极薄煤层综采技术的研究与应用.pdf

第 9期 2 0 1 1年 9月 工矿 自 动化 I ndu s t r y a nd M i ne Aut o ma t i o n NO ． 9 S e p ．2 0 1 1 文章 编号 1 6 7 1 --2 5 1 X 2 0 1 1 0 9 --0 0 8 9 --0 4 D OI C NKI 3 2 1 6 2 7 ／ TP ． 2 0 1 1 0 8 2 8 ． 1 4 3 5 ． 0 2 1 极薄煤层综采技术的研究与应用 苏俊彦， 李光荣， 李明， 唐强， 兰川 四川达竹煤 电 集团 有限责任公 司斌郎煤矿 ，四川 达州 6 3 5 0 0 0 摘要 介绍了我国极薄煤层采煤技术的现状 ， 指 出现有的综采设备不适用于极薄煤层开采； 介 绍了适合 极薄煤层综采的新型采煤机 、 液压 支架、 刮板 运输机 的结构、 性能特点， 提 出了极 薄煤层综采工艺。实践表 明， 该新型极薄煤层综采装备与综采工艺有效提 高了采煤效率， 创造 了很 好的经济效益 ， 但还需进一步研 究 爬底式采煤机滚筒可调高技术、 如何减 少端头开缺 口的工作量 以及极薄煤层工作面的 自动化技术。 关键词 极薄煤层；综采技术；综采工艺； 爬底式采煤机；液压支架；刮板输送机 中图分类号 TD 8 2 文献标识码 B 网络出版时间 2 0 1 1 0 8 2 8 1 4 3 5 网络 出版 地址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 1 0 8 2 8 ． 1 4 3 5 ． 0 2 1 ． h t ml Re s e a r c h o f Ful l y M e c ha n i z e d M i n i n g Te c hn o l o g y o f Ul t r a t h i n Co a l Se a m a n d I t s Ap pl i c a t i o n S U J u n y a n，L I Gu a n g r o n g，L I M i n g，TANG Qi a n g ，LAN Ch u a n Bi n l a n g C o a l M i n e o f S i c h u a n Da z h u Co a l El e c t r i c i t y Gr o u p Co． ，L t d． ，Da z h o u 6 3 5 0 0 0 ，Ch i n a Abs t r a c t The p a p e r i nt r od uc e d e xi s t i n g s t a t us of do m e s t i c mi n i ng t e c h no l o gy o f ul t r a t h i n c o a l s e a m a nd po i nt e d ou t t h at e x i s t i ng f ul l y m e c h a ni z e d mi ni n g e qu i pme n t s a r e no t s ui t a bl e f o r mi n i ng ul t r a t hi n c oa l s e a m ．I t i nt r od uc e d s t r uc t ur e a n d pe r f or ma n c e o f ne w t y pe s o f s he a r e r ， hy d r a ul i c p r e s s ur e s up po r t a nd s c r a pe r c on ve y or f o r f ul l y m e c h a ni z e d m i ni n g o f ul t r a t hi n c o a l s e a m a nd p r op o s e d f u l l y me c ha n i z e d mi n i ng t e c hni qu e o f u l t r a t hi n c o a l s e a m ． The a pp l i c a t i o n s h o w e d t ha t t h e ne w f ul l y me c h a ni z e d mi n i ng e q ui p m e nt s a n d t e c hn i q ue o f ul t r a t h i n c oa l s e a m c a n i mpr o v e m i n i n g e f f i c i e n c y wi t h hu ge e c o no mi c a l be ne f i t ．