放頂煤采煤法

放頂煤采煤法：具有掘進(jìn)率低、效率高、適應(yīng)性強(qiáng)及易于實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)等明顯優(yōu)勢(shì),綜合機(jī)械化放頂煤工藝過(guò)程如下：在沿煤層或分段底部布置的綜采工作面中，采煤機(jī)割煤后,液壓支架及時(shí)支護(hù)并移到新的位置。推移工作面前部輸送機(jī)至煤幫。此后，操作后部輸送機(jī)專用千斤頂，將后部輸送機(jī)相應(yīng)前移。這樣，采過(guò)1-3刀后，按規(guī)定的放煤工藝要求，打開(kāi)放煤窗II,放出已破碎的煤炭，待放出煤炭中的砰石含量超過(guò)一定限度后，及時(shí)關(guān)閉放煤II,完成上述采放全部工序?yàn)橐粋€(gè)采煤工藝循環(huán)。放頂煤采煤法的幾種分類方法：1、 按采面工藝：炮采放頂煤開(kāi)采普采放頂煤開(kāi)采綜采放頂煤開(kāi)采2、 按液壓支架結(jié)構(gòu)類型及輸送機(jī)數(shù)目：?jiǎn)屋斔蜋C(jī)液壓支架（放頂煤開(kāi)采）雙輸送機(jī)液壓支架（放頂煤開(kāi)采）3、 按放煤口及其位置：高位放頂煤液壓支架（放頂煤開(kāi)采）中位放頂煤液壓支架（放頂煤開(kāi)采）低位放頂煤液壓支架（放頂煤開(kāi)采）4、 按回采巷道的布置方式：緩傾斜特厚煤層一次采全厚放頂煤開(kāi)采特點(diǎn)：沿煤層底板布置工作面，一次采出煤層的全部厚度。適用條件：該方法一般適用于厚度6?12m的緩傾斜厚煤層，是我國(guó)目前使用的主要方法。緩傾斜特厚煤層預(yù)采頂分層放頂煤開(kāi)采特點(diǎn)：首先將煤層頂板布置一個(gè)普通長(zhǎng)壁工作面（頂層開(kāi)采），而后沿底板布置放頂煤工作面，將兩個(gè)工作面之間的頂煤放出。適用條件：這樣方法一般適用于厚度大于12m,直接頂板堅(jiān)硬或煤層瓦斯含量高需要預(yù)先排放瓦斯的緩傾斜煤層。某些礦區(qū)由于己形成的開(kāi)采條件，需在頂分層己開(kāi)采的條件下進(jìn)行放頂煤層開(kāi)采,如兗州鮑店礦、徐州三河尖礦等已成功地進(jìn)行了下分層放頂煤開(kāi)采，并且取得了較好的效果。緩傾斜特厚煤層預(yù)采中分層放頂煤開(kāi)采特點(diǎn)：中分層采面只采中分層，上頂煤冒落不放，堆積于采空區(qū)。下分層采面：采底層煤，放頂煤?jiǎn)栴}：煤松易發(fā)火適用條件：厚度為8~12m的煤層緩傾斜特厚煤層傾斜分段放頂煤開(kāi)采特點(diǎn)：當(dāng)煤層厚度超過(guò)15m?20m以上時(shí)，可自煤層頂板至底板將煤層分為8~10m的分段，依次進(jìn)行放頂煤開(kāi)采適用條件：厚度大于15m的緩傾斜煤層。南斯拉夫曾用此方法開(kāi)采厚度為80~150m的褐煤層。急傾斜水平分段放頂煤開(kāi)采第二節(jié):放頂煤開(kāi)采的支護(hù)設(shè)備單輸送機(jī)高位放頂煤支架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：短托梁加內(nèi)伸縮梁及側(cè)護(hù)板優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定性好，運(yùn)輸系統(tǒng)簡(jiǎn)單，維護(hù)工作面量小；頂梁短，支撐力靠前；工作面端頭維護(hù)簡(jiǎn)單,易于管理。