大倾角复合顶综合机械化采煤技术研究.pdf

重庆大学 硕士学位论文 大倾角复合顶综合机械化采煤技术研究 姓名陈邦春 申请学位级别硕士 专业矿业工程 指导教师曹树刚;田建文 20091129 重庆大学工程硕士学位论文中文摘要 摘要 介绍了综合机械化采煤技术在国内外发展的现状；分析了综采工艺在花山煤 矿大倾角复合顶应用的可行性；阐述了在2 1 1 4 1 工作面进行试生产，取得了圆满 成功，达到了安全、高产、高效的预期目的，证明了综采工艺在花山煤矿大倾角 复合项条件下开采应用是可行的。在大倾角复合顶板高瓦斯煤层中，应用综合机 械化采煤存在着瓦斯涌出量大、工作面片帮、冒顶、机道项板支护以及“三机”防倒 防滑等诸多技术问题。通过科学的分析和研究，确定了合理的技术措施和治理方 案，最终大倾角复合项综采取得了成功，为花山矿建设高产高效的机械化矿井打 下了坚实的基础。 关键词大倾角煤层，复合项，综合机械化开采，矿压观测 重庆大学工程硕士学位论文英文摘要 A BS T R A C T P r e s e n t st h ei n t e g r a t e dd e v e l o p m e n to fm e c h a n i z e dm i n i n gt e c h n o l o g yi nt h es t a t u s q u oa th o m ea n da b r o a d A n a l y s i so ff u l l ym e c h a n i z e dc o a lm i n i n gt e c h n o l o g yi n H u a s h a ni n c l i n e dt h i c kc o a ls e a mi nt h ef e a s i b i l i t yo f a p p l i c a t i o n ；s e tt of a c et r i a li nt h e 21141 p r o d u c t i o nW a sac o m p l e t eS U C C E S S ，r e a c h i n gas a f e ，h i g h y i e l d ，e f f i c i e n t , i n t e n d e dp u r p o s e s ，p r o o fo fm e c h a n i z e dm i n i n gt e c h n o l o g yI nt h eH u a s h a ni nt h i c k s t e e ps e a mc o a lm i I l i n gi sf e a s i b l e ．U s e dt h ea u t o m a t i cm o n i t o ro nt h eb r a c k e t so b t a i n e d t h el a wo ft h ep r e s s u r eo ft h es l a bi nt h es t e e pc o a ls e a mw h i c hi sc a v e db yc o m b i n e d m a c h i n e ． K e y w o r d s G r e a t e rp i t c h i n gs e a m ，I n t e g r a t e dc e i l i n g ，C o m p r e h e n s i v em e c h a n i z e dc o a l m i n i n g ，M i n e r a lp r e s s u r eo b s e r v a t i o n I l 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的兰盛学位论文叁幽丝 生型丝刍盈蛰丞丝盥建旎 是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别 加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢 意。 