第九章-综采放顶煤采场的矿压控制.pptVIP

第九章 综采放顶煤采场的矿压控制 本章提要 9.1 放顶煤开采技术简介 这种采煤法是直接沿底板布置放顶煤工作面，即当采 煤工作面推进一定的距离后，就将上部顶煤放出，这样一次 采出煤层的全部厚度（如图9-1a所示）。 对厚度大于10m，硬度较大，难以直接放落的煤层或需预 疏干的煤层，可采用这种采煤法，使顶煤预先冒落松碎，然后 再放煤回收。但是，若煤层埋藏不稳定，底板起伏较大时，则 无法保证下部的分层厚度，将给放顶煤工作面的开采造成困难。 此外，由于顶煤预先冒落松碎，还将增加自然发火的危险性和 放煤时的煤尘量。 图9.1 三种不同的放顶煤采煤方式 急斜特厚煤层水平分段放顶煤采区水平分段的巷道布置较简单，如图9.3所示。主要是沿煤层顶板开掘运输巷，沿煤层底板开掘回风巷。但实际上由于顶底板的变化，回采巷道不可能完全靠近顶底板，这就需要事先加强地质资料调查，详细描述煤层切面图。由于靠顶板的煤即使放不出来，在开采下分层时也可再放，故对运输巷的沿顶开掘要求不甚严格，要求基本按直线开掘以利于铺设输送机。 图9.2 极厚煤层分段放顶煤采煤法 图9.3 急斜特厚煤层水平分段放顶煤巷道布置1—工作面运输巷；2—工作面回风巷 悬移支架是一种无底座由顶梁与双作用（支、移）液 压支柱等组成，可提腿迈步前移的支架；其结构如图9.4所 示，支架靠两个相邻的顶梁交错向前移动来前移。 图9.4 单列节式悬移顶梁液压支架结构图1—顶梁；2—后顶梁；3—双作用液压支柱；4—弹簧钢板；5—移架油缸；6—柱鞋 放顶煤开采要取得较好的经济效益与社会效益，首先必须是顶煤回采率要高 ，而回采率高低与顶煤的冒放性有关，冒放性指标是指顶煤块度及其均匀性的综合指标。 放顶煤开采顶煤破碎后主要依靠矿山压力自然破煤，而顶煤破碎程度是与顶煤强度直接相关的，煤层强度是顶煤是否破坏的内因。综合我国放顶煤开采经验：可用于放顶煤开采的煤层强度（单向抗压强度）RC值变化于5MPa～40MPa之间，以10MPa～20MPa的煤层强度放出效果最好。 顶板岩性对顶煤冒放性影响主要有两方面：其一，岩层越坚硬、完整，岩性越好，其向煤壁前方传递力的作用越强，即煤壁前方支承压力峰值KmaxγH就越大，对顶煤破碎能力就越强；其二，岩性越松软，冒落性越好，冒落顶煤放出后顶板能及时冒落充填满采空区，为下一循环顶煤垮落后堆积在放顶煤口附近创造条件。即此时顶煤便于放出但不利于破碎，考虑到其对顶板冒落与放出的综合影响，认为顶板属中硬，以粉砂岩、中砂岩为主最有利于顶煤的冒落与放出。 研究结果表明，顶煤破碎主要是靠前方支承压力的作用，支架性能即支架阻力与顶梁长度对顶煤破碎范围仅在支架上方2m左右，当一次采出厚度加大后，支撑压力明显增大，但上部顶煤破碎块度亦相应增大，支架性能对其影响较小，因此合理的煤层厚度以放采高度比为1.2～3最适宜，按割煤度2～3m计算，即顶煤厚度4～6m最好。 就实质而言，煤体中节理裂隙发育大大降低了顶煤的整体强度，总的来讲，裂隙发育程度高利于顶煤的再次破碎与冒落成均质松散体，顶煤放出时具有明显的规律性，回采率高。但裂隙发育超过一定限度后，由于顶煤过分松软，架前、架间顶煤片帮，冒顶将影响放顶煤工作的正常进行，降低了工效，因此理想的节理裂隙发育程度以间距在0.3～0.4m间最好。 夹石层强度对顶煤冒放性影响取决于夹石层强度与煤层强度之比值，一般认为，只有当夹石层强度大于煤层强度时，才会对顶煤冒落性造成影响，当夹石层强度小于顶煤强度时，夹石层作为中间软弱层随其下部顶煤的冒落而冒落，不会影响顶煤自身的冒落性。 9.3 放顶煤采场顶板结构形式及支架-围岩关系 放顶煤采场的需控岩层，主要指直接顶和顶煤，由于顶煤的存在，老顶的运动效应将被顶煤“弱化”，变为次要的控制对象（仅对采场内部的顶板控制而言）。因此，这里重点讨论直接顶厚度与放出率、采高、煤岩破碎后的碎胀状况的关系。 现场观测和实验模拟结果还表明，只有当采空区被煤和矸石充填满后，覆岩的不规则垮落才停止。 表9-1 我国部分综放面直接顶垮落高度的模拟和实测结果 SA——老顶在触矸处的沉降量。根据有关研究结果，SA =（0.15～0.25）h，在放顶煤采场，h=H+ηT（η为顶煤放出率）；在一般顶板的采场，SA=0.2H。回收率η与C的关系是η=1-C/T·km（km为顶煤垮落后的碎胀系数）。 图9.5 直接顶厚度计算图