采矿学-第七章 放顶煤 采煤法

综采工作面顶板结构
上位直接顶中可形式“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。由于 松软顶煤的参与，综放支架阻力通常不大 于分开采的支架阻力。 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。
放煤步距太大：顶板方向的矸 石先于采空区后方的煤达到 放煤口，关口，顶煤放不出
放煤步距太小：采空区方 向的矸石先于上部顶煤到 达放煤口，顶煤损失部分
合理的放煤步距只是把煤炭采出率和混矸率控制在 一定范围内。
确定放煤步距时，可借鉴经验公式：
L=（0.15~0.21)[(H-M)-h] 式中： L：放煤步距，m； H：煤层厚度， m； M：采煤机割煤高度， m； h：放煤口至煤层底板的垂高， m。
1、顶煤冒放性的评价指标体系
煤层的硬度系数；煤层赋存深度；顶煤节理裂隙 发育程度；夹石层指标；随采随冒直接顶对采 空区充填程度；基本顶级别；采放高度比。
2、顶煤冒放性的分类结果（表7-2）
三、放矿理论与顶煤放出规律
1、放矿椭球体理论： 椭球体放矿理论认为： 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。
2、综采放顶煤矿压显现规律
①支架载荷不高； ②支架前柱阻力一般大于后柱； ③工作面来压不明显。
第三节长壁放顶煤工作面工艺参数及过程
一、长壁综放工作面参数分析 1、工作面长度及推进长度 1）主要影响因素 ①顶煤破碎 ②顶煤放出 ③煤炭损失 ④月推进度、产量和效率 采场上覆岩层充分运动—有利于破煤。 当采面 80m时，顶煤不能充分破碎，放煤难。
3）低位放顶煤双输送机液压支架
1 2 3 4 5 6 7
后输送机铺在底 板上，煤尘小， 有发展前景
12
11
10
9
8
双输送机低位放顶煤支架 特点：
（1）由于具有连续的放煤口，放煤效果好， 采出率高 （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，同时尾梁插板可以破碎大块煤， 放煤口不易堵塞 （4）低位放煤，煤尘小，有利于降尘 （5）支架的稳定性差
3）工作面连续推进长度
一般大于800 1000m，考虑工作面搬 迁，工作面初采、未采时煤炭损失所占比例， 综采设备的大修期，工作面推进度可在 2000~2700m之间。 简易放顶煤工作面的连续推进长度不应 小于600 800m。
2、循环放煤步距（如图7-11）
循环放煤步距：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。 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。
2）合理工作面长度 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 长度：
T l n B t
式中：l — 采面长度，m；n — 同时放煤的支架数，n 3； T— 每班工作时间，min； t —每架支架放煤所需时间，min； B—支架宽，m； — 班工作时间利用率。 T、B、n —视为常数。
2、 预采顶分层顶网下放顶煤
特点：（1）顶层，23m，只采不放；铺网。 （2）下层采面：采、放。 适用： 12 14m煤层，需人工放顶的，抽放瓦 斯的缓斜煤层。
(b)
3、倾斜分层放顶煤
特点：将厚煤层分为若干分层，分层厚一般8~10 m ； 自上而下依次放顶煤回采各分层。 适用：M 15~20m，缓斜煤层。 例如：南斯拉夫维林基矿开采了厚80150 m的褐煤 我国石炭井矿区开采厚20m以上的煤层
1450
Ф1250
10
600
140 286
60 35
630
47 2590(2450)
1460
图7-3
YFY3000—16/26型放顶煤液压支架
900
2）双输送机中位放顶煤液压支架
1 2 2567 3 4
单位： mm
5
29 00
6
7 8
1900-2800
13
12
11
10
9
图7-4 架
