放顶煤采煤法

放顶煤采煤法：具有掘进率低、效率高、适应性强及易于实现高产等明显优势，综合机械化放顶煤工艺过程如下：在沿煤层或分段底部布置的综采工作面中，采煤机割煤后，液压支架及时支护并移到新的位置。

推移工作面前部输送机至煤帮。

此后，操作后部输送机专用千斤顶，将后部输送机相应前移。

这样，采过1~3刀后，按规定的放煤工艺要求，打开放煤窗口，放出已破碎的煤炭，待放出煤炭中的矸石含量超过一定限度后，及时关闭放煤口，完成上述采放全部工序为一个采煤工艺循环。

放顶煤采煤法的几种分类方法：1、按采面工艺：炮采放顶煤开采普采放顶煤开采综采放顶煤开采2、按液压支架结构类型及输送机数目：单输送机液压支架（放顶煤开采）双输送机液压支架（放顶煤开采）3、按放煤口及其位置：高位放顶煤液压支架（放顶煤开采）中位放顶煤液压支架（放顶煤开采）低位放顶煤液压支架（放顶煤开采）4、按回采巷道的布置方式：缓倾斜特厚煤层一次采全厚放顶煤开采特点：沿煤层底板布置工作面，一次采出煤层的全部厚度。

适用条件：该方法一般适用于厚度6~12m的缓倾斜厚煤层，是我国目前使用的主要方法。

缓倾斜特厚煤层预采顶分层放顶煤开采特点：首先将煤层顶板布置一个普通长壁工作面（顶层开采），而后沿底板布置放顶煤工作面，将两个工作面之间的顶煤放出。

适用条件：这样方法一般适用于厚度大于12m，直接顶板坚硬或煤层瓦斯含量高需要预先排放瓦斯的缓倾斜煤层。

某些矿区由于已形成的开采条件，需在顶分层已开采的条件下进行放顶煤层开采，如兖州鲍店矿、徐州三河尖矿等已成功地进行了下分层放顶煤开采，并且取得了较好的效果。

缓倾斜特厚煤层预采中分层放顶煤开采特点：中分层采面只采中分层，上顶煤冒落不放，堆积于采空区。

下分层采面：采底层煤，放顶煤问题：煤松易发火适用条件：厚度为8~12m的煤层缓倾斜特厚煤层倾斜分段放顶煤开采特点：当煤层厚度超过15m~20m以上时，可自煤层顶板至底板将煤层分为8~10m的分段，依次进行放顶煤开采适用条件：厚度大于15m的缓倾斜煤层。

南斯拉夫曾用此方法开采厚度为80~150m的褐煤层。

急倾斜水平分段放顶煤开采第二节:放顶煤开采的支护设备单输送机高位放顶煤支架结构特点：短托梁加内伸缩梁及侧护板优点：稳定性好，运输系统简单，维护工作面量小；顶梁短，支撑力靠前；工作面端头维护简单，易于管理。

缺点：（1）高位放顶煤支架通风断面小，放顶时煤尘大，工作面环境差；（2）放煤口靠近煤壁，易引起顶煤切顶线前移，产生端面漏顶煤，使支架工作状态恶化；（3）放煤时工作面行人受阻，减少了安全出口（4）受运输能力限制，采、放不能同时平行作业（5）支架底座插在输送机下面，易增加输送机故障，又抬高输送机槽，使装煤困难双输送机中位放顶煤支架支架优点：支架稳定性及密封性能好，后部输送机放煤空间较大支架的缺点：支架后铰点较高，部分顶煤有可能不能进入后输送机，造成煤损；放顶时煤尘较大，支架排浮煤矸不畅，需多人清理，输送机头的端头部分维护较复杂。

低位放顶煤支架主要优点：顶梁较长，支架的多次反复支撑卸载可使较稳定的顶煤在矿山压力作用下预先断裂破碎，提高其可放性，后输送机在底板上，无架间脊背煤损，提高煤炭采出率，浮煤矸容易排出，输送机槽及推移千斤顶损坏少。

放煤时煤尘小，工作面环境好。

经过改进后的四连杆支架强度大、稳定性好，用于25°以下工作面时可靠性高。

缺点：后部空间仍较小第三节：矿压显现特点及顶煤破碎机理岩层活动及矿压显现：放顶煤开采时，由于煤层一次采出厚度的增大，直接顶的垮落高度成倍增加，可达煤层采出厚度的2.0~2.5倍，其中1.0~1.2倍范围内的直接顶为不规则垮落带，而在上位直接顶中则可形成某种临时性小的结构，其活动可对采场造成明显的影响。