But t he r e a r e s o m e pr o bl e m s f or f u r t h e r r e s e ar c h i nc l u d i ng r a ng i n g d r um t e c h no l o gy o f i n we b s he a r e r ，h o w t o r e du c e wo r kl o a d f or e nd n o t c h i ng，a ut o m a t i o n t e c h no l o gy o f wo r ki n g f a c e wi t h ul t r a t hi n c oa 1 s e a m ．e t c ． Ke y wo r d s ul t r a t hi n c oa l s e a m ， f ul l y m e c ha ni z e d m i n i ng t e c hno l o gy， f ul l y m e c ha n i z e d m i n i ng t e c hn i q ue，i n we b s he a r e r ，hy dr a u l i c pr e s s u r e s u ppo r t ，s c r a p e r c o nv e y o r 收稿 日期 2 0 1 1 0 6 0 3 作者简介 苏俊彦 1 9 6 3 一 ， 男 ， 四J I I 达州人 ， 工程师 ， 现 主要从 事煤 矿开采技术管理工作 E ma i l s j y 6 3 1 2 2 6 1 6 3 ． c o rn 0 引言 长期 以来 ， 由于 0 ． 8 m 以下极 薄煤 层 开采 空 间 出煤及喷雾降温效果好 。其紧急抱闸制动装置有效 预防了采煤机在故 障状态下下滑伤人事故 的发生， 有利 于工 作面 的安 全生 产 。采 用 该 采 煤 机 后 ， 小 河 嘴煤矿工作面采煤 的机械化程度得 以大幅提高， 日 平 均产 量达 3 9 0 t ， 创造 了很好 的经济效 益 。 该 采 煤 机 在 运 行 过 程 中 还 存 在 以 下 问 题 1 在大倾角普采工作 面采煤过程 中容易窜矸 ， 威 胁机道内操作人员的安全 ， 无法平行作业 ， 生产效率 不高； 2 机组采用链牵引， 相对 于刮板运输机来说 是 自由体 ， 运行轨迹不规则 ， 有断链下滑的可能性 。 下 一 步将对 上述 问题 进行 深入 研究 。 参 考文献 E 1 3 邬宗文． 爬底式采煤机 开采 技术在 极薄煤 层 中的应用 研究 [ N] ． 四J I f 科技报 ， 2 0 0 9 1 1 2 0 ． [ 2 ] 国家 安全 生产 监督 管理 总局． 煤 矿 安 全 规 程 [ M] ． 北 京 煤 炭工业出版社 ， 2 0 0 9 ． [ 3 ] 刘春生． 滚筒式采煤机理论设计基础[ M] ． 徐州 中国 矿业大学 出版社 ， 2 0 0 3 ． 9 0 工矿 自动 化 2 O 1 1年 9月 极其狭小 ， 工人劳动强度大 ， 工作条件差， 设备配套 困难 且 对煤层 厚 度 、 倾 角 变 化 以及 断层 等 地 质 构 造 的适应能力差， 投入产 出比高 ， 效率低 ， 经济效益差 ， 因此很多矿区放弃 了极薄煤层 的开采 ， 使得极薄煤 层 机械 化开 采技 术发 展缓 慢 。 目前极 薄煤 层 开采方 法 1 炮 采 ， 即采 用放 炮 落 煤 、 人工 装煤 、 单体 液压 支 柱支 护方 式 。该 方 式生 产效率 极低 ， 安全保 障度差 ， 工人 劳 动强度很 大。 2 高档普采 ， 即采用爬底式滚筒采煤机落煤并装 煤 ， 单体液压支柱支护顶板。该方式减少了打眼放 炮和人工攉煤工序， 在一定程度上降低了工人劳动 强度 ， 但工作 面顶 板控制 比较 困难 ， 且 工作面用人 多 ， 安全保 障度较差 ， 生产能力很难得到充分发挥 。 