1、中国矿业大学 刘长友 2011.8,大采高综放开采的几个关键问题,1 现状与趋势 2 大采高综放开采的概念 3 大采高综放支架及设备配套 4 煤矸冒放规律及回收率 5 矿压显现规律与控制 6 支架与围岩关系 7 自动化综采放顶煤技术 8 结论,汇报提纲,1 现状与趋势,综采放顶煤技术是实现厚及特厚煤层高产高效开采的有效工艺方式，其巨大的优越性已使其从技术优势转化为成本优势。 综采放顶煤技术中需要进一步解决的问题 回收率整体较低； 工作面有效通风断面小、产量增大带来瓦斯相对涌出量增大和上隅角瓦斯超限问题； 采放比例不尽合理，割煤受放煤制约，循环时间长，单产低; 工序复杂，工作面用人较多，同时放煤
2、受人为因素影响较大，煤质和采出率波动较大。,发展趋势: 1）加大设备能力和系统配套，提高可靠性 2）增大采高 3）增大放煤空间 4）多点放煤 5）自动化 当前，放顶煤技术在液压支架架型、开采工艺、自动化综放技术以及相关理论等方面取得了新的研究进展和成果。,1 现状与趋势,2 大采高综放开采的概念,2.1 概念,大采高，指机采高度。相对于常规综放开采的机采高度而言，一般2.63.2m。 大采高综放的机采高度：大于3.5m。 放顶煤液压支架的高度：最大高度3.84.5m以上。 液压支架的架型：两柱式放顶煤支架和四柱式放顶煤支架。结合了大采高综采与综放开采的优势:避免了大采高综采存在的煤壁片帮问题;
3、克服了综放开采受割煤高度限制而导致的采煤机、前部刮板输送机能力受限的问题。为综放开采工作面提高工作面产量，实现年产千万吨提供了可靠保障。,2.2 优势,大采高综放开采的优势,稀释放煤口附近瓦斯,利于顶煤的垮落,缩短放煤时间,缩短工作面循环时间,提高采出率与单产,利于采用大功率采煤机与输送机,利于配备大功率后部输送机,可以增加放煤口数量,增大通风断面、降低风阻,2 大采高综放开采的概念,3.1 大采高综放面液压支架特点,3 大采高综放支架及设备配套,（1）架型为两柱掩护式或四柱支撑掩护式放顶煤液压支架； （2）支架的最大高度：3.8m以上； （3）支架工作阻力7000kN以上，最大达到15000
4、kN； （4）支架支护强度：0.9MPa以上，最大到达1.58MPa。 （5）支架中心距1.5m或1.75m。,ZFS7200/20/40型大采高综放液压支架的特点： （1）优化布置立柱，使支架顶梁合力作用点位置更为合理，克服了支架前后立柱受力不均衡现象，提高了支架的稳定性； （2）支架顶梁设计了可翻180的加长护帮板，挑平后可上翘6，对端面顶板及煤帮的控制能力增强； （3）支架后部放煤空间大，有利于顶煤顺利放出，提高放煤速度； （4）采用内藏式管路设计。,兖州兴隆庄煤矿1308综放工作面长度为207m，煤层厚度为7.859.9m，加权平均厚度为8.60m。煤层倾角210，平均6。设计割煤高度
5、3.5m，放煤高度5.65m ，采放比1：1.61，ZFS7200/20/40型大采高综放液压支架，支护强度0.880.91 Mpa。,3.2.1兖州4m大采高综放支架及设备配套,3 大采高综放支架及设备配套,3.2 大采高综放支架及设备配套实例,兖州4m大采高综放面液压支架特点,ZFS7200/20/40型大采高综放 液压支架,3 大采高综放支架及设备配套,兖州4m大采高综放面支护设备配套技术,ZFG9000/22/38型大采高综放排头液压支架的特点： （1）支架宽度增大为1750mm，稳定性增强； （2）采用了缸径280mm的大行程双伸缩立柱，支护能力提高，对顶板适应性增强。 （3）底座与
6、掩护梁之间采用缸径230mm的大行程立柱，增强了对掩护梁上方顶板的支护能力，并利于调整掩护梁下方的空间，从而保证了后部的过煤高度及维护空间。,3 大采高综放支架及设备配套,兖州4m大采高综放面支护设备配套技术,ZFG9000/22/38型综放排头液压支架,架宽1750mm,280mm,230mm,空间大,3 大采高综放支架及设备配套,3.2.2 潞安大采高综放支架及设备配套,ZF7000/20/40型大采高综放液压支架的特点： （1）工作阻力大，切顶能力及抗冲击能力强； （2）提高了支架初撑力，达工作阻力的81%以上； （3）加大前梁千斤顶缸径(200)，提高了支架对新暴露顶板的控制能力； （
7、4）后部放煤空间大，尾梁可以向上旋转62，增大了后部运输机的过煤高度，加大了插板的行程，增加了放煤口尺寸； （5）支架采用2根250的双伸缩前立柱和2根230的双伸缩后立柱，采高适应性强。,3 大采高综放支架及设备配套,潞安王庄煤矿6203工作面所采3号煤层总厚7.00m。工作面切眼长214.5m，推进长度：运巷为1740m，风巷为1724m；ZF7000/20/40型四柱支撑掩护式放顶煤液压支架，支护强度0.880.92MPa 。机采高度（最小/最大）： 2.8/3.7m。,ZF7000/20/40型大采高综放液压支架,3 大采高综放支架及设备配套,潞安大采高综放面设备选型配套的特点： （1
