放顶煤采煤法研究

刘贤

（黑龙江科技大学，黑龙江 哈尔滨150000）

1 放顶煤采煤法概述及分类

1.1 放顶煤采煤法简介。开采近水平、缓倾斜或中斜厚煤层时，沿煤层底板或煤层某一厚度范围内布置采煤工作面，先采出煤层底部长壁工作面的煤，利用矿山压力或辅以松动爆破等方法，使顶煤破碎成散体，随即方采上部顶煤的采煤方法。

1.2 放顶煤采煤法分类。

1.2.1 按厚煤层赋存条件和采放次数。（1）一次采全厚放顶煤。沿煤层底板布置放顶煤工作面，一次放出顶煤全厚。一般适用于厚度5～12m 的煤层，煤层倾角宜小于15°。优点：设备系统简单、掘进率低、高产高效、生产集中。缺点：煤层过高时放煤不充分、煤质较软时巷道难以维护。（2）预采顶分层顶网下放顶煤。将煤层分为两个分层，沿煤层顶板布置一个长壁工作面，开采顶分层时边进行铺网，在沿煤层底板布置放顶煤工作面，将两个工作面之间的顶煤放出。一般适用于厚度12～15m、直接顶坚硬、瓦斯含量高的煤层。优点：铺设金属网有利于减少含矸量、直接顶过硬时可爆破处理、煤层瓦斯含量高时可预先抽采，防止其涌入工作面。缺点：分层开采降低矿山压力，不利于顶煤放煤。（3）倾斜分层放顶煤。当煤层厚度超过15～20m 时，用平行于煤层层面的斜面，可将煤层分为两个或两个以上厚度8～10m 的分层，然后自上而下依次进行放顶煤开采。一般适用于15m 以上的煤层。优点：分层开采有助于瓦斯的处理。缺点：分层开采降低矿山压力不利于顶煤放煤。（4）预采中分层放顶煤。在中分层布置普通的采煤工作面，只采不放，让该面上部顶煤冒落堆积于采空区，再在下分层布置放顶煤工作面采底层煤，并将中分层开采后之上的顶煤和已堆积在采空区的顶煤放出。优点：设备相对减少、放煤含矸量相对降低。缺点：煤层防止自燃难度大。

图1

图2

图3

图4

1.2.2 按方顶煤工艺和相应设备分。（1）综采放顶煤液压支架。放煤口的位置：高位放煤、中位放煤、低位放煤。刮板输送机配合的数量：单输送机、双输送机。①高位放煤液压支架。在支架前端只铺设一部输送机：顶煤从掩护梁上方窗口放入，通过架内溜煤板装人支架前方的输送机。优点：支架控顶距小、稳定性好、运输系统和工作面端头维护简单。缺点：通风断面小、煤尘大、采放不能平行作业、放煤期间行人困难、冒落在架后的顶煤无法回收降低了采出率。②中位放顶煤液压支架。支架前端和后端分别铺设前后两部输送机，后部输送机铺在液压支架底座上，放煤窗口设在掩护梁下部。优点：支架的稳定性好、煤尘较小、采放可平行作业、回收率较高。缺点：后部空间小、大块煤通过困难、移架阻力较大、冒落在架后的顶煤无法回收降低了采出率。③双输送机低位放顶煤支架。顶梁较长，般有铰接前梁、伸缩梁和护帮板，控顶距大，可提高顶煤冒放性，有利于中硬顶煤破碎。使用插板机构低位放顶煤，后输送机铺在底板上，使放煤口加大且位置降低,能够最大限度地回收顶煤,采出率高，放煤时煤尘小。（2）放顶煤悬移顶梁液压支架。悬移顶梁单体组合式液压支架：机采型、炮采型、集中控制型、注液枪控制型、带尾梁型、挡矸型、充填型、铺网型和无网型。①顶梁前后排列的悬移支架。顶梁前后排列布置的悬移支架,前后可滑移的顶梁由梁间的弹簧钢板连接。移架时前梁卸载,后梁仍保持支撑状态,并通过弹簧钢板将前梁和下方的单体液压支柱悬吊起来，前后梁内的移架千斤顶伸出，前梁前移。前梁支撑后让后梁卸载,通过缩回移架千斤顶使后梁前移。优点：廉价经济、横向稳定性好。缺点：侧向稳定性差、易超载、易断裂。②顶梁并列布置的悬移支架。由并列支撑顶板的左右顶梁、顶梁间移架千斤顶、单体液压支柱和连接装置组成，每根梁下有2～4 根单体液压支柱。移架时，一架支撑，理架悬挂在支撑的顶梁上，通过移架千斤顶带动左右架迈步前移。优点：稳定性好。缺点：移架速度慢、安装困难。③组合式悬移支架。工作面支架通过前后托梁使顶梁连接为整体，极大地提高了支架的稳定性。移架时所移支架的支柱可以全部同时提起，由托梁承载前移的顶梁和支柱的重力，移架速度加快，且保持了综采支架整体性好、能自移的优点,同时具有不铺顶网、不勇网、适用性强、下井安装方便等优点。