学位论文作者签名p 螂 导师签名＼誓牟蒜1导师签名＼髻本巾1 签字日期∥∥夕，／／。埒 签字日期∥罗- t t ．吵 学位论文使用授权书 本人完全了解重庆大学有关保留、使用学位论文的规定。本人完全同意中国 博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程 以下简称 “章程“ ，愿意将本人的搬学位论文．度衄i 缒血{ 拯担皴正纽蚴提交中国学 术期刊 光盘版 电子杂志社 C N K I 在中国博士学位论文全文数据库、中国优 秀硕士学位论文全文数据库以及重庆大学博硕学位论文全文数据库中全文发表。 中国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库可以以电子、 网络及其他数字媒体形式公开出版，并同意编入C N K I 中国知识资源总库，在中 国博硕士学位论文评价数据库中使用和在互联网上传播，同意按“章程“ 规定享受 相关权益和承担相应义务。本人授权重庆大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保 存论文，可以公开论文的全部或部分内容。 作者签名导师签 备注审核通过的涉密论文不得签署“授权书力，须填写以下内容 该论文属于涉密论文，其密级是，涉密期限至年一月一同。 说明本声明及授权书￡迓装订在提交的学位论文最后一页。 重庆大学工程硕士学位论文1 绪论 1绪．论 1 ．1 问题的提出 煤炭资源的开发利用，在我国一次能源消费构成中占6 0 ／．以上。据历年资料 统计，大倾角和急倾斜煤层开采的产量在我国煤炭产量中占2 0 ％左右，主要分布 在四川、重庆、广东、福建、新疆、内蒙、甘肃、青海、吉林等省区。其中，四 川、重庆历年煤炭产量中大倾角和急倾斜煤层产量占4 0 ％“ - 5 0 ％。综合机械化采煤 是一种先进的采煤方法，目前在国内外得到普遍推广。我国综合机械化采煤在缓 倾斜及近水平煤层中开采技术比较成熟，在某些矿区，综采放项煤技术甚至达到 了国际先进水平。但是，在国内，大倾角薄煤层及中厚煤层的综合机械化采煤一 直处在探索及试验阶段，国内有少数矿井应用比较成功，积累了宝贵的经验。花 山矿在八十年代末曾试采过一段时间综采，由于煤层赋存条件和当时的技术装备 不成熟等诸多原因，最终失败。近年来，随着市场经济体制的建立以及国民经济 的发展，市场竞争日益激烈，为提高企业整体竞争实力，增加经济效益，必须大 力发展综合机械化采煤，提高矿井生产总量，获得规模经济效益。综合机械化采 煤技术在国内是一项较成熟的技术，在3 0 0 “ - 5 5 0 的大倾角煤层中有应用成功的先 例，尤其是近几年来，国内大倾角煤层综合机械化采煤取得了很大的突破，积累 了许多经验，走向长壁一次采全高大倾角综采，从工艺和技术装备上，都比较完 善地解决了支架防倒，防滑等关键技术问题，包括工作面支架防倒防滑，排头支 架防倒防滑、排尾支架防倒防滑，输送机防倒防滑等问题。在实践应用中，也已 经取得成功，其技术具有国际先进水平，也有相关配套的设备。 国内综采技术和装备的发展给花山矿应用大倾角中厚煤层综合机械化采煤提 供了良好的技术支持。经过多方考察和科学论证，2 0 0 6 年9 月，攀煤 集团 公 司花山矿在2 1 1 4 1 工作面进行大倾角综采试生产，至2 0 0 7 年9 月结束，开采取得 了圆满成功，达到了安全、高产、高效的预期目的。攀煤 集团 公司花山煤矿为国 有大型煤矿，核定生产能力1 5 5 万吨／年，在没有机械化采煤前，矿井年产量徘徊 在7 0 “ - 8 0 万吨，所采的中厚煤层瓦斯含量相对较高，且为复合顶板煤层，“一通 三防”和顶板管理难度非常大，对安全生产威胁较大。