放顶煤开采技术.ppt

放顶煤开采技术,,第一部分放顶煤开采技术,第一节国内外应用概况,一．国外应用概况作为开采厚及特厚煤层主要方法之一的放顶煤开采技术经历了较长的发展历史。早在本世纪初法国、西班牙和南斯拉夫等国就在急倾斜煤层中应用放顶煤开采法,在50年代末60年代初，随着液压支架技术的发展成熟，原苏联、法国、南斯拉夫等国正式采用了放顶煤开采厚煤层的技术，并逐步完善。随后，罗马尼亚、匈牙利、捷克、西班牙、美国、韩国都相继引用了这种厚煤层开采方法。由于受到煤炭资源不断减少和放顶煤开采技术不过关等原因，导致放顶煤开采技术在国外未能得到进一步的发展和完善。,,二．国内应用概况综合机械化放顶开采技术是高产高效开采厚煤层的有效方法，是我国在20世纪80年代中期迅速发展起来的一种新型采煤方法。在20世纪90年代中期以前，放顶煤开采技术主要用于条件简单的厚煤层中。为了开拓放顶煤开采技术的应用范围，从1995年起，在具有煤与瓦斯突出危险的厚煤层、极软厚煤层、大倾角厚煤层、坚硬煤体与坚硬难冒顶板条件厚煤层中系统地研究和创造性地开发了综放开采技术，取得了突出成绩。,,目前我国放顶煤开采技术已处于世界领先水平。它的优点及在生产中表现出来的显著的经济效益决定了它成为开采厚煤层的最有效方法之一。到1998年全国综放总产量达到7000万吨。综放工作面总数达到82个，全国64个百万吨综采队中，有22个是综放，其中9个队的年产达到200万吨以上。1999年有11个综放工作面年产超过200万t，占全国同类指标总数的68.8。2000年度78个创水平综采队中，综放开采占32个，其中年产超过200万t的有12个。2001年东滩煤矿综采队应用综放开采技术，年产量已达到550万t。使用条件由初期的缓倾斜煤层发展到倾斜、急倾斜煤层，由开采条件较好工作面发展到条件较差的“三软”、“两硬”、“不稳定”煤层，其中以缓倾斜厚煤层工作面的效果最明显。,,几年来，相继研制成功了综采放顶煤液压支架，端头放顶煤支架和电液程序控制液压支架、在此基础上对设备配套进行了优化配置、确定了不同条件下煤炭采出率最佳放煤参数和最佳放煤工艺，使综放工作面生产能力达到600万吨以上。目前，我国综放技术使用的数量、范围、技术的先进性和取得的效果均居世界领先地位。,,解决了三软煤层、高瓦斯煤层、大倾角煤层、两硬煤层以及复杂地质条件下的较薄厚煤层综放开采中的一系列技术难题，在综放技术适应性研究方面取得了重大突破，形成了适应于不同地质和煤层赋存条件的综放成套技术，使该技术居国际领先水平，在全国各类矿区得到了广泛的推广应用，取得了极其显著的技术经济效益。,,我国放顶煤开采主要是指长壁工作面综合机械化放顶煤开采，其发展可以划分为三个阶段1．探索阶段（1982～1990年）这一阶段结束的标志是阳泉缓倾斜厚煤层放顶煤综采工艺的试验成功。特别是阳泉一矿8603工作面，1990年7月月产14万吨，效率57.8t/工，起到了示范作用。这一阶段，东北各煤矿以及郑州等地在难采煤层长壁综放开采领域都进行了试验开采，但没有大的突破。,,2．逐渐成熟阶段（1990～1995年）主要标志兖州兴隆庄综采一队1994年产煤272万吨，1995年突破300万吨。同时，难采煤层长壁综放开采技术取得重大突破。主要成果（1）高产高效工艺逐渐成熟，工作面单产不断提高。（2）放顶煤液压支架由仿造发展到自创，进而到定型。（3）综放开采在“三软”、“大倾角（30左右）”、高瓦斯等难采煤层中取得突破。（4）初步摸清并提出了解决提高回采率、防治瓦斯、防治自燃和防尘的一些措施，取得了一定的成果。,,3．技术成熟的推广阶段（1996年～）随着国家对放顶煤开采技术研究的投入加大，综放的高产高效得到了企业的认可与支持，综放开采的优势得到了进一步的发挥。这一阶段综放在两种不同的情况下都得到了发展。（1）煤层厚度大、储量大、地质构造简单、瓦斯不大、煤质中硬的大型、特大型矿井。（2）生产能力小、地质构造复杂的矿井，特别是一些难采煤层，如“三软”、“两硬”、“大倾角”、“高瓦斯”、“较薄厚煤层”等条件，综放得到了发展。,第二节放顶煤发展过程中出现的问题及规程修改的背景,,一、68条修订的目的、意义放顶煤作为一种高效集约化开采技术，经过20多年的实践，已经有了很大的发展，该项技术在我国得到了广泛应用。放顶煤开采“有条件要上，没有条件创造条件也要上”，发生了多起放顶煤开采工作面的恶性安全生产事故。。