2 放顶煤采煤法影响因素

2.1 煤层厚度。煤层厚度是选用放顶煤最基本的条件，放顶煤开采煤层厚度下限为5m，低于5m 一般采用普采开采方式。5～12m 多采用一次采全厚放顶煤，12～15m 多采用预采顶分层顶网下放顶煤，而15m 以上多采用倾斜分层放顶煤。

2.2 煤层硬度。顶煤破碎主要依靠顶板岩层压力，因此，放顶煤开采时煤的硬度系数一般要求小于3，否则需要采用预破碎顶煤或其他弱化措施。

2.3 煤层倾角。对于放顶煤采煤法，倾角太大对放顶煤支架的稳定性有很大的影响。倾角过大不但容易使支架下滑，而且在放煤过程中，作用在支架上的侧向力也是随着倾角的增大而增大的。因此，煤层倾角15°以下时可直接布置采煤工作面。煤层倾角在15°～25°宜采用伪倾斜布置，这样有利于支架的稳定和放顶煤的进行。单体液压支柱放顶煤的煤层倾角应小于30°且不能有冲击地压危险。

2.4 直接顶硬度。放顶煤开采的条件之一即使随采随冒，也就是说，冒落的顶煤和直接顶在放煤过程中形成统一的松散冒落体，这不但有利于顶煤能顺利的从放煤口放出，而且有利于较高的煤炭回收率和较低的煤炭含矸率。不但如此，随采随冒还能填充煤层采出后形成的采空区，降低冲击地压的发生，有利于生产的安全进行。

2.5 自然发火、瓦斯和水文地质条件。对于自然发火期短、瓦斯涌出量大、煤尘有爆炸危险的煤层，需采取相应的措施后才能采用放顶煤采煤法。水文地质条件复杂，采放后有可能与地表水、老窖积水和强含水层导通的煤层，以及有瓦斯实出危险的煤层，为保证安全严禁使用放顶煤开采。

3 放顶煤采煤法优缺点

3.1 放顶煤采煤法的优越性。（1）高产高效。（2）掘进率低。（3）工作面搬家次数少。（4）适用范围广。（5）节省电能、材料。

3.2 放顶煤采煤法存在的问题。（1）采出率受限制。（2）瓦斯积聚和瓦斯突出问题。（3）自然发火防治。（4）煤尘防治。（5）巷道维护问题。

综上所述，放顶煤采煤法根据煤厚和开采工艺可分为很多种，放顶煤采煤法有高产高效、掘进率低、成本低、搬家次数少、适应性强等优点，但每种采煤法优缺点不一，在选择具体工艺时，一定要做好足够的功课，选择安全高效和最合适的放顶煤采煤法。随着对放顶煤采煤法进一步研究，定能解决采掘过程中存在的问题，提升矿井开采的经济效益，为中国经济发展提供强有力的动力。