放顶煤开采技术201810.ppt

一、采煤新技术和新工艺,（一）放顶煤开采新技术,1.概述,1厚煤层储量丰富占44％2厚煤层的开采方法分层开采采高2.5m大采高综采（一次采全高）采高46m放顶煤开采810m,ZY4800-26/50型掩护式液压支架支架型号ZY4800/26/50，支架工作阻力4800KN，支架高度2600-5000mm，支护强度0.78-0.8Mpa，底板比压1.7-2.2Mpa，推溜力360KN，拉架力633KN简短说明大采高掩护式支架，铰接前梁带二级护帮机构，能及时支护防止片帮；整体底座设置有调架机构，带防倒防滑装置。,支撑掩护式液压支架支架型号ZZ5200/22/42，支架工作阻力5200KN，支架高度2200-4200mm，支护强度0.82Mpa，底板比压1.58Mpa，推溜力223KN拉架力410KN简短说明双伸缩立柱，双活动侧护板；铰接顶梁带护帮板，能及时支护；整体底座正装推移，前端有抬底装置。,神东煤炭分公司是中国神华能源股份有限公司的骨干煤炭生产企业，负责中国神华能源股份有限公司在内蒙古南部、陕西省北部交界地带神府东胜矿区，以及山西省保德煤矿的开发建设。公司已取得矿权开发总面积661平方公里，总地质储量89.9亿吨。截止2007年，共完成投资288亿元，建成特大型现代化高产高效煤矿10个（11个矿井），以及洗选加工、外运装车、设备维修等配套设施，形成千万吨矿井群的生产格局，建成国内第一个亿吨级现代化大型煤炭生产基地。,中国神华在煤炭储量方面的“天赋”异常优越，不仅煤层埋藏浅、倾角小，而且煤层厚、地表状况稳定、地质构造简单，同时大多数煤层瓦斯含量低。这些都是大规模、机械化开采的先决条件。正基于此，中国神华得以在短时间内建成无数高产、高效的煤矿，并在一开始就购买了全世界最先进的机械，在宽240300米、长30006000米的巨大平面上进行大规模机械化采煤作业。,2007年中国神华原煤生产百万吨死亡率为0.006，大幅低于中国全国煤矿1.485和国有重点煤矿0.383的平均水平。所属１４个分子公司有１１个连续３年杜绝了责任死亡事故；17处生产煤矿有16处全年实现了零死亡，其中有10处煤矿连续安全生产1000天以上。2007年，中国神华所属17处煤矿中有10个被评为全国安全高效矿井，其中６处被评为特级安全高效矿井。,大柳塔煤矿是神东矿区建成的第一个特大型现代化高产高效煤矿，由大柳塔井及活鸡兔井组成，原为两个独立的矿井大柳塔井始建于1987年10月，原设计年生产能力600万吨；活鸡兔井于1994年10月开工建设，设计年生产能力500万吨。2002年为了便于集中管理，两矿合并为一矿，设立一套矿井生产管理机构。,大柳塔矿建成了目前的“一矿两井500人2000万吨”的新型集约化高产高效生产模式。在全国第一个全套引进国际先进水平的技术和装备，形成了“矿井大型化、生产集中化、采掘机械化、掘支运系统化、井巷支护锚杆化、机电一体化、主运输系统皮带化、辅助运输无轨胶轮化、安全生产监测自动化、办公现代化”的新型工业化示范性矿井。1997年至2007年，该矿连续11年被国家煤炭工业部、煤炭工业局和煤炭工业协会评为“全国特级高产高效矿井”。,兖州煤业股份有限公司是我国华东地区最大的煤炭生产、出口基地，熟练掌握世界领先水平的自主创新核心技术“综采放顶煤”采煤方法。