当前，对放顶煤开采的安全管理除规程第68条、183条外，还有1995年煤炭工业部煤生字〔1995〕第104号文颁布的综合机械化放顶煤开采技术暂行规定。加强对放顶煤开采的安全管理势在必行。,第三节对安全规程修改的诠释,1.安全规程修订原因造成我国安全生产形势目前依然严峻的原因是多方面的。其中很重要的一条，就是安全生产法制不健全，安全标准工作滞后、薄弱。我国安全生产标准工作虽然有一定的基础，也发挥了重要的作用，但是随着工业化的加速，社会主义市场经济体制的转换，新技术的广泛应用，一些原有的安全标准已不能适应，甚至阻碍了生产力的发展，亟待修订、制定。,,比如规范放顶煤开采问题，煤矿安全规程第68条虽然规定了放顶煤采煤必须符合两个条件，一是工作面无煤与瓦斯突出危险，二是煤和顶板随着放煤能即行垮落；但没有规定采用放顶煤采煤法必须进行必要的技术论证和核准。一些煤矿为提高产量，在不具备放顶煤条件的煤层，强行采用放顶煤采煤工艺，操作中又采用了违背科学的方法，导致事故发生。陕西铜川陈家山煤矿2004年“11.28”事故，河南鹤壁2005年“10.3”事故，就是例证。同时，对放顶煤开采出现的采放比过大、工作面放炮处理顶板和顶煤、单体液压支柱放顶煤等没有具体规定。,,为吸取放顶煤开采发生事故的教训，进一步完善放顶煤开采安全技术和管理措施，加强对放顶煤开采的监察和管理，有效防范放顶煤开采事故的发生，国家煤矿安全监察局就放顶煤开采相关问题组织开展了调研，对加强放顶煤安全技术和管理措施，征求了有关单位的意见；同时，对煤矿安全规程第68和158条进行修订，在放顶煤开采上将增加若干条技术性限制。,,2.修订的过程严格按照部门法规修改的程序进行，即提出修改提纲－现场调研－形成修改意见草稿－征求意见－定稿－颁布执行。调研工作采取了普遍调查与现场重点调研相结合的方式进行，由国家煤矿安全监察局综合司牵头，委托中煤劳保学会组织，于2005年10月～2006年4月完成。调研的主要内容和目的（1）全国放顶煤开采的现状和存在的主要问题；（2）放顶煤开采安全技术措施现状；（3）放顶煤开采管理相关法规和规范性文件情况；（4）加强放顶煤开采安全保障的建议。,,普遍调查2005年11月国家煤矿安全监察局下发关于开展放顶煤采煤方法调查的通知，布置了调研的内容和方式，下发了调查表和研讨提纲，要求各省统计放顶煤开采状况。2005年12月对全国放顶煤开采状况进行汇总。现场调研组织专家分组对放顶煤开采的典型问题，赴煤矿企业进行现场调研。共对河南郑州煤业集团、鹤壁煤业集团，山西阳泉煤业集团、大同煤业集团，宁夏宁煤集团，陕西铜川矿务局和蒲白矿务局，共4省7个集团公司（局）8个矿进行了现场调研。根据调研情况，2005年12月提出了对煤矿安全规程第六十八条修订意见的方案，2006年1月20日下发了“关于煤矿安全规程第68和158条修订稿征求意见的通知”，广泛征求各单位对“修订稿”的意见。3月8日，组织部分省局、企业以及科研单位、高等院校的同志进行了讨论和修改。2006年9月26日经局长办公会讨论，形成最终稿。2006年10月25日公布，2007年1月1日起实施。,,3.放顶煤开采的主要方法按工作面落煤和支架的不同，全国放顶煤开采主要分为两类一是综采放顶煤，一是单体支柱炮采放顶煤。综采放顶煤是工作面采用割煤机落煤，掩护式液压支架支护，在支架靠近采空区一侧的下部（中部很少）开放煤窗口，并设置刮板输送机的采煤方法。从调查的15个省398个放顶煤工作面看，综采放顶煤工作面198个，占49.7％。综采放顶煤的产量大，生产能力通常在50～500万t/a，工作面倾角最大24，采高2.0～4.5m，采放比0.5～10。,,单体液压支柱炮采放顶煤是工作面采用放炮落煤，Π型梁单体液压支柱支撑，通常采用“五柱二梁”的双排支架等形式，工作面挂顶网（金属或PVC编制），沿采空区切顶线间隔1～2m开放煤口放煤。为提高放煤量，通常采用“分段多轮”方式放煤，开口位置距离底板300～500mm。单体液压支柱放顶煤工作面占50.3，产量15～50万t/a，工作面倾角最大32，采高一般为1.8～2m，采放比0.5～3。,,4.放顶煤开采的主要危险有害因素放顶煤开采同分层开采相比具有其自身的特点，放顶煤开采过程中的主要危险有害因素有如下几个方面在顶板管理方面放顶煤会引起两方面问题，一方面，顶煤的大量冒放会造成更大范围的围岩移动和应力变化，而放煤过程中顶煤的卸压又可能造成工作面支架的松动不稳，因此，工作面，特别是单体液压支柱放顶煤工作面的支架稳定性十分重要。