1、2022-6-2212022-6-222一、放顶煤开采技术概述一、放顶煤开采技术概述二、顶煤破碎机理二、顶煤破碎机理三、顶煤放出规律三、顶煤放出规律 四、正规循环作业四、正规循环作业五、放顶煤开采的优缺点五、放顶煤开采的优缺点六、提高回采率的措施六、提高回采率的措施七、提高煤质的措施七、提高煤质的措施2022-6-223放顶煤采煤法是一种古老的采煤方法，俗称放顶煤采煤法是一种古老的采煤方法，俗称“高落法高落法”。放顶。放顶煤开采技术是原苏联、波兰、匈牙利、南斯拉夫等在放顶煤方面研煤开采技术是原苏联、波兰、匈牙利、南斯拉夫等在放顶煤方面研究的基础上，于究的基础上，于1964年首先在法国中南煤田的
2、布郎齐矿试验成功年首先在法国中南煤田的布郎齐矿试验成功,此此后，一些主要产煤国家相继引进了这一技术，并十分重视。后，一些主要产煤国家相继引进了这一技术，并十分重视。目前，主要产煤国家已普遍认为它是开采厚度目前，主要产煤国家已普遍认为它是开采厚度520m厚煤层最厚煤层最好的工艺方法之一。好的工艺方法之一。一、放顶煤开采技术概述一、放顶煤开采技术概述2022-6-224法国最初的综放开采法国最初的综放开采2022-6-225法法 国国 的的 综综 放放 工工 作作 面面2022-6-2262022-6-227我国是一个煤炭资源非常丰富的国家，厚度在我国是一个煤炭资源非常丰富的国家，厚度在3.5m以
3、上的煤层以上的煤层储量占总储量的储量占总储量的40%以上，从厚煤层中采出的产量，占我国煤炭总以上，从厚煤层中采出的产量，占我国煤炭总产量的产量的4045%。这就为放顶煤开采创造了有利条件。这就为放顶煤开采创造了有利条件。 我国从我国从1982年开始引进综放开采技术，首先在甘肃窑街矿务局年开始引进综放开采技术，首先在甘肃窑街矿务局二矿二矿 和辽宁沈阳矿务局浦河矿试验成功。和辽宁沈阳矿务局浦河矿试验成功。1986年以后，综合机械化年以后，综合机械化放顶煤采煤法，在我国得到迅猛的发展，先后在辽源矿务局，乌鲁放顶煤采煤法，在我国得到迅猛的发展，先后在辽源矿务局，乌鲁木齐矿务局，平庄矿务局推广了急倾斜特
4、厚煤层水平分段放顶煤采木齐矿务局，平庄矿务局推广了急倾斜特厚煤层水平分段放顶煤采煤法；在平顶山、阳泉、潞安、晋城、郑州、兖州等矿务局推广了煤法；在平顶山、阳泉、潞安、晋城、郑州、兖州等矿务局推广了缓倾斜特厚煤层综放采煤法，都取得了良好的技术经济效果。缓倾斜特厚煤层综放采煤法，都取得了良好的技术经济效果。通过几十年的试验、推广、完善与提高，目前中国综放工作面通过几十年的试验、推广、完善与提高，目前中国综放工作面的单产与效率已达到国内外高产高效单一长壁工作面的先进水平。的单产与效率已达到国内外高产高效单一长壁工作面的先进水平。2022-6-2282001年年“600万万t综放工作面设备配套与技术研
5、综放工作面设备配套与技术研究究”，在兖州兴隆庄矿试验成功。该项目采用国内最，在兖州兴隆庄矿试验成功。该项目采用国内最先进的装备并辅以引进国外关键设备和技术，首次在先进的装备并辅以引进国外关键设备和技术，首次在综放工作面采用电液阀程序控制放顶煤液压支架，在综放工作面采用电液阀程序控制放顶煤液压支架，在300m长的工作面上，实现了平均日产长的工作面上，实现了平均日产2万万t以上，最高以上，最高月产月产64万万t，年产，年产640万万t，该项目的试验成功，使我国，该项目的试验成功，使我国的综放开采技术处于世界领先水平。的综放开采技术处于世界领先水平。2002年兖州东滩年兖州东滩矿综放工作面年产矿综放
6、工作面年产607万万t。神华集团大柳塔煤矿一井。神华集团大柳塔煤矿一井一面年产近一面年产近1000万万t，定员，定员300人。矿井全员工效人。矿井全员工效24.6t/工；工作面直接工效达工；工作面直接工效达576.5t/工。工。2022-6-229 经过几十年的实践证明，综放开采技术经过几十年的实践证明，综放开采技术的引进推广和应用提高，为我国厚煤层的开的引进推广和应用提高，为我国厚煤层的开采方法带来一次历史性的巨大变革，也为高采方法带来一次历史性的巨大变革，也为高产高效矿井建设和不少矿井的扭亏增盈、增产高效矿井建设和不少矿井的扭亏增盈、增加经济效益，保持国有煤矿的可持续发展做加经济效益，保持