,2006年底，兖州煤业拥有完全自主知识产权的先进采煤技术“长壁采煤法综采工艺”等发明专利，获得2项南非专利和1项澳大利亚专利，使得兖州煤业在煤炭开采技术上累计获得国外发明专利6项。2005年，兖州煤业把自己的专利技术“两柱掩护式低位放顶煤液压支架”以“非独家、不可转让”的方式转让给世界500强企业DBT公司，获利近2000万人民币，实现了我国采煤技术对外输出的零突破。兖州煤业煤矿单产水平曾经连续13年保持行业第一，煤炭回采率超国家标准6个百分点，并拥有创造世界立井开采水平吉尼斯记录的煤矿。,放顶煤开采具有高产高效的技术优势高产高效采放平行作业，增加1个出煤系统，增产80100巷道掘进率低工作面搬家次数少减少材料消耗与吨煤工资支出电力、截齿、油脂消耗少对地质条件、煤层赋存条件适应性强沿煤层底板布置工作面急倾斜特厚煤层可实现综合机械化开采，实行分段放顶煤,国内外放顶煤开采历史与发展国外18世纪初法国最先使用此法20世纪初欧洲在急倾斜煤层中应用（sublevelcaving50年代末60年代初在长壁工作面中使用（longwalltop-coalcaving）80年代末以后在欧洲使用应用逐年减少,国内60年代开始简易放顶煤（单体支柱）82年开始滑移支架放顶煤，并研制综放支架84年首个综放开采工作面在沈阳浦河矿进行试验86年综放开采技术在我国取得基本成功,国内发展过程分三个阶段探索阶段（1984～1990）逐渐成熟阶段（1990～1995）技术成熟和推广阶段（1996～）,当前放顶煤开采技术的发展方向及主要问题进一步提高工作面回采率采出率小于75，达不到国家规定标准。配套设备系列化端头支架改进瓦斯灾害的防治问题高瓦斯煤层进行抽放自然发火灾害的防治问题初采、末采期间和两巷火灾预防。工作面粉尘的防治问题特别是放煤期间煤尘飞扬。沿底布置全煤回采巷道的支护技术锚网和锚索支护综合技术理论的研究,2顶煤的冒放性,一顶煤冒放性的影响因素1煤的强度（与Rc、C、φ）用f表示2夹矸夹矸临界厚度,夹矸层抗压强度k砂岩0.7，页岩0.453煤层节理裂隙节理裂隙发育好冒落块度小,可放性好节理裂隙发育差冒落块度大,可放性差4煤层赋存深度利用矿压破煤时，临界深度Hk应力集中系数f内摩擦系数,取0.7侧压系数泊松比,有限元计算曲线表明H400m冒放性好5煤层顶板条件随采随冒直接顶最低厚度M采放高度,mKp岩石碎涨系数6放采高度比顶煤冒落充分必要条件则h放煤口距底板高度Ks煤的松散系数,7其他影响因素工作面推进速度顶煤的湿度N959x-11.95N为堵口发生次数,x为顶煤湿度,,二顶煤冒放性的分类1模糊聚类顶煤冒放性各影响因素权重排序及权值范围,可放性好1类顶煤强度低f200m,有时会出现大于500mm的大块.,可放性一般3类顶煤强度中等f3,节理裂隙不很发育,结构较简单,夹石层较硬,厚度大于0.4m；直接顶较薄,需采取顶煤预破碎等措施方能顺利放出.难放5类顶煤强度大f4,结构较复杂,夹石层坚硬,节理裂隙不发育；直接顶较薄且较坚硬,不能随采随冒,采深小于100m.,2.有限元数值模拟分类1综放开采顶煤冒放性的主要影响因素的排序为煤层硬度,赋存深度,节理裂隙发育程度,放采比,夹石厚度和直接顶充填程度.各自的权重系数分为0.294,0.277,0.211,0.103,0.066,0.039.,2根据有限元计算结果,各因素对顶煤冒放性的影响规律有下列诸式,根据计算所得的Y值就可以对照表找出相应的顶煤冒放性类型及估算的放出率.