另一方面，坚硬顶板或顶煤（f3即放性差的4类煤层）无法冒放，必须采取有效的预裂措施才能正常开采。而支架后部的放煤区域内，通常存在瓦斯积聚空洞，在工作面采用直接放炮破碎顶煤顶板，引起瓦斯爆炸的可能性较大。此外，对开采深度大、地应力大的矿井，放顶煤开采有增大矿山压力灾害的趋势。,,在瓦斯防治方面放顶煤开采在大幅度增加工作面产量的同时，绝对瓦斯涌出量也大幅度增高，相对瓦斯涌出量却往往会降低。工作面顶煤冒放放散出的瓦斯大量遗留在采空区，加上放煤期间的瓦斯涌出，会大大增加风排瓦斯的负担，造成上隅角瓦斯超限。此外，如果遇到坚硬顶煤、顶板，在工作面两巷落山角或工作面初采期间存在冒落空洞，则很可能形成瓦斯聚集，一方面有瓦斯爆炸的危险，另一方面，顶板突然垮落，也可以使瓦斯突然涌出，引起瓦斯灾害。在煤尘防治方面放顶煤工作面放煤期间放煤口附近的煤尘严重，对职工的健康有很大影响，对安全生产也有较大影响。放顶煤工作面的煤尘防治必须重视。,,在防治水害方面由于放煤引起开采空间增大，因此，必须对由此引起的导水裂隙发展应作充分估计，判断其与含水层水、老空水、地表水沟通的可能性，并作出堵水、排水措施，防止引起水灾。多种灾害并存问题很多矿井的放顶煤工作面瓦斯高，又是自燃、易自燃煤层，此时，两方面的灾害防治措施存在矛盾，如采用专用瓦斯排放巷，它可以有效解决回风隅角的瓦斯超限问题，但同时增加了采空区的漏风，增加了煤层自燃的危险性；又如加快工作面推进速度，可以减小采空区自燃的危险性，但又会增大工作面瓦斯涌出量。因此，在多种灾害并存时，增加了灾害防治的复杂性。,,资源利用方面由于放煤口的设置不可能沿采空区一侧连续、成面布置，而放煤的过程和程度完全靠人为、凭经验进行，因此，放煤口之间的煤及其它原因未放出的煤就会遗留在采空区。放顶煤开采的回收率将比分层开采减少5～15，如放煤参数及放煤工艺不合理，回收率将更低。5.我国放顶煤开采的现状全国15个省159个煤矿企业生产能力共计54542万t/a，其中放顶煤工作面生产能力26353万t/a，占48.3，各省放顶煤产量所占比例超过80的省份有山东、新疆和甘肃，超过50的省份有山西、吉林、内蒙、黑龙江和陕西。,原来公示的修改内容,原来公示的修改内容第六十八条有下列条件之一的，严禁采用放顶煤开采。一煤层厚度小于5米或采放比大于13。二突出煤层的突出危险区和威胁区。三坚硬顶板、坚硬顶煤不易冒落，且采取措施后冒放性仍然较差，顶板垮落充填采空区的高度不大于采放煤高度。四煤层赋存较浅，采放后采空区有可能与地表导通产生漏风。五煤层水文地质条件复杂，采放后有可能与地表水、老窑积水和强含水层导通。六冲击地压危险性严重的煤层。顶煤硬度f＞2.5且不易冒落的煤层，以及回采工作面倾角大于20或煤层倾角大于30时，禁止采用单体支柱放顶煤开采。,,采用放顶煤开采时，必须遵守下列规定（一）矿井第一次采用放顶煤开采，或在煤层赋存条件变化较大的区域采用放顶煤开采时，必须进行顶板、煤层、瓦斯、自然发火、水患、煤尘爆炸性、冲击地压等基础参数的测定，编制开采设计方案，并组织专家对设计方案进行论证或委托具有相关资质单位进行评价，并将设计方案（附专家论证报告或评价报告）报请集团公司或县级以上煤炭行业主管部门审批，报煤矿安全监察机构备案。,,（二）必须针对煤层的开采技术条件和放顶煤开采工艺的特点，对防火、防尘、防瓦斯、放煤步距、放煤顺序、采放平行关系、顶板控制、支架选型、端头支护、切眼扩面、支架安装、初次放顶（煤）、工作面收尾及支架回撤等制定安全技术措施。（三）采用预裂爆破对坚硬顶板或坚硬顶煤进行弱化处理时，必须在工作面尚未开采前或在距工作面30m以外未采动区进行，并制定专门的安全技术措施。严禁在工作面内采用炸药爆破方法处理未冒落顶煤、顶板。严禁进行挑顶煤（顶板）爆破作业。大块煤（矸）卡住放煤口时，严禁爆破处理。四放顶煤工作面，必须按不小于瓦斯涌出不均衡系数的1.5倍配风，用通风方法解决瓦斯问题不合理时，必须实施以预抽方式为主的综合抽放瓦斯技术措施。,,7.讨论确定修改的内容修订后，规程第68条主要分为放顶煤开采的限制条件、单体液压支柱放顶煤开采的限制条件和放顶煤开采应当遵守的规定三部分内容。原规定68条坚硬顶板、顶煤工作面必须遵守顶煤和煤层顶板在采取预裂爆破等措施后能及时垮落，且顶板垮落充填采空区高度大于采放煤高度的规定；工作面有瓦斯或煤尘爆炸危险时，严禁挑顶爆破作业。