综放采场上方仍可形成稳定的砌体梁式老顶结构，但其形成的位置远离采场。

由于直接顶垮落高度较大，在某些条件下，上位直接顶中可形成半拱式小结构，并与其上的砌体梁结构相结合，共同构成综放开采覆岩结构的基本形式。

因而采场矿压显现不仅取决于上覆岩层的活动，更主要地取决于顶煤及直接顶的刚度。

由于松软顶煤的参与，缓和了支架和老顶之间的相互作用，因而支架阻力通常不大于分层开采的支架阻力。

这也是综放开采矿压显现的主要特点之一需要指出，上位直接顶半拱式结构的失稳可对采场造成来压，即直接顶来压。

由于岩层的分层垮落性，几乎所有综放工作面都不同程度地出现直接顶的初次来压，而是否出现直接顶周期来压则取决于两种结构的相互关系。

于分层开采相比，老顶初次来压步距增大，一般可达50m以上；而由于应力集中程度的提高和顶板超前破坏范围的增大，老顶周期来压步距相对减少，约为其初次来压步距的三分之一。

顶煤破碎机理：顶煤破碎经历了第一次破碎和第二次破碎两个各阶段顶煤第一次破碎：在支承压力作用下，煤壁前方顶煤由弹性变形进入塑性变形，产生位移并逐步破碎：此时处于三向应力状态，不冒落。

顶煤第二次破碎：经过第一次破碎的煤体进入采空区上空时，经过由高应力区到低应力区的应力变化，释放能量，加之支架的反复支撑，顶煤进一步破碎，此现象称为第二次破碎。

煤层的采出必然造成煤壁前方的应力集中，即形成支承压力。

随着工作面的继续推进，顶煤又先后承受顶板和支架的作用。

顶煤破碎时支承压力、顶板活动（回转）及支架支撑共同作用的结果。

其中支承压力对顶煤具有预破坏作用，是顶煤实现破碎的关键；顶板回转对顶煤的再破坏作用使顶煤进一步破碎，但它是以支承压力的破煤作用为前提，而支架对下位2~3m 范围的顶煤较为明显。

顶煤破碎技术措施：（1）支承——卸载作用支架对顶煤反复支撑的次数n与顶梁长度L和截深有关，其关系式为：L=nB m式中取B=0.6m，n=3~7.顶煤强度小或节理、层理发育时，应取小值，顶梁宜短；相反，取大值，顶梁宜长。

顶梁长度过短，对顶煤破碎不利；而顶梁过长，将使顶煤破碎加剧，易出现架前或架上冒空现象，并增大煤炭损失。

（2）高压注水深孔高压注水钻孔布置对于层理不发育、整体性强的高硬煤可采用水力压裂法预松煤体。

水力压裂法时通过上、下区段平巷预先向顶煤区钻孔注入压力为5~15Mpa的压力水，其作用时使原有裂隙进一步扩展和发育，以及使煤软化，有利于矿压破煤。

此外，还可以使顶煤湿润，降低放煤过程中产生的煤尘量。

顶煤破坏分区：据顶煤的变形和破坏发展规律，沿推进方向可将顶煤分为如下图的四个破坏区，依次为完整区、破坏发展区、裂隙发育区和垮落破碎区。

各区的破坏特征和范围与实测结果时非常吻合的。

由于工作面的移动特性，顶煤将顺次经过以上四个区，破坏逐渐发展，直到完全破碎而由放煤口放出。

放顶煤工艺主要包括初末放煤工艺、放煤步距、放煤方式和端头放煤等几个问题初采和末采放煤工艺：为防止顶板垮落对采煤工作面造成的威胁，通常采取初采推进10~20m不放顶煤，但实践证明这个措施的实际意义并不大。

事实上，目前在大多数综放工作面，推出切眼后即做到及时放煤，这不仅有效的提高了煤炭的采出率，而且对顶煤的冒落也是有利的。

第五节采煤系统分析工作面长度及推进长度：放顶煤工作面长度的确定应主要考虑顶煤破碎、顶煤放出和减少煤炭损失三个引述的影响合理的工作面长度应是在一个生产班内能将工作面内的顶煤全部放完。