此处顶煤冒放性分为五类,分别为很好,好,中等,差,极差.,3长壁放顶煤工作面矿压显现及顶煤顶板运移规律工作面矿压特征1.支架的初撑力、工作阻力普遍不高,为给定载荷工作特性低于顶分层综采开采时相应阻力，而且工作阻力与顶煤性质关系密切。2.支架前柱工作阻力普遍比后柱高3.工作面顶板来压强度小于分层开采,顶煤移动特征及主要影响因素1.顶煤运移规律曲线负指数关系,2.顶煤的层位对顶煤运移规律的影响上位顶煤开始移动的位置距工作面较远上位顶煤的位移量大于下位顶煤的位移量总位移3.煤层的厚度对顶煤运移规律的影响厚度大的煤层位移超前厚度小的煤层相同位置的顶煤位移量厚度大的较大4.顶煤的坚固性系数对顶煤运移规律的影响顶煤坚固性系数大,顶煤位移始动点距工作面近顶煤坚固性系数大,顶煤位移量减少,顶煤放出规律1.形状主轴偏转的椭球体和放煤漏斗,2.影响放出体的主要因素,顶煤垮落角α,2.影响放出体的主要因素,放煤口位置,3.放煤高度,,放顶煤支架工作阻力的确定1.利用煤岩组合特征估算法拱-----拱组合结构拱-----拱砌体梁组合结构,拱传递梁组合结构台阶式悬臂------砌体梁组合结构台阶式悬臂------悬梁组合结构,支架通过顶煤,直接顶对基本顶破断时施加的力l控顶距悬梁自身单位长度重力L周期来压步距预处理的下位顶板厚度岩体抗拉强度,2.动载系数法动载系数来压时支架时间加权平均工作阻力支架时间加权平均工作阻力安全系数,取1.23.实测统计法实测统计平均差,400600Kn/架,4.放顶煤支架载荷特征支架初撑力小为额定值的51支架工作阻力小为额定值的55.3支架载荷平均相当于1.87倍采高覆岩的重量支架前柱工作阻力大于后柱1.16倍支架动载系数小平均为1.29降阻运行特征占12.5,4放顶煤支架的选型,1.放顶煤支架的分类单输送机高位放煤掩护式双输送机低位放煤尾梁插板式双输送机掩护梁开天窗插腿式支架放顶煤液压支架支撑掩护式单输送机掩护梁开天窗非插腿式支架高位放煤双输送机尾梁摆动香蕉节式支架支撑式双输送机后开立门六柱垛式支架悬移支架简易式滑移支架网络式支架,,,,,,,,2.放顶煤支架的特点低位放顶煤支架的特点,ZFS5600/17/35（G）液压支架结构特点1、前连杆采用“Y”形连杆，支架长度较小；2、四柱单伸缩带加长杆；3、配备大流量液压系统，适应快速移架。主要技术参数支架型式支撑掩护式，放顶煤支架高度1700-3500mm，支架中心距1500mm，工作阻力5600KN，初撑力4986KN，支护强度0.8MPa，底板比压2.1MPa，适应煤层倾角≤12，泵站压力31.5MPa，操作方式本邻架控制，支架重量19.09t,,反四连杆放顶煤液压支架,ZYF2600/16/26两柱放顶煤液压支架,这是一种双输送机运煤,在掩护梁后部铰接一个带有插板的尾梁,低位放煤的支撑掩护式液压支架.1由于具有连续的放煤口,放煤效果好,没有脊背损失,采出率高.2和其他支架相比,从煤壁到放煤口的距离最长,经过顶梁的反复支撑和在掩护梁上方的垮落,使顶煤破碎充分,对放顶煤极为有利.3后输送机沿底板布置,浮煤容易清理,同时尾梁插板可以破碎大块煤,使放煤口不易堵塞.4低位放煤使煤尘减少,有利于降尘.5后部放煤空间大,有利于顶煤冒落,放煤效率高.,中位放顶煤的特点,中位放顶煤的特点1支架稳定性和密封性好,抗偏载和抗扭能力大,不易损坏.2放煤口距煤壁远,有助于工作面前方顶煤的维护.支架顶梁长,有利于反复支撑顶板,增加顶煤的破坏程度.