花山煤矿大部分煤层为中 厚、复合项、高瓦斯煤层，仅依靠炮采造成资源丢失浪费严重且效率低下，只有 提高煤炭生产的技术含量，走发展机械化道路，上大倾角综采，才是提高经济效 益和保证安全生产的一条可行的途经。 攀煤 集团 公司花山煤矿地处我国西部，为“煤炭工业‘十五’规划’’实 施西部大开发战略要地，其煤炭为低灰、低硫、高发热量的优质冶炼主焦煤。为 重庆大学工程硕士学位论文1绪论 落实党中央“关于加强技术创新，发展高科技，实现产业化的决定“ 和国家经贸 委决定的“煤炭工业‘十五’规划“ ，抓住西部大开发战略的机遇，利用攀枝花 矿区资源优势和技术优势，以提高煤炭产品质量、提高工效、提高资源回收率为 出发点，走科技效益之路，加速建设高产高效矿井，开展花山煤矿大倾角煤层综 合机械化采煤方法研究，推动攀煤 集团 公司经济跨越发展，是十分必要的。 花山矿1 4 撑层顶板条件与华蓥山绿水洞煤矿开采的煤层相似，平均角度在3 8 0 ，最 大3 9 0 ，具备上综采开采的条件，只要我们技术方案科学合理，采用相似的采煤方 法和设备，借鉴趋于成熟的管理模式和宝贵经验，针对本矿实际进一步科技攻关， 花山煤矿大倾角综采是完全可行并可以取得成功的。 1 ．2 国内外研究现状 我国倾斜煤层开采技术的发展从解放初期到现在，大致经历了以下四个阶段 u J 第一阶段，二十世纪五十年代初，进行了采煤方法的改革。各矿区根据不同的 煤层赋存条件，将房柱式、巷柱式开采改为倒台阶、水平分层、斜切分层、伪倾 斜平板掩护支架等开采方法；部分矿区采用风镐落煤、刮板输送机运煤和机械回 柱、垮落式处理采空区等，提高了工作面生产能力，减轻了工人的劳动强度，．改 善了工作面安全生产状况。第二阶段，六十年代开始，急倾斜煤层开采技术的进 步主要表现为将风镐落煤改为电钻打眼爆破落煤；淮南、开滦、徐州等矿区先后 在掩护支架采煤法中成功应用“八字’’型等掩护支架；一些开采急倾斜煤层的矿 井还进行了矿井开拓和巷道布置方面的改革，降低了煤炭生产的巷道掘进率，改 善了巷道的维护条件；开始应用金属支柱和金属铰接顶梁，在水平分层工作面中 采用金属网假项，或因地制宜地利用竹笆、荆笆等假顶材料。第三阶段，七十年 代中期，以淮南矿区首创的伪倾斜柔性掩护支架采煤法获得成功为重要标志北 京、鸡西等矿区试验了滚筒式采煤机，四川攀枝花矿区试验了冲击式刨煤机，开 滦、淮南矿区试验了用于掩护支架下机械化落煤的地沟机；部分矿区还进行过急 倾斜煤层综合机械化采煤的试验，但总体而言，机械化开采试验成功率不高，能 推广应用的成果更少。第四阶段，八十年代末以来，急倾斜煤层采煤方法得到进 一步的改进，如俯伪斜走向长壁分段密集采煤法、正台阶分段密集采煤方法、放 项煤采煤法等，采用摩擦式金属支柱、单体液压支柱等控制工作面顶板等。 近三十年来，国内外缓倾斜煤层的开采方法和工艺技术已经十分完善，机械 化装备水平不断提高，大倾角煤层 3 5 0 “ - ．- 4 5 0 综合机械化开采也取得了许多理论 研究成果和现场试验成果【l - 2 1 ，但倾角在4 5 0 以上的急倾斜煤层目前主要采用伪倾 斜柔性掩护支架、伪倾斜分段密集和台阶分段密集等方法，爆破落煤，生产效率 低，工作面安全性差，工人劳动强度大。一些文献也报道了这些开采方式下采场 2 重庆大学工程硕士学位论文 1绪论 矿压显现规律，如尹光志、代高飞【】等研究了急倾斜煤层俯伪斜分段密集支柱采 煤法矿压显规律，赵利安【5 】、窦庆峰1 6 ] 对急倾斜煤层炮采工作面矿压显现进行了实 测研究，汪成兵1 7 ] 对走向长壁分层开采爆破落煤法工作面矿压显现规律进行了相似 模型试验，高明中【聃J 对急倾斜煤层倾斜柔性掩护支架采煤法进行了相似模型试验， 但尚未发现关于急倾斜煤层走向长壁工作面综合机械化开采及其采场矿山压力控 制的报道。 我国倾斜煤层开采的总体趋势将朝着两个主要方向发展一是实现机械化开 采，把缓倾斜、倾斜煤层的回采工艺引入急倾斜煤层开采，研制适合急倾斜煤层 开采的机械设备；二是向放顶煤发展，对于急倾斜厚煤层采用水平分段综采放顶 煤采煤法，对于中厚～厚煤层采用巷道放顶煤采煤法。