7、国有煤矿的可持续发展做出重大贡献。之所以如此，是因为综放开采出重大贡献。之所以如此，是因为综放开采和传统的厚煤层分层开采方法相比，在技术和传统的厚煤层分层开采方法相比，在技术和经济上都有不可比拟的优势和经济上都有不可比拟的优势:2022-6-2210 （1 1）综放开采实现了缓倾斜特厚煤）综放开采实现了缓倾斜特厚煤层的一次采全厚开采和急倾斜特厚煤层层的一次采全厚开采和急倾斜特厚煤层的水平分段开采，对地质条件的适应性的水平分段开采，对地质条件的适应性较分层综采和单一煤层综采更强。适应较分层综采和单一煤层综采更强。适应于煤层厚度变化大，顶底板起伏不平，于煤层厚度变化大，顶底板起伏不平，断层构造多，
8、以及其它地质条件变化的断层构造多，以及其它地质条件变化的不稳定煤层。不稳定煤层。2022-6-2211（2）综放开采一次开采厚度大幅度增）综放开采一次开采厚度大幅度增加，煤层开采强度加大，实现了垂直集中加，煤层开采强度加大，实现了垂直集中生产，而且低位放顶煤支架工作面有两个生产，而且低位放顶煤支架工作面有两个出煤点，在同样工作面长度和工作面推进出煤点，在同样工作面长度和工作面推进速度的情况下，综放开采较分层综采和单速度的情况下，综放开采较分层综采和单一煤层综采工作面的单产可以成倍的增长。一煤层综采工作面的单产可以成倍的增长。 2022-6-2212 （3）综放开采较分层综采的巷道掘进率）综放开
9、采较分层综采的巷道掘进率低，工作面寿命长，搬家次数少，吨煤设备投低，工作面寿命长，搬家次数少，吨煤设备投入费用少；工作面材料、电力等消耗少，因而入费用少；工作面材料、电力等消耗少，因而工作面直接成本大大降低。矿井的经济效益明工作面直接成本大大降低。矿井的经济效益明显提高。显提高。 实践证明，综放开采是一种高产、高效、实践证明，综放开采是一种高产、高效、安全、低耗、经济效益好的采煤方法，已成为安全、低耗、经济效益好的采煤方法，已成为我国高产高效矿井建设的重要技术途径。我国高产高效矿井建设的重要技术途径。2022-6-22133、综采放顶煤采煤法的工艺特点、综采放顶煤采煤法的工艺特点与各种类型的分
10、层开采方法相比，放顶煤采煤法有如下特点：与各种类型的分层开采方法相比，放顶煤采煤法有如下特点：（1）放顶煤采煤法有两个出煤点，即除了前方有一个使工）放顶煤采煤法有两个出煤点，即除了前方有一个使工作面不断向前推进的采煤工作面以外，在工作面的后方（对于单作面不断向前推进的采煤工作面以外，在工作面的后方（对于单输送机高位放顶煤支架而言为上方）还有一个把顶煤不断放出的输送机高位放顶煤支架而言为上方）还有一个把顶煤不断放出的工作面，两个出煤点有利于提高工作面单产和效率，即在工作面工作面，两个出煤点有利于提高工作面单产和效率，即在工作面推进速度与分层工作面等同的条件下，工作面产量可以成倍增长。推进速度与分
11、层工作面等同的条件下，工作面产量可以成倍增长。所以前苏联人也把放顶煤采煤法称为双工作面采煤法；所以前苏联人也把放顶煤采煤法称为双工作面采煤法；（2）普通单一长壁或分层开采工作面回采与放顶（采空区）普通单一长壁或分层开采工作面回采与放顶（采空区处理）是截然分开的，移架工序完成，放顶工作即告结束，同时处理）是截然分开的，移架工序完成，放顶工作即告结束，同时完成一个生产循环。而放顶煤工作面的放顶煤部分是和放顶工作完成一个生产循环。而放顶煤工作面的放顶煤部分是和放顶工作同步进行的，顶煤放完以后，放顶工作即告结束，同时在生产循同步进行的，顶煤放完以后，放顶工作即告结束，同时在生产循环里增加一道放顶煤工序
12、。环里增加一道放顶煤工序。 2022-6-2214（3）放顶煤工作面属于垂直集中生产型工作面，在相同单产）放顶煤工作面属于垂直集中生产型工作面，在相同单产的情况下，工作面的推进速度大大低于单一煤层开采工作面或分层的情况下，工作面的推进速度大大低于单一煤层开采工作面或分层开采工作面的推进速度。开采工作面的推进速度。（4）综采放顶煤工作面需要专用的放顶煤液压支架，输送机）综采放顶煤工作面需要专用的放顶煤液压支架，输送机也需要两台也需要两台(单输送机放顶煤支架除外单输送机放顶煤支架除外) ，这就造成综放工作面生产，这就造成综放工作面生产组织与管理的特殊性。组织与管理的特殊性。（5）在煤层厚度为）在煤
13、层厚度为520m的范围内，不管煤层厚度的变化的范围内，不管煤层厚度的变化如何，可以实现一次采全厚，大大提高了煤层开采强度。如何，可以实现一次采全厚，大大提高了煤层开采强度。 （6）放顶煤开采是利用地压落煤，是一种低能耗采煤法，放）放顶煤开采是利用地压落煤，是一种低能耗采煤法，放顶煤工作并不需专用的设备，而是由放顶煤支架的放煤机构完成。顶煤工作并不需专用的设备，而是由放顶煤支架的放煤机构完成。2022-6-22152022-6-2216 综合机械化放顶煤采煤工艺的主要生产过程是：在工作面中，采综合机械化放顶煤采煤工艺的主要生产过程是：在工作面中，采煤机割煤后，液压支架及时支护，移到新的位置，推移
