综采放顶煤工艺

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综采放顶煤工艺随着我国经济的持续高速发展，煤炭作为我国最主要的能源，需求量也不断增加。在内蒙中西部，有很多年产千万吨的矿井。由于蒙中西煤田煤层厚度大、赋存稳定，地质条件比较好，因此综合机械化放顶煤开采工艺被这里的大型煤矿广泛应用，并因此获得了巨大的经济效益和社会效益。综合机械化放顶煤开采工艺是一种能够实现高产、高效的开采工艺，在我国经过多年的发展和完善，开采工艺已经十分成熟。在多个大型矿井的应用实践证明，开采煤层厚度在6~13米的情况下，一个综合机械化放顶煤工作面年产500~600万吨以上完全能够实现。一、综合机械化放顶煤开采（以下简称综放）的适用条件：煤层厚度在5~6米以上，倾角不大，赋存稳定，工作面走向长度较长，切眼长度一般在150~250米，最长达300米以上。煤质相对较软或者裂隙发育，在底层回采后上部煤层和顶板容易垮落。二、综放工作面示意图。上巷（又叫回风顺槽）主要用来回风和运输物料、行人；切巷（又叫切眼、工作面）安装综采放顶煤支架和前、后溜子以及采煤机，下端头向外安装装载机（含破碎机），下巷（又叫运输顺槽）安装皮带运输机。前溜把采煤机割下的煤运输到下巷铺设的转载机上（前溜同时也是采煤机的运行轨道），后溜把支架后部放出的煤也运输到转载机上，由转载机转到胶带运输机。 下巷铺设的胶带输送机把转载机转过来的煤运输到下巷外口的溜煤眼，由大巷胶带输送机运走。溜子、转载机、皮带的连接方式为搭接。给工作面设备供电的移动变电站、开关车、电缆车和为支架供液的液压泵站也放置在下巷靠近下端头附近，并随工作面的不断推进而向外移动。在下巷较宽时，下巷一般采用机轨合一，就是在胶带输送机和下巷上帮之间铺设一条轨道，用来放置移动变电站、开关车、电缆车和液压泵站（都放在板车上），便于外移（也有可能使用临时轨道，又叫梯子道）。而且轨道也可以用来运送部分物料。三、综放工作面的主要设备：双滚筒采煤机、放顶煤液压支架（基本架、过渡架、排头架、端头架）、刮板输送机（两部）、转载机（破碎机）、胶带输送机以及与之相配套的液压泵站、移动变压器、开关等（各设备在工作面的布置工作面见下图）。四、综放工艺流程：准备→采煤机落煤→追机推前溜→移架→放顶煤→拉后溜→准备。1、准备：准备工作由班队长、 验收员检查各工序工作状况，达到具备下一循环作业条件。2、割煤（见下页图）：工作面采用采煤机双向割煤方式，即采煤机开始下行（向机头方向）斜切进刀后转向上行并割煤至机尾，返回时移前部输送机尾至煤壁，前溜呈一直线，采煤机下行割煤至机头后空机返回至离机尾15～20m处再度斜切进刀进行下一循环作业。3、移架：在采煤机落煤后，距后滚筒5m后及时追机移架后推前溜，推前溜要保证足够0.8m截深，弯曲长度一般大于15m。移架滞后采煤机最大距离不大于15架，移架前，认真观察现场、支架各部及顶板状况，结合现场实际进行移架操作，移架过程坚持使用带压擦顶移架方式，尽量减少支架下降高度，移架后必须及时伸出支架伸缩梁、护帮板，有效控制顶板和煤墙，保持顶板完整和全封闭顶板管理。4、放顶煤：采用割一刀煤放一轮的步距，在采煤机停机状态下，由专职放煤工进行多轮间隔均匀放煤工作，顶煤未放净不得进行拉后溜作业，更不能进行下一循环割煤。