FYS3000-19/28型放顶煤支
3、放顶煤开采顶煤位移的特点
①煤体的坚固性系数不同，顶煤始动点位置不同； ②一般认为顶煤总位移量大于100㎜时，顶煤具备可放 条件； ③软煤的顶煤移动角大于90°，放煤是一种滑落运动； 中硬的顶煤移动角在80°左右，放煤是一种顶煤垮落 后的坠落运动；硬煤的顶煤移动角更小，放煤更类似 于悬臂梁自由端断裂破坏后的坠落；当硬煤的顶煤移 动角小于50°时，顶煤很难放出。 ④不同高度顶煤始动点位置不同； ⑤顶煤移动初期，主要以水平位移为主，随工作面接 近，垂直位移逐渐增大。
3、单轮、间隔、多口放煤 先放 1#、3#、5#、放顶煤，见矸关口， 留较大脊背煤； 滞后一定距离放 2#、4#、6#、放出留下 脊背煤中的一个椭球体。 优点： 操作简单，容易掌握； 放顶效果好； 丢煤少，少出矸 。 适用：广泛采用。 1 2 3 4 5 6 7
x z
H
4 3
2 1
h
z
y
y
1-放出椭球体，2-放出漏斗 3-松动椭球体，4-移动漏斗
放出椭球体参数：
设长轴2a = h， 短轴为2b1； h — 放顶煤高度。 生产实践及实验表明： b1= （0.25 0.3） h / 2
z
H
4 3
2 1
h
y
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
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(m) 采出率(%)
0.5 0.6
含矸率(%)
备注
打开放煤口即 有矸石混杂
1.0 1.2
1.5 1.8 2.0 2.4
86.5
72.93 70.48
11.45
12.Fra Baidu bibliotek7 16.99
3、放煤方式
放煤方式：放顶煤工作面放煤顺序、次数和 放煤量的配合方式。 1、单轮顺序放煤 操作简单，容易掌握；放煤速度也较快；
第一节 放顶煤采煤法分类
一、按厚煤层赋存条件和采放次数分类
1、一次采全高放顶煤采煤法，
特点：1）采面采高：M=h1=2.03.0m；
2）放顶煤高度：
h2= (1-3) h1
(a)
适用：M 4.5m ，M =6 12m 优点：掘进量小，设备少，系统 简单，生产集中 缺点：煤质软时，两巷维护困难。
第七章
长壁放顶煤采煤法
长壁放顶煤采煤法：开采近水平或缓（倾）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方法称为长壁放顶煤 采煤法。 或：在近水平或缓（倾）斜厚煤层的底部 （或煤层上部某一范围的底部）布置长壁工作 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，并予以回收的一种采煤方法。
z
H
4 3
2 1
h
y
2、顶煤放出规律及主要影响因素
顶煤放出的形态、纯煤放出量、煤岩 分界线主要受顶煤的垮落角、放煤口到顶 煤垮落的水平距离、顶煤的厚度和放出体 轴偏听偏角四个因素的制约。在这四个因 素的制约下，放出体固定帮的方向发生偏 转，形成偏转椭球缺。如图7-10
该椭球体符合三项主要特征： ①放出体形状为一近似椭球体。 ②放出体被放出的过程中，其表面仍保近 似椭球状，最后其表面上颗粒点同时被 放出。 ③移动椭球体表面上各颗粒点的高度相关 系数在移动过程中保持不变。
(c)
4、预采中分层放顶煤
二、按放顶煤采煤工艺及相应设备分类
1、按采煤工艺分： 滑移顶梁液压支架铺顶网 炮采放顶煤开采 单体液压支柱配Π 型钢梁 铺顶网 普采放顶煤开采 综采放顶煤开采 综采放顶煤 综采轻型支架放顶煤 简易放顶煤
1、综采放顶煤液压支架 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；不充分碎裂体， 中位放顶煤液压支架；较充分， 低位放顶煤液压支架；冒落放出 按放顶煤面输送机数目，分： 单输送机 双输送机
单轮、多口、顺序、不等量放煤
单轮 多口 同时开4个口 顺序 第一个口见矸后,开第5个口,1/4 不等量 1,1/2,1/3,1/4 放煤较难控制，实际中已较少采用。
2、多轮顺序放煤
