放頂煤采煤法研究

劉賢

（黑龍江科技大學，黑龍江 哈爾濱150000）

1 放頂煤采煤法概述及分類

1.1 放頂煤采煤法簡介。開采近水平、緩傾斜或中斜厚煤層時，沿煤層底板或煤層某一厚度范圍內布置采煤工作面，先采出煤層底部長壁工作面的煤，利用礦山壓力或輔以松動爆破等方法，使頂煤破碎成散體，隨即方采上部頂煤的采煤方法。

1.2 放頂煤采煤法分類。

1.2.1 按厚煤層賦存條件和采放次數。（1）一次采全厚放頂煤。沿煤層底板布置放頂煤工作面，一次放出頂煤全厚。一般適用于厚度5～12m 的煤層，煤層傾角宜小于15°。優點：設備系統簡單、掘進率低、高產高效、生產集中。缺點：煤層過高時放煤不充分、煤質較軟時巷道難以維護。（2）預采頂分層頂網下放頂煤。將煤層分為兩個分層，沿煤層頂板布置一個長壁工作面，開采頂分層時邊進行鋪網，在沿煤層底板布置放頂煤工作面，將兩個工作面之間的頂煤放出。一般適用于厚度12～15m、直接頂堅硬、瓦斯含量高的煤層。優點：鋪設金屬網有利于減少含矸量、直接頂過硬時可爆破處理、煤層瓦斯含量高時可預先抽采，防止其涌入工作面。缺點：分層開采降低礦山壓力，不利于頂煤放煤。（3）傾斜分層放頂煤。當煤層厚度超過15～20m 時，用平行于煤層層面的斜面，可將煤層分為兩個或兩個以上厚度8～10m 的分層，然后自上而下依次進行放頂煤開采。一般適用于15m 以上的煤層。優點：分層開采有助于瓦斯的處理。缺點：分層開采降低礦山壓力不利于頂煤放煤。（4）預采中分層放頂煤。在中分層布置普通的采煤工作面，只采不放，讓該面上部頂煤冒落堆積于采空區，再在下分層布置放頂煤工作面采底層煤，并將中分層開采后之上的頂煤和已堆積在采空區的頂煤放出。優點：設備相對減少、放煤含矸量相對降低。缺點：煤層防止自燃難度大。

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1.2.2 按方頂煤工藝和相應設備分。（1）綜采放頂煤液壓支架。放煤口的位置：高位放煤、中位放煤、低位放煤。刮板輸送機配合的數量：單輸送機、雙輸送機。①高位放煤液壓支架。在支架前端只鋪設一部輸送機：頂煤從掩護梁上方窗口放入，通過架內溜煤板裝人支架前方的輸送機。優點：支架控頂距小、穩定性好、運輸系統和工作面端頭維護簡單。缺點：通風斷面小、煤塵大、采放不能平行作業、放煤期間行人困難、冒落在架后的頂煤無法回收降低了采出率。②中位放頂煤液壓支架。支架前端和后端分別鋪設前后兩部輸送機，后部輸送機鋪在液壓支架底座上，放煤窗口設在掩護梁下部。優點：支架的穩定性好、煤塵較小、采放可平行作業、回收率較高。缺點：后部空間小、大塊煤通過困難、移架阻力較大、冒落在架后的頂煤無法回收降低了采出率。③雙輸送機低位放頂煤支架。頂梁較長，般有鉸接前梁、伸縮梁和護幫板，控頂距大，可提高頂煤冒放性，有利于中硬頂煤破碎。使用插板機構低位放頂煤，后輸送機鋪在底板上，使放煤口加大且位置降低,能夠最大限度地回收頂煤,采出率高，放煤時煤塵小。（2）放頂煤懸移頂梁液壓支架。懸移頂梁單體組合式液壓支架：機采型、炮采型、集中控制型、注液槍控制型、帶尾梁型、擋矸型、充填型、鋪網型和無網型。①頂梁前后排列的懸移支架。頂梁前后排列布置的懸移支架,前后可滑移的頂梁由梁間的彈簧鋼板連接。移架時前梁卸載,后梁仍保持支撐狀態,并通過彈簧鋼板將前梁和下方的單體液壓支柱懸吊起來，前后梁內的移架千斤頂伸出，前梁前移。前梁支撐后讓后梁卸載,通過縮回移架千斤頂使后梁前移。優點：廉價經濟、橫向穩定性好。缺點：側向穩定性差、易超載、易斷裂。②頂梁并列布置的懸移支架。由并列支撐頂板的左右頂梁、頂梁間移架千斤頂、單體液壓支柱和連接裝置組成，每根梁下有2～4 根單體液壓支柱。移架時，一架支撐，理架懸掛在支撐的頂梁上，通過移架千斤頂帶動左右架邁步前移。優點：穩定性好。缺點：移架速度慢、安裝困難。③組合式懸移支架。工作面支架通過前后托梁使頂梁連接為整體，極大地提高了支架的穩定性。移架時所移支架的支柱可以全部同時提起，由托梁承載前移的頂梁和支柱的重力，移架速度加快，且保持了綜采支架整體性好、能自移的優點,同時具有不鋪頂網、不勇網、適用性強、下井安裝方便等優點。