8、）增大了工作面刮板机配套功率，并使用双速电机，刮板链型号提高，有效减少了断链和传动部事故的发生； （2）自行研制并成功使用了采煤机截割滚筒内喷雾装置，有效降低了工作面煤尘浓度，改善了工作面环境； （3）工作面配套使用了大功率移变，并实行双回路供电和备用回路带电热备用，提高了工作面供电可靠性。 （4）选用大流量乳化液泵站，实行双泵双回路供液，提高工作面支架供液系统的流量、压力； （5）工作面安装TK-200通讯控制一体化系统，实现了对关键设备的集中控制和负荷检测。,3 大采高综放支架及设备配套,ZFY8500/21/40D两柱掩护式放顶煤支架特点： 支架采用两柱掩护式架型，克服了四柱支撑掩护式放
9、顶煤支架存在的缺点； 提高了支架的支护效果； 操作简单，便于实现工作面自动化控制； 顶梁采用整体顶梁结构型式，顶梁前端支撑能力大； 支架的前连杆为双连杆，比Y型连杆抗扭能力大大提高。,3.2.3 兖州两柱掩护式大采高综放支架及设备配套,兖州东滩煤矿1303综放工作面煤厚8.619.32m，平均9.06m，两柱掩护式放顶煤液压支架，支架型号为ZFY8500-21/40D型，支架中心距1.75m。支护强度：0.9120.950MPa；工作面机采高度3.53.8m。工作面倾斜长度240m，配套支架139组，其中过渡支架7组，中间支架132组。,3 大采高综放支架及设备配套,ZFY8500/21/40
10、D两柱掩护式放顶煤支架,兖州两柱掩护式大采高综放支架,3 大采高综放支架及设备配套,ZFG10800/22/38D四柱支撑掩护式放顶煤过渡支架 支架特点：支架采用整体顶梁带伸缩梁及挑梁的结构形式。采用反四连杆结构。具有放顶煤功能。,兖州两柱掩护式大采高支架综放工作面支护设备配套,3 大采高综放支架及设备配套,3.2.4 大同塔山煤矿大采高综放支架及设备配套,塔山煤矿8103工作面长度为230.5m，可采走向2468m，平均煤厚为13.53m。平均采高3.5m，平均采放比1：2.87 中部支架ZF13000/25/38，支护强度： 1.23MPa； 放顶煤过渡支架ZFG13000/26.5/38
11、； 端头支架ZTZ20000/25/38。,ZF13000/25/38型四柱支撑掩护式低位放顶煤支架及配套设备,3 大采高综放支架及设备配套,3.2.5 内蒙古伊泰酸刺沟煤矿大采高综放支架及设备配套,内蒙古伊泰酸刺沟煤矿6号煤层，煤层平均厚度7.135m，工作面长度245m，推进长度1356m，采高3.04.0m，平均3.5m。采放比1:1.04。,3 大采高综放支架及设备配套,四柱支撑掩护式液压支架ZF15000/26/42。支护强度1.58MPa。,4.1大采高综放支架放煤口参数的变化规律,4 大采高综采开采煤矸冒放规律及回收率,4.2 大采高综放面煤岩冒落成拱机理及影响因素,对成拱高度的
12、影响起主要作用的是掩护梁的倾角，其次是顶煤和掩护梁之间的摩擦角。,q为拱上部载荷，T为拱顶水平推力，F为拱脚在支架掩护梁所受摩擦力，N为掩护梁对拱脚的支撑力。,4 大采高综采开采煤矸冒放规律及回收率,4.3采放比对煤矸流动形态的影响规律,当机采高度增加后，放煤口高度也随之增高，放煤口岩块流动速度加快，尤其是放煤口上部的岩块能够快速放落。当随着机采高度的增加，顶煤到放煤口的距离增大，导致在移架过程中采空区靠近放煤口下部的矸石超前顶煤移动到放煤口，放煤过程中放煤口中部以下堆积满矸石，打开放煤口后，会较早出现混矸。,4 大采高综采开采煤矸冒放规律及回收率, 顶煤放落后煤矸分界线的斜率变陡，放煤过程中
13、煤矸流动速度变快； 煤矸分界线与支架顶梁末端的距离缩小，放煤过程中矸石流向放煤口的时间变短； 采放比、掩护梁角度、放煤口尺寸和放煤步距是影响煤矸流场形态和放出率的主要因素。,大采高综放开采煤矸流动形态,大采高综放开采煤矸流场特征,4 大采高综采开采煤矸冒放规律及回收率,超前支承应力峰值位置变化曲线,(a) 采高3.0m,(b) 5.0m采高,不同采高超前支承压分布曲线,随着机采高度的增加，超前支承应力峰值点逐渐前移，由距煤壁4.2m增加到11.9m；其中机采高度层位上支承压力的变化范围大于顶煤层位。不同机采高度下，顶煤和机采高度层位上超前支承应力的峰值变化不大。,5 大采高综放面矿压规律,5.