据此原则，工作面长度可由下式表示：L=nTBη/tL——工作面长度n——同时放煤支架数t——每架支架放煤所需时间，min；B——支架宽度，m；T——每班工作时间，minη——每班工作时间利用率t与顶煤厚度有关，随着放煤量增多，其值也增大，参数n取决于放煤效果和输送机的能力，目前一般应小于3.综采放顶煤工作面的连续推进长度一般不宜小于800~1000m。

除考虑工作面搬迁因数外，还应考虑减少工作面初末采时煤炭损失所占比例。

工作面连续推进距离越长，煤损会越小。

事实上，目前兖州矿区综放工作面的连续推进长度多在2000m左右。

煤炭采出率：国家规定：厚及特厚煤层的采取煤炭采出率不得低于75%。

采区内的煤炭损失可分为工作面外和工作面内的两部分。

（一）工作面煤炭损失分析（1）初采损失率为了促进直接顶及时冒落，自开切眼始就应及时放出顶煤，但在某些顶板条件下，为防止支架受冲击而控制顶煤放出量。

即使不采取人为留顶煤，切眼上方铺设金属网时仍然难以使顶煤全部放出。

（2）末采损失率：为了安全撤出综采设备，通常采取提前铺网或向顶板爬坡的工作面受作方式，但是无论采取何种方式，都不可能避免地造成部分煤炭损失（3）端头损失率为了维护工作面两端出口，两端不放顶煤造成的损失。

可见，这部分损失随顶煤厚度的增加而增大，随工作面长度的增加而相对减少。

（4）采放工艺的损失通常下部机采工作面的煤炭损失率不超过5%，主要时由采煤工艺造成的第六节放顶煤开采的适用条件和评价优点：（1）单产高。

工作面内具有多个出煤点，而且在工作面内可实行分段平行作业，即在不同地段采煤和放煤同时进行，因而易于实现高产。

（2）效率高。

由于放顶煤工作面一次采取厚度大、生产集中，放煤工艺劳动量小以及出煤点增多等原因，其生产效率和经济效率大幅度提高，目前许多综放工作面的效率达到100t/工以上。

（3）成本低。

放顶煤采煤法比分层开采减少了分层数目和铺网工序。

由此节省了铺网的费用，此外，其他材料费、电力消耗、工资费用等也都相应减少（4）巷道掘进量小。

掘进率和巷道维护费用减少，便于采掘接替（5）减少了搬家倒面次数，节省了采煤工作面的安装和搬迁次数。

根据煤层厚度的不同，可减少1~3次工作面的安装和搬迁。

（6）对煤层厚度变化及地质构造的适应性强缺点：（1）煤损多在目前的技术水平条件下，放顶煤开采的工作面煤炭采出率一般比分层开采低于10%左右，及时采用了无煤柱护巷技术，初采和末采损失和工艺损失仍将存在，故煤损较多（2）易发火由于煤损多，在回采期间采空区就有可能发生自燃。

因此，有效地防止自燃时放顶煤开采成败的又一关键。

实践表明，除黄泥灌浆、提高工作面推进速度外再及时喷注阻化剂，向采空区注入氮气，能有效地阻止采空区发火。

但这将增加辅助工艺过程及其费用。

（3）煤尘大放顶煤工作面，采煤机割煤、支架操作时的架间漏煤及放煤及均为粉尘的来源。

因此除在放煤窗口设喷雾装置外，还可采用煤体预注水湿润煤层的方法，并尽可能应用抵扣放顶煤支架。

近年来，兖州矿区鲍店煤矿和东滩矿先后试验了负压二次降尘和机载泵高压喷雾降尘，取得了满意的效果，若配合煤体预注水，将可有效解决综放工作面的粉尘。

（4）瓦斯易聚集与分层开采相比，放顶煤开采的产量集中，瓦斯散发面大，采空区高度大，易于积聚。

特别在高瓦斯矿井，瓦斯涌出量会更大，顶板冒落时，使采空区的瓦斯涌出入工作面，易超限。

a.瓦斯抽放，必要时可预采顶分层进行抽放b.改变通风系统，将“U”型通风改为“U+L”型通风c.合理配风，保证风量，同时加强监测手段及生产技术管理，严格防止瓦斯事故的发生目前综放开采瓦斯治理所面临的主要问题是：瓦斯抽放技术及效果的提高、上隅角瓦斯积聚的治理和可靠的瓦斯监测手段。