放頂煤開采技術課件

　　頂 煤 開 采 技術

　　河南理工大學 李化敏 教授

　　1 概念及分類

　　厚煤層開采方法主要有兩種：

　　分層開采法—將厚煤層分成 2-3m一個分層，逐層布置

　　采煤工作麵進行開采的方法。

　　放頂煤開采法—在厚煤層中沿煤層(或分段)底部布置一個采高2-3m的長壁工作麵，用常規方法進行回采，利用礦山壓力或輔以人工鬆動方法，使支架上方的頂煤破碎成散體後由支架後方放出，並經由運輸機運出工作麵(如圖7-1)。

　　1.2 放頂煤開采法分類

　　按傾角分：1) α>450，水平分段放頂煤;2) α<350，長壁放頂煤

　　按分層分：1) 一次采全厚：

　　3) 預采頂分層，有瓦斯突出或堅硬頂板的煤層，厚度>8m;

　　按設備分：

　　1)綜放開采：單運輸機高位放頂煤支架;

　　雙運輸機中位放頂煤支架;

　　雙運輸機低位放頂煤支架。

　　2)簡易支架放頂煤：滑移支架，懸移支架;

　　單體支柱絞接頂梁、π型梁放頂煤 。

　　2 我國放頂煤開采的發展過程

　　發展大體可分為三個階段

　　第一階段 摸索階段

　　1990年以前 (1984—1990)

　　第二階段 逐步成熟階段 1990—1995年

　　第三階段 推廣階段 1996年—現在

　　第一階段 摸索階段

　　放頂煤開采技術是在原蘇聯、波蘭、匈牙利、南斯拉夫等在放頂煤方麵研究的基礎上， 1964年在法國(布朗齊礦區)試驗成功， 我國82年通過可行性研究和技術經濟論證，84年第一套綜放支架在沈陽的浦河下井，85年通過煤炭工業部組織的評議，並獲得肯定。

　　主要特點：

　　放頂煤開采的潛在技術經濟優勢被認識;

　　暴露出了瓦斯、火、煤塵、回采率等問題;

　　提出了頂煤破碎及放出規律、礦壓等科學問題。

　　階段結束的標誌：

　　90年陽泉一礦月產超過14萬t，證明了綜放開采能 實現高產高效。

　　第一階段產量不高的主要原因

　　技術不過關

　　支架不過關：

　　主要是抄襲國外架型，略加修改。高、中、低百花齊放， 由於沒有實現高產，幾年搞了20多種都不理想，但介紹法國的中位放煤效果較好，其次是高位放煤支架。

　　工藝及安全技術不過關：

　　工藝(建立在對放煤機理及礦壓規律認識基礎上的工藝技術)、配套技術裝備、瓦斯、火、煤塵、回采率以及礦壓問題等

　　第二階段 逐步成熟階段

　　結束標誌是：

　　1) 綜放開采設備有了突破，潞安的支架;

　　2) 實現了高產，興隆莊礦年產300萬t/a;

　　3) 難采煤層有了突破。

　　標誌說明當時放頂煤開采技術形成了兩條戰線：

　　(1)條件好的產量更高;

　　(2)難采煤層技術有突破。

　　“難采”煤層：①三軟煤層：如鄭州、軒崗。

　　② 傾角較大煤層：如烏蘭;

　　③一些高瓦斯礦井：如軒崗劉家梁、唐山。

　　第三階段 推廣階段 1996年—今

　　放頂煤開采產量更高，兗州東灘礦工作麵年產超過500萬t/a，工效235t/工。

　　難采煤層產量有了大幅度提高，超化年產超過150萬t/a。

　　工藝、技術裝備、瓦斯、火、煤塵、回采率以及礦壓問題等放頂煤開采技術的研究有了重大進展發展。

　　3 礦壓顯現特點及頂煤破碎機理

　　3.1 工作麵礦壓顯現特點

　　按傳統礦壓理論，放頂煤開采的一次采出厚度明顯增大，采場礦壓將明顯增大，支架載荷將成數倍增長，動載(周期來壓)顯現也將嚴重。但放頂煤開采實踐表明情況並非如此。放頂煤整層開采的礦壓顯現往往並不比分層開采(采厚相差若幹倍)更強烈。

