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煤矿开采学讲义厚煤层放顶煤采煤法 13-18 第十三章 厚煤层放顶煤采煤法 第一节 基本特点及类型 一、放顶煤采煤法基本特点 放顶煤采煤法就是在开采厚煤层时，沿煤层（或分段）底部布置一个采高2～3m的长壁工作面，用综合机械化采煤工艺进行回采，利用矿山压力的作用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（或上方）放出，并予以回收的一种采煤方法。 或开采缓斜厚煤层时，先采出煤层底部的煤，放采上部顶煤的采煤方法。 1- 采煤机；2-前输送机；3-放顶煤液压支架；4-后输送机；5-胶带输送机；6-配电设备；7-安全绞车；8-泵站；9-放煤窗口；10-转载破碎机 A-不充分破碎煤体；B-较充分破碎煤体；C-待放出煤体 放顶煤综采主要工艺过程采煤机割煤→移架及时支护→推移前部输送机→拉后部输送机→打开放煤口放顶煤→处理碎煤成拱、大块煤堵口、顶煤过硬 二、放顶煤采煤法基本类型 1、 一次采全厚放顶煤开采 沿煤层底板布置一个放顶煤开采长壁工作面一次放出顶煤全厚。 优点掘进量小，设备少，系统简单，生产集中。缺点煤质软时，两巷维护难。 适用厚度6～12 m 的煤层。 2、预采顶分层网下放顶煤开采 沿煤层顶板布置一个普通长壁工作面，开采顶分层时进行铺网，而后沿煤层底板布置放顶煤工作面，将两个工作面之间的煤在网下放出。 优点由于顶层铺设金属网，可以减少放煤的含矸量。 缺点开采顶分层后一般矿山压力减弱，不利于顶煤的破碎，常有大块煤需要人工预裂。 适用12m 以上、直接顶坚硬、瓦斯大的煤层。 3、倾斜分段放顶煤开采 当煤层超过15～20m以上时，可将煤层自顶板至底板分成8～10m的分段，然后自上而下依次进行放顶煤开采。 一般适用于15m以上的缓斜煤层。 第二节 放顶煤开采的支护设备 一、放顶煤液压支架分类 按支架支护方式掩护式、支掩式、支撑式、简易式。 窗口位置高、中、低三种放煤支架形式 输送机数目单、双输送机 目前常用放顶煤支架放顶煤液压支架高位单输送机、中、低位双输送机。 1、单输送机高位放顶煤支架 优点支架结构简单；稳定性好；运输系统及端头维护简单。 缺点通风断面小；放煤口位置高丢煤多，煤尘大；采放不能平行作业。 2、 双输送机中位放顶煤支架 双输送机运煤，在掩护梁上开放煤口，中位放煤的支撑掩护式液压支架。 优点支架稳定性和密封性好，后输送机放煤空间大； 缺点后绞点位置较高，丢煤多、煤尘较大，端头维护复杂。 3、双输送机低位放顶煤支架 双输送机运煤，在掩护梁后部绞接一个带有插板的尾梁，在尾梁下安放输送机。 优点 （1）低位放煤效果好、煤尘小； （2）顶梁长，放煤口距煤壁远，经顶梁反复支撑，使顶煤充分破碎，对放煤有利。 缺点该支架的稳定性差。 4、轻型放顶煤液压支架* 主要特点是 （1）支架结构简单、紧凑，重量轻，便于拆装运输。 （2）支架空间较大，便于清理浮煤和拆装检修后部输送机。 （3）支架稳定性好，造价低。 （4）单铰接轻型放顶煤液压支架，具有较好的封闭能力和端面积是及时支护能力，能较好地解决“三软”煤层和较薄的厚煤层综放开采和端面易冒落的问题。 适用范围 （1）煤层f＜2.5，来压不明显，厚度38m，倾角＜25。 （2）工作面尺寸较小，断层较多，地质条件复杂的工作面。 （3）边角煤或煤柱开采，厚度变化较大，较薄厚煤层。 第三节 放顶煤工作面矿压显现特点及顶煤破碎机理 一、岩层活动及矿压显现特点 放顶煤开采时，由于煤层一次采出厚度的增大，直接顶的垮落高度成倍增加，可达采出煤层厚度的2.0～2.5倍，其中1.0～1.2倍范围内的直接顶为不规则垮落带，而在上位直接顶中则形成某各临时性“小结构”，其活动可对采场造成明显影响。 综放采场上方仍可形成稳定的“砌体梁”式基本顶结构，但其形成的位置远离采场。 上位直接顶中可形成“半拱”式小结构，并与其上的“砌体梁”结构相结合，共同构成综放开采覆岩结构的基本形式。 