放顶煤开采技术

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放顶煤开采技术
¡ 大柳塔煤矿是神东矿区建成的第一个特大型现 代化高产高效煤矿，由大柳塔井及活鸡兔井组 成，原为两个独立的矿井：
¡ 大柳塔井始建于1987年10月，原设计年生产能 力600万吨；活鸡兔井于1994年10月开工建设， 设计年生产能力500万吨。
¡ 2002年为了便于集中管理，两矿合并为一矿， 设立一套矿井生产管理机构。
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二 顶煤冒放性的分类
1 模糊聚类
顶煤冒放性各影响因素权重排序及权值范围
项目
煤层硬度f 节理裂隙发育程度j 赋存深度H 比煤硬夹石层厚度h 采放高度比k 直接顶充填程度Kc 基本顶级别F
权重程序
1 2 3 4 5 6 7
权值范围 0.25~0.38 0.15~0.36 0.15~0.30 0.07~0.15 0.07~0.14 0.04~0.06 0.02~0.04
§ 3 长壁放顶煤工作面矿压显现及顶煤顶板 运移规律
一 工作面矿压特征
二
1 . 支架的初撑力、工作阻力普遍不高,为给
定载荷工 作特性：低于顶分层综采开采时相应
阻力，而且工作阻力与顶煤性质关系密切。
三
2. 支架前柱工作阻力普遍比后柱高：
四
3. 工作面顶板来压强度小于分层开采
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当前放顶煤开采技术的发展方向及主要问题
¡进一步提高工作面回采率：采出率小于75%，达不到 国家规定标准。
¡配套设备系列化：端头支架改进 ¡瓦斯灾害的防治问题 ：高瓦斯煤层进行抽放 ¡自然发火灾害的防治问题：初采、末采期间和两巷火
灾预防。 ¡工作面粉尘的防治问题：特别是放煤期间煤尘飞扬。 ¡沿底布置全煤回采巷道的支护技术：锚网和锚索支护 ¡综合技术理论的研究
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2. 有限元数值模拟分类
(1) 综放开采顶煤冒放性的主要影响因素 的排序为:煤层硬度,赋存深度,节理裂隙发育 程度,放采比,夹石厚度和直接顶充填程度.各 自的权重系数分为:0.294, 0.277, 0.211,
0.103, 0.066, 0.039.
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§1.绪论
国内：
60年代开始简易放顶煤（单体支柱）
82年开始滑移支架放顶煤，并研制综 放支架
84年首个综放开采工作面在沈阳浦河 矿进行试验
86年综放开采技术在我国取得基本成 功
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§1.绪论
¡国内发展过程分三个阶段 探索阶段（1984～1990） 逐渐成熟阶段（1990～1995） 技术成熟和推广阶段（1996～ ）
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可放性好(1类): 顶煤强度低(f<1.0) ,能够自行垮落, 垮落块度较小(<300mm), 无硬夹石,节理裂隙很 发育,煤层深度大于300 m, 直接顶能够随采随冒, 并对采空区充填较好.
可放性较好(2类):顶煤强度中等(f=1~2.5) 结构简单, 含夹石,但夹石强度较小,层数较少, 夹石层厚度较 小,节理裂隙很发育,煤层厚度5m~12 m, 顶板能够 随采随冒,采深>200m,有时会出现大于500mm的 大块.