14、工作面前部输煤机割煤后，液压支架及时支护，移到新的位置，推移工作面前部输送机至煤壁，将后部输送机相应前移，这样采过送机至煤壁，将后部输送机相应前移，这样采过23刀后，按放煤工刀后，按放煤工艺要求顺序打开支架后方的放煤窗口，放出已松碎的顶煤，至见矸石艺要求顺序打开支架后方的放煤窗口，放出已松碎的顶煤，至见矸石时，立即关闭放煤窗口；将工作面全长的顶煤全部放出后，再进行端时，立即关闭放煤窗口；将工作面全长的顶煤全部放出后，再进行端头支护和其它辅助工序。头支护和其它辅助工序。 完成上述全部工序即为一个采煤工艺循环过程。这种回采工作面完成上述全部工序即为一个采煤工艺循环过程。这种回采工作面称为放顶煤回采
15、工作面。称为放顶煤回采工作面。 综采放顶煤采煤法分为预采顶分层采煤法、一次采全厚综采放顶综采放顶煤采煤法分为预采顶分层采煤法、一次采全厚综采放顶煤采煤法及分层综采放顶煤采煤法。煤采煤法及分层综采放顶煤采煤法。 4、综采放顶煤采煤法的生产过程及分类、综采放顶煤采煤法的生产过程及分类2022-6-2217 首先沿顶板在煤层中布置一个普通长壁回采工作面首先沿顶板在煤层中布置一个普通长壁回采工作面(即采顶分层即采顶分层)，而后再，而后再沿底板布置放顶煤工作面进行回采，将底分层上部的顶煤放出。沿底板布置放顶煤工作面进行回采，将底分层上部的顶煤放出。该工艺方式主要解决三个问题：该工艺方式主要解决三个问题：
16、 一、直接顶坚硬，不能随采随冒，需采取人工措施处理顶板，或由于直接一、直接顶坚硬，不能随采随冒，需采取人工措施处理顶板，或由于直接顶较簿，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老顶产顶较簿，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老顶产生松动破坏。生松动破坏。 二、防止在底部放顶煤时二、防止在底部放顶煤时发生混矸，预采顶分层时铺发生混矸，预采顶分层时铺设隔离网，形成网下放煤。设隔离网，形成网下放煤。 三、当煤层中沼气含量较三、当煤层中沼气含量较大或有突出危险时，预采顶大或有突出危险时，预采顶分层可起到预先释放沼气作分层可起到预先释放沼气作用，或进行抽放工作。用，或
17、进行抽放工作。预采顶分层采煤法预采顶分层采煤法(b)2022-6-2218 该采煤工艺方式是直接沿底板布置放顶煤回采工作面，当回采工作该采煤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。这样一次采出煤层的全部面推进一定的距离后，就将上部顶煤放出。这样一次采出煤层的全部厚度。该方式一般适用于煤层厚度厚度。该方式一般适用于煤层厚度520m、硬度、硬度f3的煤层，也可适的煤层，也可适用于用于f=4节理发育好的煤层。节理发育好的煤层。一次采全厚综采放顶煤一次采全厚综采放顶煤2022-6-2219 对于煤层厚度超过对于煤层厚度超过20m，甚至达上百米的极厚煤层
18、，可以把煤层厚度，甚至达上百米的极厚煤层，可以把煤层厚度按按1020m分成若干分段，使用放顶煤采煤工艺依次自上而下分层回采。分成若干分段，使用放顶煤采煤工艺依次自上而下分层回采。分层综采放顶煤分层综采放顶煤分层放顶煤采煤工艺方式分层放顶煤采煤工艺方式2022-6-2220 放顶煤采煤工艺的实质是，在煤层的底部放顶煤采煤工艺的实质是，在煤层的底部(沿沿底板，或在煤层中某一高度的底部底板，或在煤层中某一高度的底部)布置一个回采布置一个回采工作面，用正常的机械化方法进行回采，工作面上工作面，用正常的机械化方法进行回采，工作面上方的顶煤，利用矿山压力作用或辅以人工松动的方方的顶煤，利用矿山压力作用或辅
19、以人工松动的方法使其破碎，并随工作面推进在后方放落，运出工法使其破碎，并随工作面推进在后方放落，运出工作面，这种采煤工艺称为放顶煤采煤工艺。作面，这种采煤工艺称为放顶煤采煤工艺。 生产实践表明，实现这种采煤工艺的关键在于：生产实践表明，实现这种采煤工艺的关键在于：使顶煤破碎和被顺利放出。使顶煤破碎和被顺利放出。2022-6-2221二、二、 顶煤破碎机理顶煤破碎机理 实现放顶煤工艺的重要条件之一是使顶煤破碎成能够通过放煤窗孔放出实现放顶煤工艺的重要条件之一是使顶煤破碎成能够通过放煤窗孔放出和便于运输的块度。和便于运输的块度。 顶煤的破碎方法有两种：顶煤的破碎方法有两种： 一种是自然破碎，另一种