到目前为止，国内许多矿 山对3 5 0 ～4 5 0 的大倾角煤层综合机械化开采技术做了许多探索，取得了一定效果 [ 1 3 - 3 5 】。如1 9 9 8 年绿水洞煤矿在国内率先研究大倾角煤层综合机械化开采技术，并 取得成功。新疆艾吾尔沟煤矿、甘肃靖远王家山矿等上百家煤炭企业到该矿井实 地参观和考察，其中新疆艾吾尔沟煤矿和甘肃靖远王家山矿已成功推广大倾角煤 层综合机械化开采技术，效果明显。从国外来看，乌克兰、前苏联等国家对急倾 斜煤层机械化开采做了一些探索。过去，我国一些矿区引进了前苏联的急倾斜煤 层综采设备，但由于设备功率、结构稳定性等原因，未获得成功。乌克兰在急倾 斜煤层综采方面采用了独特的工作面布置方式，主要是布置水平短壁工作面 5 0 m 左右 ，由上向下倾斜推进，2 “ - - 3 个短壁台阶同时生产，但目前也仅仅适用于厚 度2 ．O m 以内的煤层。目前，我国攀枝花矿区太平煤矿引进了该综采设备，月产仅 3 0 0 0 t “ - - - 5 0 0 0 t ，另外，真倾斜回采巷道的掘进施工难度相当大，应用效果不理想。 1 ．3 主要研究内容 根据攀煤 集团 公司花山煤矿大倾角煤层的赋存特点和该矿现有的装备条件 和技术水平，本论文主要从以下几个方面对大倾角煤层的开采技术进行了研究和 实验 1 花山煤矿大倾角煤层综合机械化开采的可行性研究 2 花山煤矿大倾角煤层综合机械化开采的设备选型及采煤方法研究 3 花山煤矿大倾角煤层综合机械化开采工作面矿山压力观测及顶板控制研究 4 花山煤矿大倾角煤层综合机械化开采实验中存在的问题及处理 1 ．4 主要研究方法及技术路线 本论文根据花山煤矿的实际和现有的生产技术水平，借鉴了国内其他矿类似 条件下的大倾角煤层综合机械化开采成功的经验，主要采用设备稳定性理论分析 重庆大学工程硕士学位论文l 绪论 和选型、现场实验和观测等法。 采用的技术路线为可行性分析一采煤方法研究一设备选型一现场试采一矿 压观测一存在的问题及处理 4 重庆大学工程硕士学位论文 2大倾角复合顶综合机械化采煤可行性研究 2 大倾角复合顶综合机械化采煤可行性研究 2 ．1 技术可行性分析 2 ．1 ．1 技术支持 综合机械化采煤技术是一项较成熟的技术，在3 0 。“ - 5 5 0 的大倾角煤层中有应 用成功的先例，尤其是近几年来，国内大倾角煤层综合机械化采煤取得了很大的 突破，积累了许多经验，走向长壁一次采全高大倾角综采，从工艺和技术装备上， 都比较完善地解决了支架防倒，防滑等关键技术问题，包括工作面支架防倒防滑， 排头支架防倒防滑、排尾支架防倒防滑，输送机防倒防滑等问题。在实践应用中， 也已经取得成功，其技术具有国际先进水平，也有相关配套的设备。花山矿1 4 。层 项板条件与华蓥山绿水洞矿开采的煤层相似，平均角度在3 8 0 ，最大3 9 0 ，具备上 综采开采的条件，只要我们技术方案科学合理，采用相似的采煤方法和设备，借 鉴趋于成熟的管理模式和宝贵经验，针对本矿实际进一步科技攻关，花山煤矿大 倾角综采是完全可行并可以取得成功的。 2 ．1 ．2 生产系统 9 0 0 m 水平按9 0 万吨／年设计，至今未达产的主要原因是工作面生产能力未充 分发挥出来。而且，主要生产系统都满足9 0 万吨／年的生产能力需要。 ①通风系统 矿井有两台主扇 型号2 K 6 0 - - - N 0 3 6 ，有较大的余量可供增加矿井风量，完 全能满足上综采的风量需要。 ②供电系统 地面有3 5 K V A 变电站及两台1 0 0 0 0 K V A 的主变， 9 0 0 m 水平有一采区、二采 区变电所，井下有双回路供电的主要供电设备线路，完全能满足上综采的供电需 要。 ③运输系统 9 0 0 m 水平采用1 0 T 架线电机车牵引3 T 卸底式矿车运煤到井底车场，然后用 大倾角胶带运输机运至 1 0 3 0 m 水平地面煤仓，再用过江索道运至洗煤厂。运输巷 道断面、车场通过能力，矿井运输能力以及煤仓装储能力都能满足上综采的需要。 运输石门和提升上山只需局部改造即可满足运输综采支架及大型设备的需 要。 2 ．1 ．3 煤层条件 1 撑、∥、5 毋、酽、1 4 撑、1 5 4 、2 1 撑、2 3 存、2 矿等中厚煤层全部或局部都适合进行 大倾角综采，其储量超过2 0 0 0 万吨 不含 7 0 0 m 水平 。炮采按平均月产1 ．0 万吨， 5 重庆大学工程硕士学位论文2 大倾角复合顶综合机械化采煤可行性研究 综采后按月产3 ．0 万吨计算，上综采月增加原煤2 ．0 万吨，按吨煤可变成本3 5 ．6 6 元／吨和吨煤售价2 1 0 元／吨计算，年创经济效益将达到2 ．0 万吨／月 2 1 0 一3 5 ．6 6 x 1 2 4 1 8 4 ．1 6 万元。综采原煤灰分将比炮采降低2 ．4 ％，吨煤将提高单价4 ．8 0 元， 按综采年最低产量3 0 万吨计算，年增收3 0 万吨x 4 ．8 0 元 1 4 4 万元。 从安全上看，2 1 1 4 1 工作面由于顶板属于典型复合顶板，采用液压支架无疑是 最佳的支护方式，可以大大减少乃至避免顶板事故，大大降低了项板管理难度， 对安全生产十分有利。 2 ．2 工作面概况 2 11 4 1 采煤工作面，位于花山矿 9 0 0 m 水平一采区1 4 撑煤层第一区段西翼，上 止 1 0 3 4 ．5 m 标高，下止 9 7 8 m 标高，西起开切眼，东止停采线，走向长7 7 0 m ， 倾斜长1 3 0 m ，该工作面有一向斜穿过工作面，向斜轴部煤层倾角大于5 5 0 ，对正 常回采有很大影响。 2 1 1 4 1 采面平面图见图2 ．1 采面上部 1 0 4 0 m 标高为3 1 4 5 采空区，东面为2 1 1 4 2 采空区，下部均未开采。1 4 。煤层与1 3 撑煤层层间距为2 ．4 ～ 2 ．8 m ，与1 5 4 煤层层间距为6 0 m 。2 11 4 1 工作面煤层属结构复杂煤层，煤层厚度变 化大，煤层在工作面内最大厚度4 ．0 m ，最薄1 ．6 m ，平均2 ．3 5 m ，其中煤厚1 ．7 8 m ， 夹矸厚0 ．5 7 m ，煤层主要由三层夹矸和四层煤组成，倾角在2 4 0 - - - 6 0 0 之间，平均 3 8 0 左右，该煤层伪顶由炭质泥岩组成 局部不完整 ；直接顶由1 3 煤层及其底板 组成，由西向东岩性由粉砂岩、粗砂岩、含炭泥岩、1 3 撑煤层过渡为粗砂岩、含炭 泥岩、1 3 ”煤层组成；老顶由西向东岩性由细砂岩一含砾粗砂岩过渡为细砂岩一 中粒砂岩互层，厚度在3 6 ．7 m - - ．，2 1 ．9 m 范围内变化，其上为1 2 。煤层；直接底岩 性为粉砂岩或泥质粉砂岩，厚度在4 ．4 m 一- 1 ．7 m 范围内变化；老底岩性从上至下， 由含砾粗砂岩过渡为粗砂岩，厚度在1 1 ．0 m - - - 1 7 ．0 m 范围内变化。 2 11 4 1 工作面局部顶板有淋水，底板有渗水，且有C K l 0 2 5 钻孔穿过煤层，由 于未封孔有可能存有水。1 4 并煤层为高瓦斯煤层，2 11 4 1 工作面为高瓦斯工作面。 1 4 4 煤层煤尘爆炸指数为2 1 ％，煤尘具有爆炸性。 6 重庆大学工程硕士学位论文 2大倾角复合顶综合机械化采煤可行性研究 淤面 [ 作面平面图 低 儆砂心溆 衫 { l ≈；％函 飞 ∞ 够 ．缈 图2 ．12 1 1 4 1 采面平面图 F i g ．2 ．1T h ep l a ng r a p ho f 2 1 1 4 1c o a lf a c e 煤岩名称 柱 状层厚 m 煤岩特性 飞 由西向东岩性由灰色厚层状细砂岩、浅灰 粉砂岩 色含砾砂岩过渡为灰色厚层状细砂岩及厚 粗砂岩互层 2 0 ．O 层状中粗砂岩组成 1 3 煤层 ＼f．． 