放顶煤开采回采工艺,大同煤矿集团公司生产技术部穆秉清,放顶煤开采回采工艺,一、概述 任何煤层开采的生产工艺是指由煤矿的开拓方式、生产布局、设备配置、采煤、掘进、提升、运输、通风、供水、供电等要素组成的系统，它极大地影响着煤矿生产经营成本，决定企业的经济效益。只有建立起完善的回采工艺，实现各要素之间的协调匹配，才能为现代化生产提供宽松的环境。其中，采煤工艺的先进与否，是整个采矿生产工艺是否俱有先进性的核心，它关系着、决定着全矿的技术经济的先进性。,综放开采之所以成为厚煤层回采工艺的重 要发展方向之一，并在开始出现时就受到广泛 重视，是因为它是一种具有本质优势的采煤方法，这些优势主要表现为：（1）由于综放开采实现了工作面的“多点出煤”，因而提高了单位时间出煤量和减少了工作 面的不出煤时间，实现长璧采煤工作面的高产； （2）比分层开采明显地降低了巷道掘进率；（3）减少了工作面的搬家次数；（4）提高工作面产量和减少矿井生产工作面,个数将明显提高工作面的和全矿的效率，减少吨煤工资成本； （5）明显地减少生产材料消耗，降低成本。包括减少坑木、金属网、截齿和电力消耗等；（6）对工作面的地质变化（煤层变薄、局部厚度变化大、小断层多）有较强的适应能力；（7）从原则上讲，这种采煤方法对预防采空区发火，减少高瓦斯工作面的高瓦斯威胁和煤及瓦斯突出威胁都有重要的作用。,运输系统,顶板岩层,与普通长壁工作面相比，综放工作面增加了放煤工序，工作面一半以上的煤从放煤口放出。因此，从时间和空间上合理安排采放的关系就成为工作面生产工艺必须解决的问题。在安排工作面工序时应遵循的原则：确定放煤方式时，尽可能简化放煤操作，加快放煤速度，使放煤速度和采煤机割煤速度大体一致；确定最优放煤步距，提高回采率，降低含矸率；尽量实行采放平行作业，充分利用放顶煤开采一次采全高的优势；循环工作制度应有一定的灵活性，给增产留有余地。,二、放顶煤开采工艺根据煤层及围岩的赋存条件，工作面可有不同的布置位置。据此，放顶煤开采工艺可分为三种不同的类型。 1 预采顶分层的工艺方式 先沿顶板布置一个普通长壁回采工作面(即采顶分层)而后再沿底板布置放顶煤工作面回采，将底分层上部的顶煤放出。这种工艺方式主要解决三个问题：一是直接顶坚硬或厚度较薄、不能随采随冒，需要采取人工措施处理顶板。如大同的坚硬顶板，需经注水软化处理顶板才能冒落,或是由于易垮直接顶较薄、不能满足放顶煤后充填采空区的要求，需预先使上方较坚硬的顶板产生松动破坏。二是防止在底部放顶煤时发生混矸现象，在预采顶分层时铺设隔离网，形成网下放煤。三是当煤层中瓦斯含量较大或有突出危险时，预采顶分层可起到预先释放瓦斯的作用或进行抽放工作。 这种工艺方式将减弱矿山压力对顶煤的一次破碎作用,2 预采中间分层的工艺方式 先在煤层中间布置一个回采工作面开采，然后再沿底板布置放顶煤回采工作面，中间分层工作面的位置应使底部放顶煤回采工作面上方有0.5m以上的护顶煤。对厚度大于10m、硬度较大，难以直接放落的煤层，可采用这种工艺方式，使顶煤预先冒落破碎，而后再放煤回收。但是，若煤层埋藏不稳定，底板起伏较大时，则无法保证下部的分层厚度，将给放顶煤工作面的开采造成很大困难。此外，由于顶煤预先冒落破碎，还将增加自然发火的危险性和放煤时的煤尘量。,3 一次采全高放顶煤的工艺方式 这种工艺方式是直接沿底板布置放顶煤回采工作面，当回采工作面推进一定的距离后，就将上部顶煤放出，一次采出煤层的全部厚度。 这种方式一般适用于厚度512m 硬度系数f3的煤层,三回采工艺综放开采与一般的综采相比，其工艺过程主要增加了放煤和移后运输机等工序。