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整套综采机械化放顶煤开采设备出口到俄罗斯
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¡ 神东煤炭分公司是中国神华能源股份有限公 司的骨干煤炭生产企业，负责中国神华能源 股份有限公司在内蒙古南部、陕西省北部交 界地带神府东胜矿区，以及山西省保德煤矿 的开发建设。公司已取得矿权开发总面积661 平方公里，总地质储量89.9亿吨。
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2. 影响放出体的主要因素
放煤口位置
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3. 放煤高度
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四 放顶煤支架工作阻力的确定 1. 利用煤岩组合特征估算法
¡ 拱-----拱组合结构
¡ 拱-----拱砌体梁组合结构
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¡ 2007年中国神华原煤生产百万吨死亡率为 0.006，大幅低于中国全国煤矿1.485和国有重 点煤矿0.383的平均水平。所属１４个分子公 司有１１个连续３年杜绝了责任死亡事故； 17处生产煤矿有16处全年实现了零死亡，其 中有10处煤矿连续安全生产1000天以上。 2007年，中国神华所属17处煤矿中有10个被 评为全国安全高效矿井，其中６处被评为特 级安全高效矿井。
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¡ 大柳塔矿建成了目前的“一矿两井500人2000万吨” 的新型集约化高产高效生产模式。在全国第一个全 套引进国际先进水平的技术和装备，形成了“矿井 大型化、生产集中化、采掘机械化、掘支运系统化、 井巷支护锚杆化、机电一体化、主运输系统皮带化、 辅助运输无轨胶轮化、安全生产监测自动化、办公 现代化”的新型工业化示范性矿井。
¡ 截止2007年，共完成投资288亿元，建成特 大型现代化高产高效煤矿10个（11个矿井）， 以及洗选加工、外运装车、设备维修等配套 设施，形成千万吨矿井群的生产格局，建成 国内第一个亿吨级现代化大型煤炭生产基地。
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¡ 中国神华在煤炭储量方面的“天赋”异常优越， 不仅煤层埋藏浅、倾角小，而且煤层厚、地表 状况稳定、地质构造简单，同时大多数煤层瓦 斯含量低。这些都是大规模、机械化开采的先 决条件。正基于此，中国神华得以在短时间内 建成无数高产、高效的煤矿，并在一开始就购 买了全世界最先进的机械，在宽240~300米、 长3000~6000米的巨大平面上进行大规模机械 化采煤作业。
>0.9
>80
选择有利于控制前冒顶的支架
2
好
0.8~0. 65~80 选择合理低位放煤支架和放煤口
9
尺寸
3
中等 0.7~0. 50~65 除合理架型外,加大放煤口,选择合
8
理放煤参数
4
差
0.6~0. 30~50 采取专门的顶煤预处理措施
7
5
极差
<0.6
<30
不适宜放顶煤开采
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2020/11/20
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§1.绪论
1 ) 厚煤层储量丰富占44％
2) 厚煤层的开采方法 ¡ 分层开采：采高2.5m ¡ 大采高综采（一次采全高）：采高4~6m ¡ 放顶煤开采：8~10m
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ZY4800-26/50型掩护式液压支架 支架型号 ZY4800/26/50，支架工作阻力 4800 KN，支架高 度 2600-5000mm，支护强度 0.78-0.8 Mpa，底板比压 1.72.2 Mpa，推溜力 360 KN，拉架力 633 KN 简短说明：大采高掩护式支架，铰接前梁带二级护帮机构，能
5 煤层顶板条件 随采随冒直接顶最低厚度 M : 采放高度, m Kp : 岩石碎涨系数
6 放采高度比
顶煤冒落充分必要条件:
则: h : 放煤口距底板高度 Ks: 煤的松散系数
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7 其他影响因素 ¡工作面推进速度： ¡顶煤的湿度 N = 959 x - 11.95
N为堵口发生次数, x为顶煤湿度,%
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§2 顶煤的冒放性
一 顶煤冒放性的影响因素
1 煤的强度（与Rc 、 C、φ）： 用 f 表示
2 夹矸 夹矸临界厚度：
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夹矸层抗百度文库强度：
k ： 砂岩0.7 ，页岩 ：0.45
3 煤层节理裂隙 节理裂隙发育好：冒落块度小,可放性好 节理裂隙发育差 ： 冒落块度大,可放性差
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可放性差(4类): 顶煤强度较大(f>3),节理 裂隙不很发育, 结构较简单,夹石层较硬,厚 度大于0.4m；直接顶较薄,需采取顶煤预破 碎等措施方能顺利放出.
难放 (5类) : 顶煤强度大(f>4), 结构较复 杂,夹石层坚硬,节理裂隙不发育；直接顶较 薄且较坚硬,不能随采随冒,采深小于100m.