　　(1)盡管放頂煤開采的一次采出厚度比分層開采大，支架載荷減小了5%～68%，載荷強度減小15%～20%。由此，可以認為，綜放開采的支架載荷和一次采出厚度沒有確定的關係;

　　工作麵支架動載不強烈，動載係數一般都低於采用分層開采的頂分層，表明上位頂板岩梁的運動(周期來壓)對支架的影響有明顯地緩和或者沒有影響。反映周期來壓顯現的影響減小。

　　(2)凡是支架設計(額定)工作阻力高的綜放工作麵，支架實際載荷就比較較大，頂煤強度高的工作麵，支架實際載荷高，鬆軟工作麵的實際支架載荷低。表明工作麵支架載荷並不取決於一次采出厚度;

　　多數情況下，四柱式綜放支架前柱平均工作阻力大於後柱平均工作阻力， 表明支架的載荷重心更靠近煤壁。

　　(3)端麵冒頂增加了。

　　3.2 頂煤破碎機理

　　放頂煤開采技術的核心是頂煤的有效放出，而頂煤的破碎是前提。

　　礦山壓力、支架往複支撐作用是破煤的動力，其中，礦山壓力作用是主導作用。

　　支架往複支撐過程其實質是對頂煤的多次的加卸載過程。 往複支撐次數n為：

　　L=n B

　　n=L/B

　　四、放煤規律和放煤方式

　　散體運動原理

　　放煤的過程是散體運動過程，最大的特點：

　　橢球體

　　漏鬥的發展

　　橢球體發展原則

　　1)同時到達的原則

　　2)按比例運動的原則

　　漏鬥最主要反映下降速度和方向

　　1)中間快，兩邊慢;2)向中間運動。

　　四、放煤規律和放煤方式

　　四、放煤規律和放煤方式

　　放煤方式

　　為減少混矸，提高回收率，必須保持和控製煤岩分界麵，必須有規律的順序放煤。

　　放煤方式 ： 單輪、多輪、順序、間隔、協調。

　　放煤步距 ： 一刀一放、二刀一放、三刀一放。

　　四、放煤規律和放煤方式(回收率)

　　當前放頂煤回收率情況

　　工作麵回收率 ：80—85%

　　采 區回收率：無煤柱75%左右，留煤柱則低於75%。

　　工作麵煤炭損失構成：

　　總損失： 15—20%

　　放煤損失(工藝損失)： 7—11%

　　兩端過渡支架及端頭支架損失： 1.5—4.5%

　　初采、未采不放煤或少放煤損失： 1.5—2.5%

　　其他損失： 3—4%

　　提高回收率方法

　　減少放煤(工藝)損失

　　選擇適當的放煤方式和參數，加強放煤管理(經濟和監督上)。

　　減少兩端損失

　　改善過渡支架和端頭支架的放煤功能。

　　減少初采、末采損失

　　要經過試驗，根據不同頂煤板情況，在保證安全的條 件下，逐步減少不放煤和少放煤的距離。

　　減少其它損失

　　擴大采區尺寸可以相對減少煤炭損失;

　　無煤柱開采是使采區回收率達到國家規定75%的主要措施。

　　五、綜放工作麵循環勞動組織

　　實現全厚同時出煤.即實現采煤和放煤平行作業。(放頂煤的初衷);

　　實行工作麵內多點出煤(采煤機出煤為單點出煤)。

　　放煤實現多口出煤，但受後部輸送機能力所限，同時放煤口一般不應超過2—3個。放煤和采煤應錯開一定距離

　　(典型的兩刀一放的循環作業圖表見圖 )

　　兩刀一放平行作業循環作業圖表

　　大傾角綜放開采工作麵正常生產的原則

　　(四個由下向上 )