2 放頂煤采煤法影響因素

2.1 煤層厚度。煤層厚度是選用放頂煤最基本的條件，放頂煤開采煤層厚度下限為5m，低于5m 一般采用普采開采方式。5～12m 多采用一次采全厚放頂煤，12～15m 多采用預采頂分層頂網下放頂煤，而15m 以上多采用傾斜分層放頂煤。

2.2 煤層硬度。頂煤破碎主要依靠頂板巖層壓力，因此，放頂煤開采時煤的硬度系數一般要求小于3，否則需要采用預破碎頂煤或其他弱化措施。

2.3 煤層傾角。對于放頂煤采煤法，傾角太大對放頂煤支架的穩定性有很大的影響。傾角過大不但容易使支架下滑，而且在放煤過程中，作用在支架上的側向力也是隨著傾角的增大而增大的。因此，煤層傾角15°以下時可直接布置采煤工作面。煤層傾角在15°～25°宜采用偽傾斜布置，這樣有利于支架的穩定和放頂煤的進行。單體液壓支柱放頂煤的煤層傾角應小于30°且不能有沖擊地壓危險。

2.4 直接頂硬度。放頂煤開采的條件之一即使隨采隨冒，也就是說，冒落的頂煤和直接頂在放煤過程中形成統一的松散冒落體，這不但有利于頂煤能順利的從放煤口放出，而且有利于較高的煤炭回收率和較低的煤炭含矸率。不但如此，隨采隨冒還能填充煤層采出后形成的采空區，降低沖擊地壓的發生，有利于生產的安全進行。

2.5 自然發火、瓦斯和水文地質條件。對于自然發火期短、瓦斯涌出量大、煤塵有爆炸危險的煤層，需采取相應的措施后才能采用放頂煤采煤法。水文地質條件復雜，采放后有可能與地表水、老窖積水和強含水層導通的煤層，以及有瓦斯實出危險的煤層，為保證安全嚴禁使用放頂煤開采。

3 放頂煤采煤法優缺點

3.1 放頂煤采煤法的優越性。（1）高產高效。（2）掘進率低。（3）工作面搬家次數少。（4）適用范圍廣。（5）節省電能、材料。

3.2 放頂煤采煤法存在的問題。（1）采出率受限制。（2）瓦斯積聚和瓦斯突出問題。（3）自然發火防治。（4）煤塵防治。（5）巷道維護問題。

綜上所述，放頂煤采煤法根據煤厚和開采工藝可分為很多種，放頂煤采煤法有高產高效、掘進率低、成本低、搬家次數少、適應性強等優點，但每種采煤法優缺點不一，在選擇具體工藝時，一定要做好足夠的功課，選擇安全高效和最合適的放頂煤采煤法。隨著對放頂煤采煤法進一步研究，定能解決采掘過程中存在的問題，提升礦井開采的經濟效益，為中國經濟發展提供強有力的動力。