183条突出煤层中的突出危险区、突出威胁区、严禁采用放顶煤采煤法、水力采煤法、非正规采煤法采煤。,,7.修改的内容修订后（9月26日局长办公会通过，10月25日公布，2007年1月1日起实施）第六十八条采用放顶煤开采时，必须遵守下列规定（一）矿井第一次采用放顶煤开采，或在煤层（瓦斯）赋存条件变化较大的区域采用放顶煤开采时，必须进行顶板、煤层、瓦斯、自然发火、水文地质、煤尘爆炸性、冲击地压等基础参数的测定，编制开采设计，并组织专家对开采设计进行论证或委托具有相关资质单位进行评价，并将开采设计（附专家论证报告或评价报告）报请集团公司或者县级以上煤炭管理部门审批，报煤矿安全监察机构备案。,,（二）针对煤层的开采技术条件和放顶煤开采工艺的特点，必须对防瓦斯、防火、防尘、防水、采放煤工艺、顶板支护、初采和工作面收尾等制定安全技术措施。（三）采用预裂爆破对坚硬顶板或者坚硬顶煤进行弱化处理时，应在工作面未采动区进行，并制定专门的安全技术措施。严禁在工作面内采用炸药爆破方法处理顶煤、顶板及卡住放煤口的大块煤（矸）。（四）高瓦斯矿井的易自燃煤层，应当采取以预抽方式为主的综合抽放瓦斯措施和综合防灭火措施，保证本煤层瓦斯含量不大于6m3/t或工作面最高风速不大于4m/s。（五）工作面严禁采用木支柱、金属摩擦支柱支护方式。,,有下列情形之一的，严禁采用单体液压支柱放顶煤开采（1）煤层倾角大于30（急倾斜特厚煤层水平分层放顶煤除外）（2）开采冲击地压煤层有下列情形之一的，严禁采用放顶煤开采（1）煤层平均厚度小于4m。（2）或采放比大于13。（3）采区和工作面回采率达不到矿井设计规范规定。（4）煤层有煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出危险。（5）坚硬顶板、坚硬顶煤不易冒落，且采取措施后冒放性仍然较差，顶板跨落充填采空区的高度不大于采放煤高度。（6）矿井水文地质条件复杂，采放后有可能与地表水、老窑积水和强含水层导通。,,8.几个问题的讨论采用放顶煤开采的限制条件1）明确了放顶煤工作面煤层厚度4m和采放比13。当前4m以下煤层一次采全高的技术和装备已经成熟，采用放顶煤开采资源量回收率低，采空区浮煤多易自燃，应当予以禁止。实践证明，煤层厚度12～14m较适合采用放顶煤开采，采放比过大不仅资源回收率低，且瓦斯涌出、顶板难以管理，对于埋藏较深、地应力较大的矿井有引起冲击地压或矿震的危险性，因此，增加了采放比13的限制。,,2）煤层有煤（岩）和瓦斯（二氧化碳）突出危险。该条与规程183条保持一致，主要强调对有突出危险的工作面不能采用放顶煤开采，如果采取了区域性防突措施（如开采解放层），并经突出危险性检验合格（包括开采过程中的检验），已经消除了突出危险性的区域，在采取必要的防护措施后，可以布置放顶煤工作面。对于未采取区域性消突措施的，严禁布置放顶煤工作面。在采取了区域性消突措施，但在开采过程中检测发现煤层仍具有突出危险性的，应立即停止生产，进行区域性消突工作。不允许在突出危险区、威胁区布置了放顶煤工作面后再采取局部消突措施进行回采。,,3）坚硬顶煤、顶板采用放顶煤的限制对顶板、顶煤的冒放性差，不能充分充填采空区，从而在采空区形成空洞，容易积聚瓦斯，不能采用放顶煤开采。由于使用顶板或顶煤的硬度f值进行划分时存在一定困难，有些煤岩的f值较大，但裂隙发育冒放性仍然较好，因此，直接采用了符合实际情况的综合参数“冒放性”来定义。实际矿井必须根据各自的具体情况确定工作面顶板煤岩的冒放性，对顶板的冒放性要求垮落的岩石能够充填采放煤的高度，不能在采空区内留有空洞。,,4）对单体液压支柱放顶煤开采的限制下列情况不能用（1）煤层倾角大于30⁰；（2）冲击地压煤层。工作面（煤层）倾角较大和有冲击地压危险时，单体液压支护强度较低，工作面稳定性较差，有可能发生顶板事故，因此予以禁止。使用木支柱、摩擦支柱的工作面初撑力难以保障，支架的整体稳定性差，且难以在生产过程中增加支撑力，应当予以限制。,,5）对放顶煤工作面采用预裂爆破对坚硬顶板或坚硬顶煤进行弱化处理措施的规定采用预裂爆破对坚硬顶板或坚硬顶煤进行弱化处理时，必须在工作面尚未开采前或在距工作面30m以外未采动区进行，并制定专门的安全技术措施。严禁在工作面内采用炸药爆破方法处理未冒落顶煤、顶板。严禁进行挑顶煤（顶板）爆破作业。大块煤（矸）卡住放煤口时，严禁爆破处理。