在转载机运输能力足够的情况下，可以在采煤机割煤时放顶煤，但是要在拉完架、推好前溜的地段进行。5、拉后溜：割完一刀煤并且工作面放顶煤作业见矸关闭之后，由跟班队长（或验收员）同意方可进行拉后溜工作，拉后溜应从机头顺序上行至机尾，中途停止作业要及时把下方10架拉后溜操作手柄恢复零位。 五、上下端头的支护在综放工作面，上下端头的支护是很关键的一个环节，因为它是工作面切眼和上下巷连接的部位（上图），由于上下巷支护方式、断面形状的不同，各个矿井采用的支护方式也不尽相同。我矿可能采取的支护方式为端头架支护（需要图示，见综放设计），这种支护方式相对于金属（或木）梁配合单体柱的端头支护方式来说，减轻了劳动强度，提高了支护的可靠性，管理也相对容易，但是也需要在靠近煤壁的超前支架两侧打设单体柱抬棚。如果采用金属（木）棚支护上下端头，其下必须打设加强抬棚，抬棚采用一梁三柱，棚净距一般要求不超过1.2米。压力大时要采取密集支柱，但是要留出0.7米的行人宽度（如图示）。如果端头后老塘顶板不能及时垮落，还要求必须在支架后部打设土袋墙进行密闭，减少老塘漏风，防止引起遗煤自燃。 六、工作面安全出口与超前支护《煤矿安全规程》规定，采煤工作面必须保持至少2个畅通的安全出口，一个通到回风巷，一个通到进风巷道。采煤工作面所有安全出口与巷道连接处20米范围内，必须加强支护（一般采用金属梁配合单体柱、一梁三柱的方式，在靠近上下帮的位置打设两路抬棚，单体柱要和顶梁牢靠捆绑，防止卸载倒柱）；综合机械化采煤工作面，此范围的巷道高度不得低于1.8米。安全出口必须设专人维护，发生支架断梁折柱、巷道底鼓变形时，必须及时更换、清挖。七、正规循环综采工作面从进刀割煤（同时运煤）、移架、推前溜到重新进刀，叫一个正规循环。而综放工作面还多了放煤和拉后溜两个工序，在完成一次全部的工序再次进刀，叫一个正规循环。也就是说，如果采用一刀一放（煤），那么每割完一 刀煤，并放完煤、拉完后溜叫一个正规循环。正规循环会在工作面《作业规程》中明确规定，并且要编制正规循环图表，是一个工作面完成一次推进的基本单位。一个正规循环的产量是衡量一个工作面产能乃至整个矿井生产能力的重要标志。八、作业采用“三八”制或者“四六”制，“三八”制两班生产、一班检修，每班八小时。“四六”制三班生产，一班检修，每班六小时。在检修任务不大的时候，检修班也可以生产。九、放煤工艺我矿的放煤工艺目前尚未确定。但是能否严格按照要求进行放顶煤工作确实能对回采率和含矸率产生很大的影响。一般规定放煤的时候，在看到大量矸石流出时关闭放煤窗口（口语叫“见矸关门”），但煤层中含有多层夹矸的时候，就会对判断是否放完煤产生影响；在具体的生产过程中，我们能够总结出一个支架放完煤所需要的大概时间。一般来说，煤能够连续流入后溜的情况下，持续放煤4~8分钟能够放完厚9~11米的顶煤（上覆煤层未被邻近支架放煤严重扰动的情况下）。而且，夹矸岩性和顶板岩性会有所不同，在实际工作中我可以积累经验，靠观察区别它们。由于煤层硬度的不均匀性、煤的裂隙发育程度、放煤时间、放煤步距、顶板条件、生产组织管理等各种因素的影响，放煤工艺的效果很难达到令我们十分满意的程度。根据经验和理论分析，一刀一放、间隔多轮顺序放煤是能够取得比较高的回采率和比较低的含矸石率的一种放煤工艺。但是由于需要至少两次打开和关闭同一支架的放煤窗口，放煤工也要来回多次跑动放煤，实现起来比较烦琐。