20、是一种是自然破碎，另一种是人工破碎。人工破碎。 自然破碎主要是依靠自然破碎主要是依靠矿山压力的作用，以及支架矿山压力的作用，以及支架与顶煤的相互作用而使顶煤与顶煤的相互作用而使顶煤破碎。破碎。 人工破碎方法主要有：人工破碎方法主要有：钻爆破煤、水压破煤和机械钻爆破煤、水压破煤和机械切割破煤等方法。切割破煤等方法。2022-6-2222煤层在支承压力的作用下，煤壁前方的顶煤由煤层在支承压力的作用下，煤壁前方的顶煤由弹性变形进入塑性变形状态而产生位移和破坏，这弹性变形进入塑性变形状态而产生位移和破坏，这种作用可称为一次破坏或预破坏作用；但这时顶煤种作用可称为一次破坏或预破坏作用；但这时顶煤仍处于三
21、向应力状态，不会发生冒落，此后煤体进仍处于三向应力状态，不会发生冒落，此后煤体进入工作空间上部（支架上方），即进入低应力区，入工作空间上部（支架上方），即进入低应力区，应力状态发生变化，使其积蓄的能量进一步释放，应力状态发生变化，使其积蓄的能量进一步释放，加上工作空间内支架的反复支撑，即多次加上工作空间内支架的反复支撑，即多次“支撑支撑-卸卸载载”作用，支架对顶煤的支护强度不断变化，使顶作用，支架对顶煤的支护强度不断变化，使顶煤内的应力也发生周期性变化，形成交变应力作用，煤内的应力也发生周期性变化，形成交变应力作用，促使顶煤发生破坏、碎裂，利于被放出。促使顶煤发生破坏、碎裂，利于被放出。 1、
22、矿压破煤原理、矿压破煤原理2022-6-2223A.初始破坏区：初始破坏区： 在支承压力作用下，在支承压力作用下，煤壁前方煤壁前方较远处较远处顶煤由弹性变形进入塑性变形，顶煤由弹性变形进入塑性变形，原生裂隙扩展，顶煤初始破坏。原生裂隙扩展，顶煤初始破坏。B.破坏发展区破坏发展区： 受顶板回转作用，煤壁前方附受顶板回转作用，煤壁前方附近近顶煤发生破坏，裂隙扩展，位移增顶煤发生破坏，裂隙扩展，位移增大。大。C.裂隙发育区：裂隙发育区： 支架反复支撑，形成交变应力，控顶区内的顶煤形成发育的裂隙。支架反复支撑，形成交变应力，控顶区内的顶煤形成发育的裂隙。顶煤破碎加剧，架顶上方易冒空。顶煤破碎加剧，架顶
23、上方易冒空。D.垮落破碎区：垮落破碎区：顶煤被完全破坏，失去连续性，在支架后方垮落放出。顶煤被完全破坏，失去连续性，在支架后方垮落放出。综采放顶煤工艺顶煤破碎过程2022-6-22242022-6-22252、人工破顶煤的方法、人工破顶煤的方法 当利用矿压破顶煤效果不能达到放煤要求时，必须采取人工破煤的措施。当利用矿压破顶煤效果不能达到放煤要求时，必须采取人工破煤的措施。1）、钻爆破煤）、钻爆破煤 钻爆破煤钻爆破煤可分为，预爆破可分为，预爆破(超前爆破超前爆破)和即时爆破两种方法。和即时爆破两种方法。 预爆破是在回采工作面预爆破是在回采工作面两顺槽两顺槽前方未回采的顶煤中预先打孔爆破，使顶煤预
24、前方未回采的顶煤中预先打孔爆破，使顶煤预先破裂松动。先破裂松动。工作面两顺槽预爆破炮眼布置图工作面两顺槽预爆破炮眼布置图2022-6-2226即时爆破是在放煤工序前，从支架顶梁上设置的窗孔或从顶梁的前端处向顶煤即时爆破是在放煤工序前，从支架顶梁上设置的窗孔或从顶梁的前端处向顶煤打眼爆破，使顶煤破碎。打眼爆破，使顶煤破碎。目前，目前，煤矿安全规程煤矿安全规程已禁止使用此方法。已禁止使用此方法。炮 孔炮 孔架架 顶顶 爆爆 破破 炮炮 眼眼 示示 意意 图图2022-6-22272 2）、水压破煤）、水压破煤 水压破煤有两种方法：水射流破煤和水力压裂破煤。水压破煤有两种方法：水射流破煤和水力压裂破
25、煤。 水力压裂破煤钻孔布置如下图所示。孔内注入压力水力压裂破煤钻孔布置如下图所示。孔内注入压力5-15MPa5-15MPa的压力水，使原有裂隙进的压力水，使原有裂隙进步扩展和发育；使煤步扩展和发育；使煤软化，利于矿压破煤；此外，还可使顶煤湿润，降低放软化，利于矿压破煤；此外，还可使顶煤湿润，降低放煤工艺中产生的煤尘。这种方法对层理不发育、整体性煤工艺中产生的煤尘。这种方法对层理不发育、整体性强的硬煤适用。强的硬煤适用。 但这种方法增加了煤层的水分，对煤质管理增加了但这种方法增加了煤层的水分，对煤质管理增加了困难。困难。2022-6-22282022-6-2229 采用带有切割工作机构的液压支架