14、1大采高综放面超前支承压分布,5.2 大采高综放面矿压规律,大采高综放面与相邻的普通综放面相比，顶板来压强度增大了10.66%，超前影响范围加大、塑性区宽度增加。 改善了顶煤的冒放性，提高顶煤的放出率。 提出了基于改变采放比来调节综放面矿山压力的思想和方法。,（a）采高2.5m,（b）采高4.0m,不同采高下工作面前方塑性分布状况,塑性区范围随机采采高的变化,5 大采高综放面矿压规律,6 大采高综放工作面支架与围岩关系,需要解决的几个关键问题： 采高增大后，放顶煤开采覆岩的活动规律、结构稳定性以及对支架的作用机制； 采高增大后，支架对覆岩活动的适应及控制能力； 大采高综放煤矸冒放过程中的顶板、
15、顶煤和支架的动态作用特征； 支架的合理选型和支护参数的合理确定 架型结构 参数支护强度、支护阻力、下缩量等 大采高综放支架对端面煤岩的控制能力； 大采高综放支架与围岩相互作用力学模型。,立柱前倾角度大，采高3m时立柱前倾角度75，有利于端面顶板的稳定性控制； 顶梁梁端设计为3仰角，顶梁前端支顶力达到750kN； 护帮板设计为上挑控制端面顶板结构； 移架时间最快4.7s，最慢5.4s； 支架后部放煤空间大，顶煤冒落回收更流畅； 采用了自动高压补液系统，保证立柱初撑压力在42MPa以上。,7.1两柱掩护式液压支架,7 自动化综采放顶煤技术,当立柱压力高于12MPa，低于37 MPa时，液压系统自动
16、进行补液，保证支架的初撑压力42MPa.,支架自动高压补液系统,7.2 支架自动高压补液系统,7 自动化综采放顶煤技术,左右分离迈步式顺槽成组支架,四柱支撑掩护式 放顶煤排头支架,7.3工作面排头与端头支架设计,7 自动化综采放顶煤技术,世界上第一套全自动化放顶煤工作面设备配套,7.4 工作面设备总体配套,7 自动化综采放顶煤技术,研制了以自动放煤和工作面设备自动控制为核心的综放工作面自动化技术体系。,7.5 综放工作面自动化控制系统研制,7 自动化综采放顶煤技术,澳思达综放工作面自动化控制系统示意图,7 自动化综采放顶煤技术,工作面煤流自动平衡控制技术,7 自动化综采放顶煤技术,优化了综放工
17、作面自动喷雾降尘和冲尘系统,降尘率95%以上，有效解决了综放工作面煤尘大、工作环境差的问题，达到了澳大利亚的标准。,7 自动化综采放顶煤技术,实现了综放工作面放煤工艺的自动化控制 通过散体实验和井下试验相结合，研究确定了自动化放煤合理工艺参数，实现了多组多轮折返放煤 通过井下实测，确定了合理的放煤关窗时间，设计了放顶煤工作面作业自动控制程序，实现放煤工艺的自动化控制。,7 自动化综采放顶煤技术,7.6 主要技术经济指标及与国内外同类先进项目对比,参数,7 自动化综采放顶煤技术,8 结 论,（1）放顶煤液压支架架型的发展是综采放顶煤技术发展的关键，大采高、强支护和两柱掩护式综放架型是综放开采技术架型发展的方向。 （2）大采高综放开采技术是开采特厚煤层，实现安全、高效和高回收率开采的新途径； （3）全自动化综采放顶煤技术是实现综放工作面自动化生产的必由之路，是实现工作面安全高效生产的可靠保障。,谢 谢！,