缺點(diǎn)：（1） 高位放頂煤支架通風(fēng)斷面小，放頂時(shí)煤塵大，工作面環(huán)境差；（2） 放煤II靠近煤壁，易引起頂煤切頂線前移，產(chǎn)生端面漏頂煤，使支架工作狀態(tài)惡化;（3） 放煤時(shí)工作面行人受阻，減少了安全出「1（4） 受運(yùn)輸能力限制，采、放不能同時(shí)平行作業(yè)（5） 支架底座插在輸送機(jī)下面，易增加輸送機(jī)故障，又抬高輸送機(jī)槽，使裝煤困難雙輸送機(jī)中位放頂煤支架支架優(yōu)點(diǎn)：支架穩(wěn)定性及密封性能好，后部輸送機(jī)放煤空間較大支架的缺點(diǎn)：支架后餃點(diǎn)較高，部分頂煤有可?能不能進(jìn)入后輸送機(jī)，造成煤損；放頂時(shí)煤塵較大，支架排浮煤砰不暢，需多人清理，輸送機(jī)頭的端頭部分維護(hù)較復(fù)雜。低位放頂煤支架主要優(yōu)點(diǎn)：頂梁較長(zhǎng)，支架的多次反復(fù)支撐卸載可使較穩(wěn)定的頂煤在礦山壓力作用下預(yù)先斷裂破碎，提高其可放性，后輸送機(jī)在底板上，無(wú)架間脊背煤損，提高煤炭采出率，浮煤砰容易排出，輸送機(jī)槽及推移千斤頂損壞少。放煤時(shí)煤塵小，工作面環(huán)境好。經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的四連桿支架強(qiáng)度大、穩(wěn)定性好，用于25°以下工作面時(shí)可靠性高。缺點(diǎn)：后部空間仍較小第三節(jié)：礦壓顯現(xiàn)特點(diǎn)及頂煤破碎機(jī)理巖層活動(dòng)及礦壓顯現(xiàn)：放頂煤開(kāi)采時(shí)，由于煤層一次采出厚度的增大，直接頂?shù)目迓涓叨瘸杀对黾樱蛇_(dá)煤層采出厚度的2.0~2.5倍，其中1.0?1.2倍范圍內(nèi)的直接頂為不規(guī)則垮落帶，而在上位直接頂中則可形成某種臨時(shí)性小的結(jié)構(gòu)，其活動(dòng)可對(duì)采場(chǎng)造成明顯的影響。綜放采場(chǎng)上方仍可形成穩(wěn)定的砌體梁式老頂結(jié)構(gòu)，但其形成的位置遠(yuǎn)離采場(chǎng)。由于直接頂垮落高度較大，在某些條件下，上位直接頂中可形成半拱式小結(jié)構(gòu)，并與其上的砌體梁結(jié)構(gòu)相結(jié)合，共同構(gòu)成綜放開(kāi)采覆巖結(jié)構(gòu)的基本形式。因而采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)不僅取決于上覆巖層的活動(dòng)，更主要地取決于頂煤及直接頂?shù)膭偠取Ｓ捎谒绍涰斆旱膮⑴c，緩和了支架和老頂之間的相互作用，因而支架阻力通常不大于分層開(kāi)采的支架阻力。這也是綜放開(kāi)采礦壓顯現(xiàn)的主要特點(diǎn)之一需要指出，上位直接頂半拱式結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)可■對(duì)采場(chǎng)造成來(lái)壓，即直接頂來(lái)壓。由于巖層的分層垮落性，幾乎所有綜放工作面都不同程度地出現(xiàn)直接頂?shù)某醮蝸?lái)壓，而是否出現(xiàn)直接頂周期來(lái)壓則取決于兩種結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系。于分層開(kāi)采相比，老頂初次來(lái)壓步距增大，一般可達(dá)50m以上；而由于應(yīng)力集中程度的提高和頂板超前破壞范闈的增大，老頂周期來(lái)壓步距相對(duì)減少，約為其初次來(lái)壓步距的三分之一。