第三章--放顶煤开采新技术.ppt

1、第三章 放顶煤开采新技术,放顶煤开采支护分类,放顶煤开采国内外现状,内 容,放顶煤开采概念,放顶煤开采技术研究成果,放顶煤开采矿压研究成果,放顶煤开采概念,在厚煤层中，沿煤层（或分段）底部布置一个常规长壁工作面，用常规方法进行回采，利用矿山压力的作用或辅助以人工松动方法，使支架上方的顶煤破碎成散体后由支架后方（或上方）放出的采煤方法。,一次采全厚综放面的工艺过程:,1.采煤双滚筒采煤机沿工作面全长双向截割煤体，工作面两端采用斜切进刀方式，不用人工开缺口。采煤机截落的煤炭在螺旋滚筒和前输送机铲煤板的配合下，装入输送机后运走。 2.移架为维护端面煤顶的稳定性，放顶煤液压支架一般均有伸缩前梁和防片帮

2、装置。在采煤机割煤后，立即伸出伸缩前梁支护新暴露煤顶。采煤机通过后，及时移架，同时收回伸缩前梁，并伸出防片帮装置护住煤壁。,一次采全厚综放面的工艺过程:,3.移前输送机移架后，即可推移前输送机。 4.移后输送机操作移后输送机的专用千斤顶，将后输送机移到规定位置。 5.放顶煤放顶煤为放顶煤综采的关键工序，一般要根据架型、放煤口位置及几何尺寸、顶煤厚度及破碎状况，合理确定放顶煤的步距及作业方式。,预采：先采顶分层，而后沿煤层底板布置一个放顶煤工作面； 倾斜：厚度超过15m以上，沿煤层倾斜分层依次进行放顶开采。,主要类型,放顶煤开采主要类型,一次采全厚,预采顶分层网下放顶煤,倾斜分段,急倾斜,整层、

3、预采顶分层、预采中分层放顶煤,极厚煤层分段放顶煤采煤法,顶煤放出规律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。,1-放出椭球体，2-放出漏斗 3-松动椭球体，4-移动漏斗,顶煤放煤过程,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。,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,放煤方式的煤岩分界线,如单轮、间隔、多口放煤,先放 1#、3#、5#、放顶煤，见矸关口

4、，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。,放顶煤液压支架分类,单输送机式,单输送机式,双输送机式,双输送机式,插底式,不插底式,开天窗式(单铰接式、四连杆式）,插板式（前、后四连杆式）,放顶煤液压支架分类,高位放顶煤特点:放煤口位于液压支架的上部,即顶梁或掩护梁上,运输采用单输送机运输煤. 优点:工作面运输系统简单,端头易于维护. 缺点:放煤口较高,煤尘较大;采放不能平行作业,推进速度慢;支架顶梁短,容易造成架前顶煤放空面造成支架失稳或移架困难.,不适合在软煤层中使用,煤层厚度不宜太厚.,中位放顶煤特点:放煤口位于液压支架高度的中部, 运输采用双输送机

5、运输煤,一前一后分别运输采煤机的落煤和放落的顶煤. 优点:工作面有两套独立的出煤系统,采煤和放煤相互干扰较少,可以实现采放平行作业,提高工作面单产.,广泛使用,适应性强,在各种煤层条件下均有成功的实例.,低位放顶煤特点:支架的放煤口位置低(在支架的后下方),尺寸大,而且可以是连续的,运输采用双输送机运输煤,一前一后分别运输采煤机的落煤和放落的顶煤. 优点:放煤口较低,煤尘较少,后输送机外运煤顺利,一般不需要清理后方浮煤;放煤口间无脊背煤炭损失;支架尾梁可以摆动,以利提高顶煤的回收率.,层节理比较发育的缓倾斜厚煤层中使用.,国内外放顶煤支架发展,法国放顶煤开采,匈牙利、德国放顶煤开采,我国各类放

6、顶煤支架,兖州生产轻型放顶煤支架 邯郸生产轻型放顶煤支架,六柱式（邢台）、二柱式（邢台）、四柱式（邯郸）轻型放顶煤支架,北京煤机厂、淮北煤机生产的 低位放顶煤支架,机采放顶煤迈步支架,目前世界上最先进放顶煤支架,放顶煤开采工艺(录像123),国外放顶煤开采技术参数,国外放顶煤开采技术参数,国内放顶煤开采现状,国内放顶煤开采现状,放顶煤开采的优越性,年产超过千万吨的综采队（3个） ： 神华集团神东煤炭分公司补连塔矿综采队产煤1191万吨 、上湾矿综采队产煤1160万吨 、哈拉沟矿综采队产煤1059万吨 年产超过600万吨的综放队（7个）：中国中煤能源集团平朔公司安家岭一号井综放队生产原煤985.

