高效长壁综采放顶煤技术讲义.pdf

高效长壁综采放顶煤技术 主要内容 1.1 国外发展现状 * 20世纪50年代末60年代初，随着液压支架制造技术的发展，前苏联、法国等国才正式采用放 顶煤开采厚煤层，并获成功； * 20世纪70年代初，综放开采在世界范围内出现了两种发展趋势一、前苏联、匈牙利等东欧 国家，改进和完善放顶煤支架，但工作面仍使用一台刮板输送机；二、法国、德国等国，工 作面布置两台输送机。 * 20世纪80年代初期， 世界上有近10个产煤国家采用放顶煤技术， 取得了良好的技术经济效益 ， 工作面日产达到2000－2600t，工作面采出率80％－91.9; *20世纪90年代以后，由于适合放顶煤开采的资源枯竭、环保问题等，放顶煤开采在国外遇 到了种种障碍，仅法国、俄罗斯等极少数国家使用放顶煤开采技术； * 1.2 国内发展过程 * 探索阶段（1982－1990年）1982.9，北京开采研究所和沈阳煤研所首次进行综放工作面总体 设计和放顶煤液压支架设计，1983年进行设备的加工制造； * 1984.4，我国第1个60m长的综放工作面在沈阳矿务局蒲河矿进行缓倾斜长壁综放开采工业性 试验； * 1986.3，在窑街矿务局二矿进行了急倾斜特厚煤层水平分段综采放顶煤采煤法的工业性试 验，试验取得圆满成功； * 逐渐成熟阶段（1990－1995年） 20世纪90年代以来，对综放开采中存在的瓦斯治理、火灾 防治、粉尘治理、提高回收率、全煤巷锚杆支护等技术难题进行攻关研究，取得了可喜成果 ， 我国的综放开采得到了迅速发展； * 1994年制定了综合机械化放顶煤开采技术暂行规定，使我国综放开采技术走向正轨。 * 技术成熟和推广阶段（1996年至今） *1.3 发展成效 * 1.3 发展成效 * 2001年东滩煤矿综采队应用综放开采技术，年产量达5．5Mt。2003年，该队又创造了工作面 年单产6.42Mt、最高月产0.6563Mt的两项世界新纪录。2004年该面年产达到658.15万t。 *2007年，潞安王庄煤矿6203综放工作面，工业性试验期间，最高日产达到33186t，最高月 产达到63万t，平均回采工效达到394t/工，回收率达到了92.1％。 * 2.1 概念 放顶煤采煤法的实质，就是在厚煤层沿底部布置一个采高23 m的长壁工作面，用 常规方法进行回采，并利用矿山压力的作用或辅以松动爆破等方法，使支架上方的顶煤破碎 成散体后，由支架后方或上方的放煤窗口放出，经由刮板输送机运出工作面。 *2.2 主要类型 *按照煤层赋存条件及相应的采煤工艺，放顶煤采煤法分为三类 *2.3 适应综放开采的采区（工作面）地质条件 *煤层的赋存条件 *顶底板性质 *地质构造 *水文地质条件 *瓦斯 *自然发火影响 *工作面储量 *煤层的赋存条件煤层赋存较稳定，煤层厚度以5～10m为宜，煤层倾角015， 煤层普氏系数f≤3 *顶底板性质煤层顶板能随采随冒，顶板冒落充填高度至少等于采放高 度；煤层底板岩性较硬 *地质构造地质构造简单，无较大煤层起伏及褶曲，无陷落柱、火成岩 侵入，断层落差不大；顶煤中无坚硬较厚夹矸，夹矸单层稳定厚度一般不大于300mm * 水文地质条件 地表或上覆岩层在采动影响范围内无水体或重要建筑物 * 瓦斯 * 自然发火影响综放工作面除应加快工作面推进速度外，还应采取相应的措施，以 防止火灾的发生 * 工作面储量综放工作面长度一般为150～200m，连续推进长度1000～2700m，工 作面地质储量100～300万t *主要设备选型及总体配套原则 *工作面设备选型 *配套实例 *3.1主要设备选型及总体配套原则 *设备配套的主要类型 *采用国内研制的全套国产新型综采设备装备的综采工作面，年产300万600万t以上。 *引进部分关键综采设备，如电牵引采煤机、重型刮板输送机等，配以国产液压支架和 大运量带式输送机装备的大功率综采工作面，年产400万800万t以上。 *全套引进国外大功率综采设备装备的综采工作面。 *3.1主要设备选型及总体配套原则 *设备选型的主要原则 *综采设备的选型。高可靠性，技术先进性 *提高综采装备的配置。保证各零部件生产质量，注重外购件的质量，选用国际上著名 品牌且质量过关的产品 *综采成套装备满足高产、高效、高回收率的要求，各设备的生产能力要留有足够的富 裕系数。 *各主要设备的技术性能要满足工作面设计年产量的要求，且相互之间协调与配合科学 合理，发挥最佳的生产效能。 *采煤机、运输机、转载机、可伸缩胶带输送机生产能力必须逐渐递增，形成“喇叭口” 状，支架的推进速度必须满足采煤机割煤速度的要求。 *设计科学合理的端头支护，保证工作面快速推进。 *3.2 工作面设备选型 *原则 *采用技术先进、性能优良，经过实践检验的高可靠性装备。 *通过合理选型和正确配套，保证整个系统的性能协调和可靠。 *提高综采设备的配套能力与生产协调性。 *3.2 工作面设备选型 3.2.1 液压支架选型 *液压支架支护强度的确定 保证对工作面顶板实现有效控制，又要满足回采工艺的各种要求。 1）常见的顶板运动类型 考虑回采工艺、顶板运动和来压特征可以将顶板运动分为5类 类型A中厚煤层开采，直接顶为不稳定顶板，支架载荷主要由基本顶的级别和运动特征决 定，直接顶主要作为传力介质，并将自重作用于支架。 类型B 中厚煤层开采， 直接顶中等稳定和稳定， 在与支架相互作用中具有不同的回转趋向 ， 同时传递Ⅱ级和Ⅲ级基本顶形成的周期载荷。 类型C中厚煤层开采，非常稳定的直接顶和Ⅳ级基本顶形成的剧烈载荷。 类型D厚煤层采用放顶煤开采。采用放顶煤开采由于支架直接面对顶煤，顶煤在回采过程 中要求最大限度地放出。 类型E浅埋深煤层开采。 *3.2 工作面设备选型 *液压支架选型 *液压支架支护强度的确定 *类型A顶板所需支护强度计算 由直接顶重量和基本顶来压时引起地控顶区下沉导致地载荷增量组成。 *类型B顶板所需支护强度计算 *放顶煤液压支架支护强度的确定 *液压支架选型 － 液压支架额定工作阻力确定 *工作面支护强度确定以后，支架工作阻力值主要取决于支护顶板的控顶面积。支架控 顶面积主要与工作面三机配套设备的断面纵向尺寸有关；工作面三机配 套设备的断面纵向尺寸在采煤机、刮板输送机定型配套后才能准确确定。 F 额定工作阻力； P首采区工作面额定支护强度； 支架中心距； L控顶距，包括支架顶梁长度和梁端距离； 支撑效率。 *液压支架选型 －支架架型确定 *液压支架架型的确定必须与矿山地质条件相适应，与工作面其他设备相配套，与回采工艺 相配合，并且满足安全高效生产的要求。 *液压支架选型不仅包括支架的架型及额定支护强度、工作阻力，而且涉及到顶梁、护帮、 底座、侧推、防倒防滑等主要部件的选型及参数确定。 *液压支架选型 － 支架架型确定的流程 *根据采煤方法论证结果确定采煤方法； *根据顶板岩（煤层）石力学性质、厚度及岩层结构和弱面发育程度确定直接顶（煤层） 类型； *根据基本顶岩石力学特性及矿压显现特性确定其级别； *根据底板岩性及底板抗压入强度和刚度确定底板类型； *根据矿压实测数据计算额定工作阻力或根据采高、控顶距离及来压步距估算支架支护 强度； *根据顶底板类型、级别初选支架额定工作阻力和支架架型； *考虑工作面风量，行人断面，煤层倾角修正支架架型和参数； *考虑煤壁片帮条件确定顶梁及护帮机构 。 除以上常见条件外，还要考虑如下特殊因素上下部采动条件；相邻区段或两侧 开采条件 ；地质构造、断层、褶曲等分布和参数 ；开采深度的影响 ；顶底板含水。 *液压支架选型－放顶煤液压支架架型发展趋势 *主导架型有正四连杆四柱支撑掩护式低位放顶煤支架、反向四连杆四柱支撑掩护式低位放 顶煤支架和单摆杆四柱支撑掩护式低位放顶煤支架。 *开发研制新型两柱掩护式放顶煤支架 *放顶煤液压支架架型发展的新趋势 ① 大采高放顶煤液压支架，最大高度3.84.5m以上的两柱式放顶煤支架和四柱式放顶煤支 架； ② 强力放顶煤液压支架，工作阻力10 00015 000 kN的大工作阻力支架，适应硬煤和特厚 煤层大放采比放顶煤工艺要求的支架； ③ 分体组合式直线型轻型放顶煤液压支架，一种适应中小煤矿和边角煤回收的多用途支 架。 *液压支架选型－放顶煤液压支架主流架型及分析 *ZFS13000/25/38型强力放顶煤液压支架 *液压支架选型－放顶煤液压支架主流架型及分析 *ZFY6800/18/35两柱放顶煤液压支架 *液压支架选型－放顶煤液压支架主流架型及分析 *ZFY6800/18/35两柱放顶煤液压支架主要特点 *液压支架选型－放顶煤液压支架主流架型及分析 *ZFH12000/23/35型四柱反四连杆低位放顶煤液压支架 *液压支架选型－放顶煤液压支架主流架型及分析 *ZFH12000/23/35型四柱反四连杆低位放顶煤液压支架与中位和低位小插板放顶煤支 架的对比 *稳定性 有其宽形反向四连杆结构保证了支架的纵向稳定性，梁端距稳定。 *对底板比压 底座比压分布较均匀，一般前端略小，后端较大的倒梯形分布，支架升降时对底板比压变 化很小，支架移架顺利。 *放煤作业空间 工作空间大，便于发挥设备能力和放顶煤作业，便于设备的检修和事故处理。 *支架重量 与同参数、同强度可靠性的中位放顶煤支架相比，减少5～10％。 ZFS8000/23/37型四柱支撑式放顶煤液压支架 1）根据平朔安家岭煤层特点，煤的硬度系数大，垮落的煤块度大。设计的掩护梁长度较短，与 水平夹角大，即掩护梁水平投影小，尾梁较长，尾梁回转角大，保证了顶煤的冒落和挤压破 碎能力。 2）增大尾梁千斤顶的缸径，增加了对煤块的破碎能力，提高后部过煤高度，加大了运输机过大 块煤的能力。 3）顶梁采用顶梁加铰接前梁及护帮板结构，对顶煤的适应能力强，并且加大了前端支顶能力。 4）底座采用开底式，排矸性能好，拉架顺利，同时配备抬底机构，有效地防止底座前端扎底， 提高拉架速度，减少清理浮煤的工作量。 5）推移机构采用长推移杆机构，采用二节铰接式，便于拆装，推移千斤顶采用倒装式，增大了 移架力。 6）拉后溜装置为软连接方式，采用φ2892高强度矿用圆环链连接。 *3.2.4排头放顶煤液压支架 *1排头放顶煤支架的特点 排头放顶煤支架是用于厚煤层综放工作面两端的支护设备， 用它支护和管理输送机机头 机尾区域顶板，冒落顶煤、隔离采空区，并能自动移置和推拉输送机。其特点为 *工作面两端部是进出工作面内部的必经之路，所需支护面积较大，要求支架具有较强 的支护力和较高的可靠性，当沿空掘巷时支架的支护能力更应加强； *工作面两端部设备多、体积大、空间紧张，要求尽量压缩支架立柱及稳定机构等占用 空间，加大前、后输送机机头尾安装及工作空间； *放顶煤排头支架工作时，一般尾梁处在较高位置与水平线夹角较小，垮落的顶煤作 用在尾梁上，对支架形成了较大的附加外载，并增大了移架阻力，因此在确定支架工 作阻力及移架力时应充分考虑尾梁附加外载的影响； *由于前、后输送机机头尾较重，受结构限制支架顶梁较长，底座较短，造成底座前 端的底板比压较大，因此要求支架具有可靠的推移机构及足够的推移力； *通常放顶煤排头支架处的工作顺序为先推溜、后移架即滞后支护。 *2 排头放顶煤支架的主要技术参数 *工作阻力。放顶煤排头支架工作阻力的大小，可依据与之配套的工作面支架的工作阻力及 端头支护方式来确定。在不配用端头支架的放顶煤工作面，作为整个工作面的排头支架， 对整个工作面起锚固作用，支架工作状况恶劣，受力复杂，此时放顶煤排头支架工作阻力 应高于工作面支架工作阻力。 *在配用端头支架的综采放顶煤工作面，一般排头支架均可放煤，放煤后支架受力状况与工 作面支架基本相同，此时排头支架工作阻力可与工作面支架工作阻力相同。 *调高范围。放顶煤排头支架最大高度可依据巷道、端头支架、工作面支架的高度确定。