頂煤破碎機(jī)理：頂煤破碎經(jīng)歷了第一次破碎和第二次破碎兩個(gè)各階段頂煤第一次破碎：在支承壓力作用下，煤壁前方頂煤由彈性變形進(jìn)入塑性變形，產(chǎn)生位移并逐步破碎：此時(shí)處于三向應(yīng)力狀態(tài)，不冒落。頂煤第二次破碎：經(jīng)過(guò)第一次破碎的煤體進(jìn)入采空區(qū)上空時(shí)，經(jīng)過(guò)由高應(yīng)力區(qū)到低應(yīng)力區(qū)的應(yīng)力變化，釋放能量，加之支架的反復(fù)支撐，頂煤進(jìn)一步破碎，此現(xiàn)象稱為第二次破碎。煤層的采出必然造成煤壁前方的應(yīng)力集中，即形成支承壓力。隨著工作面的繼續(xù)推進(jìn)，頂煤又先后承受頂板和支架的作用。頂煤破碎時(shí)支承壓力、頂板活動(dòng)（回轉(zhuǎn)）及支架支撐共同作用的結(jié)果。其中支承壓力對(duì)頂煤具有預(yù)破壞作用，是頂煤實(shí)現(xiàn)破碎的關(guān)鍵；頂板回轉(zhuǎn)對(duì)頂煤的再破壞作用使頂煤進(jìn)一步破碎，但它是以支承壓力的破煤作用為前提,而支架對(duì)下位2~3m范圍的頂煤較為明顯。頂煤破碎技術(shù)措施：（1） 支承一一卸載作用支架對(duì)頂煤反復(fù)支撐的次數(shù)n與頂梁長(zhǎng)度L和截深有關(guān)，其關(guān)系式為：L=iiBm式中取B=0.6m,n=3?7.頂煤強(qiáng)度小或節(jié)理、層理發(fā)育時(shí)，應(yīng)取小值，頂梁宜短；相反，取大值，頂梁宜長(zhǎng)。頂梁長(zhǎng)度過(guò)短，對(duì)頂煤破碎不利：而頂梁過(guò)長(zhǎng)，將使頂煤破碎加劇，易出現(xiàn)架前或架上冒空現(xiàn)象，并增大煤炭損失。（2） 高壓注水深孔高壓注水鉆孔布置對(duì)于層理不發(fā)育、整體性強(qiáng)的高硬煤可采用水力壓裂法預(yù)松媒體。水力壓裂法時(shí)通過(guò)上、下區(qū)段平巷預(yù)先向頂煤區(qū)鉆孔注入壓力為5?15Mpa的壓力水，其作用時(shí)使原有裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展和發(fā)育，以及使煤軟化，有利于礦壓破煤。此外，還可以使頂煤濕潤(rùn)，降低放煤過(guò)程中產(chǎn)生的煤塵量。

A-A A'L^lA-A A'L-工作面長(zhǎng)度h四層厚度頂煤破壞分區(qū)：據(jù)頂煤的變形和破壞發(fā)展規(guī)律，沿推進(jìn)方向可將頂煤分為如下圖的四個(gè)破壞區(qū)，依次為完整區(qū)、破壞發(fā)展區(qū)、裂隙發(fā)育區(qū)和垮落破碎區(qū)。各區(qū)的破壞特征和范圍與實(shí)測(cè)結(jié)果時(shí)非常吻合的。由于工作面的移動(dòng)特性，頂煤將順次經(jīng)過(guò)以上四個(gè)區(qū)，破壞逐漸發(fā)展，直到完全破碎而由放煤【I放出。A—完整區(qū)B—破壞發(fā)辰■區(qū)C一聚隙發(fā)肓區(qū)D—絡(luò)落破碎區(qū)a…變形分布b■?■拉伸破壞分布

