放顶煤采煤法

煤矿工程学术语

放顶煤采煤法是在开采厚煤层时，沿煤层的底板或煤层某一厚度范围内的底部布置一个采高为2～3m的采煤工作面，用综合机械化方式进行回采，利用矿山压力的作用或辅以松动爆破等方法，使顶煤破碎成散体后，由支架后方或上方的“放煤窗口”放出，并由刮板运输机运出工作面。

发展历史

放顶煤采煤法由来已久。法国、苏联、南斯拉夫等国家于20世纪40年代末50年代初即开始应用放顶煤采煤法。1957年苏联研制出KTY型放顶煤支架，并在库兹巴斯煤田的托姆乌辛斯矿使用。1963年法国研制出“香蕉”行放顶煤支架，并与1964年用于法国布朗齐矿区的达尔西矿，试验取得成功。之后英国、法国、南斯拉夫、匈牙利等国家都相继引进了这一技术。综放开采曾一度成为东欧地区厚煤层开采的主要方法，但是由于各种原因，欧洲使用综放开采技术并没有取得很好的技术经济指标。80年代中期以后，国外放顶煤开采有所萎缩，90年代后只有极少数矿井仍在使用。

我国50年代初曾在开滦、大同、峰峰和鹤壁等矿区采用放顶煤采煤法。1982年引进了综采放顶煤技术，并于1984年在沈阳蒲河矿开始工业性试验。由于该采煤方法具有掘进率低、效率高、适应性强以及易于实现高产等明显优势，二十多年来，在我国得到了迅速发展。80年代末90年代初，我国综采放顶煤技术已走在世界前列，并已向国外输出综放开采的成套技术。

工艺过程

如图1：在沿煤层（或分段）底部布置的综采工作面中，采煤机1割煤后，液压支架3及时支护并移到新的位置。推移工作面前部输送机2至煤帮。此后，操作后部输送机专用千斤顶，将后部输送机4相应前移。这样，采过1到3刀后，按规定的放煤工艺要求，打开放煤窗口，放出已松碎的煤炭，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。

工艺特点

顶煤裂碎原理及措施

裂碎过程：支承压力的作用，煤壁前方的煤体变形，位移，破坏。当支架移到时，应力降低，能量释放，经过支架几次反复支撑，煤进一步破碎成易通过窗口的破碎体。

措施：关键是反复支承次数n对破碎的影响。

顶煤放出规律

1、椭球体假说

根据放矿理论，矿石从采场内是按近似椭球体形状流出来的，即原来所占的空间为一个旋转的椭球体，在放矿过程中形成的椭球体叫放出椭球体，图2所示；停止扩展最终形成的椭球体为松动椭球体3；放矿后形成漏斗2和移动漏斗4。

2、参数关系(参见图2)

b1=0.5（0.25～0.3）h

H=（2.2～2.6）h

3、放煤效果

两个放煤口的距离l 大，即l>2b1 时，放煤有余煤留下，图2中阴影部分；当l

4、实际情况

由于松散碎煤有限，放出体前方的煤体破碎不充分，后方的采空区有垮落的矸石，椭球体长轴偏向采空区，图3，区，煤暂时放不出来，为停滞区，区，放不出来，为死角区，区和区，极不稳定，混矸石。若放煤口的煤充分破碎，则形成了椭球体，图3中的虚线表示。当放煤高度与放煤口直径的比值 2～3时，不存在椭球体的规律。形成漏斗；若顶煤厚度过小，形成不规则跨落，因此，一般顶煤厚度不小于2～3米。

基本类型

可分为全厚放顶煤、预采顶分层放顶煤、倾斜分段放顶煤三种类型。预采顶分层放顶煤可防漏矸、释放瓦斯。但由于压力小，煤破碎不理想，多用于煤质软的条件下。图（a）、（b）、（c）。

适用条件

煤层赋存状态与构造

当煤层埋藏不稳定，厚度变化很大时，采用一次采全厚放顶煤采煤法是最理想的方法，因为这时采用分层开采法会因最后剩余的煤有厚有薄甚至不可采而丢失大量煤炭。当煤层地质构造复杂，为大量的断层切割时，进行分层开采也很困难，尤其是当煤层的顶板被断层切割、底板尚未破坏的情况下采用下行分层开采，第一层因顶板被切割而无法开采，这时如采用一次采全厚放顶煤采煤法沿底板开采就可以解决分层开采的困难。

煤层厚度

煤层的厚度是选用放顶煤采煤法的最基本的条件。放顶煤采煤法煤层厚度的下限为5m，个别情况下可以到4m，低于5m时完全可以用普通综采开采。当煤层厚度超过20m以上，应采用分层放顶煤采煤法，分层厚度一般为10—12m。

煤层倾角

对于一次采全厚综采放顶煤采煤法，煤层倾角以25°以下为宜。

直接顶的岩性与厚度

综放开采最适宜的顶板岩性是泥岩和砂质泥岩，因为这种顶板能随采随冒，从而使冒落的顶煤与垮落的直接顶能在放煤过程中形成统一的松动冒落体。

煤层物理机械性质与结构

对放顶煤来说，煤的硬度影响不大，因为再硬的煤在剧烈的矿山压力作用下也是完全可以冒落的，只是冒落的块度随煤的硬度不同而有所差异。煤层的节理越发育，对放顶煤越有利。煤层的结构对放顶煤影响很大，如坚硬的夹石会增强顶煤的整体性，因而不易垮落。

煤层底板岩性

煤层底板的岩性一般对放顶煤采煤法影响不大，但松软的底板会对支架行走带来困难，特别是遇水膨胀的厚层泥岩底板，放顶煤支架容易下陷，造成移架困难。

瓦斯、自然发火等对放顶煤采煤法的影响

瓦斯对放顶煤没有根本的影响，只要加强通风或采取抽放等治理手段，保证回风巷瓦斯含量在规定范围内即可。对于有自然发火的煤层，只要采取严密而有效的防灭火措施，即不会给放顶煤造成威胁。