采矿学第十一章1厚煤层放顶煤采煤法.ppt

第十一章第十一章厚煤层放顶煤采煤法厚煤层放顶煤采煤法longwallminingwithsublevelcaving第一节第一节厚煤层长壁放顶煤采煤法类型和采煤系统厚煤层长壁放顶煤采煤法类型和采煤系统 一、长壁放顶煤采煤法一、长壁放顶煤采煤法 概念概念 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层底部长壁工作面的煤，随即放采上部顶煤的采煤方法。煤方法。或：或：在缓斜厚煤层的底部（或煤层上部某一范围的底部）在缓斜厚煤层的底部（或煤层上部某一范围的底部）布置长壁布置长壁工作面用常规方法进行采煤，随该工作面推进，利工作面用常规方法进行采煤，随该工作面推进，利用矿山压力或人工破碎方法，将顶煤破碎，而后将顶煤放出，用矿山压力或人工破碎方法，将顶煤破碎，而后将顶煤放出，由采面运出。由采面运出。放顶煤采煤的基本类型放顶煤采煤的基本类型放顶煤采煤工艺基本特点：放顶煤采煤工艺基本特点：1、采面采煤：同综采、普采、炮采。、采面采煤：同综采、普采、炮采。2、增加了放顶煤工艺。、增加了放顶煤工艺。3、采煤循环、采煤循环完成采、放全部工序过程。完成采、放全部工序过程。放顶煤采煤的放顶煤采煤的基本类型基本类型按采煤工艺分：按采煤工艺分：炮采放顶煤开采炮采放顶煤开采普采放顶煤开采普采放顶煤开采 综采放顶煤开采综采放顶煤开采 q综采放顶煤综采放顶煤综采轻型支架放顶煤综采轻型支架放顶煤q简易放顶煤简易放顶煤滑移顶梁液压支架铺顶网滑移顶梁液压支架铺顶网单体液压支柱配单体液压支柱配型钢梁型钢梁铺顶网铺顶网放顶煤采煤的放顶煤采煤的基本类型基本类型按放顶煤面输送机数目，分：按放顶煤面输送机数目，分：单输送机单输送机双输送机双输送机按综采放顶煤液压支架放煤囗及位置，分：按综采放顶煤液压支架放煤囗及位置，分：高位放顶煤液压支架；高位放顶煤液压支架；中位放顶煤液压支架；中位放顶煤液压支架；低位放顶煤液压支架低位放顶煤液压支架放顶煤液压支架类型放顶煤液压支架类型高位放顶煤单输送高位放顶煤单输送机液压支架（平机液压支架（平顶山、辽源、潞顶山、辽源、潞安）安）煤尘大、采放不能煤尘大、采放不能平行作业、回收平行作业、回收率低率低放顶煤液压支架类型放顶煤液压支架类型中位放顶煤双中位放顶煤双输送机液压输送机液压支架（阳泉、支架（阳泉、乌鲁木齐、乌鲁木齐、抚顺）抚顺）放顶煤液压支架类型放顶煤液压支架类型低位放顶煤双输低位放顶煤双输送机液压支架送机液压支架（兖兖州、鹤壁、州、鹤壁、晋城）晋城）后输送机铺在底后输送机铺在底板上，煤尘小，板上，煤尘小，有发展前景有发展前景放顶煤液压支架类型放顶煤液压支架类型放顶煤采煤的放顶煤采煤的基本类型基本类型按回采巷道的布置方式，分：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，缓倾斜特厚煤层一次采全高放顶煤采煤法，特点：（特点：（1）采面采高：）采面采高：M=h1=2.0 3.0m,（2）放顶煤高度：放顶煤高度：h2=(1-3)h1适用：适用：M 4.5m，M 3f 3（二）生产系统（二）生产系统l l运煤运煤l l运料运料l l通风通风（三）主要参数（三）主要参数1 1、工作面长度、工作面长度1 1）主要影响因素）主要影响因素q顶煤破碎顶煤破碎q 顶煤放出顶煤放出 q煤炭损失煤炭损失采场上覆岩层充分运动采场上覆岩层充分运动有有利于破煤。利于破煤。当采面当采面 80m时，顶煤不能充分破碎，放煤时，顶煤不能充分破碎，放煤难。难。