生产系统l运煤l运料l通风AA5A43987215463A（三）主要参数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时，顶煤不能充分破碎，放煤难。工作面长度的主要影响因素2）原则：一个班内要将顶煤放完一个班内将顶煤放完为原则确定的工作面长度BtTnl式中：l—采面长度，m；n—同时放煤的支架数，n3；T—每班工作时间，min；t—每架支架放煤所需时间，min；B—支架宽，m；—班工作时间利用率。T、B、n—视为常数。工作面长度计算实例：阳泉一矿：M=6.5m，顶煤4m，平均每架放煤t=57min，取n=2，B=1.6m,T.=5h得：l=135190m平一矿：M=79m，顶煤56m，t=8min,T.=5h则:l=96m。实际采面长87m。工作面长度一般工作面长度150m，高产高效工作面长度达200m，国内最长的工作面达270m。兴隆庄：302m，济三矿：280m，东滩矿：200m2、工作面连续推进长度一般大于1000m，加中切眼后，已加大到2000m以上。简易放顶煤工作面的连续推进长度不应小于600800m。加大工作面长度，可减少搬家次数，减少初采和末采损失其它煤层厚度：一次采出厚度以5～12m为佳顶煤厚度过小架前易超前冒顶，增大含矸率。煤层太厚将使顶煤破碎不充分。3、其它机采高度：支架的稳定性、通风断面一般重型支架放顶煤面采高在2.5m，煤质中硬以上，采高可达2.8～3.0m。机采高度增加，有利于通风和顶煤充分破碎，不利于防止片帮增加支架重量其它采放比：机采高度与放顶煤厚度之比理想的状态是所放顶煤充分松散后增加的高度等于底层工作面的采高。国内采放比在1：2.6～6.5其它工作面推进方向以沿走向或俯斜向下推进为佳仰斜推进时，上仰角最好小于5°片帮、超前冒顶，煤放入的位置第二节综采放顶煤矿压显现及顶煤破碎放出规律一、综采放顶煤矿压显现规律•矿山压力比想象的缓和•周期来压不明显•支架载荷没有随采厚加大而大副度增加•支架的工作阻力多未达到额定工作阻力•开采引起的支承压力对两巷的影响距离增加，影响程度降低。二、顶煤破碎和放出规律（一）顶煤破碎和影响因素实体煤—破碎煤块—放煤口支承压力+顶板回转+支架作用6I12834剖面I-I749321C5BA顶煤破坏过程：•初始破坏区支承压力作用煤壁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和岩性有关k=0.5k=2k=2.8ABCD86420-2-4abcABCD顶煤破坏过程破坏发展区顶板回转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顶煤破坏过程：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；顶煤破坏过程：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（三）顶煤放出规律1、椭球体放矿理论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；放矿椭球体表面上的颗粒将大体同时到达放煤口。放矿过程形成的椭球体叫放出椭球体停止扩展而最终形成的椭球体叫松动椭球体Hh3124xyzyz1-放出椭球体，2-放出漏斗3-松动椭球体，4-移动漏斗2、放出椭球体参数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/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l2b1时，脊背煤损失大l越大，损失越大2b111222b1ll(a)(b)放煤口间距当l2b1时脊煤损失小，煤矸石混杂2b112l(c)支架选取后，支架的放煤口宽度是确定的，但放煤步距是人为可变的，要尽可能多放出煤，减少煤损，又不增加混矸第三节综采放顶煤工艺特点一、放顶煤工艺特点割煤、移架、推前刮板输送机、放煤、拉后刮板输送机•割煤：双向割煤，端头自开缺口斜切进刀，斜切进刀长度不小于30m，截深0.8m。移架：及时支护方式，移架滞后煤机后滚筒3～9m，追机作业。放顶煤工艺过程推前溜：在移架后顺序推移前部运输机，滞后移架10～15m左右，其弯曲段长度不得小于30m，推移步距为0.8m，严禁相向操作。推溜后溜子必须保持平、直。放顶煤工艺过程放煤：采用多轮顺序放煤，一刀一放，采放平行作业。见顶板矸石占放出物的1/3时停止放煤。若遇到大块煤不易放出时，可反复伸缩插板，小幅度上下摆动尾梁，使顶煤破碎后顺利放出。放煤结束后应关好放煤口，并确保过煤高度不小于500mm，放煤与移架间距不小于20m。放顶煤工艺过程拉后溜：后溜在放完顶煤后拉移，拉移步距为0.8m，必须依次顺序进行，严禁相向操作，后部运输机拉移滞后放煤架10～15m，并确保弯曲段不小于30m，确保拉移到位。综采放顶煤工艺特点（一）初末采放煤工艺初采放煤工艺初期：初采推进1020m不放煤（煤损多）现在：多数工作面从开切眼处放煤措施：让顶煤和顶板垮落综采放顶煤工艺特点（一）初末采放煤工艺末采放煤工艺初期：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、停止放煤措施：选择合理的停采线位置，以利于撤面防止后方矸石窜入（二）放煤步距（循环放煤步距）1、放煤步距（循环放煤步距）在工作面推进方向上，前后两次放顶煤之间工作面推进的距离。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。放煤步距（循环放煤步距）l(a)(b)(c)放煤步距大，顶煤放不出，煤损大；放煤步距小，煤矸混杂，煤质差。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，顶煤损失部分放煤步距（循环放煤步距）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，（顶煤厚度较大）阳泉一矿实则：放煤步距、采出率和含矸率的关系放煤步距(m)采出率(%)含矸率(%)备注0.50.6打开放煤口即有矸石混杂1.01.286.511.451.51.872.9312.272.02.470.4816.99我国放煤步距经验公式L=(0.15～0.21)hh-放煤高度（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23段；段内同时开启两个相邻放煤口；每次放1/21/3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。或是各段平行作业。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。缺点：要求操作水平高，放煤速度慢。适用：顶煤3m以上。放煤方式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1/21/3的顶煤；后放2#、4#、6#、8#、、、、、、、、每次放1/21/3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；放煤速度慢，丢煤少。3、单轮、间隔、多口放煤先放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，放煤快。适用：广泛采用。6543217放煤方式（四）煤炭损失国家规定：厚煤层采区采出率75%。采区煤炭损失：1）护巷煤柱损失2）采面的回采损失（初采、终