26、，国外研制出的破煤机构有截盘机采用带有切割工作机构的液压支架，国外研制出的破煤机构有截盘机构、刨煤机构和钻裂机构，如图所示。国内很少使用这种方法。构、刨煤机构和钻裂机构，如图所示。国内很少使用这种方法。3）机械切割破煤）机械切割破煤a截盘机构截盘机构 b刨煤机构刨煤机构 c钻裂机构钻裂机构2022-6-2230三三 顶煤放出规律顶煤放出规律 （一）、放矿理论（一）、放矿理论 1、椭球体理论、椭球体理论 该理论认为，放矿过程中该理论认为，放矿过程中矿石是从范围近似椭球状的体矿石是从范围近似椭球状的体积中流出来的，即放出矿石原积中流出来的，即放出矿石原来所占的空间为一个旋转椭球来所占的空间为一个旋
27、转椭球体。体。 由图中可看出，在放矿过程由图中可看出，在放矿过程中形成的椭球体，称为放出椭中形成的椭球体，称为放出椭球体球体1；停止扩展而最终形成的；停止扩展而最终形成的椭球体称为松动椭球体椭球体称为松动椭球体3。矿石。矿石移动后形成放出漏斗移动后形成放出漏斗2和移动漏和移动漏斗斗4。 Hh3124xyzyz1-放出椭球体，2-放出漏斗3-松动椭球体，4-移动漏斗2022-6-2231放出椭球体参数：放出椭球体参数： 如果放煤高度为h，则放出椭球体长轴2a，近似等于 h，椭球体短轴为2b1。 根据生产实践表明： 2 b1= （0.25 0.3） h 从理论上讲，放煤椭球体表面上的颗粒将大体同时
28、到达放煤口。从理论上讲，放煤椭球体表面上的颗粒将大体同时到达放煤口。 放煤的同时，放出椭球体周围的煤岩也将向放煤口移动，充填放煤留下的空间，且与放出椭球体相似，为一松动椭球体。 松动椭球体参数：松动椭球体参数： 松动椭球体高度为H， 生产实践证明： H =（2.2 2.6）h 2、 椭球体参数：椭球体参数：2022-6-2232 （二）、顶煤放出的运动规律（二）、顶煤放出的运动规律 1.顶煤放出的几何形态顶煤放出的几何形态 根据有关科研院所的模拟实验得到的顶煤放出几根据有关科研院所的模拟实验得到的顶煤放出几何形态，基本上可以视为旋转椭球体，如图所示。何形态，基本上可以视为旋转椭球体，如图所示。
29、2022-6-2233 由试验得知，放矿椭球体理论在放顶煤中是完全可以应用的。当由试验得知，放矿椭球体理论在放顶煤中是完全可以应用的。当顶煤的充分裂碎带范围较大时，其典型的形态是上半部呈椭球体、下顶煤的充分裂碎带范围较大时，其典型的形态是上半部呈椭球体、下半部呈抛物线旋转体或称为抛物体。半部呈抛物线旋转体或称为抛物体。 放出体的参数与放出口的形状、尺寸、碎煤的粒度、顶煤厚度、放出体的参数与放出口的形状、尺寸、碎煤的粒度、顶煤厚度、以及湿度等因素有关。当放出口尺寸不变时，顶煤厚度愈大，偏心率以及湿度等因素有关。当放出口尺寸不变时，顶煤厚度愈大，偏心率也愈大，即椭球体愈瘦长；煤的松散性愈好，偏心率
30、也愈小，即椭球也愈大，即椭球体愈瘦长；煤的松散性愈好，偏心率也愈小，即椭球体愈短肥。体愈短肥。2022-6-2234 由于散体碎煤范围有限，受边界条件约束的影响较大。放出体前方是由于散体碎煤范围有限，受边界条件约束的影响较大。放出体前方是不充分的裂碎带，后方是采空区垮落的矸石，上方是顶板岩石。这样椭不充分的裂碎带，后方是采空区垮落的矸石，上方是顶板岩石。这样椭球体长轴将向采空区偏斜，其偏斜角与顶煤垮落角大致平行。球体长轴将向采空区偏斜，其偏斜角与顶煤垮落角大致平行。 从图中可以看出，从图中可以看出， a区的煤暂时放不出来，为区的煤暂时放不出来，为停滞区；停滞区；b为死角区，这为死角区，这部分是
31、不能回收的，被丢部分是不能回收的，被丢弃了；弃了；c和和d部分是极不部分是极不稳定的，可以被放出来，稳定的，可以被放出来，但已混矸了。但已混矸了。 若顶煤的前方已充若顶煤的前方已充分裂碎，则如图中虚线所分裂碎，则如图中虚线所示，将符合正椭球体的放示，将符合正椭球体的放出规律。出规律。2022-6-2235 当放煤高度与放出口直径的比值当放煤高度与放出口直径的比值h/d23时，已不再遵循椭球体的放出时，已不再遵循椭球体的放出规律。由实验得知，放出体基本上按漏斗状流出，如图所示。若顶煤过薄，规律。由实验得知，放出体基本上按漏斗状流出，如图所示。若顶煤过薄，将形成类似伪顶的无规则冒落，因此，一般顶煤