二 顶煤移动特征及主要影响因素
三
1. 顶煤运移规律曲线：负指数关系：
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2 . 顶煤的层位对顶煤运移规律的影响 ¡上位顶煤开始移动的位置距工作面较远 ¡上位顶煤的位移量大于下位顶煤的位移量(总位移)
3. 煤层的厚度对顶煤运移规律的影响 ¡ 厚度大的煤层位移超前厚度小的煤层 ¡ 相同位置的顶煤位移量厚度大的较大
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可放性一般(3类): 顶煤强度中等(f<3),节理裂隙中等 发育,含夹石,但夹石强度较小,层数较少,夹石层厚 度较小,冒落顶煤块度较大,放出流动性较差,为使 顶煤顺利放出虽不需进行顶煤预破碎的辅助工作, 但必须加强放顶煤支架的二次破碎功能,采深大于
100m.
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¡ 2006年底，兖州煤业拥有完全自主知识产权的先进 采煤技术“长壁采煤法综采工艺”等发明专利，获 得2项南非专利和1项澳大利亚专利，使得兖州煤业 在煤炭开采技术上累计获得国外发明专利6项。
¡ 2005年，兖州煤业把自己的专利技术“两柱掩护式 低位放顶煤液压支架”以“非独家、不可转让”的 方式转让给世界500强企业DBT公司，获利近2000 万人民币，实现了我国采煤技术对外输出的零突破。 兖州煤业煤矿单产水平曾经连续13年保持行业第一， 煤炭回采率超国家标准6个百分点，并拥有创造世 界立井开采水平吉尼斯记录的煤矿。
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(2) 根据有限元计算结果,各因素对顶煤冒放性的影 响规律有下列诸式:
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根据计算所得的Y值就可以对照表找出相应的顶煤冒放性 类型及估算的放出率.此处顶煤冒放性分为五类,分别为:很好, 好,中等,差,极差.
类 冒放程 Y值
别
度
放出率 /%
放煤工艺特点
1
很好
¡ 1997年至2007年，该矿连续11年被国家煤炭工业部、 煤炭工业局和煤炭工业协会评为“全国特级高产高 效矿井”。
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¡ 兖州煤业股份有限公司是我国华东地区 最大的煤炭生产、出口基地，熟练掌握 世界领先水平的自主创新核心技术“综 采放顶煤”采煤方法。
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§1.绪论
放顶煤开采具有高产高效的技术优势
¡高产高效：采放平行作业，增加1个出煤系统，增产 80~100%
¡巷道掘进率低： ¡工作面搬家次数少： ¡减少材料消耗与吨煤工资支出：电力、截齿、油脂消
耗少 ¡对地质条件、煤层赋存条件适应性强：沿煤层底板布
置工作面 ¡急倾斜特厚煤层可实现综合机械化开采，实行分段放
及时支护防止片帮；整体底座设置有调架机构，带防倒防滑装 置。
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支撑掩护式液压支架 支架型号 ZZ5200/22/42，支架工作阻力 5200KN，支架高 度 2200-4200mm，支护强度 0.82Mpa，底板比压 1.58Mpa， 推溜力 223KN拉架力 410KN 简短说明：双伸缩立柱，双活动侧护板；铰接顶梁带护帮板， 能及时支护；整体底座正装推移，前端有抬底装置。
4 . 顶煤的坚固性系数对顶煤运移规律的影响 ¡ 顶煤坚固性系数大,顶煤位移始动点距工作面近 ¡ 顶煤坚固性系数大,顶煤位移量减少
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三 顶煤放出规律
1. 形状:主轴偏转的椭球体和放煤漏斗
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2. 影响放出体的主要因素
顶煤垮落角α
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顶煤
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§1.绪论
国内外放顶煤开采历史与发展
¡国外：18世纪初法国最先使用此法 20世纪初欧洲在急倾斜煤层中应用
（sublevel caving) 50年代末60年代初在长壁工作面中使用
（longwall top-coal caving） 80年代末以后在欧洲使用应用逐年减少
4 煤层赋存深度：利用矿压破煤时，临界深度H： k : 应力集中系数 f : 内摩擦系数,取0.7 : 侧压系数
:泊松比
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有限元计算曲线表明 H <100m 冒放性极差, H >400m冒放性好