工作面长度的工作面长度的主要影响因素主要影响因素2）原则：一个班内要将顶煤放完）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一个班内将顶煤放完为原则确定的工作面长度：长度：式中：式中：l采面长度，采面长度，m；n同时放煤的支架数，同时放煤的支架数，n 3；T每班工作时间，每班工作时间，min；t每架支架放煤所需时每架支架放煤所需时间，间，min；B支架宽，支架宽，m；班工作时间利用率。班工作时间利用率。T、B、n视为常数。视为常数。工作面长度计算工作面长度计算实例：实例：阳泉一矿阳泉一矿：M=6.5m，顶煤顶煤4m，平均每架放平均每架放煤煤t=5 7min，取，取n=2，B=1.6m,T.=5h得：得：l=135 190m平一矿：平一矿：M=7 9m，顶煤顶煤5 6m，t=8min,T.=5h则则:l=96m。实际采面长实际采面长87m。工作面长度工作面长度一般工作面长度一般工作面长度150m，高产高效工作面长度达高产高效工作面长度达200m，国内最长的工作面达国内最长的工作面达270m。兴隆庄：兴隆庄：302m，济三矿：济三矿：280m，东滩：东滩：200m2、工作面连续推进长度、工作面连续推进长度一般大于一般大于800 1000m，加中切眼后，已加大到加中切眼后，已加大到2000m以上。以上。简易放顶煤工作面的连续推进长度不应小于简易放顶煤工作面的连续推进长度不应小于600 800m。第二节综采放顶煤矿压显现及顶煤破碎放出第二节综采放顶煤矿压显现及顶煤破碎放出规律规律一、综采放顶煤矿压显现规律一、综采放顶煤矿压显现规律综放面矿压显现也有周期性综放面矿压显现也有周期性支架载荷没有随采厚加大而大副度增加支架载荷没有随采厚加大而大副度增加综放工作面开采引起的支承压力对两巷的综放工作面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。影响距离增加，影响程度降低。二、顶煤破碎和放出规律二、顶煤破碎和放出规律（一）顶煤破碎和影响因素（一）顶煤破碎和影响因素实体煤实体煤破碎煤块破碎煤块放煤口放煤口支承压力支承压力+顶板回转顶板回转+支架作用支架作用顶煤破坏过程：顶煤破坏过程：初始破坏区：初始破坏区：在支承压力作用下，在支承压力作用下，煤壁前方较远处煤壁前方较远处顶煤顶煤由弹性变形进入塑性由弹性变形进入塑性变形，原生裂隙扩展，变形，原生裂隙扩展，顶煤初始破坏。顶煤初始破坏。支承压力峰值大小与支承压力峰值大小与工作面长度有关工作面长度有关顶煤破坏过程：顶煤破坏过程：破坏发展区破坏发展区：受顶板回转作受顶板回转作用，煤壁前方用，煤壁前方附近附近顶煤发生顶煤发生破坏，裂隙扩破坏，裂隙扩展，位移增大。展，位移增大。顶煤破坏过程：顶煤破坏过程：裂隙发育区：裂隙发育区：支架反复支撑，控顶区支架反复支撑，控顶区内的顶煤形成发育的裂内的顶煤形成发育的裂隙。隙。支架反复支撑，形成交变支架反复支撑，形成交变应力，破碎效果提高。应力，破碎效果提高。梁长顶煤破碎加剧，顶上梁长顶煤破碎加剧，顶上易冒空。支架反复支易冒空。支架反复支 撑撑的次数的次数n n与顶梁长度与顶梁长度L L及及截深截深B B有关有关L=L=nBnB式中式中B=0.6mB=0.6m，n=3 n=3 7 7次次 顶煤强度小，节理发顶煤强度小，节理发育，育，n n取小值；取小值；反反之，之，n n取大值；取大值；顶煤破坏过程：顶煤破坏过程：垮落破碎区：垮落破碎区：顶煤完全破顶煤完全破坏，失支连坏，失支连续性，在支续性，在支架后方垮落架后方垮落放出。放出。