　　1)采煤機由下向上割煤，返回時空刀;

　　2)移架由下向上，保持下部固定好的支架作為移動架的導向軌：

　　3)推移運輸機由下向上，每次移動消除一部分下滑;

　　4)放煤由下往上，減少對煤矸分界麵的擾動，采放錯開一定距離，實現一刀一放、平行作業。

　　瓦斯湧出規律和特點

　　絕對瓦斯湧出量成倍增加。

　　上臨近煤層的瓦斯湧出量成倍增加。

　　采空區瓦斯湧出量成倍增加。

　　局部瓦斯聚集加劇;

　　瓦斯湧出和分布不均衡。

　　工作麵瓦斯積聚情況

　　隅角附近瓦斯集聚

　　瓦斯治理方法

　　抽放瓦斯應作為是一道正常的工序，全程抽瓦斯，貫徹始終。

　　預抽：分采前抽，穿層抽，層內掘巷抽(排)，巷排十鑽孔抽，透氣性好的煤層效果好。

　　邊采邊抽：

　　利用裂隙和卸壓區抽煤壁前方瓦斯，采空區抽後方瓦斯。

　　采後抽：埋管，長鑽孔，高抽巷等 。

　　瓦斯處理方法(排)

　　上隅角是風排瓦斯重點可采用風排方法處理。

　　特厚煤層(>8m)可用E型瓦斯排放巷，風量計算按排放巷排出1/3風和2/3瓦斯考慮。。

　　較薄厚煤層，隻能用高抽巷(隨采隨廢，高濃度)或用高抽鑽，經過試驗，確定參數(數量、高度、排列、負壓、流量)

　　不用尾巷，用尾巷害處：①漏風，造成自燃，有時無征兆;②丟煤多。

　　若瓦斯濃度再高，隻能限產，以風定產。

　　淮南謝橋高瓦斯礦井瓦斯治理方法

　　鑽孔預抽。在回采前以工作麵上下風巷沿煤層傾向打長距離鑽孔(如圖)，鑽孔間距10m，鑽孔深75m，孔徑73mm，共施工鑽孔258個，其中上風巷鑽孔128個， 下風巷鑽孔130個。

　　邊采邊抽。在工作麵回采期間因工作麵前方的應力集中帶造成煤體破壞而卸壓，鑽孔瓦斯湧出量會增加，所以回采過程中，利用預抽鑽孔進行邊采邊抽，利用風巷抽排瓦斯效果很好。

　　采空區瓦斯抽排。采用頂板縱向長鑽孔抽放采空區瓦斯。在工作麵上風巷下幫每隔180m設一個鑽窩施工4個不同傾角的鑽孔(見上圖)，終孔高度距底板控製在45m左右(見下圖)，鑽孔采用黃泥木塞封孔，孔口用砂漿封孔，封孔深度5m。采用上述措施後，抽放效果顯著，平均每孔流量達1.25—1.3m3/min，抽放瓦斯濃度為30%～70%，總抽放量占瓦斯湧出量的10%。

　　七、防火

　　綜放易發火位置如圖

　　當推進速度超過30m/月時，采空區不發火，一般實際進度>60m/月，發火問題不大。

　　工作麵易發火的位置主要是：

　　1) 巷道(包括切眼);

　　2) 停采線;

　　3) 沿空巷一側。

　　防火措施

　　巷道防火：

　　壁後充填或噴漿、錨杆加噴漿;

　　停采線防火：

　　頂板注阻化劑，采空區灑阻化劑及灌漿;

　　沿空巷側防火：

　　最有效是注漿(黃泥)充填空隙;

　　注氮有效，但成本高

　　八、防塵

　　防塵措施

　　注水： 效果好，需充分利用裂隙;

　　噴霧： 是基本技術，目前自動鄰架操作均過

　　關，重點在放煤和移架;

　　研究方向：吸塵技術、添加劑、噴咀防堵。

　　謝 謝 !