7、17万吨，刷新煤矿综放队年产世界纪录；二号井综放队产煤970万吨； 山西同煤大唐塔山煤矿有限公司综放队产煤752万吨； 潞安环能股份公司王庄煤矿综放队产煤700万吨；常村煤矿综放队产煤604万吨； 山东兖州矿业集团公司东滩矿综放队产煤617万吨；兴隆庄煤矿综放一队产煤600万吨。,放顶煤开采的优越性,综放开采技术研究成果,综放理论研究,综放矿压显现,配套设备研制,综放开采工艺,综放安全技术,综放巷道支护,综放研究成果,（3）,（4）综采工艺方面,国内放顶煤矿压规律研究,国内放顶煤矿压规律研究,国内放顶煤矿压规律研究,支承压力分布图,我国综放开采主要创新的几个方面,(1) 实现了全国高产高效、适

8、应了市场经济的需要我国综放开采技术最突出的成就是实现了高产高效低成本, 提高企业竞争力。它集中体现了在综放技术和经济方面的巨大优势, 对促进我国煤炭工业的发展起到了重要作用。 (2) 提高综放开采回收率的研究工作取得成效综放开采在顶煤放落过程中残煤损失较大, 煤炭回采率偏低。同时, 由于其整层开采的特点可以避免大部分煤厚变化的损失和局部小地质构造的损失,避免了分层工艺难以控制的损失。据统计,我国综放开采工作面的回采率一般在80 %85 %之间。在开采工艺方面,如加大采区尺寸、改进放煤工艺等不断创新。,提高煤炭回收率措施,合理布置巷道,对倾角小于1012煤层,应尽量布置对拉工作面,这样可减少一条

9、回采巷道 ,减少煤柱损失。地质条件许可时尽可能加大采区推进长度. 在顶煤厚度够,技术经济合理的条件下可采用网下放煤,减少矸石混入量,增加回收煤量。对于煤厚大于10m的煤层,在上段割底放煤时应铺底网。 在综放时,端头部分应试验和采用能开天窗放煤的端头支架,可更多收回端头煤量。 根据多口放矿理论与实际,应进行均匀、顺序、等量放矿。在生产中可采用多段顺序双口双轮等量放煤。 采用巷旁充填支护等形式.,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的坡度，采面爬顶，停采线处顶板为岩层。,三角煤损失 适用：

10、煤软。,(3) 研制成适应我国综放开采需要的多系列新型放顶煤支架架型我国综放开采的主要设备放顶煤支架, 经历了模仿国外架型, 引进国外设备、改进铺网支架, 到适应综放特点设计出多系列新型支架。通过实践不断改进, 并根据综放工作面支架围岩关系的特殊要求, 研制出适应我国综放需要的多系列新型放顶煤支架架型。,(4) 研究综放开采中瓦斯、火灾、粉尘的防治技术,保证综放安全生产从理论和防治技术进行了大量的研究和现场实践, 采取一系列有效技术措施,保证了综放开采的安全生产。(5) 综放开采的基础理论研究取得较大成绩综放开采技术的发展带动了应用技术和基础理论研究工作的发展, 而基础理论的研究又推动了综放生

11、产技术的进一步发展。,2. 创建了煤矿开采世界先进水平 我国综采放顶煤已走在世界前列，并已向国外输送综放开采的成套技术。,1. 解决了厚煤层开采技术难题 为矿井高产高效创造条件，最大限度地提高矿井经济效益。,综放,三软,大倾角,两硬,高产高效模式,阳泉模式,米村模式,乌兰模式,大同模式,创新放顶煤开采新方法,阳泉模式-综放高产高效,在“两采一放”的放煤步距基础上，发挥煤层全厚出煤的优势，底部工作面采煤和放顶煤实现平行作业:如采煤机割上半工作面，下半工作面就放煤；割下半工作面时，上半工作面放煤。对于出煤点来说，前后并不同时出煤，但对全工作面来说，前后输送机同时向外运输，平行作业。整个工作面的放煤