32、不应小于将形成类似伪顶的无规则冒落，因此，一般顶煤不应小于23m。2022-6-22362放顶煤工艺中的几个参数放顶煤工艺中的几个参数1）开采厚度及采放比）开采厚度及采放比 根据目前放顶煤采煤经验，当采煤机采高在根据目前放顶煤采煤经验，当采煤机采高在2.5 3.0m时，时，顶煤厚度不宜超过顶煤厚度不宜超过8 10m，也就是说一次，也就是说一次采全厚综放采煤的总厚度不宜超过采全厚综放采煤的总厚度不宜超过15m，以，以12m为最佳。为最佳。采放比采放比h1/h21：1 1： 4，一般不应超过，一般不应超过1：3。 若顶煤厚度过小，形成不规则跨落，则不利于放煤若顶煤厚度过小，形成不规则跨落，则不利于
33、放煤工艺，因此，一般顶煤厚度不小于工艺，因此，一般顶煤厚度不小于23米；当煤层总厚米；当煤层总厚度小于度小于4米时，不适合于放顶煤开采，适用于大采高一米时，不适合于放顶煤开采，适用于大采高一次采全厚开采。次采全厚开采。 2022-6-22372)2)放煤步距放煤步距 放煤步距是指沿工作面推进方向，放煤步距是指沿工作面推进方向，前后前后两次两次放顶煤之间放顶煤之间工作面推进工作面推进的距离。达到合理的放煤的距离。达到合理的放煤步距时，可以得到较高的工作面回收率和较好的步距时，可以得到较高的工作面回收率和较好的煤质。煤质。 确定放煤步距原则：使顶煤充分破碎，提高确定放煤步距原则：使顶煤充分破碎，提
34、高采出率，减少含矸率。采出率，减少含矸率。 2022-6-2238 根据放煤椭球体理论，合理的放煤步距应该是与根据放煤椭球体理论，合理的放煤步距应该是与顶煤放落椭球体短轴半径和放顶煤高度相匹配，使顶顶煤放落椭球体短轴半径和放顶煤高度相匹配，使顶部矸石和采空区矸石同时到达放煤口，达到丢煤最少，部矸石和采空区矸石同时到达放煤口，达到丢煤最少，含矸率最低。若放煤步距太大，顶煤上部矸石将先于含矸率最低。若放煤步距太大，顶煤上部矸石将先于采空区矸石到达放煤口，脊背煤损失大；放煤步距若采空区矸石到达放煤口，脊背煤损失大；放煤步距若太小，采空区方向的矸石将先于上部顶煤到达放煤口，太小，采空区方向的矸石将先于
35、上部顶煤到达放煤口，使得一部分顶煤被关在放煤口外，不利于顶煤的回收。使得一部分顶煤被关在放煤口外，不利于顶煤的回收。 不同放煤步距的混矸状态如下图所示。不同放煤步距的混矸状态如下图所示。 2022-6-2239放煤步距与煤炭损失及煤质的关系放煤步距与煤炭损失及煤质的关系2022-6-2240 采煤实践和测试研究证明：放煤步距大于或基本采煤实践和测试研究证明：放煤步距大于或基本等于支架放煤口沿工作面推进方向（放煤口沿支架纵等于支架放煤口沿工作面推进方向（放煤口沿支架纵向）水平投影长度时，顶煤回收率最高而含矸率最低。向）水平投影长度时，顶煤回收率最高而含矸率最低。 根据放顶煤工作面的实际统计，可用
36、下面的经验根据放顶煤工作面的实际统计，可用下面的经验公式估算放煤步距：公式估算放煤步距：d=（0.15 0.2）h 式中式中 d放煤步距，放煤步距，m； h放煤高度，可近似取顶煤高度，放煤高度，可近似取顶煤高度，m。 放煤步距一般有：一刀一放、二刀一放。放煤步距一般有：一刀一放、二刀一放。 经过实践证明，回采工作面的采放比为经过实践证明，回采工作面的采放比为1：2左右左右或更大时，宜采用或更大时，宜采用“两采一放两采一放”的采煤工艺。的采煤工艺。2022-6-2241某矿放煤步距与采出率和含矸率的关系某矿放煤步距与采出率和含矸率的关系放煤步距(m)采出率(%)含矸率(%)备注0.5 0.6打开
37、放煤口即混入矸石1.0 1.286.511.451.5 1.872.9312.272.0 2.470.48 16.99 2022-6-22423）放煤方式）放煤方式 放煤方式是放顶煤工作面放煤顺序、次数和放煤量的配合方式。主要有以下几种：1、单轮、顺序放煤、单轮、顺序放煤 将工作面支架依次按顺序排列编号，从第将工作面支架依次按顺序排列编号，从第1架起放煤至最后一架结束，每架起放煤至最后一架结束，每架直至放出矸石为止。架直至放出矸石为止。 优点：操作简单，容易掌握。优点：操作简单，容易掌握。 缺点：煤炭损失大、容易混矸。缺点：煤炭损失大、容易混矸。2、多轮、顺序、等量放煤、多轮、顺序、等量放煤
