厚煤层开采理论与技术

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1、一放顶煤开采的基本理论与工程问题根据厚煤层赋存条件和放顶煤开采的技术特点，放顶煤开采所遇到的煤层条件可分为如下5类；(1)条件适宜煤层。煤层厚度6—12m,采放比在1：2-1：3之间，煤层硬度系数f=l〜3,节理裂隙发育，低瓦斯，直接顶厚度不小于2m,或老顶II级以下。该类煤层放顶煤开采时，以高产高效为主要目标，其研究的主要理论与技术问题是放顶煤理论、顶煤破碎机理、矿山压力与围岩控制、高产高效开采工艺、设备选型与配套、设备的自动控制等。(2)坚硬厚煤层。煤层硬度系数fN3,节理裂隙不发育，裂隙密度vl条/mo对该类煤层进行放顶煤开采

2、时，以顶煤破碎和提高顶煤冋收率为主要目标，其研究的主要理论与技术问题是顶煤破碎机理、改善顶煤破碎的技术措施，顶煤流动与放出规律、采放工艺等。若顶板也坚硬时，即直接顶薄，小于Im,老顶坚硬f$7,裂隙不发育时，还要研究顶板的破断机理，顶板破断与来压吋对工作血的冲击、控制与减缓顶板来压的理论与技术措施，适应坚硬顶板放顶煤开釆液压支架研制等。(3)极软厚煤层。煤层硬度系数fWl,主耍是指fWO.5的厚煤层，一般而言，该类煤层的顶板和底板也软，即属于常说的“三软”煤层。对于该类厚煤层，所需解决的主要理论与技术问题是煤壁片帮和端面漏冒的机理与

3、控制技术，对顶煤全封闭的液压支架研制与采放工艺，软煤巷道支护理论与技术，提高顶煤回收率与降低含肝率的理论与技术等。(4)特厚煤层。定义特厚煤层为指煤层厚度在12m及以上的煤层，该类煤层的核心问题是提高顶煤回收率和缩短放煤时间，需要研究的理论与技术问题是顶煤流动与放出规律、高效放煤技术、采放工艺。若顶板坚硬难冒时，还应注重顶板垮落规律、顶板来压规律、减缓顶板来压的控制理论与技术研究等。(5)较薄厚煤层。煤层厚度4〜6m,该类煤层应用放顶煤开采时，一般煤层较软或井型较小，否则煤层硬度较大和井型较大时，则建议采用大釆高开采。因此，该类煤层

4、放顶煤开采时需要解决的主要问题是研究煤砰运移规律，提高回收率，降低含砰率。上述是从放顶煤开采角度对煤层进行了分类，有些地方与常用的分类方法不相一致，而且里面也没有包含瓦斯、煤层白燃等情况。对于瓦斯含量高和突出煤层而言，采前必须对工作面区域进行解突，而且在放顶煤开采过程中，也需加强瓦斯治理，如开掘专用顶板瓦斯排放巷，进行必要的瓦斯抽排等，这需在专门的著作中论述，本书仅就采矿主体范畴内放顶煤开采的理论与技术问题进行论述。通过对上述放顶煤开采5类煤层条件分析，可以归纳出放顶煤开采的一些理论与工程技术问题°1放顶煤开采的基本理论问题放顶煤开

5、采的基本理论问题有的与一般长壁开采方法的基本理论问题相同，或者相近,但也有一些是放顶煤开采方法所特有的，一般而言，其主要的基本理论问题可以概述如下。(1)顶煤破碎机理。顶煤破碎机理研允是放顶煤开采所特有的，主要研究在矿山压力作用下，顶煤变形、移动和破裂的机理与过程，顶煤破裂过程与煤体力学性质、裂隙分布与密度、矿山压力分布等有关，对于不同性质和外界作用条件的顶煤，其破裂机理和过程也有所差异。当顶煤极软时，如fWO.5,顶煤在矿山压力作用下能够完全破碎并在支架上方破碎成散体，极容易流动和放出；当顶煤中硬、且裂隙较发育时，顶煤可在矿山压力

6、作用下破碎成满足放煤要求的合适块度。对于坚硬顶煤、且裂隙不发育时，一般需采用爆破等人工辅助措施对顶煤进行预爆破作业，因此研究顶煤破裂机理，即要研究矿山压力作用下顶煤自然破裂机理，也要研究坚硕顶煤在爆破作用下的破裂机理。研究顶煤破裂机理的过程是确左釆放工艺、进行支架设计、研究顶煤回收率、改善顶煤破碎技术的基础。(1)散体顶煤流动与放出规律。散体顶煤放出规律研究是放顶煤开釆所特有的，与顶煤破碎机理研究一起构成放顶煤开采的核心研究内容，可统称为顶煤破碎与放出规律研究。该内容主要是研究破裂与冒落后的散体顶煤在支架上方的流动与放出规律，运用正

7、确的理论进行描述，科学的指导采放工艺的确定，预测顶煤回收率与含肝率，以及提高顶煤回收率与降低含砰率的技术措施。该项研究一直是放顶煤开采理论研究的核心与主要内容z—,自从我国开始应用放顶煤开采技术以来，就开展了该项内容研究，主要涉及冒落顶煤的力学性质、放顶煤的边界条件、顶煤流动场、煤肝分界血与混合带形状、流动与放出的理论描述等。(2)矿山压力显现规律与岩层移动规律。放顶煤开采一次采高增大，一般的是整个煤层厚度、采场矿山压力显现规律与上覆岩层移动规律备受关注，并多与分层开采顶分层的矿山压力规律进行比较，目前有一些共性的认识，但也有许多分

8、歧。放顶煤开采的矿山压力显现规律及上覆岩层移动规律研究与传统分层开采的研究内容相近似，但也有特有的内容，一般来说涉及的内容有工作血来压规律、支承压力分布规律、顶煤顶板垮落规律、煤壁与端血顶煤稳定规律、支架一围岩关系、工作面围岩控制原理