12、在一个班内有秩序地(能保证尽可能地提高回收率、降低含矸率和灰分)完成,阳泉固庄煤矿,三软煤层综放:米村模式,煤层软、顶板软、底板软的“三软”煤层，煤的普氏系数f=0.50.7，有时呈鳞片状、碎块状；分层开采时，煤壁片帮严重。顶板为易冒落的砂质泥岩，厚3.68m，老顶为中粒砂岩，厚4.915.7m，能冒落，周期来压不强烈。底板经常有一层0.5m厚的粘土岩，遇水易膨胀，工作面支架陷底严重。 提高支架实际支撑力应主要依靠保持顶板的完整，即使顶板不完整，破碎岩石也不允许漏入工作空间，保持支架不顶空。为了满足这个要求，关键是要从改善支架结构和采煤工艺上采取措施，将顶板全封闭。因此，针对米村煤矿的具体条件

13、，制定了解决“三软”煤层放顶煤综采工作面的高产高效工艺原则(米村模式)。除了在循环工作制度上仍采用阳泉模式的放煤方式、多口放煤、采放平行作业等原则外，强调使用整体顶梁、长侧护板(与顶梁长度大体相同)、内伸缩梁的液压支架；在工艺上则强调必须及时移架(采煤机前滚筒过后立即移架)、擦顶移架，移架后再伸出伸缩梁，遮盖住端面顶板，达到全封闭顶板的要求。,大倾角综放:乌兰模式,倾角大容易造成： (1)输送机下滑并带动支架及其他设备下滑，在支架和输送机不连接的工作面更为严重。 (2)支架倒架、“咬架”严重，控制不住顶板，架前冒顶、架间漏矸严重。,解决办法:,一般采用调斜工作面(工作面向上略呈仰伪斜，工作面下

14、出口超前上出口，调斜角度一般为7左右)以及利用支架上安装千斤顶调整下滑的办法解决输送机下滑。 在工艺上应采取各种防止工作面设备下滑的措施:采煤机由下向上割煤，由上往下装煤 ;由下向上顺序移架,擦顶移架,移架必须及时，保持对顶板的全封闭;由下向上顺序推前部输送机;由下向上单轮顺序放煤. 支架和输送机互相锚固对防止支架下滑起了重要的作用。提高锚固作用可减少调斜工作的角度，使端头支架和工作面不垂直及片帮的严重缺点得到了相对的缓解。,大同矿区“两硬“综放,大同矿区坚硬顶板、坚硬煤层(以下称“两硬“)的条件严重制约厚煤层的高产高效开采技术的应用,尤其是采出率难以提高.经过10多年的科技攻关,对顶煤弱化、

15、顶板控制及装备等技术的试验,得出了一种在两硬条件下矿井高产高效及高采出率的综放开采技术,取得较好的经济效益.,坚硬顶板对架型的要求:大同矿区的煤层顶板为坚硬厚层的砂岩, 整体性强,节理裂隙不发育,直接顶薄,来压时强度大,动压强烈,工作面初次来压步距达50 m 以上,属难冒型顶板。四柱支撑掩护式支架,具有承载力大、切顶能力强、稳定性好等技术特征,能够很好地适应大同矿区两硬条件厚煤层的地质条件。因此,在两硬条件综放开采时,一般都选择四柱支撑掩护式支架控制顶板。,顶板预爆破和顶煤预爆破,其主要目的使煤体与顶板弱化,是在沿顶掘进的两条工艺巷内超前工作面20 米实施爆破。 顶煤预爆破事先在煤体内产生裂隙

16、,使煤体弱化,随着工作面开采,煤体遭到破坏,顶板下沉煤体内应力重新分布,达到破碎顶煤的目的。 顶板预爆破能在整体砂岩中形成裂隙,随着工作面开采,使顶板裂隙扩展,并分层逐次昌落,达到安全、高效的目的。顶煤预爆破的炮孔深度一般为25 米左右,顶板预爆破的炮孔深度一般为15 米左右。,深孔爆破弱化顶板,大同矿放顶煤顶板活动规律,大同矿放顶煤顶板活动规律,兖州矿业（集团）公司鲍店煤矿采用“深孔预裂爆破技术”在回采前进行顶煤预裂，并且结合静压注水，加大顶煤可放性，提高顶煤回采率，减少采空区自然发火。他们成功地试验出一套5070m深孔控制预裂爆破的打钻、成孔、装药、封孔及起爆工艺与配套装备。通过深孔控制预