（三）顶煤放出规律（三）顶煤放出规律1 1、椭球体放矿理论：、椭球体放矿理论：椭球体放矿理论认为：矿椭球体放矿理论认为：矿石在采场破碎后，是按石在采场破碎后，是按近似椭球体形状向下自近似椭球体形状向下自然流动下来的，即原来然流动下来的，即原来所占的空间形状为一个所占的空间形状为一个旋转椭球体，旋转椭球体，放煤椭球放煤椭球体表面上的颗粒将大体体表面上的颗粒将大体同时到达放煤口。同时到达放煤口。1-放出椭球体，放出椭球体，2-放出漏斗放出漏斗3-松动椭球体，松动椭球体，4-移动漏斗移动漏斗2、放出椭球体参数：放出椭球体参数：设长轴设长轴2a=h，短轴为短轴为2b1；h放顶煤高度。放顶煤高度。生产实践及实验表明：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：松动椭球体：理论认为：放煤的同时，理论认为：放煤的同时，放出椭球体周围的煤岩也放出椭球体周围的煤岩也将向放煤口移动，充填放将向放煤口移动，充填放煤留下的空间，此空间体煤留下的空间，此空间体与放出椭球体相似，称松与放出椭球体相似，称松动椭球体。动椭球体。松动椭球体参数：松动椭球体参数：松动椭球体高度为松动椭球体高度为H，H=（2.2 2.6）h4、放煤口间距放煤口间距放煤口间距放煤口间距l大小影响放煤效果大小影响放煤效果当当l 2b1时，时，Fig、118、a、b示示，脊背，脊背煤损失大；煤损失大；l越大，损失越大；越大，损失越大；放煤口间距放煤口间距当当l 2b1时，时，Fig、118、c示，示，脊煤损失小，脊煤损失小，煤矸石混杂；煤矸石混杂；支架选取后，支架选取后，l是确定的，要求合理是确定的，要求合理放煤工艺，减少煤损，不增加混矸放煤工艺，减少煤损，不增加混矸第三节第三节 综采放顶煤工艺特点综采放顶煤工艺特点一、放顶煤工艺特点一、放顶煤工艺特点（一）（一）初末采放煤工艺初末采放煤工艺初期：初期：初采推进初采推进10 20m不放煤（煤损多）不放煤（煤损多）现在：现在：多数工作面从开切眼处放煤多数工作面从开切眼处放煤措施：让顶煤和顶板垮落措施：让顶煤和顶板垮落初期；初期；距停采线距停采线20m铺网、停止放煤；或工作铺网、停止放煤；或工作面沿底板爬至顶板（煤损多）面沿底板爬至顶板（煤损多）现在：现在：距停采线距停采线10m铺网、停止放煤；铺网、停止放煤；措施：选择合理的停采线位置，以利于撤面措施：选择合理的停采线位置，以利于撤面防止后方矸石窜入防止后方矸石窜入（二）放煤步距（循环放煤步距）（二）放煤步距（循环放煤步距）1 1、放煤步距、放煤步距（循环放煤步距）（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。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。采出率，减少煤矸混杂。放煤步距大，顶煤放不出，煤损大；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。放煤步距小，煤矸混杂，煤质差。放煤步距太大：顶板方向的矸放煤步距太大：顶板方向的矸石先于采空区后方的煤达到石先于采空区后方的煤达到放煤口，关口，顶煤放不出放煤口，关口，顶煤放不出放煤步距太小：采空区方放煤步距太小：采空区方向的矸石先于上部顶煤到向的矸石先于上部顶煤到达放煤口，顶煤损失部分达放煤口，顶煤损失部分放煤步距影响因素放煤步距影响因素：顶煤厚度；顶煤可放性；顶煤厚度；顶煤可放性；顶煤冒落时的垮落角；顶煤冒落时的垮落角；直接顶厚度。直接顶厚度。