c…醇切破壞分布(a)(a)實(shí)測(cè)結(jié)果(b)理論分析結(jié)果放頂煤工藝主要包括初末放煤工藝、放煤步距、放煤方式和端頭放煤等幾個(gè)問(wèn)題初采和末采放煤工藝：為防止頂板垮落對(duì)采煤工作面造成的威脅，通常采取初采推進(jìn)10~20m不放頂煤，但實(shí)踐證明這個(gè)措施的實(shí)際意義并不大。事實(shí)上，目前在大多數(shù)綜放工作面，推出切眼后即做到及時(shí)放煤，這不僅有效的提高了煤炭的采出率，而且對(duì)頂煤的冒落也是有利的。第五節(jié)采煤系統(tǒng)分析呆區(qū)運(yùn)輸上山呆區(qū)運(yùn)輸上山煤層回風(fēng)上山運(yùn)家平畚回風(fēng)平卷瓦斯律放巷開(kāi)切眼聯(lián)絡(luò)鑰卷煤倉(cāng)風(fēng)門(mén)工作面長(zhǎng)度及推進(jìn)長(zhǎng)度：放頂煤工作面長(zhǎng)度的確定應(yīng)主要考慮頂煤破碎、頂煤放出和減少煤炭損失三個(gè)引述的影響合理的工作面長(zhǎng)度應(yīng)是在一個(gè)生產(chǎn)班內(nèi)能將工作面內(nèi)的頂煤全部放完。據(jù)此原則，工作面長(zhǎng)度可由下式表示：L=nTBn/tL一一工作面長(zhǎng)度n 同時(shí)放煤支架數(shù)t一一每架支架放煤所需時(shí)間，min；B一一支架寬度，m；T——每班工作時(shí)間，nunQ一一每班工作時(shí)間利用率t與頂煤厚度有關(guān)，隨著放煤量增多，其值也增大，參數(shù)n取決于放煤效果和輸送機(jī)的能力,目前一般應(yīng)小于3.綜采放頂煤工作面的連續(xù)推進(jìn)長(zhǎng)度一般不宜小于800-1000mo除考慮工作面搬遷因數(shù)外，還應(yīng)考慮減少工作面初末采時(shí)煤炭損失所占比例。工作面連續(xù)推進(jìn)距離越長(zhǎng)，煤損會(huì)越小。事實(shí)上，目前兗州礦區(qū)綜放工作面的連續(xù)推進(jìn)長(zhǎng)度多在2000m左右。煤炭采出率：國(guó)家規(guī)定：厚及特厚煤層的采取煤炭采出率不得低于75%o采區(qū)內(nèi)的煤炭損失可分為工作面外和工作面內(nèi)的兩部分。（一）工作面煤炭損失分析（1） 初采損失率為了促進(jìn)直接頂及時(shí)冒落，自開(kāi)切眼始就應(yīng)及時(shí)放出頂煤，但在某些頂板條件下，為防止支架受沖擊而控制頂煤放出量。即使不采取人為留頂煤，切眼上方鋪設(shè)金屬網(wǎng)時(shí)仍然難以使頂煤全部放出。（2） 末采損失率：為了安全撤出綜采設(shè)備，通常采取提前鋪網(wǎng)或向頂板爬坡的工作面受作方式，但是無(wú)論采取何種方式，都不可能避免地造成部分煤炭損失（3） 端頭損失率為了維護(hù)工作面兩端出II,兩端不放頂煤造成的損失。可■見(jiàn)，這部分損失隨頂煤厚度的增加而增大，隨工作面長(zhǎng)度的增加而相對(duì)減少。（4） 采放工藝的損失通常卜?部機(jī)采工作面的煤炭損失率不超過(guò)5%,主要時(shí)由采煤工藝造成的第六節(jié)放頂煤開(kāi)采的適用條件和評(píng)價(jià)（1） 單產(chǎn)高。工作面內(nèi)具有多個(gè)出煤點(diǎn)，而且在工作面內(nèi)可實(shí)行分段平行作業(yè)，即在不同地段采煤和放煤同時(shí)進(jìn)行，因而易于實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)。（2） 效率高。由于放頂煤工作面一次采取厚度大、生產(chǎn)集中，放煤工藝勞動(dòng)量小以及出煤點(diǎn)增多等原因，其生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效率大幅度提高，目前許多綜放工作面的效率達(dá)到100U工以上。（3） 成本低。放頂煤采煤法比分層開(kāi)采減少了分層數(shù)目和鋪網(wǎng)工序。