我 国 大部 分 极 薄煤 层 工 作 面 采用 放 炮 落煤 、 人 工装煤方式采煤 ， 只有很少一部分采用高档普采方 式 。而极 薄煤 层 综 采 技 术 仍 属 空 白。因 此 ， 四川 达 竹煤 电 集团 有限责任公司在研究极薄煤层开采顶 板 限定 变形 及控 制理 论 、 覆 岩 运动规 律 、 液压 支架 合 理 工作 阻力 的基 础 上 ， 研 制 了适 用 于极 薄 煤 层 的综 采设备 ， 并将 其应用于斌郎煤矿 N2 2 1 1 工 作面， 取 得 了很 好 的效果 。 1 实现极 薄煤 层 综采 的技 术途径 现有的综采设备l_ 1 ] 包括 1 螺旋 钻 采煤 机 螺旋 钻采 煤机 是在 用 于露 天开采 的螺旋钻 机 基 础上 改造 而成 的。螺旋 钻采 煤 机用 于工 作面 开采 时 单产 水平 低 ， 不能 用 于矿井 主采 工作 面 ， 目前 主要 用 于 回收边 角 煤 。 2 刨 煤机 刨煤机具有工作效率高、 结构简单 、 维护方便等 优 点 。我 国 曾对 采 用 刨 煤 机 开 采 极 薄 煤 层 进 行 了 一 些试验 ， 发现刨煤机开采效果受煤层厚度 、 倾角 、 顶 底板 条 件 、 特 殊地 质构 造 的影 响很大 ， 因此没 有得 到推 广应 用 。 3 爬底式单滚筒采煤机 四川达竹煤电 集团 有限责任公 司于 2 0 0 6年 进行 了爬底式单滚筒采煤机普采试验 ， 发现该机组 的适应性很差， 不适应现代采煤机 生产技术 的发展 要求 。 4 支护设备 我 国 目前 已有一系列适用于不同地质条件 、 不 同配套设备 的薄煤层工作面液压支架产品。但这些 支架的调高范 围较小 ， 对极薄煤层的适应能力差 ， 无 法 满足 极薄煤 层 对行人 、 过 机及 过煤 空 间的要求 。 5 刮板输 送机 目前正在使用的薄煤层工作面刮板输送机基本 能够满足矿区生产需求。但这些刮板输送机大多槽 宽大、 中板厚且距底板位置高 ， 若应用于极薄煤层工 作面 ， 则会 减少 行人 空 间和刮板 输送 机 的过煤 断 面 。 因此 ， 刮板 输送 机不 适合 在极 薄煤 层工作 面 应用 。 总之 ， 采 用 现 有 的综 采设 备难 以实 现极 薄 煤 层 综采 。必须从设备结构 、 配套、 参数 、 自动化等方面 进行 全方 位研 究 ， 关键 技 术 是 极 薄 煤层 综 采 液 压 支 架 、 采煤 机 、 刮 板输 送 机 的研 制 ， 综 采设 备 的总 体 配 套及高效综采生产工艺 。 四川达竹 煤 电 集 团 有 限 责 任 公 司 矿 区 直 接 顶 、 底板 主要 为泥 质岩 ， 采煤 机通 过 断层时 截割 岩石 的难度 较低 ， 在适 当增 加采 煤机 截割 能力 的前 提下 ， 具 备实 现复 杂地 质条 件下极 薄煤 层综 采 的工程 地质 条 件 。因此 ， 该公 司进 行 了 以下 研究 1 研 制 了 MG1 1 o ／ 1 3 O T P D 型 电牵 引爬 底 式采煤 机 ， 其截 割岩 石 的能力 强 ， 保 证 了采煤 机在 复 杂地 质条件 下过 小 断 层 时直 接 截 割 岩 石 ， 使 工 作 面 不搬 家 、 不 放炮 或少 放炮 ] 。 2 研制 了 Z Y2 4 0 0 ／ 5 ． 5 ／ 1 2型大 伸 缩 比 、 层 叠 顶 梁 两 柱 掩 护 式 液 压 支 架 ， 支 架 高 度 为 5 5 0～ 1 2 0 0 mm， 采 用 整 体 层 叠 顶 梁 结 构 ， 降低 了顶 梁 厚 度 ， 增加 了过 机空 间 ； 采 用 铰 接 连 杆式 底 调 机 构 ， 满 足 大倾 角煤层 开采 条件 ； 采 用 集 束 多 芯 高压 管及 邻 架先导控制方式 ， 安全可靠 ， 工作空间大 ] 。 3 研 制 了 S GB 5 2 0 ／ 2 5 5型 高 强窄 槽 边 双链 刮板输 送 机 。该 输 送 机 高 度 低 1 8 0 mm 、 宽 度 小 5 0 0 mm ， 增大了运输 断面 ， 减少 _『支架 控顶距 。 该刮板 输送 机还 装有 可 防“ 飞石 ” 和 改善 装煤效 果 的 活动 防护装 置 。 