煤矿放顶煤开采技术

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,顶 煤 开 采 技术,河南理工大学 李化敏 教授,放顶煤开采的概念及分类,我国放顶煤开采的发展历程,矿压显现特征及顶煤破碎机理,放煤规律与放煤方式,放顶煤工作面劳动组织,放顶煤开采的瓦斯问题,防火问题,防尘,报告内容：,厚煤层开采方法主要有两种,：,分层开采法,将厚煤层分成 2-3m一个分层，逐层布置,采煤工作面进行开采的方法。,放顶煤开采法,在厚煤层中沿煤层（或分段）,底部,布置一个采高2-3m的长壁工作面，用,常规方法,进行回采，利用矿山压力或辅以人工松动方法，使,支架上方的顶煤,破碎成散体后,由支架后方放出,，并经由运输机运出工作面（如图7-1）。,1 概念及分类,1.2 放顶煤开采法分类,按倾角分：,1),45,0,，水平分段放顶煤；,2),35,0,，长壁放顶煤,按分层分：,1)一次采全厚：8m；,按设备分：,1)综放开采：,单运输机高位放顶煤支架；,双运输机中位放顶煤支架；,双运输机低位放顶煤支架。,2)简易支架放顶煤：,滑移支架，悬移支架；,单体支柱绞接顶梁、型梁放顶煤。,2 我国放顶煤开采的发展过程,发展大体可分为三个阶段,第一阶段,摸索阶段,1990,年以前,(1984,1990),第二阶段,逐步成熟阶段,1990,1995,年,第三阶段,推广阶段,1996,年现在,第一阶段,摸索阶段,放顶煤开采技术是在原苏联、波兰、匈牙利、南斯拉夫等在放顶煤方面研究的基础上，1964年在法国（布朗齐矿区）试验成功，我国82年通过可行性研究和技术经济论证，84年第一套综放支架在沈阳的浦河下井，85年通过煤炭工业部组织的评议，并获得肯定。,主要特点：,放顶煤开采的潜在技术经济优势被认识；,暴露出了瓦斯、火、煤尘、回采率等问题；,提出了顶煤破碎及放出规律、矿压等科学问题。,阶段结束的标志：,90年阳泉一矿月产超过14万t，证明了综放开采能 实现高产高效。,第一阶段产量不高的主要原因,技术不过关,支架不过关：,主要是抄袭国外架型，略加修改。高、中、低百花齐放，由于没有实现高产，几年搞了20多种都不理想，但介绍法国的中位放煤效果较好，其次是高位放煤支架。,工艺及安全技术不过关：,工艺（建立在对放煤机理及矿压规律认识基础上的工艺技术）、配套技术装备、,瓦斯、火、煤尘、回采率,以及矿压问题等,第二阶段,逐步成熟阶段,结束标志是：,1),综放开采设备有了突破，潞安的支架；,2)实现了高产，,兴隆庄矿年产,300,万,t/a,；,3),难采煤层有了突破。,标志说明当时放顶煤开采技术形成了两条战线：,（1）,条件好的产量更高；,（2）,难采煤层技术有突破。,“难采”煤层：三软煤层：如郑州、轩岗。,倾角较大煤层：如乌兰；,一些高瓦斯矿井：如轩岗刘家梁、唐山。,第三阶段 推广阶段 1996年今,放顶煤开采产量更高，,兖州东滩矿工作面年产超过,500,万,t,a，工效,235t,工。,难采煤层产量有了大幅度提高，,超化年产超过,150,万,t,a,。,工艺、技术装备、,瓦斯、火、煤尘、回采率,以及矿压问题等放顶煤开采技术的研究,有了重大进展发展。,3 矿压显现特点及顶煤破碎机理,3.1 工作面矿压显现特点,按传统矿压理论，放顶煤开采的一次采出厚度明显增大，采场矿压将明显增大，支架载荷将成数倍增长，动载(周期来压)显现也将严重。但放顶煤开采实践表明情况并非如此。,放顶煤整层开采的矿压显现往往并,不比分层开采,(采厚相差若干倍),更强烈,。,(1)尽管放顶煤开采的一次采出厚度比分层开采大，,支架载荷减小了568，载荷强度减小1520。,由此，可以认为，,综放开采的支架载荷和一次采出厚度,没有,确定的关系；,工作面支架,动载,不强烈，动载系数一般都低于采用分层开采的顶分层，,表明,上位顶板岩梁的运动(周期来压)对支架的影响有明显地缓和或者没有影响,。,反映周期来压显现的影响减小,。,（2）凡是,支架设计(额定)工作阻力,高,的综放工作面，支架实际载荷就比较较,大,，,顶煤强度高的工作面，支架实际载荷高，松软工作面的实际支架载荷低。,表明,工作面支架载荷并不取决于一次采出厚度；,多数情况下，四柱式综放支架,前柱,平均工作阻力,大于后柱,平均工作阻力，表明,支架的载荷重心更靠近煤壁。,（3）端面冒顶增加了。,3.2 顶煤破碎机理,放顶煤开采技术的核心是,顶煤的有效放出,，而,顶煤的破碎是前提。,矿山压力、支架往复支撑作用是破煤的,动力,，,其中，,矿山压力作用是主导作用。,支架往复支撑过程其实质是对顶煤的多次的加卸载过程。