,,该条专门对放顶煤开采中放煤工作中出现的顶煤、顶板难以冒落，以及大块煤（矸）卡住放煤口的处理措施进行了规定。总的原则是严禁在工作面放炮。原因在于在工作面直接放炮处理坚硬顶板、顶煤的危险性比较大。该条在制定过程中充分考虑了现场煤炭企业的现状，一方面，在工作面实施架间倾向工作面方向的浅孔放炮，可以取得较好的顶煤预裂效果，从理论上具有一定的安全性，但仍存在施工质量管理困难（如钻孔开孔深度、方向角度、封孔长度和质量等），放炮效果不宜检验（是否完成爆破、爆破可能造成前方煤壁片帮）的难题；另一方面，可以考虑采用首分层回采并实施预裂或工艺巷顶煤、顶板预裂的措施，来保障放顶煤开采期间顶煤顶板的冒放性。因此，该条严格限制了放顶煤工作面放炮处理坚硬顶煤顶板的措施。,,如果采取上述措施有困难，或效果不好时，应采用分层开采。对于坚硬顶煤的情况，分层可以彻底解决（直接开采该煤层）。对于坚硬顶板的问题，分层开采仍然需要在工作面实施强制放顶措施，在水力弱化等措施不利的情况下，仍然需要顶板爆破，但是，此时并无顶煤，采空区积聚的瓦斯虽仍存在，但爆破火焰引燃爆炸的危险性大大降低。,,6）对于高瓦斯、易自燃煤层，采用放顶煤开采时的条件高瓦斯矿井的易自燃煤层，应采取以预抽方式为主的综合抽放瓦斯措施和综合放灭火措施。使本煤层瓦斯含量不大于6m3/t或工作面最高风速不大于4m/s。规定本煤层瓦斯含量不大于6m3/t，促使企业先抽后采；工作面最高风速限制为4m/s，主要考虑工作面风速过大，一方面会使采空区瓦斯引向工作面，易造成上隅角瓦斯超限，另一方面增加采空区漏风，易造成采空区自然发火。因此，采用预抽为主的综合抽放措施有利于减少工作面的风量，为防止自燃奠定基础。,7）应用放顶煤要进行论证,当前在对厚煤层开采设计时，首先考虑采用放顶煤采煤法。实践证明放顶煤采煤法并非在所有厚煤层条件下均可获得成功。例如，太原王封煤矿在采深不足100m、煤层中含有0.60.8m厚的砂质页岩夹石层的条件下，顶煤放出率仅2030左右。造成经济和资源上的巨大浪费。因此为了保证安全和避免资源和经济的浪费，在厚煤层开采设计前，先对煤层按可放性进行论证和分析，看它是否适用于放顶煤开采。,论证内容,1.煤层基本地质条件煤层厚度、倾角、储量、地质构造、瓦斯、煤尘爆炸指数、发火期、冲击地压等。2.采、放工艺3.设备配置4顶板、顶煤的可放性及顶板控制。5.支护方式6.矿压观测7.通风设计及治理瓦斯措施对瓦斯涌出量、来源、涌出特征进行研究，确定合理的通风方式和治理瓦斯措施。上隅角、架后等地进行监测。通风解决不合理的，采取预抽为主的瓦斯综合抽放措施。,,8.安全监控措施。监控系统配置、传感器安设、监控系统管理等。9.防治自然发火的措施。开采易自燃和自燃煤层时，必须编制防灭火设计和安全措施，包括（1）根据防火要求和开采煤层的自燃倾向性、采空区“三带”分布等，选用惰性气体、注浆、注阻化剂等措施。（2）建立防火监测系统和发火预报制度。（3）易发火地点采取有效防范措施。10.防治煤尘措施。注水、采煤机内外喷雾、放煤口喷雾、防尘水幕等。11.防治水措施。加强水文地质工作，做好顶板水、老窑水、底板承压水等的预测预报工作，制定相应的防范措施。,,12.初采及正常回采的顶板、顶煤软化措施。13.防治冲击地压措施。放顶煤开采有冲击地压危险的煤层时，必须进行冲击倾向性和冲击危险性评价，制定具体的“预测预报、防治措施、效果检验、安全防护”四位一体的综合防治措施。措施中必须包括冲击地压诱发瓦斯异常造成瓦斯爆炸等灾害的预防及治理措施。14.劳动组织和主要经济技术指标,,专家组成参加放顶煤工作面设计方案的专家组要有各相关专业的专家组成，每位专家必须发表明确的意见，并在论证记录上签字。论证程序放顶煤开采单位首先提供详细的开采设计方案，负责邀请专家，由上级部门确定论证时间和地点；论证时必须提供详细的有法定效力的基础技术资料；按照国家相关的法规进行论证；形成论证报告，明确说明方案是否可行的理由及改进措施、建议；开采单位将论证报告报上级主管部门，同时报煤矿安全监察分局备案。,,第四节放顶煤开采的基本特征放顶煤开采一次采高成倍增大，支架上方存在着一层破碎的、强度低的顶煤。采场上覆岩层及其结构所形成的载荷需要通过直接顶传递给顶煤，然后再施加到支架上，顶煤起到了传递上覆岩层载荷的媒介作用，同时也是回采的对象。一、放顶煤的特点1、一次采高增大由于放顶煤开采一次采高增大，若要充满采空区时所需垮落的直接顶厚度大。