（我们会在后面对放煤工艺进行具体讲解 ：1、安息角；2、放煤漏斗的形成和充填；3、溜子运输能力和同时放煤的支架个数；4、矸石和煤的掺混；）在我矿目前的劳动组织安排中，支架工要负责拉移支架、推前溜、放煤和拉后溜工作。支架检修工也要参与检修班的生产工作。十、工作面的安装和拆除在工作面掘好后，要进行设备的安装工作；工作面回采完毕后，要进行工作面的拆除工作。在安装完毕的初采阶段和初次放顶、准备结束前的收尾阶段都有具体的安全技术措施，要严格按照措施作业。我矿第一个综放工作面的安装和拆除工作可能会请外来安装队进行。在安装和拆除的过程中，我们要参与并认真学习安装和拆除的方法和程序，积累经验，为我矿实现自己进行工作面搬家打好基础。 在这里，我们很有必要专门来学习一下放煤工艺。因为我矿煤炭产量的一半多都来自放顶煤。放煤工艺的选择和我们的具体操作，会对煤炭的回收率和含矸率产生很大的影响，尤其是在不进行洗选的情况下，含矸率会对煤炭的质量产生重大影响，甚至带来客户的抱怨和销售价格的降低。我们之所以把这几行字加粗，是希望大家强烈意识到煤炭质量的重要性。如果能保持一如既往的良好煤质，在任何情况下，对我们公司乃至我们大家每个人，都有百利而无一害（可以举简单的例子）。需要首先给大家说明一下，下面所讲的内容，是我自己在以往的工作中进行总结，并且听过一个放顶煤的专家讲座后，实践和理论结合出来的，在以后的实践中，大家也要提出自己的见解，我们共同来改善放顶煤工艺。一、一次把煤放完把一个支架的放煤口打开，使它上部的顶煤从放煤口流出，一直到看见顶板矸石下落时关闭放煤口。顶板破碎下落的矸石充填了原来煤所占的空间（如下图）。我们从图中看到，在一次性把顶煤放完后，在支架上部，两侧不能放出的煤是一个斜坡的形状。在地面堆积的沙堆、土堆、煤堆，都会有一个自然形成的最大坡度，这个坡度的倾角就叫自然安息角（一般在45度左右）。当然，上图的坡度不完全是自然状态下形成的，因为它还受到顶部下落矸石充填和来自顶板压力的影响。这种影响会导致这个角度变大（坡度变陡），我们在做理论分析时，也 是这样考虑的（示意图角度接近60度）。 从上面图的对比，我们可以从理论上知道，无论单、双架放煤，一直把煤放完不利于邻近支架的放煤，这是因为邻近支架放煤时先期放空区的矸石会在顶部的煤没有来得及放出就很快进入后溜，在实际工作中，顶板破碎时会形成很大块的矸石，下落的大块矸石会堵塞放煤口，并且难以再次破碎，因为矸石的硬度比煤要大，《煤矿安全规程》规定：大块煤（矸）卡住放煤口时，严禁爆破处理，给放煤带来困难，所以控制顶部矸石的下落，就显得很重要。即使是隔一架放煤，这种情况也很快出现了（如下图）。我们来看隔一架放煤的情形：大家可以看到，在顶煤没有放到我们所预期的程度，矸石就已经进入了放煤口，这时，如果继续放煤，会怎么样呢？结果大量的矸石流入后溜，混入煤中（如下图）。这是比较理想的状态，实际上，破碎的矸石比相对完整的煤更容易到达放煤口。因此，一次性把煤放完，是很不合理的放煤方法，在实际操作中，徒省事的情况经常出现，放煤工为了少跑路，少操作支架而把一架煤一次放完，然后再放另一架，这是非常错误的做法。我们应该从主观上有质量意识，在这里就体现了我们平时经常讲到的一个词：素质。我们不是为了害怕受到经济处罚，而是我们的职业素质告诉我们应该怎么样做。