由 于输送机过渡段设备升高，一般放顶煤排头支架最大高度不小于工作面支架高度，但也不 大于端头支架高度。放顶煤排头支架最小高度的确定原则与工作面支架相同，以能方便运 输为准。 *移架及推拉溜力。一般放顶煤排头支架架体都大于工作面支架，底座前端比压也比工作面 支架要大，移架时阻力较大，需较大移架力。另外，输送机机头尾的重量也较大，需较 大推拉溜力。一般应采用正推式推移机构，移架力应大于3倍的支架重量，推溜力应大于 1.5倍移架力。拉后溜力也应大于中部架拉后溜力。 *3排头放顶煤液压支架的设计要求 *为可靠提供安全空间，支架应具有较强的支护能力及较高的可靠性； *要有足够的前、后输送机机头尾安装及工作空间，并保证足够的过煤高度，水平方向极 限位置最小安全空间应大于50mm，支架在工作高度时垂直方向净空间应大于电机直径； *应留有必要的行人空间； *尽量压缩顶梁长度，减少控顶面积并增大顶梁前端承载能力； *要有可靠的推移机构及足够的推移力； *应能与工作面放顶煤支架平稳过渡，避免或减少侧向窜矸； *不配用排头支架尺寸，应有利于转载机机尾工作空间的维护； *配用排头支架时，应协调好与端头支架的相应关系； *通常应带有防倒、防滑装置； *一般应具有高效可靠的放煤机构当配套和工艺不要求在排头支架处放煤时， 也可不设放煤 机构； *排头支架处通常为不及时支护，因此排头支架的顶梁或前梁宜带伸缩梁； *一般放煤排头支架的稳定机构为窄形结构，该稳定机构应采取必要的加强措施； *所用的架型、立柱千斤顶和液压元件等应尽量与基本支架采用的相同。 *4排头放顶煤液压支架架型及放煤机构 *依据支架稳定机构形式，可将排头放顶煤液压支架分为反四连杆式及单摆杆式2种。依据尾 梁支撑形式，可将排头放顶煤液压支架分为悬伸尾梁式、两级悬伸尾梁式、托梁式及辅助 支撑式4种。依据支架放煤口及放煤机构形式，可将排头放顶煤液压支架分为天窗式和插板 式2种。组合后，使用较多的有以下几种架型 *1反四连杆辅助支撑天窗式； *2反四连杆托梁天窗式； *3反四连杆悬伸尾梁插板式； *4反四连杆两级悬伸尾梁插板式； *5单摆杆悬伸尾梁插板式。 应根据工作面支架结构型式、工作阻力、调高范围、顶煤破碎程度及压力大小等条件 选择排头放顶煤液压支架架型。 *通常为便于设备配套及生产管理，排头放顶煤液压支架架型及放煤机构应尽量与工作面支 架架型及放煤机构相类似。 *3.2.5端头放顶煤液压支架 3.2.2 采煤机选型 *采煤机选型应依据煤层赋存条件和工作面参数， 生产能力能够达到工作面设计能力的要求， 并满足与刮板运输机、液压支架相配套。 *选择采煤机时，根据采高、截深、牵引速度和功率进行选型，同时采煤机应能满足并实现 工作面两端斜切进刀自开缺口的要求。 3.2.3工作面前部刮板输送机的选型 *主要原则是以采煤机最大生产能力为基数，保证工作面运煤能力和运输设备的可靠性和耐 用性，兼顾设备启动、保护和控制性能。主要有以下几个方面 *运送量应与采煤机最大生产能力相适应，并且有一定备用能力。 *结合煤质硬度、块度、运量选择结构型式（单链、双边链、双中链等）、煤质较硬、 块质较大时优先选用双边链；煤质较软时可选用单链或双中心链。 *输送机溜槽的结构选择铸焊结合高强度溜槽，一般选用封底式。封底式阻力小，主要 用于底板较松软条件。 *为了配合滚筒采煤机自开切口，应优先选用短机头和短机尾，但机头架和机尾架中板 的升角不宜过大，以减少通过压链块时的能耗。 *放顶煤工作面后部刮板输送机的选型 *综放工作面要实现高产高效，采煤机割煤和放顶煤工序应实现平行作业，采用一采一放工 艺。推拉运输机机头机尾必须停机进行，在计算放煤循环时间时应该减去上下端头作业时 间。 *放煤能力由放煤口大小和多少来决定，一般可通过调节放煤口的多少来调节，放煤速度可 以通过调节放煤口大小及摆动尾梁调节。 *后部刮板运输机的运输能力不小于单位时间放煤能力的1.21.5倍。 *刮板转载机和破碎机的选型 *转载机的运输能力应大于工作面运输机的能力， 溜槽宽度或链速一般应大于工作面运输机。 *转载机的机型即机头传动装置及电动机和溜槽类型应尽量与工作面输送机一致，以便于日 常维修及配件管理。 *破碎机与转载机的能力协调适应。转载机及破碎机为适应高产高效工作面需要，除工作能 力应满足工作面需要外，应选用可以实现整体自动推移的设备，配有MATILDA装置 或履带式自移装置。 *乳化液泵和喷雾泵选型 *所配泵站的流量满足支架移架速度的要求。 *高产高效工作面一般采用环形供液，即泵站的组合方式为三泵两箱，两泵工作一泵 备用， 两台泵分别向工作面机头和机尾液压支架供液。 单台泵流量至少达到400L/min以上。 *喷雾泵的流量要满足支架喷雾、采煤机喷雾和冷却、运输机冷却的要求，喷雾泵的工作压 力不低于10MPa，冷却泵供液压力在3MPa左右。 *可伸缩胶带输送机的选型 *胶带输送机带宽和带速及其传动功率的选择，必须大于转载机的运输能力。 *胶带输送机的单机许可铺设长度要与综采面的推进长度相适应，尽量减少铺设输送机的台 数。 *选型要考虑巷道顶板和底板的条件，对于无淋水或底板无渗水、底板无底鼓的巷道，选用 H架型落地式可伸缩胶带输送机，否则选用绳架吊挂式。 *选用抗静电阻燃高强度胶带。 *输送机应有良好的启动和工况监测监控性能。 *配套实例 *兖矿年产600万吨综放工作面成套设备 *平朔高产高效综放工作面设备配套 *阳泉高产高效综放工作面设备配套 *兖矿年产600万吨综放工作面成套设备 *使用条件 兖州矿区所属煤矿均为低瓦斯矿井， 煤层有自然发火倾向， 发火期一般为2～4个月 ， 煤尘有爆炸危险性。 首采1303工作面倾角为2～13， 平均7； 煤层厚度8.61～9.32m， 平均厚度9.06m，中间有1层粉砂质泥岩夹矸。煤层裂隙发育，煤质硬度系数f＝2～4， 煤层顶板为中、细砂岩，硬度系数为f＝8～10。煤层底板主要为中细、粉细砂岩。硬 度系数f＝5～7。周围环境温度不高于＋40C，不低于－20C。空气相对湿度不大 于95％（＋25C）。煤层标高为－500～－600m。 *兖矿年产600万吨综放工作面成套设备 *工作面配套设备 *平朔高产高效综放工作面设备配套 *使用条件 安家岭9号煤层埋深为150m，煤层厚度为3.05～17.05m，平均12.49m，顶板坚硬， 硬度系数f＝3～4，顶煤节理裂隙发育程度为不很发育，夹矸厚度为0.150.3m，基本 顶类别为4。煤层倾角一般在2～5，局部达12左右。为有爆炸危险性煤层，属低瓦 斯矿井，煤层属易自然煤层。 *平朔高产高效综放工作面设备配套 *工作面配套设备 *阳泉高产高效综放工作面设备配套 *使用条件 煤层为二叠系下统山西组煤层，煤层倾角一般在3～7之间，局部达8～10，煤 层结构简单，一般靠近煤层下部含一层泥岩夹矸厚0.05～0.15m，煤层平均厚度约7m。 伪顶为0.3～0.4m厚的泥岩与薄煤线组成，直接顶为深灰色泥岩与砂质泥岩，厚2.0～ 3.0m，基本顶为灰色细砂岩，厚4.06.7m。 *阳泉高产高效综放工作面设备配套 *工作面配套设备 *顶煤的可放性及其分类 *顶煤冒放的块度理论 *高效长壁综放工作面工艺 *顶煤的可放性及其分类 *可放性定义 *顶煤可放性指标 *顶煤可放性分类 *顶煤可放性的主要影响因素 *可放性定义 *放顶煤开采时，煤层上部煤体在采动应力作用下破断成一定的块度，从支架放煤窗口 放出的程度。 *顶煤可放性指标 *顶煤可放性用可放性指数fc表示， 即煤体上覆采动集中应力与煤体强度的比值。 *顶煤可放性分类 *自然可放性分类 *顶煤可放性分类 *技术可放性分类 *顶煤可放性的主要影响因素 *影响顶煤可放性的因素很多，大体可分为自然因素和技术因素两大类。 *影响顶煤可放性的自然因素主要有开采深度、煤层厚度和强度、煤层中夹石层及其 厚度、直接顶岩性及厚度、老顶岩性及厚度、煤体裂隙发育程度、采放比等。 *综放开采顶煤破断冒放的块度理论框架 *综放开采顶煤破断冒放的块度理论 *放煤工艺参数的确定 *放煤步距的选择 *放煤方式的选择 *同时放煤口数的确定 *放煤步距的选择 对于综采放顶煤工作面而言，放煤步距应与移架步距或采煤机截深成倍数关 系，即割一刀煤或2～3刀煤放一次顶煤。 如果放煤步距大于支架放煤口的纵向尺寸，则会有一部分冒落的顶煤留在支架放 煤口的后方而丢在老塘里。如果放煤步距小于支架放煤口的纵向尺寸，则必然有一部 分矸石处于放煤口的上方，放煤时这部分矸石被一并放出，增加了含矸率。放煤步距 与顶煤垮落角、支架结构、放煤口位置有关。 低位插板式放顶煤液压支架，按支架放煤口长度的水平投影确定放煤步距 式中l1放煤口长度，m； α掩护梁与水平面的夹角，一般为25～35。 *放煤方式的选择 目前常用的放煤方式有多轮顺序放煤，多轮间隔顺序放煤，单轮顺序放煤，单轮间隔 顺序放煤等几种。 *多轮顺序放煤是工作面内按1，2，3，支架顺序进行放煤，每次放出顶煤的1/2～l/3， 分2～3次放完。该方式的特点是能使冒落后的煤岩分界面均匀下降，回采率高，但操 作复杂，放煤速度相对较慢。一般多在顶煤厚度大、破碎效果较差的放顶煤综放工作 面使用。 *多轮间隔顺序放煤是工作面内按l，3，5，支架顺序进行放煤，每次放出顶煤的1/2～ l/3，再按2，4，6，支架顺序进行放煤，每次放出顶煤的1/2～l/3，反复循环放煤2～ 3次。该方式的特点是操作复杂，不易掌握。 *单轮顺序放煤是工作面内按l，2，3，支架顺序进行放煤，每架一次将顶煤放完。其 特点是操作简单，但顶煤的回收率低。 *单轮间隔顺序放煤是工作面内按l，3，5，支架顺序放煤，每架一次将顶煤放完，再 按2，4，6，支架顺序放煤，同样每架一次将顶煤放完。其特点是操作简单，容易掌 握，顶煤回收率高。 *效长壁综放开采的工艺模式 *易放性煤层综放开采的工艺模式 *冒放性煤层综放开采的工艺模式 *大倾角煤层综放开采的工艺模式 *难放性煤层综放开采工艺模式 *易放性煤层综放开采的工艺模式 *采煤机从工作面中部进刀，双向割煤； *采煤机从机头、机尾斜切进刀，双向割煤。 *两种采煤方式的特点是 ①实现了工作面双输送机同时出煤，工作面前部采煤机割煤作业和工作面后部放煤工作 的平行作业； ②整个工作面的放煤作业在个班内有秩序地完成。 *冒放性煤层综放开采的工艺模式 *成功的关键是控制端面顶煤体不冒落，有效地控制端面顶煤体的稳定性并保证高产。 *放顶煤液压支架的选型强调使用整体顶梁、长侧护板与顶梁长度大体相同、内伸缩梁 的液压支架； *在工艺上强调必须及时移架、擦顶移架，及时伸出伸缩梁，及时封闭端面顶煤。 *大倾角煤层综放开采的工艺模式 *采煤机由下向上割煤，由上往下装煤，采用单向割煤方式。 *由下向上顺序移架。紧跟采煤机割煤及时移架。移架遵循由下向上顺序移架、擦顶移 架和及时移架三个原则。 *由下向上顺序推前部输送机。 *由下向上单轮顺序放煤。 *工作面调倾斜角为5～8。 *难放性煤层综放开采工艺模式 支架的合理选型和采取辅助措施提高顶煤的可放性。包括 *工作面支架工作阻力高，运输机能力大，放煤与破煤效果好。 *采取人工方法处理顶煤与顶板，提高顶煤体的可放性。 *主要措施有 *1在顶煤中布置工艺巷，在工艺巷中采用深孔爆破的方法破碎顶煤； *2在工作面架间或架端采取打眼放炮的方法松动顶煤体； *3采用高压注水的方法或爆破与注水相结合的方法处理顶煤体。 *综放采场上覆岩层结构与活动规律 *综放采场矿山压力显现的基本特征及影响因素 *顶煤运移与破坏规律研究 *支架承载特性分析 *综放采场支架与围岩关系研究 *综放采场上覆岩层结构与活动规律 *综放采场上覆岩层活动及结构特点 *综放采场老顶岩层结构与失稳形式 *综放采场直接顶结构与活动规律 *综放采场上覆岩层活动及结构特点 综放采场老顶岩层结构与失稳形式 * 砌体梁结构 在距煤层（2.0～2.5）M处的坚硬岩层断裂后，块间的相互咬合可形成稳定的老 顶结构。