综采放顶煤开采技术研究与实践

综采放顶煤开采技术研究与实践

【摘要】本文笔者结合多年从事工作经验与实践，对综采放顶煤工艺及相应的配套设备，给出了急倾斜厚煤层和缓倾斜厚煤层中的巷道布置方式、采高及采区走向长度的计算方法，根据放顶煤采煤法易于自燃的实际情况提出防止自燃发火的措施。

【关键词】综采放顶煤；开采；安全措施

放顶煤采煤法基本特点和类型，就是在厚煤层中，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方（或上方）放出，并予回收的一种采煤方法。该方法始于20世纪40年代，我国从20世纪80年代初开始研制厚煤层放顶煤的综采设备，由于这种采煤法具有掘进率低、适应性强、易于实现高产等特点，该技术在我国得到了迅速发展，现如今我国是世界上采用放顶煤采煤法最多的国家之一，在放顶煤综采设备的制造、回采工艺、提高煤的回收率和降低含矸率、以及防止自燃发火措施等方面都积累了较丰富的经验。

1.顶煤放出规律

根据放矿理论，矿石从采场内是按近似椭圆球体形状留出来的，即原来所占的空间为一个旋转椭球体，如图1所示。在放矿过程中形成的椭球体称为放出椭球体1，停止扩展而最终形成的椭球体称为松动椭球体3，放矿后形成放出漏斗2和移动漏斗4。如果放顶煤高度为，则放出椭球体1长轴为，近似于，短轴为2b1。高度

为的水平煤岩分界面将下降为一漏斗面2，由于下降时煤岩的滚动，漏斗面实际上是由一定厚度的混矸层组成，最大直径近似于

4b1。生产实践表明，放出椭球体短轴与长轴的关系式如下：

b1=（0.25～0.3）h/21

1—放矿椭球体2—放出漏斗3—松动椭球体4—移出漏斗

图1 放矿椭球体概念示意图

从放矿理论上讲，放出椭球体表面上的颗粒将大体上同时到达放煤口。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，且与放出椭球体相似，为一松动椭球体，其高度h为：

h=（2.2～2.6）h

由于工作面支架上的放顶煤口互相临近，放煤时放煤口间距l直接影响放煤效果。当l>2b1时，当第二个放煤口放煤时，不会因已放过第一放煤口而发生混矸现象，但放煤口之间有脊背煤损，越大，脊背煤损越大；当lks—煤的一次松散系数，其值为1.15～1.3。h=h

当厚煤层h大于12～15m时，最大取3m，h1太高，煤层容易片帮，煤坚硬时h1可取大点。h大于20m时，就要采用分层开采。

对自燃发火煤层，放顶煤采煤法对于缓倾斜特厚煤层，厚度h自然生成，这时可用上式反过来求底分层采高h1，则：

的采区走向长度l，主要根据自燃发火期决定，就是通过采取措施后，在煤层仍能自燃发火的期限内把整个区段采完。对急倾斜特

厚煤层，采区走向长度l为：

l=≤

式中： a月—工作面月产量，t；

t火—煤的自燃发火期，月；

α—煤层倾角，（°）；

m—煤层厚度，m；

h—分段高度，m；

γ—煤的容重，t/m3；

c—分段回采率，一般为0.8。

对缓倾斜煤层，采区走向长度为：

l≤

式中：l—工作面长度，m。

4.放顶煤开采的安全措施

放顶煤采煤法虽然有明显的经济效益，但由于放顶煤是利用矿山压力破煤造成了大量的破碎煤体存在，因此，可以说放顶煤开采的主要安全问题是煤层的自燃发火。我国特厚煤层一般都具有自燃发火的危险，所以在推广放顶煤开采时亦应着重研究自燃发火灾害的防治措施。根据以往的经验，防止地下自燃发火要从地面、井下以及工作面等方面开展工作，并要以预防为主。

4.1地面防灭火措施

一是用黄土、矸石等回填塌陷区，断绝地下采空区与地面地空气联系，使采空区不漏风，达到灭火的目的；二是打钻孔向采空区进

行黄泥灌浆或灌入co2气体，达到灭火和防止自燃发火的目的。4.2回采中的防灭火措施

一是向采空区灌浆，主要是灌黄泥浆；二是向支架后面采空区喷洒阻化剂，目前使用较多的是mgcl2及cacl2，取得了较好的效果；三是在工作面前方巷道中，向煤层打眼，用泵向煤层注水或注阻化剂溶液；四是均压灭火，调整风流负压，防止向采空区漏风。

4.3采后灭火措施

主要是采后密闭采空区，并向采空区灌黄泥浆或阻化剂溶液。4.4预报措施

安装束管监测系统，收集co含量、温度和其他有关参数，以便在地面集中监测并预报井下自燃发火情况；同时派专人定期巡回检查各可能发火点，遇见发火情况立即处理。

4.5直接灭火措施

预先制定避灾路线并在井下储备足够的灭火器材，配备齐全消防管路并确保足够水源，井下出现火灾时，要及时撤出人员，并立即组织灭火和抢救伤员。

5.结论

放顶煤技术易于实现高产的优点，使得该技术在厚煤层开采中被大量采用。文中基于放矿理论及大量生产实践，得出如下结论：（1）在一定放煤高度条件下，合理确定放煤口间距是十分重要的。

（2）直接顶的稳定性对顶煤放出率及安全影响较大。

（3）综采设备的配套选择及巷道的布置，应依据煤层厚度及煤层倾角等因素选择。

（4）放顶煤技术自身的特点决定了防止煤层自燃发火是放顶煤采煤法安全工作的重点。

【参考文献】

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