当前，生产实践中当前，生产实践中截一刀放顶煤一次，（顶煤厚度较小）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）截三刀放顶煤一次，（顶煤厚度较大）阳泉一矿实则：放煤步距与采出率和含矸率的关系阳泉一矿实则：放煤步距与采出率和含矸率的关系放煤步距放煤步距(m)采出率采出率(%)含矸率含矸率(%)备注备注0.5 0.6打开放煤口即打开放煤口即有矸石混杂有矸石混杂1.0 1.286.511.451.5 1.872.9312.272.0 2.470.4816.99（三）放煤方式（三）放煤方式放煤方式放煤方式：放顶煤工作面放煤顺序、次数和放煤量：放顶煤工作面放煤顺序、次数和放煤量的配合方式的配合方式1 1、多轮、分段、顺序、等量放煤、多轮、分段、顺序、等量放煤采面分采面分2 3段；段内同时开启两个相邻放煤口；段；段内同时开启两个相邻放煤口；每次放每次放1/2 1/3的顶煤；按顺序循环放煤，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。直至该段全部放完；再进行下一段放顶煤。优点：可使冒落煤岩分界面均匀下降，采出率优点：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，放煤快。高，含矸率低；充分利用放煤口面积，放煤快。缺点：要求操作水平高。缺点：要求操作水平高。适用：顶煤适用：顶煤3m以上。以上。放煤方式放煤方式2 2、多轮、间隔、顺序、等量放煤、多轮、间隔、顺序、等量放煤放煤口放煤顺序放煤口放煤顺序先放先放1 1#、3 3#、5 5#、7 7#、每次放每次放1/2 1/2 1/3 1/3的顶煤；的顶煤；后后放放2 2#、4 4#、6 6#、8 8#、每次放每次放1/2 1/2 1/3 1/3的顶煤；的顶煤；反复两三轮反复两三轮优点：可使冒落煤岩分界面均匀下降，采优点：可使冒落煤岩分界面均匀下降，采出率高，含矸率低；出率高，含矸率低；丢煤少丢煤少 3 3、单轮、间隔、多口放煤、单轮、间隔、多口放煤先放先放1#、3#、5#、放顶煤，放顶煤，见矸关口，留较大脊背煤；见矸关口，留较大脊背煤；滞后一定距离放滞后一定距离放2#、4#、6#、放出留下脊背煤中的一放出留下脊背煤中的一个椭球体。个椭球体。优点：操作简单，容易掌握；优点：操作简单，容易掌握；放顶效果好，放顶效果好，丢煤少，少丢煤少，少出矸出矸适用：广泛采用。适用：广泛采用。（四）煤炭损失（四）煤炭损失国家规定：厚煤层采区采出率国家规定：厚煤层采区采出率 75%。采区煤炭损失：采区煤炭损失：1）护巷煤柱损失）护巷煤柱损失2）采面的回采损失）采面的回采损失（初采、终采，放（初采、终采，放煤工艺）煤工艺）初采损失率，为防止顶板冲击支架，初采损失率，为防止顶板冲击支架，开开切眼放煤量往往控制在切眼放煤量往往控制在80%；采空区；采空区充填物高度约等于支架高度充填物高度约等于支架高度。末采损失率末采损失率（末采损失率与采面推进长度成反比）末采损失率与采面推进长度成反比）放顶煤采面收尾方法：放顶煤采面收尾方法：(1)为安全拆除设备，距停采线为安全拆除设备，距停采线1010 15m15m内，铺网、内，铺网、不放顶煤，以保持顶煤及顶板稳定性。不放顶煤，以保持顶煤及顶板稳定性。适用：顶煤较硬较稳定条件。适用：顶煤较硬较稳定条件。(2)(2)以以8 10 的坡度，采面爬顶，停采线处顶板为的坡度，采面爬顶，停采线处顶板为岩层。岩层。三角煤损失三角煤损失适用：煤软。适用：煤软。煤炭损失煤炭损失端头损失：端部端头损失：端部2 3架不放顶煤，保护架不放顶煤，保护出口。此损失与采面长度成反比。出口。此损失与采面长度成反比。放顶工艺（脊背煤损）损失放顶工艺（脊背煤损）损失采面泼洒损失采面泼洒损失2、提高煤炭采出率的技术措施、提高煤炭采出率的技术措施采用切顶巷采用切顶巷鲍店矿，鲍店矿，M=8.7m，煤，煤f=3.1 3.9，采面推进采面推进3.4m，顶煤冒落，推进顶煤冒落，推进7.8m，直接顶垮落，步直接顶垮落，步距减少了距减少了5.2m；回采回采率提高了率提高了0.31%。