特点 由于松软顶煤的参与，综放支架阻力通常不大于分层开采支架阻力； 综放基本顶初次来压与分层开采相比步距增大，一般可达50m以上； 周期来压步距相对减少，约为其初次来压步距的三分之一。 二、顶煤破碎机理 1、综放开采时，实现顶煤的有效破碎和顺利放出是放顶煤工作的核心问题，而顶煤的有效破碎又是顶煤顺利放出的前提，同时也是支架选型不确定放顶煤工艺的依据。 2、煤的普氏系数越小，有利于顶煤的放出；相反，f值越大，放煤效果越不理想。一般认为，煤的普氏系数f〈3的煤层基本适合放顶煤开采。 3、顶煤的破碎是支承压力与顶板运动及支架反复支撑共同作用的结果，其中支承压力是关键。 4、支架对顶煤反复支撑的次数N与顶梁的长度L及采煤机截深B有关，可表示为NL/B。 5、根据顶煤的变形和破坏发展规律，沿工作面推进方向前将煤划分为四个破坏区，依次为完整区、破坏发展区、裂隙发育区、垮落破碎区。 （1）初始破坏区 在支承压力作用下，煤壁前方较远处顶煤由弹性变形进入塑性变形，原生裂隙扩展，顶煤初始破坏。 支承压力峰值大小与工作面长度有关。 （2）裂隙发育区 支架反复支撑，控顶区内的顶煤形成发育的裂隙。 支架反复支撑，形成交变应力，破碎效果提高。 （3）垮落破碎区 顶煤完全破坏，失支连续性，在支架后方垮落放出。 第四节 放顶煤采煤工艺 一、顶煤放出规律 1、椭球体放矿理论矿石在采场破碎后，是按近似椭球体形状向下自然流动下来的，即原来所占的空间形状为一个旋转椭球体，放煤椭球体表面上的颗粒将大体同时到达放煤口。 1-放出椭球体，2-放出漏斗，3-松动椭球体，4-移动漏斗 2、放出椭球体 设长轴2a h，短轴为2b1；h 放顶煤高度。 生产实践及实验表明 2b1（0.25 0.3）h b1 （0.25 0.3） h / 2 3、松动椭球体 理论认为放煤的同时，放出椭球体周围的煤岩也将向放煤口移动，充填放煤留下的空间，此空间体与放出椭球体相似，称松动椭球体。 松动椭球体参数 松动椭球体高度为H， H （2.2 2.6）h 4、放煤口间距 放煤口间距l 大小影响放煤效果。 当l2b1时，脊背煤损失大；l 越大，损失越大； 当l 75。 （一）放顶煤采面煤炭损失分析 1、初采损失率 初采损失率，为防止顶板冲击支架， 开切眼放煤量往往控制在80左右；采空区充填物高度约等于支架高度 。 2、末采损失率 放顶煤采面收尾方法 1为安全拆除设备，距停采线1015m内，铺网、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。 2以8 10度的坡度，采面爬顶，停采线处顶板为岩层。 适用煤软。 3、端头损失端部23架不放顶煤，保护出口。此损失与采面长度成反比。 4、采煤工艺损失主要损失。 （二）采煤工艺损失分析 1、 提高采出率和降低含矸率相互矛盾； 2、 顶煤不可能100采出，煤损具有必然性。 第六节 适用条件及评价 一、放顶煤开采的主要优点 1、单产高； 2、效率高； 3、成本低； 4、巷道掘进量小； 5、节省了安装和搬迁费用； 6、对煤层厚度及地质构造的适应性强。 二、放顶煤开采的主要缺点 1、煤损多； 2、易发火； 3、煤尘大； 4、瓦斯易积聚； 三、适用条件 1、煤层厚度6-10米； 2、煤层硬度煤层的坚固性系数小于3； 3、煤层倾角倾角不宜太大； 4、煤层结构夹矸厚度不能大于0.5m，占煤层厚度的比例不能超过10-15，其坚固性系数也应小于3； 5、顶板条件直接顶应随采随落，冒落高度不宜小于煤层厚度的1-1.2倍，老顶悬露面积不宜过大，以免受冲击。 6、地质构造地质破坏较严重、构造复杂、断层较多和使用分层长壁综采较困难的地段、上下山煤柱等，使用放顶煤开采可取得较好的效益。 7、自燃发火、瓦斯及水文地质条件对于自燃发火期短、瓦斯量大、水文地质条件复杂的煤层，先要调查清楚，并有相应的措施后才能用放顶煤开采。 习题 1、综采放顶煤采煤法主要有哪几种类型，各有何特点 2、简述综采放顶煤技术的主要优缺点。 3、试述综采放顶煤支架的主要形式和分类依据，以及不同架型的主要优缺点。