放顶煤开采所需的直接顶厚度要大于普通采高。如果垮落的直接顶难以充满采空区时，若老顶又较坚硬，则在采空区易形成较大的空洞。空洞的存在可能引起瓦斯积聚；老顶来压时引起暴风；老顶来压对支架产生冲击；岩石垮落撞击与摩擦引起火花等。,,,,2、上覆岩层的活动范围大与分层的顶分层开采相比，放顶煤开采上覆岩层的垮落、破碎和移动的范围增大，上覆岩层的活动必然剧烈，但总体上讲，放顶煤开采与分层开采全厚煤层后所引起的上覆岩层垮落范围并不大于分层开采的放顶煤开采和分层开采采出的煤层厚度是相同的，放顶煤一次采全厚，会引起较大范围的上覆岩层垮落、破裂与移动、较大范围内的岩石碎胀来支撑上部岩层。分层开采的下部分层开采是在上部分层引起的垮落、破裂后的岩层下开采，这会活化原有破裂和被扰动的岩层，进一步扩展破裂岩层的范围。相比较而言，放顶煤开采的上覆岩层的垮落、破碎和移动范围较顶分层开采时的大，但是还不能证明放顶煤开采的上覆岩层破裂区大于分层开采的最终破裂区。随着时间的推移，二者最终引起的地表沉降会大体相当，采出煤炭的地下空间需要垮落岩石的碎胀和上覆岩层的弯曲下沉来补偿。,,,,,,,,3、破碎放顶煤的存在放顶煤支架上方存在一层厚而破碎的顶煤，破碎的顶煤既是回收的对象，也是传递上方岩层载荷的媒介，又是支架控制的直接对象。由于破碎顶煤的刚度较小，且在支架后方放出，因此顶煤的破碎程度及放出情况会影响支架载荷分布以及支架与围岩关系。如放顶煤支架前柱工作阻力普遍大于后柱的；放顶煤工作面支承压力分布的范围较宽；超前工作面距离较大；放顶煤工作面来压强度较分层开采没有显著变化等，这些矿山压力显现特征与厚而破碎的顶煤存在与放出有很大关系。,二、放顶煤开采顶煤运移的基本规律,经过大量的现场实测和实验室研究，认为放顶煤顶煤运移基本符合椭球体理论，虽然椭球体理论还有不完善之处，但目前仍然被广泛采用，作为确定放煤步距、放煤高度和放煤方式的主要理路依据。,,,,在实际的放顶煤工作面，每个支架都有放煤口，工作面每推进一定的距离，要放煤一次，这样，相邻两个支架之间以及前后两个放煤步距之间都有相互的影响。比如在放煤步距确定之后，脊背损失就成为一个定值，与顶煤厚度、放煤方式等关系不大，因此，顶煤厚度越大，放出的煤量就越多，脊背损失所占比例越小，因此，放顶煤不应低于某一个高度。同时，顶煤厚度薄，在冒落过程中煤岩分界面不清楚，含矸率大大增加。,,顶煤厚度小的情况下的顶煤移动情况,,,,,,,,1、顶煤运移特性（1）煤体的坚固性系数不同，顶煤始动点位置不同。煤越软，始动点超前工作面的距离越远。煤越硬，顶煤始动点超前工作面的距离越近。软煤总位移量中硬煤总位移量硬煤总位移量。（2）一般顶煤总位移量大于100mm时，顶煤具有可放条件。软煤在工作面前方2～4米已经具备可放条件，中硬煤在工作面后方2m即支架上方具有可放条件，硬煤在工作面后方4m，即已经接近放煤口时才达到放煤条件。,,（3）软煤的顶煤移动角大于90，属于滑落运到；中硬煤层顶煤移动角在80左右，是顶煤垮落后的坠落运动；硬煤的顶煤移动角更小，类似于悬臂梁自由端断裂破坏后的坠落。（4）顶煤运动的初期，主要以水平移动为主，随着工作面的接近，垂直位移逐渐增大，在工作面支架上方垂直位移量超过水平位移量，具体位置根据煤的软硬的不同而不同。煤越软，裂隙越多，顶煤变形量越大，煤体比较破碎，利于放煤。煤越硬，裂隙少，顶煤完整，块度大，不利于放煤。,,2、顶煤冒放性的主要影响因素在放顶煤开采过程中，顶煤的冒放性影响非常大。顶煤冒放性影响因素相当多，主要有以下几个（1）煤体强度煤的f值越小，强度越低，顶煤起始活动点越远，顶煤受力时间越长，越有利于顶煤的放出。但煤太软，给工作面端面维护造成困难。F值越大，支撑压力峰值距煤壁越近，顶煤破坏过程短，其变形、位移越小。为使顶煤破碎，需要采用注水软化等措施。一般认为，煤的坚固性系数在3以下的煤层适合于放顶煤开采。,,,（2）煤层顶底板岩性直接顶板能随采随冒，顶煤放出后能及时充填满放出空间，防止顶煤散落到采空区造成丢煤，减少顶煤放出损失。直接顶岩性以泥岩、页岩、粉砂岩等中等稳定岩性以下为好。老顶的作用主要是向煤壁前方传递支承压力。岩性越好，传递支承压力的能力越强，对顶煤破碎越有利，但来压步距相对要加大，来压强度加剧。综合考虑老顶破煤作用与来压强度，以中粗砂岩、细砂岩等中等稳定岩性为好。坚硬顶板应采取强制软化顶板的措施。放顶煤开采，工作面工序较多，推进速度慢。