煤矿放顶煤开采技术.ppt

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 1 450 水平分段放顶煤 2 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5 68 载荷强度减小15 20 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 nBn 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 80 85 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 15 20 放煤损失 工艺损失 7 11 两端过渡支架及端头支架损失 1 5 4 5 初采 未采不放煤或少放煤损失 1 5 2 5 其他损失 3 4 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2 3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1 3风和2 3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 25 1 3m3 min 抽放瓦斯浓度为30 70 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