0 ．2 1 矿煤层、属光亮型煤 1 ．0 灰黑色炭质泥岩 深灰色泥质粉砂岩过渡为深灰色厚 ／∥ 1 ．8 层状粉砂岩 炭质泥岩 ，＼、L 0 ．1 灰黑色炭质泥岩 粉砂岩 炭质泥岩 1 4 煤层 2 ．3 5 1 4 煤层、属半暗半亮型煤 0 ．4 6 O ．1 6 0 ．4 0 ．2 1 0 ．6 2 O ．2 0 0 ．3 0 粉砂岩1 ．8 深灰色厚层状砂岩或深灰色厚层状泥质 粉砂岩 ●●●●● 由上到下岩性由灰白色厚层状含砾粗砂 粗砂岩 ●●●●● 5 ．0 岩过渡为灰白色厚层状桓砂岩 ●●●●● Q y 7 重庆大学工程硕士学位论文2 大倾角复合项综合机械化采煤可行性研究 2 ．3 工作面支架的选型 2 ．3 ．1 支护强度计算 2 1 1 4 1 - 1 - 作面倾角在3 4 0 ～3 9 0 左右，平均3 8 0 ，采面采高范围在1 ．6 m “ - 4 ．0 m ， 平均2 ．3 5 m 。 1 按英国产业经验公式估算 q h 1 5 0 h 2 ．1 式中 q 卜支护强度，蝌／m 2 ； l 卜- 采高，按首采2 ．5 m ，支架高按3 ．0 m 计算， 则q h 15 0 x 3 ．0 - - 4 5 0k N ／m 2 2 按倍数岩重量法公式计算 q h - - 嘶 2 ．2 ．式中 q h 支护强度，k N ／m 2 l 卜．采高，按首采2 ．5 m ，支架高按3 ．0 m 计算。 卜顶板岩石容重，2 5 k N ／m 2 卜不同条件下的倍数6 “ - 8 ，取6 则q h 6 x 3 ．0 2 5 4 5 0 k N ／m 2 3 按顶板类型公式计算 q h 5 8 h 1 4 L z 3 6 x L m - 1 2 ．3 式中 q b 支护强度，k N ／r n 2 L 卜周期来压步距，2 1 1 4 1 工作面按8 m - - - 1 5 m ，取8 m I r m 控顶宽度，按配套实际取4 ．1 3 m b 采高，按首采2 ．5 m ，支架高按3 ．0 m 计算。 则q h 5 8 x 3 ．0 1 4 x g 3 6 x 4 ．1 3 - 1 2 9 8 ．6 8 k N ／m 2 4 选择支护强度 根据以上计算，取支护强度为4 5 0 k N ／m 2 ，即0 ．4 5 M p a ，设计时支架支护强度 大于此数的1 ．1 倍，即0 ．4 9 5 M p a ，可以满足生产要求。 2 ．3 ．2 额定工作阻力的确定 1 支架额定工作阻力计算 P _ qh x b L B 1 2 ．4 式中 P - _ 液压支架额定工作阻力，k N ／架 8 重庆大学工程硕士学位论文2 大倾角复合顶综合机械化采煤可行性研究 q 城护强度，取计算的最大值4 5 0 k N ／m 2 垛端距，取0 ．3 M 蝴梁长度，3 M 一支架中心距，取1 ．5 M 卜支架效率，取0 ．9 M 则P - - 4 9 5 x 0 ．3 3 x 1 ．5 0 ．9 - 2 7 2 2 ．5 k N 2 根据经验公式计算 P L mx B x h x l , x n 2 ．5 式中 P 一液压支架额定工作阻力，K N ／架 L m 控顶宽度，按配套实际取4 ．1 3 m B 一支架中心距，取1 ．5 M 卜采高，按首采2 ．5 m ，支架高按3 ．0 m 计算 卜项板岩石容重，2 5 k N ／m 2 神顶区内顶板高度与采高之比，N 6 - - - 8 ，取6 。 则P 4 ．1 3 1 ．5 x 3 ．0 x 2 5 x 6 2 7 8 7 ．7 5 k N 3 选定工作阻力 经过以上计算，支架工作阻力为2 7 2 2 ．5 - - , 2 7 8 7 ．7 5 埘，支架工作阻力按理论计 算取最大值的1 ．1 倍。 则P H 1 ．1x 2 7 8 7 ．7 5 k N 3 0 6 6 ．5 2 5 k N ，取整数P H 310 0 k N 。 2 ．3 ．