支撑底座长,可减少支架对底板比压,而且分布较为均匀.3由于采放分别使用两部输送机,可以实现平行作业,实现高产高效.,4后输送机放在支架底座上,后部空间有限,造成大块煤通过困难,并且移架阻力较大.5受放煤口尺寸的限制,架与架之间有脊背三角煤放不下来,同时放煤口易发生大块煤堵塞现象.6放煤口位置较高,丢煤多,采出率较低,煤尘较大7掩护梁不能摆动.二次破煤的能力差,轻型放顶煤支架重量6～8t,支架额定支护强度在400600kN/m2单摆杆式结构简单,紧凑.单铰接式放煤空间固定支架稳定性好适用条件1煤层坚固系数f2.5,来压强度不大,煤层厚度3m8m,煤层倾角25.2工作面尺寸较小,断层较多,地质条件较为复杂的工作面3边角煤或煤柱的开采,厚度不稳定的煤层,较薄厚煤层.4年产100万t左右的大中型矿井,提升运输及巷道条件较差.,ZF2800/15/24型轻型放顶煤液压支架ZF2800/16/24轻型放顶煤支架支架型号SupportTypeZF2800/15/24支架工作阻力YieldLoad2800KN支架高度HeightRange1500-2400mm支护强度SupportDensitY0.5Mpa底板比压Basepressure0.845Mpa,过渡支架,过渡支架,过渡支架,过渡支架,过渡支架,端头支架,端头支架,端头支架,5放顶煤开采工艺与采出率,1、放煤方式单轮顺序、多轮顺序、单轮间隔2、放煤步距L（0.15-0.21）H3、工艺过程割煤移架推前溜拉后溜放煤,,5放顶煤开采工艺与采出率,4、放顶煤工作面煤炭损失构成放煤工艺损失（7-12）工作面上下端头损失（2-8）初、末采损失（1.0-2.5）区段煤柱损失（5-15）其他损失运输、地质构造、冒放性差等，工作面采出率通常在62.585,5放顶煤开采工艺与采出率,5、提高采出率措施减少初采损失切顶巷，深孔爆破减少端头损失端头放煤减少放煤工艺损失支架选型正确，优化放煤工艺参数加强管理加强计量工作，强化放煤工艺管理减少区段煤柱损失沿空掘巷，错层位布置,6.放顶煤开采的安全技术,1.瓦斯事故的防治,瓦斯涌出量均匀上浮效应明显绝对涌出量高于分层开采，相对涌出量低于分层开采的一分层支架后上方存在一个高瓦斯无风流区上隅角采空区边缘上方瓦斯易聚集,2、瓦斯综合防治措施,采取瓦斯防治常规措施（提高回采率、合理配风、加强抽放、积极合理选择通风方式（E型、UL型、H型）局部送风冲淡瓦斯、设置风帘、开采解放层）进行采空区瓦斯抽放（纵向长钻孔抽放、瓦斯引巷或尾巷抽放）,2.自然发火的防治,易发生自然的区域停采线两端掘进巷道、切眼高冒、片帮区工作面上、下端头工作面临近的采空区工作面后部采空区,工作面采空区三带的划分,冷却带（不自燃带）、氧化带（自燃带）、窒息带,自然火灾的防治措施,防止向采空区漏风，减少供风量（及时密闭、压注泡沫、合理配风、均压通风）氧化隔绝防灭火（灌浆、阻化剂、凝胶、惰性气体）加快工作面推进速度要求工作面推进速度不低于30m/月加强巷道防灭火措施（及时维护、处理采空区、巷道注水等）加强自燃的预测预报工作,3、放顶煤开采粉尘的防治,粉尘来源及产尘量粉尘来源采机割装煤、支架移架、放煤产尘量比重424,工作面粉尘防治措施,煤层注水（水分增0.83％～1.85％，降尘率为50％～70％）喷雾降尘（采机内外喷雾，放煤口、架间喷雾，转载点喷雾、进回风巷水幕）通风除尘（最佳排尘风速干燥2～3m/s，湿3.5～5m/s）,工作面粉尘防治措施,扬尘风速,