对松软底板，支架底座易陷入底板，移架困难。放顶煤工作面支架对底板的比压一般为1.5～3.0MPa。,,（3）煤层高度与采放高度比对于缓倾斜厚煤层，放顶煤开采适应的煤层厚度下限已经到4～4.5米。研究表明当支架上部的顶煤厚度小于2m时，煤矸分界面难以控制，采用放顶煤应有特殊措施。放顶煤开采的上限一般不应大于12米，采放比不超过13。主要是顶煤太厚，上部煤层压裂效果差，难以放出，影响回收率，同时加大了采空区发火的几率。据测定，当煤厚超过16m时，顶煤松散系数为1.0，即不松散，如果顶煤冒落性差，就不能随采随冒。顶煤破碎主要依靠支承压力和支架反复支撑卸载作用来实现，顶煤太厚，上部顶煤破碎不充分，破碎块度大不易放出。根据放顶煤开采实际顶煤留设厚度及对顶煤破碎机理的分析，适宜的采放高度比以1（1.52）为好，顶煤强度较低时，适当加大顶煤厚度仍具有较好的冒放性。,,（4）节理裂隙发育程度顶煤的变形、移动，首先从顶煤内裂隙的产生、发展开始。裂隙是控制顶煤破坏的内在主导因素。煤体中节理裂隙发育大大降低了顶煤的整体强度。总的来讲，裂隙发育程度高利于顶煤的再次破碎与冒落成均质松散体。顶煤放出时具有明显的规律性，回收率高。但裂隙发育超过一定限度后，由于顶煤过分松软，架前、架间顶煤片帮、冒顶将影响放顶煤工作的正常进行，降低了工效。,,（5）夹石层厚度与夹石层强度夹石层对放顶煤的影响主要取决于夹石层的厚度、夹石层的强度和夹石层的层数。当煤层中夹石层单层厚度大于300mm时，强度将影响顶煤冒落。因此可以300mm为界，大于300mm时视顶煤可放性极差，厚度越小冒放性越好。夹石层强度对顶煤冒放性影响取决于夹石层强度与煤层强度之比值。一般认为，只有当夹石层强度大于煤层强度时，才会对顶煤冒落造成不良影响，且夹石层强度越大顶煤越难冒落。当夹石层强度小于煤层强度时，夹石层作为中间弱层随其下部顶煤的冒落而随之冒落，不会对顶煤冒放性造成影响。夹石层的层数也影响顶煤的可放性。,,（6）煤层埋藏深度埋藏深度影响支承压力的大小，支承压力是使煤体产生裂隙的主要因素。支承压力的大小很大程度上取决于煤层埋藏深度，埋深大，压力大，有利于顶煤的破碎。理论研究表明，煤体压裂效果与采深存在一定的线性关系，通过对山西6个放顶煤工作面测定的采深对顶煤压裂的影响结果表明，采深大于100m时，一般即可产生压裂效果。因此，使用放顶煤的临界深度为100m左右。,,,根据我国综放开采的应用情况和在各种条件下取得的经济技术效果和采取的技术措施，将我国综放工作面顶煤的冒放性分成4类冒放性好顶煤能够自行垮落并能顺利放出，直接顶随采随冒，并能充满采空区。冒放性较好顶煤能够自行垮落，放煤比较顺利，有时会出现大块卡口现象，但经支架破碎机构破碎后仍能放出。冒放性一般顶煤能够垮落，但块度较大，放出流动性较差，为使顶煤顺利放出需进行顶煤预破碎。冒放性差顶煤垮落不充分或滞后垮落，可放性差或顶煤虽能垮落但直接顶坚硬，不能随采随冒，在采空区形成悬顶，一般不宜进行放顶煤开采，或需采取特殊的提高顶煤冒放性措施。,,如山东省放顶煤煤层分布主要在兖州煤田3煤和宁阳县境内厚煤层，由于宁阳境内煤层较软，综合其他条件，该煤层总的冒放性是好的，实际放煤中没有采取任何其他措施，顶煤便能顺利冒落并放出。而兖州煤田3煤较硬，f值在3左右，总的冒放性属一般。因此在实际放顶煤生产过程中均不同程度地采取了其他辅助破煤措施，尤其是柴里矿2342综放面，由于煤层中有夹矸的影响，使冒放性大大降低，夹矸是造成冒放性降低的主要因素。为此该面在生产过程中重点对夹矸的破碎，移动规律进行了专项观测，目的是采取相应措施增加夹矸的冒放性，从而提高顶煤的整体冒放性。,,,,,,三、放顶煤工作面的矿压显现特征放顶煤开采一次采出煤层厚度大、采空区顶板活动空间大等特点。按照传统的矿压理论，放顶煤工作面的支架受力应远远大于同等条件下的分层开采，但实际并非如此。放顶煤工作面支架载荷与工作面采高并不是6～8倍的线性关系，且偏差较大，原因就在于支架与围岩之间的顶煤的存在。实测表明综放工作面支架的工作性质有所变化，顶煤对支架的合力作用点前移，支架前柱的工作阻力普遍高于后柱；载荷普遍不高于分层开采，支架工作特性表现为缓慢上升或降阻特性；周期来压不明显；综放采场上覆岩层中存在层位更高、范围更大且具有一定的整体性的岩层结构存在。