4 实现 了 电牵 引爬 底 式 采 煤 机 、 刮 板 输 送 机 和液 压支 架 的设 备 配 套 与参 数 优 化 ， 有效 解 决 了设 备几何参数与设备能力之问的突出矛盾 ， 减小 了设 备外 形尺 寸 ， 加大 了过煤 、 过 机及 工作 空 问 。 2 极 薄煤层 综 采技术 在斌 郎煤 矿的应 用 2 ． 1 斌 郎煤矿 N2 2 1 1工作 面概 述 斌郎煤矿 N2 2 l l工作面为极薄煤层工作面， 其 走 向长度为 3 3 0 r n ， 倾 向长度为 9 0 iT I ， 煤层 厚度为 0 ． 7 5 ～1 ． 0 m， 平均厚度为 0 ． 8 m， 煤层倾角为 1 3 。 ～ 2 7 。 ， 煤层 硬度 厂一 1 ． 9 1 ， 为 软 ～ 中 等硬 度 煤 层 。其 煤 层顶板 情 况如表 1 所 示 。 2 0 1 1 年 第 9期 苏俊彦等 极薄煤层综采技术的研究与应用 9 1 表 1 斌 郎煤矿 N 2 2 1 1 工作 面煤 层顶板情 况 喜 m 特 征 灰色中粒 砂 岩 ， 质 坚 硬， 含较 多 黑 色 矿 老顶 砂岩 l 7 物 ，T⋯ 6 - 3⋯ _ 直接顶 泥岩 1 0 ． 7 灰色砂质泥岩 ， 层理发育， T 层位 伪顶 泥岩o ～o ． 1 0 灰色砂质泥岩 、 泥岩 ， 层理发 育， T 层位 直接底 泥岩 7 灰色砂质泥岩， T x 2j 层位 灰 白色厚层 状 中粒砂 岩， 含 较多 白云母 老底 砂岩 4 7 碎片 ，T 层位 2 ． 2综采 主要 配套设 备 N2 2 1 1工作 面 综 采配 套设 备 MG1 1 0 ／ 1 3 0一 TP D 型采煤 机 ， Z Y2 4 O O ／ 5 ． 5 ／ 1 2型液 压 支架 两 柱 掩 护式 ； S GB 5 2 O ／ 2 5 5型 刮板 输送 机 ； S Z B 6 3 0 ／ 4 0 型顺槽 转 载刮板 ； DS J 6 5 ／ 2 0 ／ 2 4 0型顺槽 胶带 机 。 2 ． 3 工作 面布 置 N2 2 1 1 工 作 面采用 走 向长 壁后 退 式 开 采 、 全 部 垮落 法处 理 采 空 区 的综 采 方 法 。其 布 置 如 图 1 所示 。 图 1 N2 2 1 1工作面布置 2 ． 4 综 采工 艺 2 ． 4 ． 1 采 煤工 艺 工作面一次采全高， 当煤层厚度达不 到最低采 高要求时 ， 采煤机截割底板使煤层厚度达到采高要 求 。回采主要工序为割煤 、 推溜 、 移架、 端头维护、 设 备维护 、 开缺 口等， 工艺流程为割煤一移架一推移刮 板输 送 机 。 2 ． 4 ． 2 上下 超前 缺 口 缺 口参数 上超前缺 口倾斜长度为 6 1 T I ， 走 向长 度 为 1 ． 2 m； 下超前 缺 口倾斜 长 度 为 4 r n ， 走 向长 度 为 1 ． 2 I n 。 支护形式 单体配绞梁及 四对八梁 ， 绞梁相互绞 接。 爆破方式 采用 MZ 一1 2煤电钻打眼， 炮眼布置 为三花眼， 眼深 1 ． 4 m， 用三级煤矿许 用炸药爆破 ， 毫秒 延期 电雷 管 1 ～5段起 爆 ， 正 向爆破 ， 串联 连线 。 2 ． 5应 用效果 及效 益 在 N2 2 1 1 工作面正常生产过程 中， 每天割8 3 J ， 第 9期 2 0 1 1年 9月 工矿 自 动化 I n dus t r y a nd M i ne Au t oma t i on NO ． 9 S e p ．2 0l 1 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 1 0 9 0 0 9 2 0 3 矿井三维通风在线分析系统的研究与应用 杨 占 国 大 同煤矿 集 团有 限责任 公 司 四台矿 ，山西 大 同0 3 7 0 0 7 摘要 介 绍 了一种 矿 井三 维通 风在 线分析 系统 的 实现 方案 。该 系统 采用 3 D GI S数 字矿 山基 础信 息平 台 的 企业 管理 器模 块对 井 下数据 进行 整理 、 加 工及存 储 ， 根 据该 模 块 中存 储 的巷 道 网路 、 通 风 设 备 以及 通 风 设 施 等数据 自动 建立通 风 网络拓 扑 关 系； 结合 煤矿 安全 监测监 控 系统监 测 的 实时风速 数据 ， 利 用通 风 网络解 算 算法实时监控矿井通风 系统运行状况， 分析通风异常原 因， 并采用 3 D GI S数字矿 山基础信 息平 台的企业应 用平 台模 块 将 分析 结果 以三 维可视 化 形式 予 以展 示 。