,往复支撑次数n为：,L=n B,n=L/B,式中 L支架长度，m；,B循环进度，m.,四、放煤规律和放煤方式,散体运动原理,放煤的过程是散体运动过程，最大的特点：,椭球体,漏斗的发展,椭球体发展原则,1),同时到达的原则,2),按比例运动的原则,漏斗最主要反映下降速度和方向,1),中间快，两边慢；,2),向中间运动。,四、放煤规律和放煤方式,四、放煤规律和放煤方式,放煤方式,为减少混矸，提高回收率，必须保持和控制煤岩分界面，必须有规律的顺序放煤。,放煤方式,：,单轮、多轮、顺序、间隔、协调。,放煤步距,：,一刀一放、二刀一放、三刀一放。,平煤集团学术报告,四、放煤规律和放煤方式（,回收率）,当前放顶煤回收率情况,工作面回收率：,8085,采 区回收率：,无煤柱75左右，留煤柱则低于75,。,工作面煤炭损失构成：,总损失：1520,放煤损失(工艺损失)：711,两端过渡支架及端头支架损失：1.54.5,初采、未采不放煤或少放煤损失：1.52.5,其他损失：34,提高回收率方法,减少放煤(工艺)损失,选择适当的放煤方式和参数，加强放煤管理(经济和监督上)。,减少两端损失,改善过渡支架和端头支架的放煤功能,。,减少初采、末采损失,要经过试验，根据不同顶煤板情况，在保证安全的条 件下，逐步减少不放煤和少放煤的距离。,减少其它损失,扩大采区尺寸可以相对减少煤炭损失；,无煤柱开采是使采区回收率达到国家规定75的主要措施。,五、综放工作面循环劳动组织,实现全厚同时出煤,即实现采煤和放煤平行作业。(放顶煤的初衷)；,实行工作面内多点出煤,(采煤机出煤为单点出煤)。,放煤实现多口出煤,，但受后部输送机能力所限，同时放煤口一般不应超过23个。放煤和采煤应错开一定距离,（典型的两刀一放的循环作业图表见图）,两刀一放平行作业循环作业图表,大倾角综放开采工作面正常生产的原则,（,四个由下向上,）,1)采煤机由下向上割煤，返回时空刀；,2)移架由下向上，保持下部固定好的支架作为移动架的导向轨：,3)推移运输机由下向上，每次移动消除一部分下滑；,4)放煤由下往上，减少对煤矸分界面的扰动，采放错开一定距离，实现一刀一放、平行作业。,瓦斯涌出规律和特点,绝对瓦斯涌出量成倍增加。,上临近煤层的瓦斯涌出量成倍增加,。,采空区瓦斯涌出量成倍增加。,局部瓦斯聚集加剧；,瓦斯涌出和分布不均衡。,六、放顶煤开采的瓦斯问题,工作面瓦斯积聚情况,隅角附近瓦斯集聚,瓦斯治理方法,抽放瓦斯,应作为是一道正常的工序，全程抽瓦斯，贯彻始终。,预抽：,分采前抽，穿层抽，层内掘巷抽(排)，巷排十钻孔抽，,透气性好的煤层效果好,。,边采边抽：,利用裂隙和卸压区抽煤壁前方瓦斯，采空区抽后方瓦斯。,采后抽：,埋管，长钻孔，高抽巷等,。,瓦斯处理方法,（排）,上隅角是风排瓦斯重点可采用风排方法处理。,特厚煤层(8m)可用E型瓦斯排放巷，风量计算按排放巷排出13风和23瓦斯考虑。,较薄厚煤层，只能用高抽巷(随采随废，高浓度)或用高抽钻，经过试验，确定参数(数量、高度、排列、负压、流量),不用尾巷，用尾巷害处：漏风，造成自燃，有时无征兆；丢煤多。,若瓦斯浓度再高，只能限产，以风定产。,淮南谢桥高瓦斯矿井瓦斯治理方法,钻孔预抽。在回采前以工作面上下风巷沿煤层倾向打长距离钻孔(如图)，钻孔间距10m，钻孔深75m，孔径73mm，共施工钻孔258个，其中上风巷钻孔128个，下风巷钻孔130个。,边采边抽。在工作面回采期间因工作面前方的应力集中带造成煤体破坏而卸压，钻孔瓦斯涌出量会增加，所以回采过程中，利用预抽钻孔进行边采边抽，利用风巷抽排瓦斯效果很好。,采空区瓦斯抽排,。采用顶板纵向长钻孔抽放采空区瓦斯。在工作面上风巷下帮每隔180m设一个钻窝施工4个不同倾角的钻孔(见上图)，终孔高度距底板控制在45m左右(见下图)，钻孔采用黄泥木塞封孔，孔口用砂浆封孔，封孔深度5m。采用上述措施后，抽放效果显著，平均每孔流量达1.251.3m3min，抽放瓦斯浓度为3070，总抽放量占瓦斯涌出量的10。,七、防火,综放易发火位置如图,当推进速度超过,30m,月时，采空区不发火，一般实际进度,60m,月，发火问题不大。,工作面易发火的位置主要是：,1),巷道,(,包括切眼,),；,2),停采线；,3),沿空巷一侧。,防火措施,巷道防火：,壁后充填或喷浆、锚杆加喷浆；,停采线防火：,顶板注阻化剂，采空区洒阻化剂及灌浆；,沿空巷侧防火：,最有效是注浆,(,黄泥,),充填空隙；,注氮有效，但成本高,八、防尘,防尘措施,注水：,效果好，需充分利用裂隙；,喷雾：,是基本技术，目前自动邻架操作均过,关，重点在放煤和移架；,研究方向：,吸尘技术、添加剂、喷咀防堵。,谢 谢 ！,