在切顶巷两帮内打眼放炮，扩大切顶效果在切顶巷两帮内打眼放炮，扩大切顶效果采采面面推推进进方方向向切顶巷切顶巷第四节第四节综采放顶煤长壁采煤法的应用综采放顶煤长壁采煤法的应用一、综采放顶煤与厚煤层分层开采相比一、综采放顶煤与厚煤层分层开采相比（1 1）有利于合理集中生产，单产高，效率高有利于合理集中生产，单产高，效率高（兖州矿区综放面产量已超过（兖州矿区综放面产量已超过500500万万t/at/a，工效已工效已超过超过200t/200t/工）。工）。巷道少，系统简单巷道少，系统简单（2）对煤层厚度变化适应性强对煤层厚度变化适应性强 （3 3）经济效益好经济效益好减少了巷道掘进费、维护费减少了巷道掘进费、维护费 、分层开采的设备占、分层开采的设备占用费、材料消耗费用费、材料消耗费 ，工作面安装费和工作面拆，工作面安装费和工作面拆迁费，工资。迁费，工资。综采放顶煤与厚煤层分层开采相比综采放顶煤与厚煤层分层开采相比 （4 4）煤损大：比分层开采多）煤损大：比分层开采多10%以上；以上；（5 5）易发火，易自燃；）易发火，易自燃；（6 6）瓦斯隐患较大，要求管理严格；）瓦斯隐患较大，要求管理严格；瓦斯聚积：顶煤空间聚积瓦斯。当顶板瓦斯聚积：顶煤空间聚积瓦斯。当顶板垮落、硬岩块摩擦冲击，垮落、硬岩块摩擦冲击，火星火星爆炸爆炸 （7 7）煤尘大：比分层采高）煤尘大：比分层采高1 2倍以上。倍以上。1000 1200毫克毫克/m3 鲍店降尘后：鲍店降尘后：10毫克毫克/m3二、放顶煤适用条件二、放顶煤适用条件1 1、煤层厚度：煤层厚度：M=5 12m为佳，过小易为佳，过小易超前冒顶，过大破坏不充分超前冒顶，过大破坏不充分2、煤层的可放性：煤质松软，层理节理、煤层的可放性：煤质松软，层理节理发育。煤质中硬，发育。煤质中硬，f f 2 2最好。最好。个别个别f=3.1 f=3.1 3.9 3.9，层理节理发育亦可层理节理发育亦可3 3、煤层倾角：、煤层倾角：不宜太大，缓倾斜煤层不宜太大，缓倾斜煤层中一般中一般 15 15 o o，太大影响支架的稳定性，太大影响支架的稳定性，2525 o o 30 30o o煤层中也试验成功煤层中也试验成功 4、煤层结构：过厚过硬的夹矸影响顶煤放落，、煤层结构：过厚过硬的夹矸影响顶煤放落，单层夹矸厚大于单层夹矸厚大于0.5m或或f大于大于3要采取措施要采取措施顶煤中的夹矸总厚度不宜大于顶煤厚度的顶煤中的夹矸总厚度不宜大于顶煤厚度的10 15%5、顶板条件：顶板岩性最理想的条件是基本、顶板条件：顶板岩性最理想的条件是基本顶顶I、II级，直接顶有一定厚度，采空区不级，直接顶有一定厚度，采空区不悬顶，冒落后松散体基本充满采空区。悬顶，冒落后松散体基本充满采空区。6 6、地质构造：煤层厚度变化大，地质构造复、地质构造：煤层厚度变化大，地质构造复杂，断层切割块段，阶段煤柱等杂，断层切割块段，阶段煤柱等 无法应用分层长壁采煤法时，可放顶煤。无法应用分层长壁采煤法时，可放顶煤。采面短，亦可放顶煤。如：回采鸡窝煤。采面短，亦可放顶煤。如：回采鸡窝煤。第四节第四节 简易放顶煤简易放顶煤简易放顶煤支护手段：简易放顶煤支护手段：滑移顶梁液压支架滑移顶梁液压支架单体液压支柱配单体液压支柱配 型钢梁铺顶网型钢梁铺顶网单体液压支柱配十字绞接顶梁铺顶网单体液压支柱配十字绞接顶梁铺顶网思考题思考题1、放顶煤采煤法的主要工艺过程放顶煤采煤法的主要工艺过程2、放顶煤采煤法的主要优缺点？放顶煤采煤法的主要优缺点？3、放顶煤采煤法的技术难题有哪些？放顶煤采煤法的技术难题有哪些？