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放顶煤开采技术课件

掘进采煤 2012-04-27 0
软件名称: 放顶煤开采技术课件
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整理时间: 2012-04-27
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  顶 煤 开 采 技术


  河南理工大学 李化敏 教授


  1 概念及分类


  厚煤层开采方法主要有两种:


  分层开采法—将厚煤层分成 2-3m一个分层,逐层布置


  采煤工作面进行开采的方法。


  放顶煤开采法—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,用常规方法进行回采,利用矿山压力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后方放出,并经由运输机运出工作面(如图7-1)。


  1.2 放顶煤开采法分类


  按倾角分:1) α>450,水平分段放顶煤;2) α<350,长壁放顶煤


  按分层分:1) 一次采全厚:

  3) 预采顶分层,有瓦斯突出或坚硬顶板的煤层,厚度>8m;


  按设备分:


  1)综放开采:单运输机高位放顶煤支架;


  双运输机中位放顶煤支架;


  双运输机低位放顶煤支架。


  2)简易支架放顶煤:滑移支架,悬移支架;


  单体支柱绞接顶梁、π型梁放顶煤 。


  2 我国放顶煤开采的发展过程


  发展大体可分为三个阶段


  第一阶段 摸索阶段


  1990年以前 (1984—1990)


  第二阶段 逐步成熟阶段 1990—1995年


  第三阶段 推广阶段 1996年—现在


  第一阶段 摸索阶段


  放顶煤开采技术是在原苏联、波兰、匈牙利、南斯拉夫等在放顶煤方面研究的基础上, 1964年在法国(布朗齐矿区)试验成功, 我国82年通过可行性研究和技术经济论证,84年第一套综放支架在沈阳的浦河下井,85年通过煤炭工业部组织的评议,并获得肯定。


  主要特点:


  放顶煤开采的潜在技术经济优势被认识;


  暴露出了瓦斯、火、煤尘、回采率等问题;


  提出了顶煤破碎及放出规律、矿压等科学问题。


  阶段结束的标志:


  90年阳泉一矿月产超过14万t,证明了综放开采能 实现高产高效。


  第一阶段产量不高的主要原因


  技术不过关


  支架不过关:


  主要是抄袭国外架型,略加修改。高、中、低百花齐放, 由于没有实现高产,几年搞了20多种都不理想,但介绍法国的中位放煤效果较好,其次是高位放煤支架。


  工艺及安全技术不过关:


  工艺(建立在对放煤机理及矿压规律认识基础上的工艺技术)、配套技术装备、瓦斯、火、煤尘、回采率以及矿压问题等


  第二阶段 逐步成熟阶段


  结束标志是:


  1) 综放开采设备有了突破,潞安的支架;


  2) 实现了高产,兴隆庄矿年产300万t/a;


  3) 难采煤层有了突破。


  标志说明当时放顶煤开采技术形成了两条战线:


  (1)条件好的产量更高;


  (2)难采煤层技术有突破。


  “难采”煤层:①三软煤层:如郑州、轩岗。


  ② 倾角较大煤层:如乌兰;


  ③一些高瓦斯矿井:如轩岗刘家梁、唐山。


  第三阶段 推广阶段 1996年—今


  放顶煤开采产量更高,兖州东滩矿工作面年产超过500万t/a,工效235t/工。


  难采煤层产量有了大幅度提高,超化年产超过150万t/a。


  工艺、技术装备、瓦斯、火、煤尘、回采率以及矿压问题等放顶煤开采技术的研究有了重大进展发展。


  3 矿压显现特点及顶煤破碎机理


  3.1 工作面矿压显现特点


  按传统矿压理论,放顶煤开采的一次采出厚度明显增大,采场矿压将明显增大,支架载荷将成数倍增长,动载(周期来压)显现也将严重。但放顶煤开采实践表明情况并非如此。放顶煤整层开采的矿压显现往往并不比分层开采(采厚相差若干倍)更强烈。


  (1)尽管放顶煤开采的一次采出厚度比分层开采大,支架载荷减小了5%~68%,载荷强度减小15%~20%。由此,可以认为,综放开采的支架载荷和一次采出厚度没有确定的关系;


  工作面支架动载不强烈,动载系数一般都低于采用分层开采的顶分层,表明上位顶板岩梁的运动(周期来压)对支架的影响有明显地缓和或者没有影响。反映周期来压显现的影响减小。


  (2)凡是支架设计(额定)工作阻力高的综放工作面,支架实际载荷就比较较大,顶煤强度高的工作面,支架实际载荷高,松软工作面的实际支架载荷低。表明工作面支架载荷并不取决于一次采出厚度;


  多数情况下,四柱式综放支架前柱平均工作阻力大于后柱平均工作阻力, 表明支架的载荷重心更靠近煤壁。


  (3)端面冒顶增加了。


  3.2 顶煤破碎机理


  放顶煤开采技术的核心是顶煤的有效放出,而顶煤的破碎是前提。


  矿山压力、支架往复支撑作用是破煤的动力,其中,矿山压力作用是主导作用。


  支架往复支撑过程其实质是对顶煤的多次的加卸载过程。 往复支撑次数n为:


  L=n B


  n=L/B


  四、放煤规律和放煤方式


  散体运动原理


  放煤的过程是散体运动过程,最大的特点:


  椭球体


  漏斗的发展


  椭球体发展原则


  1)同时到达的原则


  2)按比例运动的原则


  漏斗最主要反映下降速度和方向


  1)中间快,两边慢;2)向中间运动。


  四、放煤规律和放煤方式


  四、放煤规律和放煤方式


  放煤方式


  为减少混矸,提高回收率,必须保持和控制煤岩分界面,必须有规律的顺序放煤。


  放煤方式 : 单轮、多轮、顺序、间隔、协调。


  放煤步距 : 一刀一放、二刀一放、三刀一放。


  四、放煤规律和放煤方式(回收率)


  当前放顶煤回收率情况


  工作面回收率 :80—85%


  采 区回收率:无煤柱75%左右,留煤柱则低于75%。


  工作面煤炭损失构成:


  总损失: 15—20%


  放煤损失(工艺损失): 7—11%


  两端过渡支架及端头支架损失: 1.5—4.5%


  初采、未采不放煤或少放煤损失: 1.5—2.5%


  其他损失: 3—4%


  提高回收率方法


  减少放煤(工艺)损失


  选择适当的放煤方式和参数,加强放煤管理(经济和监督上)。


  减少两端损失


  改善过渡支架和端头支架的放煤功能。


  减少初采、末采损失


  要经过试验,根据不同顶煤板情况,在保证安全的条 件下,逐步减少不放煤和少放煤的距离。


  减少其它损失


  扩大采区尺寸可以相对减少煤炭损失;


  无煤柱开采是使采区回收率达到国家规定75%的主要措施。


  五、综放工作面循环劳动组织


  实现全厚同时出煤.即实现采煤和放煤平行作业。(放顶煤的初衷);


  实行工作面内多点出煤(采煤机出煤为单点出煤)。


  放煤实现多口出煤,但受后部输送机能力所限,同时放煤口一般不应超过2—3个。放煤和采煤应错开一定距离


  (典型的两刀一放的循环作业图表见图 )


  两刀一放平行作业循环作业图表


  大倾角综放开采工作面正常生产的原则


  (四个由下向上 )


  1)采煤机由下向上割煤,返回时空刀;


  2)移架由下向上,保持下部固定好的支架作为移动架的导向轨:


  3)推移运输机由下向上,每次移动消除一部分下滑;


  4)放煤由下往上,减少对煤矸分界面的扰动,采放错开一定距离,实现一刀一放、平行作业。


  瓦斯涌出规律和特点


  绝对瓦斯涌出量成倍增加。


  上临近煤层的瓦斯涌出量成倍增加。


  采空区瓦斯涌出量成倍增加。


  局部瓦斯聚集加剧;


  瓦斯涌出和分布不均衡。


  工作面瓦斯积聚情况


  隅角附近瓦斯集聚


  瓦斯治理方法


  抽放瓦斯应作为是一道正常的工序,全程抽瓦斯,贯彻始终。


  预抽:分采前抽,穿层抽,层内掘巷抽(排),巷排十钻孔抽,透气性好的煤层效果好。


  边采边抽:


  利用裂隙和卸压区抽煤壁前方瓦斯,采空区抽后方瓦斯。


  采后抽:埋管,长钻孔,高抽巷等 。


  瓦斯处理方法(排)


  上隅角是风排瓦斯重点可采用风排方法处理。


  特厚煤层(>8m)可用E型瓦斯排放巷,风量计算按排放巷排出1/3风和2/3瓦斯考虑。。


  较薄厚煤层,只能用高抽巷(随采随废,高浓度)或用高抽钻,经过试验,确定参数(数量、高度、排列、负压、流量)


  不用尾巷,用尾巷害处:①漏风,造成自燃,有时无征兆;②丢煤多。


  若瓦斯浓度再高,只能限产,以风定产。


  淮南谢桥高瓦斯矿井瓦斯治理方法


  钻孔预抽。在回采前以工作面上下风巷沿煤层倾向打长距离钻孔(如图),钻孔间距10m,钻孔深75m,孔径73mm,共施工钻孔258个,其中上风巷钻孔128个, 下风巷钻孔130个。


  边采边抽。在工作面回采期间因工作面前方的应力集中带造成煤体破坏而卸压,钻孔瓦斯涌出量会增加,所以回采过程中,利用预抽钻孔进行边采边抽,利用风巷抽排瓦斯效果很好。


  采空区瓦斯抽排。采用顶板纵向长钻孔抽放采空区瓦斯。在工作面上风巷下帮每隔180m设一个钻窝施工4个不同倾角的钻孔(见上图),终孔高度距底板控制在45m左右(见下图),钻孔采用黄泥木塞封孔,孔口用砂浆封孔,封孔深度5m。采用上述措施后,抽放效果显著,平均每孔流量达1.25—1.3m3/min,抽放瓦斯浓度为30%~70%,总抽放量占瓦斯涌出量的10%。


  七、防火


  综放易发火位置如图


  当推进速度超过30m/月时,采空区不发火,一般实际进度>60m/月,发火问题不大。


  工作面易发火的位置主要是:


  1) 巷道(包括切眼);


  2) 停采线;


  3) 沿空巷一侧。


  防火措施


  巷道防火:


  壁后充填或喷浆、锚杆加喷浆;


  停采线防火:


  顶板注阻化剂,采空区洒阻化剂及灌浆;


  沿空巷侧防火:


  最有效是注浆(黄泥)充填空隙;


  注氮有效,但成本高


  八、防尘


  防尘措施


  注水: 效果好,需充分利用裂隙;


  喷雾: 是基本技术,目前自动邻架操作均过


  关,重点在放煤和移架;


  研究方向:吸尘技术、添加剂、喷咀防堵。


  谢 谢 !



 

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