由此節(jié)省了鋪網(wǎng)的費(fèi)用，此外，其他材料費(fèi)、電力消耗、工資費(fèi)用等也都相應(yīng)減少（4） 巷道掘進(jìn)量小。掘進(jìn)率和巷道維護(hù)費(fèi)用減少，便于采掘接替（5） 減少了搬家倒面次數(shù)，節(jié)省了采煤工作面的安裝和搬遷次數(shù)。根據(jù)煤層厚度的不同,可減少1~3次工作面的安裝和搬遷。（6） 對(duì)煤層厚度變化及地質(zhì)構(gòu)造的適應(yīng)性強(qiáng)缺點(diǎn)：（1） 煤損多在目前的技術(shù)水平條件下，放頂煤開(kāi)采的工作面煤炭采出率一般比分層開(kāi)采低于10%左右,及時(shí)采用了無(wú)煤柱護(hù)巷技術(shù)，初采和末采損失和工藝損失仍將存在，故煤損較多（2） 易發(fā)火由于煤損多，在回采期間采空區(qū)就有可能發(fā)生自燃。因此，有效地防止自燃時(shí)放頂煤開(kāi)采成敗的又一關(guān)鍵。實(shí)踐表明，除黃泥灌漿、提高工作面推進(jìn)速度外再及時(shí)噴注阻化劑，向采空區(qū)注入氮?dú)?，能有效地阻止采空區(qū)發(fā)火。但這將增加輔助工藝過(guò)程及其費(fèi)用。（3） 煤塵大放頂煤工作面，采煤機(jī)割煤、支架操作時(shí)的架間漏煤及放煤及均為粉塵的來(lái)源。因此除在放煤窗II設(shè)噴霧裝置外，還可采用煤體預(yù)注水濕潤(rùn)煤層的方法，并盡可能應(yīng)用抵扣放頂煤支架。近年來(lái)，兗州礦區(qū)鮑店煤礦和東灘礦先后試驗(yàn)了負(fù)壓二次降塵和機(jī)載泵高壓噴霧降塵，取得了滿意的效果，若配合煤體預(yù)注水，將可有效解決綜放工作面的粉塵。（4） 瓦斯易聚集與分層開(kāi)采相比，放頂煤開(kāi)采的產(chǎn)量集中，瓦斯散發(fā)面大，采空區(qū)高度大，易于積聚。特別在高瓦斯礦井，瓦斯涌出量會(huì)更大，頂板冒落時(shí)，使采空區(qū)的瓦斯涌出入工作面，易超限。瓦斯抽放，必要時(shí)可預(yù)采頂分層進(jìn)行抽放改變通風(fēng)系統(tǒng)，將“U”型通風(fēng)改為“U+L”型通風(fēng)合理配風(fēng)，保證風(fēng)量，同時(shí)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)手段及生產(chǎn)技術(shù)管理，嚴(yán)格防止瓦斯事故的發(fā)生目前綜放開(kāi)采瓦斯治理所面臨的主要問(wèn)題是：瓦斯抽放技術(shù)及效果的提高、上隅角瓦斯積聚的治理和可靠的瓦斯監(jiān)測(cè)手段。適用條件：（1） 煤層厚度：一般認(rèn)為一次采出的煤層厚度為6~10m為佳。頂煤厚度過(guò)小易于超前冒頂，增大含砰率：煤層太厚破壞不充分，會(huì)降低采出率。預(yù)采頂分層綜放開(kāi)采時(shí)，最小厚度為7~8m（2） 煤層硬度：頂煤破碎主要依靠頂板巖層的壓力，其次時(shí)支架的反復(fù)支撐作用。因此，放頂煤開(kāi)采時(shí)，煤的堅(jiān)固性系數(shù)一般應(yīng)小于3。若煤層層理、節(jié)理發(fā)育，可適當(dāng)增大，但一次開(kāi)采的厚度也不宜過(guò)大。（3） 煤層傾角緩斜煤層采用放頂煤開(kāi)采時(shí)，煤層傾角不宜過(guò)大，否則支架的倒滑問(wèn)題會(huì)給開(kāi)采造成困難。（4） 煤層結(jié)構(gòu)煤層中含有堅(jiān)硬夾砰會(huì)影響頂煤的放落。或者因放落大塊夾砰堵住放煤II。因此每一