17、裂爆破，使回采率由81.7%提高到86.1%。由于利用预裂爆破以后煤体裂隙发育的有利条件进行注水，使得煤体的含水率达到4.886%比原来增加1.864%，达到了超前注水降尘的目的。,综合机械化放顶煤旋转工作面回采,兖州济宁二号煤矿实现综放旋转工作面回采，克服端头维护及调架频繁等困难，18天完成弧长146.92m的扇面形旋转开采，为综放旋转工作面的回采提供了经验。难点是随工作面推进要及时调整液压支架的方向，并且调整前后部胶带输送机与转载机的搭接，搞好端头维护。输送机与转载机的搭接。在安装时转载机与顺槽胶带输送机中心线形成一个46的夹角。调架。旋转回采的时候，每一次移架以后都要利用液压支架的侧护板

18、配合调架单体支柱及时对液压支架进行调整，以保证液压支架和胶带输送机基本处于垂直状态，防止出现挤架、咬架等现象。端头维护。旋转回采的时候，1#液压支架与转载机之间和1#、2#、3#液压支架之间都会出现一个大小不等的三角空顶带，造成端头液压支架与一字梁或者十字梁之间以及端头液压支架之间空顶面积较大，因此必须在端头液压支架与一字梁及1#3#液压支架之间使用点柱或者抬棚加强支护，防止端头冒顶。工作面斜长增大或者变小的情况，需要根据实际情况采取开帮或者延长一节溜槽的措施，以保证胶带输送机搭接卸载合理。,放顶煤开采存在的问题及解决途径,煤炭自燃,(1)黄泥灌浆。这是我国在分层开采多年使用并行之有效的方法，

19、不少矿井有完整的黄泥灌浆系统，应充分加以利用。 (2)注氮灭火。利用氮气灭火的原理十分简单，在封闭范围内注氮灭火的效果十分显著 . (3)在回采工作面上下隅角及支架后方注洒阻化剂。对于局部防灭火很有效，尤其是在工作面推进速度较慢时。 (4)阻化剂喷雾。阻化剂气雾的载体是空气（风流），对漏风严重的工作面向采空区注入气雾阻化剂有着特殊的作用，效果好。 (5)向煤体注水。实践证明向煤体注水润湿煤体有明显的阻燃作用，应得到推广。 (6)加快工作面推进速度。由于放顶煤工作面后方不允许存在废巷，采空区内窒息带的发展较充分，工作面推进速度快，浮煤很快进入窒息带，不会发生自燃。,实验产生的三相泡沫,喷出的三相

20、泡沫,煤尘,1.在综采放顶煤工作面进、回风平巷，各设两趟管路，一条供采煤机喷雾，一条供支架喷雾及进、回风平巷胶带及机尾喷雾。兖州两种降尘技术，取得了很好的降尘效果:(1)采煤机工作状态负压二次降尘技术:在采煤机机面上安装一个封闭引射器，该装置的进风端在引射作用下形成负压场，将周围空气连同煤尘吸入风筒内，煤尘在风筒内与水雾碰撞结合，以很高的速度从风端射出，再次形成很强的负压场，将后滚筒割煤时产生的煤尘吸入，与水雾结合沉降。(2)机载高压荷电喷雾降尘技术：在采煤机机构基本不变的情况下，利用采煤机提供的动力，拖动体积小、质量轻的机载电动增压泵，将来自低压供水管的清水增压，经防堵高压喷头作雾状喷射。 2.实行煤体预先注水，湿润煤层、减少煤尘飞扬。 3.选用低位放煤口液压支架。,瓦斯,进行瓦斯抽放。可以采用本层抽放或邻层抽放以及采空区抽放。 配合瓦斯抽排，连续注氮或适当加大注氮量，用注入的氮气占据抽排瓦斯腾出的空间。 采取下行通风、均压通风，两巷采过后封堵、提高综放支架的密封性等措施，尽最大可能防止向采空区进风. 增加辅助通风设施，防止瓦斯积聚。,5m,d,75,交叉钻孔强化预抽煤层瓦斯,分段走向顶板岩石钻孔高效抽放采空区瓦斯,230m,A,A,运输顺槽,回风顺槽,AA剖面放大图,25m,顶板岩石钻场,5070m,6-10m,Thank You !,