下面是一次采全厚综放面的工艺过程。 1采煤综放工作面一般采用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，截深一般为0.6m或0.8m，采高2.43.2m。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。,采煤机开缺口进刀方式,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。 3移前输送机移架后，即可推移前输送机。,4移后输送机在拉架和推移前输送机后，操作移后输送机的专用千斤顶，将后输送机移到规定位置。操作时要注意架间和溜槽的连接部位，防止错槽和掉链等事故。 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。放顶煤工艺：包括初末采放煤工艺、放煤步距、放煤方式和端头放煤。,初采和末采放煤工艺：推出切眼后即可放煤，有效地提高回收率，而且对顶煤冒落有利，但有时顶板比较坚硬，人工处理顶板十分困难，则选择1020m不放顶煤；工作面停采时10 15m开始停止放煤并铺联顶网，这时应注意2个问题：一是撤架空间处应处于稳定的顶板条件下，即选择好合理的停采位置；二是有效地防止后方矸石窜入，即矸石能够压住金属网即可。,放煤步距：在采煤工作面推进方向上，二次放煤之间推进距离称为循环放煤步距。确定循环放煤步距的原则是：应使范围内的顶煤能够充分破碎和松散，并做到提高回收率，降低含矸率，放煤步距应与顶板冒落和运动规律以及顶煤的破碎程度等结合综合考虑，一般采用一刀一放，对于特厚煤层的也可采用二刀一放。,放煤方式：放煤方式不仅对工作面煤炭回采率、含矸率影响较大，同时还会影响到总的放煤速度、正规循环的完成以及工作面能否高产。放煤方式主要包括放煤顺序和一次顶煤的放出量，并由此组成不同的放煤方式。 我国煤矿常用的放煤方式有： 多轮、分段、顺序等量放煤。将工作面分成23个段，段内同时开启相邻2个放煤口，每次放出1/3 1/2的顶煤量，按顺序循环放煤，将该段内的顶煤全部放完，然后再进行下一段的放煤，或是各段同时进行。,多轮、间隔、顺序、等量放煤。放煤顺序按1、3、5等单号架放煤口顺序放煤，一次放出的顶煤量1/3 1/2，然后再按2、4、6等双号架放煤口顺序放煤，这样反复进行二、三轮，将煤放完，尽量使顶煤保持均匀下降，以减少混矸，提高回采率。,单轮间隔多口放煤。先放1、3、5等单号架的顶煤，见一定矸石后关闭放煤口，留下较大的脊背煤；滞后一段距离放双号的煤，将留下的脊背煤中放出一个椭球体。实践证明，这种方式丢煤少，混矸少，有容易实现高产高效，是一种好的放煤方式，也是最采用的一种方式。,四、“两硬”条件下综放技术,大同矿区煤层和顶板坚硬，属于“两硬”厚煤层。煤体坚硬完整，顶煤不能自行破碎，造成顶煤放出困难。大块顶煤易损坏放煤机构，必须采取有效的破碎顶煤措施。煤层顶板坚硬，不能随采随冒，难以控制，对采场人员和设备构成威胁，造成顶煤丢失严重。需实施控制顶板技术。与该煤岩条件相适应设备及综放开采方式选择也是重要的。对坚硬煤层及坚硬顶板条件下能否实现放顶煤开采，在国内外有较大争议。针对大同煤田特厚煤层“两硬”条件的特点，经过长期试验研究，探索出一条适合综放开采坚硬顶煤和坚硬顶板的弱化处理技术。,放顶煤开采需要解决的问题： 放煤困难，顶煤回收率低(3040)； 大块顶煤易损坏支架放煤机构和造成后运输机断链； 因顶煤回收效果差，煤炭丢失严重易造成煤自燃 顶煤做为可冒顶板充填了采空区，减弱了顶板活动强度，更加不利于顶煤破碎。 