该 系统在 四 台矿 的应 用取得 了 良好 的效 果 。 关键 词 数 字矿 山 ；基础 信 息平 台；通风 网络 ； 在 线 分析 ； 三 维 可视 化 ； 3 DGI S 中图分 类号 TD 6 7 ／ 7 2 文献 标识 码 B 收稿 日期 2 0 1 1 0 6 1 0 基金项 目 山西省高新技术产业化项 目 智能化数字矿山建设 作者简介 杨 占国 1 9 7 4 ， 男 ， 山西朔州人 ， 现主要从 事采掘工 程技术的设计及管理工作 。E ma i l y a n g z g c u ret s i n a ． c o rn 每 刀进 尺 0 ． 6 m， 煤 炭 容 重 为 1 ． 3 5 t ／ m。 ， 则 工 作 面 日生产 能力 工作 面长 度 割煤 高度 每 刀进 尺 每天进 刀 数 煤炭 容重 工 作 面 回采率 一9 0 0 ． 8 0 ． 6 8 1 ． 3 5 0 ． 9 8 4 5 7 t ； 工作 面月生产 能力一工作面 日生产能力 月工作 日数 正规循环 率 一4 5 73 00 ． 9 1 2 3 3 9 t 。 表 2为 N2 2 1 1工作 面在 2 0 0 9年 7月 2 O 1 O年 7月分别 采 用综 采 与炮采 技术 的生 产 能力 比较 。 表 2 N2 2 工作面综采 与炮 采生产能力比较t 从表 2可看 出， 由本文提出的配套设备装备的 综采工作面最高 日产量、 平均 日产量、 平均月产量、 平 均 年 产 量 分 别 为 相 同 条 件 下 炮 采 工 作 面 的 1 ． 7 9 倍 、 2 ． 7 7倍 、 2 ． 4 9倍、 2 ． 4 9 倍 。 N2 2 1 1 工作面采用炮采技术时 ， 最大直接工效 为 3 ． 5 t ／ 工 ， 平均 为 2 ． 1 t ／ 工 ； 采 用 综 采 技 术 后 ， 最 大直接工效达 5 ． 8 t ／ 工， 平均为 5 ． 3 t ／ 工 ， 分别为相 同条件下炮采工作面的 1 ． 6 6倍和 2 ． 5 2 倍 。 以煤市场综合售价 包括洗精煤和中煤价格 为 6 8 0元／ t 计算 ， N2 2 1 1工作 面采用炮采技术时年产 值为 4 0 3 9 ． 2万 元 ， 采 用 综 采 技 术 时 年 产 值 为 8 9 4 9 ． 9万 元 ， 比相 同条 件 下 炮 采 工 作 面 的产 值 提 高4 9 1 0 ． 7万元 。 3 结语 四川 达竹 煤 电 集 团 有 限责 任公 司研 制 的极薄 煤层 综采 装备 与 提 出的高效 综采 工 艺在矿 区的应用 首次 实 现 了 0 ． 5 5 ～ 0 ． 8 m 极 薄煤 层综 采 ， 有 效 提 高 了极薄煤层工作面采煤 的效率及机械化、 自动化水 平 。在 具体应 用 中还需 进 一步研 究爬 底式 采煤 机滚 筒可调高技术 ， 以提高采煤机适应煤层厚度变化的 能 力 ； 进 一 步研究 如何 减少 端头 开 缺 口的工作 量 ， 尽 可 能实 现采 煤机 全 部 割透 工 作 面 煤 壁 ； 进 一 步 研 究 极 薄煤 层工 作 面 自动 化技 术 ， 在保 证 足 够 行 人 空 问 的基础 上实 现 液压支 架 的 电液 控制 。 参 考 文 献 [ 1 ] 孙文华． 煤矿综采新 工艺新 技术 与机械 设备选 型实 H J 手册E M] ． 北京 中国知识 出版社 ， 2 0 1 0 ． E 2 3 杨丽伟． 滚筒式采 煤机整 机力学 模型理论 和分 析方 法 的研究 E D ] ． 北京 煤炭科学研究 总院 ， 2 0 0 0 ． [ 3 ] 李 晓豁 ， 李萍 ， 刘春生 ． 采煤 机在 牵引方 向上 的动力 学 行 为研 究[ J ] ． 黑龙江科技学院学报 ， 2 0 0 2 4 5 - 8 ． [ 4 ] 煤 矿 矿 山 综采 液压支 架设备 选型 设计 、 工 况分 析检 测及液压支架安全运行维护检修实 用手册[ M] ． 北 京 中国煤炭 出版社 ， 2 0 0 7 ．