上面画的示意图都是理想状态下的情形，实际上，煤和岩石向下运动的过程是难以观测到的，但放煤结束后最大的可能是形成一个漏斗状的放空区，并被矸石充填（如果顶板容易冒落的话）。根据以往 单架一次性将顶煤放完然后隔一架放煤的情况的经验，完全把煤放净是不可能的，但是，采用不同的放煤方法确实获得了不同的回采率和含矸率。暂缓放顶部的煤也有利于顶部煤的下沉、破碎、堆积，使稍后的放煤工作更加顺利。我矿6煤的顶层煤相对坚硬，因此，暂缓放顶层煤对该层煤接受顶板压力而破碎十分有利 ，这一点很重要。二、我们来看2~3架同时放煤，但是只放一半的情况。从下图，我们看到，当靠近支架的煤被放出后，上部的煤随之下沉，矸石也冒相邻三架同时放煤，放1/2顶煤的情形落充填了顶部的空间。 事实上，溜子的运输能力是有限的，三个支架同时大量放煤的总煤量会超过溜子的运输能力（而且和顶煤的破碎程度有很大的关系）。隔两架放两架的情形从上面的图，我们可以看到隔一架和隔两架放煤的理论效果。由于隔了两架，在后来的放煤过程中顶部的矸石在煤的后面落下来。 煤层的下落相对均匀，为二次放煤创造了有利条件。而隔一架放煤的效果明显不如隔两架。从上图我们可以看到，隔三架放煤的理论效果图。根据溜子的运输能力，一般两架同时放煤就能达到溜子的运输能力的。但是考虑到煤下落的不连续性，建议三架同时放煤，但要注意，煤量不要过大，尽量均匀放煤。三个人配合好，注意控制放煤口的大小，保持溜子上煤流量的稳定。我们来看采放比接近1：3的情况，理论上仍然可以取得比较满意的效果（如下图）。 以上我们是从工作面的推进方向来分析放煤的情况，从工作面切巷的走向来分析，支架一次性过多的放煤也会使老塘的矸石达到放煤口附近，为邻近支架的放煤带来不利。因此，我们放煤可以采用隔三架，放三架的形式，第一轮放煤时，我们先放三架，只放一半（用时间来控制），三人配合，均匀放煤（见下图A）。第二轮，我们再放第一轮没放的三架，直至见顶矸（见下图B）。第三轮，最后把最先放的三架剩余的少量煤放完。 AB 顶板的垮落我们来讨论顶板的垮落。我们所希望的放顶煤工作面的顶板最好的状态是随采随垮，破碎的矸石（顶板岩石）能够及时充填老塘（采空区），这是因为暴露而不垮落的顶板对安全生产是一种威胁，会带来以下两种不利因素：1、老塘会产生大量漏风，不但会增加遗煤自燃的可能，而且会把老塘的瓦斯带入上巷。2、悬露的顶板会对工作面的支架产生很大的压力，而且大面积的顶板突然垮落会使支架承受的压力突然增大，甚至会摧毁支架。3、顶板的突然垮落会把老塘的瓦斯大量排到工作面，造成瓦斯浓度升高。因此，顶板的及时垮落对回采工作很重要。《煤矿安全规程》规定，放顶煤工作面回采后顶板垮落充填采空区的高度必须大于采放煤高度。岩石的碎涨能够充分充填采空区，，在顶板下沉时起到支撑作用。事实上，顶板完整性的破坏会有滞后的现象，就是说，有时候顶板（煤）不会随采随落（尤其是工作面初采时），这时候需要强制放顶。强制放顶一般采取预震裂的方法，通常提前于回采工作进行。在工作面上下巷向需要垮落的顶板（煤）打深孔，然后装药进行深孔爆破，人为使顶板提前破碎。具体爆破参数的确定需要慎重确定，会在《作业规程》中具体说明。 我矿采购的工作面各种设备在运至我矿后，厂家会有专业人员进行安装和操作、维修指导，我们要认真学习，打好基础，将来成为优秀的员工。