顶板坚硬，需人工处理顶板。,大同放顶煤综采中，顶煤初次冒落后，随 着开采继续进行，顶煤发生周期性断裂和破坏。顶煤断裂时，只有下部0. 40. 6 m厚的顶煤较破碎，可从支架天窗口直接放出，再向上断裂下来的顶煤不能自行破碎，呈大块压(悬)在支架掩护梁上，无法放出，断裂位置在支架顶梁上方或机道上方。由于断裂的顶煤充填了采空区，因此顶板来压不明显。,（一）、破碎顶煤及控制顶板,综放开采中顶煤预裂、破碎的主动力是矿山压力，支架的反复支撑和顶煤冒落使顶煤内预裂充分扩展和顶煤破碎，破碎效果的好坏主要取决于预裂隙密度、范围和顶板荷载及其作用时间。 破碎坚硬顶煤的思路是先弱化，后破碎。控制顶板的主要目的是利于破碎顶煤、放煤和实现安全生产。,1、顶煤爆破弱化工艺、参数在放顶煤工作面中部沿顶掘进的两条工艺巷，预爆破方法就是在中间巷通过施工深孔，超前工作面30 m装药爆破。直接破碎顶煤，然后随工作面推进，利用矿山压力的二次作用进一步充分破碎。顶煤的破碎规律是：预爆破支撑压力作用支架反复支撑切顶冒落,顶煤松动的原则：一是要使顶煤在到达支架后柱时，破碎块度适中，能顺利落到后部运输机内，提高顶煤的回收率；二是保证顶煤在进入支架前立柱之后再加速破碎，避免工作面在割煤过程中发生漏顶事故而影响安全生产。工作面距切巷40米在两工艺巷使用3KW岩石电钻向两翼钻孔，初次放顶之后，实施顶煤松动预爆破作业。顶煤松动预爆破作业示意如图2。,顶煤爆破作业图2,顶板预爆破参数 表2,孔号 孔深M 仰角（度） 封孔长度M 装药长度M 垂高M 装药量KG 1#上 28 22 9 19 10.5 38 1#下 26.6 12 8.6 18 5.5 36 2#、 3#上 26 23 8 18 10.5 36 2#、 3#下 24.6 13 8.6 16 5.5 32 4#上 25 24.5 8 17 10.5 34 4#下 23.6 13.4 8.6 15 5.5 30,（二）综放人工处理顶板,1、初次放顶：工作面初次放顶在沿顶板布置的小切巷内实施，提前在切巷内施工初次放顶孔，共x组，每组13层。当支架前立柱推进至小切巷煤壁位置时，实施初次放顶工作，钻孔及爆破参数见表。2、步距放顶工作面初次放顶后，在2条工艺巷内平行工作面分别布置步距放顶孔，步距0 20米，共x组，每组13层孔，超前工作面1525M实施顶板预爆破，钻孔及爆破参数见表,综放工作面处理顶板示意图,初次放顶爆破参数,4.1 放顶煤工作面布置方式,4.1.1 一次采全高放顶煤,沿煤层底板布置一个23m采高的工作面，其余的顶煤一次在支架尾部放出。是主要的放顶煤采煤法，煤厚一般1215 m.,4.1.2 预采顶分层放顶煤,预采顶分层并铺金属网，回收率高，顶煤可达到90%，适用于顶板硬、煤层软。,五、放顶煤工作面和巷道布置方式,4.1.3 多分层放顶煤,将特厚煤层再分成几个1012厚的分层，每个分层分别进行放顶煤开采。如华亭、抚顺等。,4.1.4 急倾斜分段放顶煤,将急倾斜厚煤层在垂直方向上分成若干分段，分段高度810m，每个分段布置一个放顶煤工作面。,4.2 放顶煤回采巷道布置方式,4.2.1 双巷布置方式,适用于低瓦斯，顶煤顶板不需要特殊处理的厚煤层和急斜厚煤层,4.2.3 四巷布置方式,六、 放顶煤支架,放顶煤液压支架是放顶煤开采技术成功的关键，由于放顶煤开采的特点，对其支架的基本要求是：具有足够的支撑能力、良好的护顶护帮功能、能及时封闭机道、放煤口和过煤空间大、快速移动等。,