劉賢

（黑龍江科技大學(xué)，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(shí)，沿煤層底板或煤層某一厚度范圍內(nèi)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(dòng)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(shù)。（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(yōu)點(diǎn)：設(shè)備系統(tǒng)簡單、掘進(jìn)率低、高產(chǎn)高效、生產(chǎn)集中。缺點(diǎn)：煤層過高時(shí)放煤不充分、煤質(zhì)較軟時(shí)巷道難以維護(hù)。（2）預(yù)采頂分層頂網(wǎng)下放頂煤。將煤層分為兩個(gè)分層，沿煤層頂板布置一個(gè)長壁工作面，開采頂分層時(shí)邊進(jìn)行鋪網(wǎng)，在沿煤層底板布置放頂煤工作面，將兩個(gè)工作面之間的頂煤放出。一般適用于厚度12～15m、直接頂堅(jiān)硬、瓦斯含量高的煤層。優(yōu)點(diǎn)：鋪設(shè)金屬網(wǎng)有利于減少含矸量、直接頂過硬時(shí)可爆破處理、煤層瓦斯含量高時(shí)可預(yù)先抽采，防止其涌入工作面。缺點(diǎn)：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(dāng)煤層厚度超過15～20m 時(shí)，用平行于煤層層面的斜面，可將煤層分為兩個(gè)或兩個(gè)以上厚度8～10m 的分層，然后自上而下依次進(jìn)行放頂煤開采。一般適用于15m 以上的煤層。優(yōu)點(diǎn)：分層開采有助于瓦斯的處理。缺點(diǎn)：分層開采降低礦山壓力不利于頂煤放煤。（4）預(yù)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(qū)，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(qū)的頂煤放出。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備相對減少、放煤含矸量相對降低。缺點(diǎn)：煤層防止自燃難度大。

圖1

圖2

圖3

圖4

1.2.2 按方頂煤工藝和相應(yīng)設(shè)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(jī)配合的數(shù)量：單輸送機(jī)、雙輸送機(jī)。①高位放煤液壓支架。在支架前端只鋪設(shè)一部輸送機(jī)：頂煤從掩護(hù)梁上方窗口放入，通過架內(nèi)溜煤板裝人支架前方的輸送機(jī)。優(yōu)點(diǎn)：支架控頂距小、穩(wěn)定性好、運(yùn)輸系統(tǒng)和工作面端頭維護(hù)簡單。缺點(diǎn)：通風(fēng)斷面小、煤塵大、采放不能平行作業(yè)、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(shè)前后兩部輸送機(jī)，后部輸送機(jī)鋪在液壓支架底座上，放煤窗口設(shè)在掩護(hù)梁下部。優(yōu)點(diǎn)：支架的穩(wěn)定性好、煤塵較小、采放可平行作業(yè)、回收率較高。缺點(diǎn)：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(jī)低位放頂煤支架。頂梁較長，般有鉸接前梁、伸縮梁和護(hù)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(jī)構(gòu)低位放頂煤，后輸送機(jī)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(shí)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(jī)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(wǎng)型和無網(wǎng)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(shí)前梁卸載,后梁仍保持支撐狀態(tài),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(nèi)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(yōu)點(diǎn)：廉價(jià)經(jīng)濟(jì)、橫向穩(wěn)定性好。缺點(diǎn)：側(cè)向穩(wěn)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(shí)，一架支撐，理架懸掛在支撐的頂梁上，通過移架千斤頂帶動(dòng)左右架邁步前移。優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定性好。缺點(diǎn)：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(wěn)定性。移架時(shí)所移支架的支柱可以全部同時(shí)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(yōu)點(diǎn),同時(shí)具有不鋪頂網(wǎng)、不勇網(wǎng)、適用性強(qiáng)、下井安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。

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(yù)采頂分層頂網(wǎng)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(shí)煤的硬度系數(shù)一般要求小于3，否則需要采用預(yù)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(wěn)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(cè)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(shí)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(wěn)定和放頂煤的進(jìn)行。單體液壓支柱放頂煤的煤層傾角應(yīng)小于30°且不能有沖擊地壓危險(xiǎn)。

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(tǒng)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(qū)，降低沖擊地壓的發(fā)生，有利于生產(chǎn)的安全進(jìn)行。

2.5 自然發(fā)火、瓦斯和水文地質(zhì)條件。對于自然發(fā)火期短、瓦斯涌出量大、煤塵有爆炸危險(xiǎn)的煤層，需采取相應(yīng)的措施后才能采用放頂煤采煤法。水文地質(zhì)條件復(fù)雜，采放后有可能與地表水、老窖積水和強(qiáng)含水層導(dǎo)通的煤層，以及有瓦斯實(shí)出危險(xiǎn)的煤層，為保證安全嚴(yán)禁使用放頂煤開采。

3 放頂煤采煤法優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 放頂煤采煤法的優(yōu)越性。（1）高產(chǎn)高效。（2）掘進(jìn)率低。（3）工作面搬家次數(shù)少。（4）適用范圍廣。（5）節(jié)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(fā)火防治。（4）煤塵防治。（5）巷道維護(hù)問題。

綜上所述，放頂煤采煤法根據(jù)煤厚和開采工藝可分為很多種，放頂煤采煤法有高產(chǎn)高效、掘進(jìn)率低、成本低、搬家次數(shù)少、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但每種采煤法優(yōu)缺點(diǎn)不一，在選擇具體工藝時(shí)，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(jìn)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(jīng)濟(jì)效益，為中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供強(qiáng)有力的動(dòng)力。