38、将工作面支架按顺序进行放煤，每架放将工作面支架按顺序进行放煤，每架放1/2 1/3的顶煤；放完一轮再进的顶煤；放完一轮再进行下一轮放煤，反复行下一轮放煤，反复2 3轮轮将顶煤全部放完。将顶煤全部放完。 优点：可使冒落煤岩分界面均匀下降，顶煤破碎充分，有利用顶煤的放优点：可使冒落煤岩分界面均匀下降，顶煤破碎充分，有利用顶煤的放出，采出率高，含矸率低。出，采出率高，含矸率低。 缺点：要求操作水平高，每架的放煤量难以控制，放煤时间长。缺点：要求操作水平高，每架的放煤量难以控制，放煤时间长。2022-6-22433、多轮、间隔、等量放煤、多轮、间隔、等量放煤 放煤口放煤顺序：先放放煤口放煤顺序：先放1
39、#、3#、5#、7#，每次放，每次放1/2 1/3的顶煤；后放的顶煤；后放2#、4#、6#、8#，每次放，每次放1/2 1/3的顶煤；反复的顶煤；反复两、三轮将顶煤放完。两、三轮将顶煤放完。 优点：可使冒落煤岩分界面均匀下降，丢煤少。优点：可使冒落煤岩分界面均匀下降，丢煤少。 缺点：要求操作水平高、放煤时间长，含矸率高。缺点：要求操作水平高、放煤时间长，含矸率高。4、单轮、间隔放煤、单轮、间隔放煤 先放先放 1 1# #、3 3# #、5 5# #等单号支架上方的煤，见矸关口，留较大脊背等单号支架上方的煤，见矸关口，留较大脊背煤；滞后一定距离放煤；滞后一定距离放 2 2# #、4 4# #、6
40、 6# #等双号支架上方的顶煤，见矸关等双号支架上方的顶煤，见矸关门。门。 优点：放顶效果好，丢煤少。优点：放顶效果好，丢煤少。 缺点：容易混矸缺点：容易混矸2022-6-22442022-6-22452022-6-2246 根据我国几十年综放开采的经验，为提高放顶煤工作面的回收根据我国几十年综放开采的经验，为提高放顶煤工作面的回收率、降低含矸率，综放工作面放煤工艺应遵循以下原则：多轮、顺率、降低含矸率，综放工作面放煤工艺应遵循以下原则：多轮、顺序、均匀放煤，大块破碎，见矸关门。现分述如下：序、均匀放煤，大块破碎，见矸关门。现分述如下： 多轮放煤：多轮放煤：在顶煤较厚的情况下，顶煤垮落以后，上
41、位顶煤由在顶煤较厚的情况下，顶煤垮落以后，上位顶煤由于冒落空间有限，不能充分破碎，甚至有一部分靠近直接顶的顶煤于冒落空间有限，不能充分破碎，甚至有一部分靠近直接顶的顶煤不能垮落，如果这时全部将冒落的顶煤放出，则将会因为顶煤块度不能垮落，如果这时全部将冒落的顶煤放出，则将会因为顶煤块度大和一部分顶煤未垮落而丢失。因此，应采用多轮放煤；顶煤越厚大和一部分顶煤未垮落而丢失。因此，应采用多轮放煤；顶煤越厚轮次应该越多。轮次应该越多。 顺序放煤：顺序放煤：从工作面一端开始，顺序打开支架放煤口进行放煤，从工作面一端开始，顺序打开支架放煤口进行放煤，并和移架的顺序相一致，一般应从下向上顺序放煤，可以减少对煤
42、并和移架的顺序相一致，一般应从下向上顺序放煤，可以减少对煤岩界面的扰动，降低混矸率。岩界面的扰动，降低混矸率。 2022-6-2247 均匀放煤：均匀放煤：在每个轮次放煤时，每个放煤口的放煤量，应近似在每个轮次放煤时，每个放煤口的放煤量，应近似相等。一般情况下，均以放煤时间来控制。相等。一般情况下，均以放煤时间来控制。 大块破碎：大块破碎：放煤过程中如遇见大块煤，应及时用支架放煤机构放煤过程中如遇见大块煤，应及时用支架放煤机构的破煤装置将大块破碎。对低位放顶煤支架而言，应用尾梁将大块的破煤装置将大块破碎。对低位放顶煤支架而言，应用尾梁将大块挤碎或用插板将大块煤捣碎。挤碎或用插板将大块煤捣碎。
43、见矸关门：见矸关门：当进行最后一轮放煤，放煤口出现冒落的直接顶矸当进行最后一轮放煤，放煤口出现冒落的直接顶矸石时，应及时关闭放煤窗口。通常情况下，根据煤质要求，可允许石时，应及时关闭放煤窗口。通常情况下，根据煤质要求，可允许放出少量矸石，以便放出更多的煤。放出少量矸石，以便放出更多的煤。2022-6-2248四、正规循环作业四、正规循环作业1、采煤工艺、采煤工艺目前，综放工作面常用的工艺有以下几种：目前，综放工作面常用的工艺有以下几种： （1）采煤机端部斜切进刀，双向割煤，两刀一放，采放分段平行作业；）采煤机端部斜切进刀，双向割煤，两刀一放，采放分段平行作业； （2）采煤机端部斜切进刀，双向割
44、煤，一刀一放，采放顺序平行作业；）采煤机端部斜切进刀，双向割煤，一刀一放，采放顺序平行作业； （3）采煤机端部斜切进刀，单向割煤，二刀一放，采放顺序作业。）采煤机端部斜切进刀，单向割煤，二刀一放，采放顺序作业。我公司大多矿井采用第我公司大多矿井采用第3种方式。种方式。 正规循环作业是回采工作面在规定时间内保质、保量、安全地完成正规循环作业是回采工作面在规定时间内保质、保量、安全地完成“采、装、运、支、处采、装、运、支、处”这样一个采煤全过程；对于放顶煤工作面以放这样一个采煤全过程；对于放顶煤工作面以放顶煤为循环标志。顶煤为循环标志。2022-6-22492、采煤机进刀方式、采煤机进刀方式 端部