该结构仍为外表似梁面实质为拱的砌体粱结构。与单一煤层或厚煤层分层 开采相比，该结构形成的位置远离煤层，同时由于支架与老顶之间松软“垫层”的影 响，老顶对矿压显现的影响将有所缓和。 *砌体梁结构的平衡与失稳 综放采场上方“砌体梁”式的老顶结构位置远离煤层。在此主结构之下的“半拱” 式结构为次结构，而半拱式结构对老顶结构的稳定及顶煤的破坏和支架受载都具有 明显影响。“砌体梁”结构的失稳主要表现为滑落失稳和回转变形失稳两种形式。 *综放采场直接顶结构与活动规律 * 直接顶垮落高度 直接顶垮落高度随采厚的增加而成倍增大。 采场上方存在厚度较大的坚硬岩层， 则可形成老顶结构；若岩层的分层厚度较小，则可形成“半拱”式临时结构。其上部 可形成半拱式小结构，支架对该部分载荷的支撑程度则取决于该结构的稳定性。 * 综放工作面直接顶稳定性及其控制 “砌体梁”结构为主结构，而“半拱”式结构为次结构。两种结构的稳定性及其对采 场的影响不同。 *顶煤运移与破坏规律研究 *综放采场矿山压力显现的基本特征及影响因素 矿山压力显现特点 *支架直接支撑的为松软顶煤．缓和了顶板与支架之间的相互作用，使支架上的压力显 现并不能真实地反映上覆岩层的活动； *由于形成老顶结构的位置远离采场，加之直接顶岩层垮落角的影响，其失稳来压也将 滞后于采场，从而表现为采场内矿压呈现不明显； *上位直接顶中“半拱”式小结构的存在，对矿压显现产生明显的影响； *由于放顶煤工艺的特殊性，支架掩护梁受载较大，而且处于不断的变化之中，由此将 造成支架受力变化较大，进而导致对支架的设计也提出了新的要求。 *综放采场矿山压力显现的基本特征及影响因素 *基本特征 * 综放开采工作面支承压力分布规律 放顶煤开采的支承压力分布范围大，峰值点前移，但支承压力集中系数没 有明显变化。 *综放采场矿山压力显现的基本特征及影响因素 *基本特征 *支架工作阻力普遍小于单一煤层和分层综采工作面。 *综放面仍有初次来压和周期来压，但一般来压不明显。 *支架前柱的工作阻力大于后柱工作阻力。 *综放采场矿山压力显现的基本特征及影响因素 *影响因素 * 顶煤刚度是影响综放采场矿压显现强度的关键因素 * 老顶对综放工作面矿压显现的影响程度降低 * 高位直接顶对综放工作面矿压显现的影响较大 * 支架工作阻力对综放工作面矿压显现有显著影响 *顶煤运移与破坏规律研究 *顶煤运移与破坏规律研究 *顶煤运移与破坏规律研究 *顶煤运移与破坏规律研究 *支架承载特性分析 *支架的工况特征 *放煤前支架工作阻力普遍呈增阻状态，而且增阻幅度主要是前柱大于后柱； *放煤后支架工作阻力普遍下降，但下降幅度后柱大于前柱； *放煤前支架支护强度增加，但放煤后普遍下降。 *支架的承载状况 *支架前柱的阻力普遍大于后柱。 *顶煤的刚度（厚度）变化对支架前后立柱的承载产生影响 *综放开采工作面支架后柱还受到垮落煤岩的冲击的影响 *综放采场支架与围岩关系研究 *综放采场支架与围岩关系研究 *由于采场内煤壁支撑影响角的存在以及回采工作面不断推进的事实，使得老顶的回转 是绝对的，因而其回转变形成为给定变形。因此，在支架与围岩这一相互作用体系中， 老顶的运动及作用是具有主导性的。由于老顶是坚硬的岩层，因而老顶可视为刚性体， 而直接顶、顶煤、支架及底板则具有一定的刚度。 *综放采场支架与围岩关系研究 *支架与围岩系统的刚度模型可简化为图4-1所示。 *综放采场支架与围岩关系研究 *支架与围岩系统的刚度K则由系统内各组份直接顶、 顶煤、 支架和底板的刚度共同决定 ， 可由下式表示 若忽略底板的影响，在支架围岩系统中，主要是直接顶、顶煤和 支架的相互作用。 *对于直接顶，当直接顶比较坚硬，其刚度和顶煤相比相差很大时，从与顶煤的变形程 度相比较，可认为直接顶类似刚性体，此时，认为1/Kr0； *当直接顶较软，其刚度和顶煤相比相差不大时，可认为KrKt，因此式（4-1）可简化 为 *综放采场支架与围岩关系研究 *支架的变形在系统总体变形中所占的比重，取决于顶煤的刚度与支架刚度的相对大小。 支架的刚度相对顶煤越小，则支架的变形量越大，反之亦然。 *在综采放顶煤条件下，由于控顶区范围顶煤的破碎，其刚度难以呈类似刚性状态，因 此，支架的工作状态更多的是呈给定载荷状态和由顶煤刚度和支架刚度决定的 相互作用状态。此时，支架应有较高的初撑力，使支架具有足够的稳定性。 *顶煤损失构成分析 *提高顶煤回收率的技术 6.1 顶煤损失构成分析 *提高初采期间的顶煤回收率技术 *提高端头区顶煤回收率技术 其关键技术主要包括 ① 端头区煤岩的活动规律及其冒放性； ② 端头区顶煤的回收工艺。 *提高末采期间的顶煤回收率技术 6.3 坚硬顶煤水力致裂弱化理论与技术 6.4 预爆破弱化煤体理论与技术 *综放工作面内的资源损失主要取决于顶煤冒放性，影响顶煤冒放性的主要因素是采深、 煤层强度、煤层厚度、夹石层厚度、裂隙发育程度等，除煤层强度外，其余因素人为 是难以改变的，只有通过弱化煤的强度提高其可放性才是提高采出率的重要途径。 6.3 坚硬顶煤水力致裂弱化理论与技术 *坚硬煤体水力致裂对煤体的弱化效应体现在两个方面，一是孔隙水压本身对煤体强度 弱化的效应和裂隙水压力对煤岩体宏细观结构的破坏而降低岩体的整体力学性能。 *水力致裂软化参数的确定 每孔注水量 ，注水孔间距 ，每孔注水时间 ，注水压力等 *水力致裂软化工艺 注水孔布置，钻孔，封孔，注水 6.3 坚硬顶煤水力致裂弱化理论与技术 6.4 预爆破弱化煤体理论与技术 *预爆破弱化煤体理论 顶煤的预爆破是在实体煤中的强力挤压爆破，爆破后形成的裂纹是由微观到宏 观的逐步扩展过程，裂隙的每步扩展需要耗费更多的表面能，亦即通过爆炸应力波 能量转化所得。 *预爆破弱化顶煤技术 即在工作面前方掘进专门的顶层工艺巷，实施深孔爆破，增加顶煤中的微细裂 纹，然后再经支承压力的压裂作用，强化顶煤的压裂效果，减少大块率，提高放出 率。 * 爆破工艺巷的布置方式 单巷与双巷布置方式。 * 预爆破弱化参数 合理炸药消耗量，预爆破孔的间距与排距 ，预爆破钻孔参数 ，装药结 构 ，一次最大起爆炸药量 实例兖州矿区综放开采的安全控制技术 综放工作面瓦斯治理 采空区、回风隅角是工作面瓦斯浓度的最高地点 工作面与采空区之间风压变化是影响工作面瓦斯涌出量的主要因素 采取的主要措施 * 合理选择工作面通风系统和风量，稳定风流 * 区域均压 * 沿空巷道喷涂堵漏 * 采空区密闭 * 瓦斯检查与监测 * 处理回风隅角瓦斯超限 综放工作面的粉尘治理 低位综放工作面主要产尘特点 * 与普通综采一样，机组割煤是综放工作面的最大产尘点，最大产尘量高达5000mg/m3，且 产尘时间长，占整个综放工作面粉尘的60％左右 * 综放工作面由于放下的顶煤块度大、数量多，破碎量增大，破碎机破煤产尘量高达 500mg/m3，是综放面第二大尘源 * 低位放煤口处产尘量较小。一是由于放煤时煤流落差小，二是由于放煤口附近风速低 * 移架产尘主要是移架期间支架降柱前移和升柱 综放工作面的主要防尘措施 * 煤层注水 * 采煤机防尘 * 放煤口防尘 * 破碎机防尘 * 液压支架及转载点防尘 * 采煤机负压二次降尘技术 综放面煤炭自然发火防治 * 分层综采面相比较，综放面自燃危险性介于分层开采时本分层工作面自燃危险性与下分 层及相邻工作面自燃危险性之间 * 根据综放面煤炭自燃的特点，兖州矿区综放面防灭火的重点是回采巷道发火和相邻采空 区发火 综放面煤炭自然发火防治 * 采取的综合性防治措施 *选择采面适宜的供风量及合理稳定的通风系统 *确定合理的采掘安排，保持工作面快速推进 *工作面停采后及时撤除和封闭 *煤炭自燃的早期预测预报 * 常用的灭火措施 *注水、注浆、注凝胶、喷浆堵漏、均压调风等