,,综放工作面围岩空间特点,I－支撑区，即液压支架；Ⅱ－顶煤破碎和排放区，区内的煤体最终被运走；Ⅲ－充填区，主要是浮煤和垮落岩块；Ⅳ－煤壁；Ⅴ－周期性破断、下沉的上位岩层,,1Ⅰ区和Ⅴ区与一般综采基本相同，但Ⅴ区位于Ⅰ区上方较高的层位处，其前端开始断裂处超前煤壁较远。2Ⅱ区与一般综采工作面有明显的区别一方面该区内顶煤不断破碎、垮落，使下位岩层的矸石不能完全充填顶煤放出后的空间；同时Ⅴ区位置较高，其断裂线随着工作面推进而移动，由于煤壁支撑角的影响，当断裂线移出煤壁影响区时，就已经在采空区的上方了。因此，上位岩层的重力与回转运动产生的压力不能有效地加载到支架上。3因采出的煤体的总厚度较大，Ⅲ区处的范围较大且下位岩层垮落后充填的密实程度较低。,第五节综采放顶煤液压支架,1.按与液压支架配套的输送机的台数，放顶煤液压支架可分类如下单运输机插底式、不插底式双运输机开天窗单铰式、四连杆式插板式前四连杆式、后四连杆式2.按放煤口位置，放顶煤液压支架可分类如下高位（单输送机开天窗式）中位（双输送机开天窗式）低位（双运输机插板式,,a高位放顶煤液压支架示意图,高位放顶煤液压支架,,,中位放顶煤液压支架示意图,,,低位放顶煤液压支架示意图,,二、高位放顶煤液压支架（一）高位放顶煤液压支架的特点高位放顶煤液压支架是指单输送机、短顶梁、掩护梁开天窗高位放煤的掩护式支架。支架的特点1．支架结构简单，工作面的煤由一部输送机运出，工作面设备布置与普通长壁工作面相同。2．支架的长度较短，结构紧凑，稳定性和封闭性都较好。3．掩护梁放煤口尺寸大，可达2000800mm，有利于顶煤的放出。,,4．由于顶梁短约1.2m，放煤口位置距煤壁较近，因此，对煤层冒放性的要求较高。一方面要求梁端顶煤要完整，不冒顶，不片帮，另一方面，在顶梁后即是放煤口，要求顶煤破碎，能顺利放出。5．支架在放煤时，正常人行通道基本上被切断，减少了工作面安全出口。6．由于是高位放煤，煤尘大，支架通风断面较小，防灭尘的工作量大，要求高。7．采放同用一部输送机，不能平行作业，影响产量的提高。,,,,二、中位放顶煤液压支架（一）中位放顶煤液压支架的特点1．支架稳定性和密封性好，抗偏载和抗扭能力大，不易损坏。2．放煤口距煤壁远，有助于顶煤的维护。顶梁长，有利于反复支撑顶板，增加顶煤的破坏程度。支撑底座长，可减少支架对底板比压，而且分布较为均匀。3．采放分别使用两部输送机，可以实现平行作业。4．受放煤口尺寸的限制一般为1500mm900mm，架与架之间有三角煤放不下来，即所谓“脊背损失”，同时放煤口易发生大块煤堵塞现象。5．后输送机放在支架底座上，后部空间有限，大块煤通过困难，并且移架阻力较大。6．掩护梁不能摆动，二次破煤的能力差。,,,,,,（二）中位放顶煤液压支架的适应性分析中位放顶煤支架的适应性强，在各种煤层条件下均有成功的实例，取得了好的技术经济效益。一般缓倾斜中硬厚煤层都可选用中位放顶煤液压支架，特别是在矿压显现剧烈，有悬顶危险的条件下，中位放顶煤液压支架比低位放顶煤液压支架更为优越。中位放顶煤液压支架主要问题是放煤问题，主要有两种情况一是煤层的层理、节理裂隙不发育，顶煤在架后悬顶，不能及时垮落；二是顶煤或夹石虽然垮落，但块度大，盖住或卡住放煤口。,,上述情况主要应从开采工艺上解决，如合理确定顶煤高度，放震动炮或高压注水软化、压裂煤体等。从支架上采取的途径主要是对于第一种情况适当降低初撑力，加速顶煤离层。加长顶梁，增加支架对顶煤反复支撑的次数，使顶煤破碎跨落。对于煤的层节理很不发育，架后悬顶严重的，需要借助于特殊的辅助落煤装置，国内外对此均有所研究，但大多结构复杂，造价较高，而且只能适应5m左右厚的煤层。对于第二种情况，可以通过增大放煤口或在放煤口设置主动破煤机构。,,三、低位放顶煤液压支架（一）低位放顶煤液压支架的特点一种双输送机运煤、在掩护梁后部铰接一个带有插板的尾梁、低位放煤的支撑掩护式液压支架。支架有一个可以上下摆动的尾梁摆动幅度在45左右，用以松动顶煤，并维持一个落煤空间。尾梁中间有一个液压控制的放煤插板，用于放煤和破碎大块煤，具有连续的放煤口。这类支架由于具有许多特点，并且不断改进，适应性增强，具有良好的推广前景，其主要特点如下1．由于具有连续的放煤口，放煤效果好，没有脊背煤损失，回收率高。2．和其他支架相比，从煤壁到放煤口的距离最长，经过顶梁的反复支撑和在掩护梁上方的跨落，使顶煤破碎较充分，对放煤极为有利。,,3．后输送机沿底板布置，浮煤容易排出，移架轻、快，同时尾梁插板可以切断大块煤，使放煤口不易堵塞。4．低位放煤使煤尘减