45、斜切进刀割三角煤方式为：采煤机自端部斜切进刀割三角煤方式为：采煤机自工作面上端头向下进行进刀割煤，待采煤机通工作面上端头向下进行进刀割煤，待采煤机通过前溜弯曲段后，将前溜移直，采煤机向上返过前溜弯曲段后，将前溜移直，采煤机向上返回割三角煤，然后自上向下割煤至下端头。回割三角煤，然后自上向下割煤至下端头。 还有一种方式是端部斜切进刀留三角煤方式。还有一种方式是端部斜切进刀留三角煤方式。 2022-6-2250采煤机端部斜切进刀割三角煤方式示意图（）采煤机下行准备进刀）采煤机下行准备进刀 （）进刀并移直输送机）进刀并移直输送机 （）割三角煤）割三角煤 （）开始正常割煤）开始正常割煤2022-6-2
46、2513、正规循环作业图表、正规循环作业图表 回采工作面中各工序间的相互配合关系，回采工作面中各工序间的相互配合关系，可以用正规循环作业图表来表示，在生产过程可以用正规循环作业图表来表示，在生产过程中各工序要严格按正规循环作业图表进行。因中各工序要严格按正规循环作业图表进行。因此，在工作面作业规程中必须编制正规循环作此，在工作面作业规程中必须编制正规循环作业图表。业图表。2022-6-2252正正 规规 循循 环环 作作 业业 图图 表表2022-6-22534、坚持正规循环作业、坚持正规循环作业 坚持正规循环作业可以使回采工作面中的各工序在时间上和坚持正规循环作业可以使回采工作面中的各工序在
47、时间上和空间上合理地配合，设备有效利用，劳动力组织调配得更为合理，空间上合理地配合，设备有效利用，劳动力组织调配得更为合理，从而使工作面高产，稳产和高效。从而使工作面高产，稳产和高效。 为了使各工序在时间和空间上充分配合，要处理好主、次工为了使各工序在时间和空间上充分配合，要处理好主、次工序的关系，保证主要工序顺利进行，尽量增加出煤时间。其它辅助序的关系，保证主要工序顺利进行，尽量增加出煤时间。其它辅助工序尽可能与采煤工序平行进行，注意空间上的合理配合，保证安工序尽可能与采煤工序平行进行，注意空间上的合理配合，保证安全作业。全作业。 工作面中的正规循环工作有时会由于种种原因而不能按计划完工作面
48、中的正规循环工作有时会由于种种原因而不能按计划完成，但一般循环完成率不得低于成，但一般循环完成率不得低于80%。 2022-6-2254五、放顶煤开采的优缺点五、放顶煤开采的优缺点1、放顶煤开采的主要优点：、放顶煤开采的主要优点：（1）单产高）单产高 放顶煤工作面比一般综采工作面多放顶煤工作面比一般综采工作面多12个出煤点，因此它比一个出煤点，因此它比一般的综采工作面的产量有很大的提高，目前综放工作面单产可高达般的综采工作面的产量有很大的提高，目前综放工作面单产可高达1000万吨以上。万吨以上。（2）效率高）效率高 由于放顶煤工作面的一次采出厚度大，生产集中，放煤工艺的由于放顶煤工作面的一次采
49、出厚度大，生产集中，放煤工艺的劳动量小等原因，效率比分层开采可高劳动量小等原因，效率比分层开采可高5倍左右。倍左右。（3）成本低）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。由此节省了材料费、人工费等费用；而且能源动力消耗少，巷道支护材料、省了材料费、人工费等费用；而且能源动力消耗少，巷道支护材料、油脂消耗、截齿消耗等相应减少，因此，吨煤成本大幅度降低。油脂消耗、截齿消耗等相应减少，因此，吨煤成本大幅度降低。2022-6-2255（4）巷道掘进率低）巷道掘进率低 综采放顶煤开采巷道的万吨掘进率比分层开采一般要低综采放顶煤开采巷道
50、的万吨掘进率比分层开采一般要低5070%，巷道维护费也明显降低，而且能有效缓解采掘接续紧张局面。，巷道维护费也明显降低，而且能有效缓解采掘接续紧张局面。（5）减少了搬家倒面次数）减少了搬家倒面次数 放顶煤工作面每生产百万吨煤的工作面搬家次数比分层开采可放顶煤工作面每生产百万吨煤的工作面搬家次数比分层开采可减少一半以上，因此，节省了采面的安装和搬迁费用，提高了综采减少一半以上，因此，节省了采面的安装和搬迁费用，提高了综采成套设备的有效使用率。成套设备的有效使用率。（6）块炭率高）块炭率高 放顶煤工作面的顶煤是利用地压破碎的，粒径大于放顶煤工作面的顶煤是利用地压破碎的，粒径大于25mm的块的块煤明