采面分2 3段；段内同时开启两个相邻放 煤口； 每次放1/2 1/3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。 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。 缺点：要求操作水平高。 适用：煤厚8~10m以上。
放顶煤液压支架类型
轻型放顶煤液压支架
（ ）
单摆杆式
b
单铰接式
轻型放顶煤液压支架特点：
（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，具有较高的 封闭能力，能较好地解决“三软”煤层和较薄的 厚煤层综放开采端面易冒落的问题。
工作面长度计算实例：
阳泉一矿：M=6. 5m，顶煤4m，平均每架 放煤 t =5 7min，取n=2， B=1.5m, T. = 5h 得：l =135 190m 若：M=10m， 顶煤7.2m， t = 8~10min , 则: l= 96~120m。 一般工作面长度≮80m，以120~180m较为合 理。少数达200m。
1）单输送机高位放顶煤液压支架
特点：短托梁加内伸缩 梁及侧护板。 优点：控顶距小，稳定 性好，运输系统及工作 面端头维护简单，便于 管理。 缺点：断面小、煤尘大、 采放不能平行作业、回 收率低。
1600～2600 40
(3125 ～4025) 3125 ～3550 290～330 (1605)1175 ～2075(2105)
双输送机中位放顶煤支架特点：
（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工作面前方顶煤的 维护 （3）由于采煤和放煤使用两部输送机，可实现 采放平行作业，实现高产高效 （4）放煤口位置较高，丢煤多，采出率较低， 煤尘较大 （5）后输送机放在支架底座上，后部空间有限， 造成大块煤通过困难，移架阻力大 （6）掩护梁不能摆动，二次破煤能力差
2b1 2b 1
l 1 (a) 2 1
l 2 (b)
放煤口间距
当l 2b1时，Fig、11 — 8、c示，脊煤损失小， 煤矸石混杂；
2b 1
支架选取后，l是确定的，要 求合理放煤工艺，减少煤损， 不增加混矸
1
l 2 (c)
(a)
(b)
(c)
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。
2、放煤步距影响因素 ：
顶煤厚度；松散程度；放煤口的位置；顶 煤可放性；顶煤冒落时的垮落角；直接 顶厚度。 当前，生产实践中 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） 截三刀放顶煤一次，（顶煤厚度较大）
放煤口间距
放煤口间距 l 大小影响放煤效果 当l 2b1时，Fig、7 — 10、a、b示 ，脊背 煤损失大；l 越大，损失越大；
轻型放顶煤液压支架的适用条件：
（1）煤层普氏系数f＜2.5，来压强度不大， 煤层厚度3~8m，煤层倾角＜25°
（2）工作面尺寸较小，断层较多，地质条 件较为复杂的工作面 （3）边角煤或煤柱的开采，厚度不稳定的 煤层，较薄厚煤层
2、放顶煤滑移顶梁支架、悬移顶梁支架和 组合顶梁支架
1）滑移顶梁液压支架 存在的问题： ①顶梁前后排列，稳定性 差，支架长度较大，易 出现超载现象； ②弹簧钢板易断裂； ③侧向稳定性随煤层倾角 加大而变差。
2）悬移顶梁液压支架
既有综采支架稳定性好、能自移特点， 又具有单体支柱适应性强、体积小、重量 轻、易操作、移动方便的特点。
3）组合顶梁液压支架
第二节长壁综放工作面顶煤冒放性、 放出规律及矿压显现规律
一、顶煤冒放性的影响因素 顶煤的破碎是支承压力。顶板运动及支架 反复支撑共同作用的结果。
二、顶煤冒放性的评价及分类方法
四、放顶煤工作面矿压显现规律
1、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，可达煤层采出厚度 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，如图，但其形成的位置远离采场。