3 架型的选择 根据花山矿的1 4 “煤层顶板属复合型顶板，周期来压较明显的条件，选择双柱 掩护式液压支架较为合适，该支架为两柱斜撑，调高范围大，支撑合力靠前，适 合稳定以下项板，平衡千斤顶有适应顶板压力变化，改变合力作用点的功能，结 构相对紧凑、简单。参照以上计算结果，确定2 1 1 4 1 工作面支架型号为 Z G Y 2 6 0 0 ／15 ／3 5 型大倾角掩护式液压支架。 整顶梁带内伸缩梁，全封闭双侧活动侧护板，即侧护板延伸至项梁前端，护 顶性能好；顶梁前部下设保护板带插板式保护装置，与输送机电缆架形成活动隔 离“墙’’，有效保护行人和架内设备安全；活动侧护板平时由弹簧组件控制 弹簧 加大到0 1 4 m m ，需要时由千斤项控制，移架过程中可以根据需要调架；设双平 衡千斤顶，并由双向锁控制，适当加大拉力的安全阀调定值，，提高平衡千斤顶拉 力，增强支架适应煤层顶板压力变化的能力；前连杆为单杆、后连杆为整体组合 连杆，加大了架内后部空间。 9 重庆大学工程硕士学位论文2 大倾角复合顶综合机械化采煤可行性研究 2 ．3 ．4 防倒防滑装置 1 基本架防倒防滑 除活动侧护板和短推杆有防倒防滑作用外，还设有调架梁装置，可以调节架 间距和倒架复位。 2 排头支架防倒防滑 由下排头1 ～5 架组成，按①与②、②与③、③与④、④与⑤架的底座前后安 装调架装置、顶梁间安装防倒装置，使下排头支架组成动态组合，互为依托，防 倒防滑，作为全工作面不倒不滑的基础，以此为基准，其它支架防倒防滑就容易 解决。 3 排尾支架防倒防滑 由最后排1 ～3 架组成，按倒数①与②、②与③架底座前后安装调架装置，项 梁间安装防倒防滑装置，使排尾支架组成不倒不滑的稳定组合。 4 输送机防滑 大倾角煤层输送机本身无防滑能力，由支架来解决。措施每5 架为一组， 在其下第一架前输送机耳板与其第五架底座耳板间，斜置由千斤顶和圆环链组成 的防滑装置，闭锁千斤顶活塞杆腔为恒阻防滑力，泵压为向上提拉复位力，整个 工作面设置2 0 “ - 2 5 组，根据倾角大小而定。 2 ．4 主要技术特征 工作面支架的主要技术特征如下 表2 ．1 工作面支架的主要技术特征 T a b l e2 ．1T h em a i nt e c h n i c a lf e a t u r e so ft h ef o r c ep o e c e 名称技术特征 支架 高度 中心距 初撑力 工作阻力 支护强度 适应煤层倾角 操纵方式 泵站工作压力 重量 Z Q Y 2 6 0 0 ／15 ／3 5 1 ．5 m ～3 ．5 m 1 ．5 m 1 7 4 9 ～2 1 5 5 K N 2 3 0 6 ～2 8 4 2 K N 0 ．4 5 - - - 0 ．5 0 M 咿a 3 5 。“ 5 5 0 邻架控制，先移架后推溜 3 1 ．4 M 【P a 1 1 8 3 1 k g 1 0 重庆大学工程硕士学位论文2 大倾角复合项综合机械化采煤可行性研究 2 ．5 配套设备 因一般综采工作面使用的前进式端头支架，不适应大倾角煤层变化的端头支 护的要求，故选择有专利技术的横式端头支架，型号为Z T J H 7 4 0 0 ／1 6 ／2 5 。根据 2 11 4 1I 作面煤层赋存条件以及配套设备的生产能力，决定性选用M G 2 0 0 ／5 2 0 ．咱W D 型号采煤机，该采煤机总装机功率为5 2 0 K W 双滚筒大倾角采煤机，其牵引方式为 无链 齿轮一销排 传动，截深为0 ．6 3 m ，适应3 5 0 “ - - 5 5 0 大倾角煤层综采，与其 相配套的设备有 1 S G B - - 7 3 0 ／1 6 0 型号大倾角刮板运输机，其最大长度为2 0 0 m ，输送能力为 6 0 0 ～7 0 0 1 弛，总装机功率为1 6 0 K W 。 2 K S G 融一8 0 0 K V A 移动变电站，对工作面设备供电。 3 B P W 一3 2 0 ／6 ．3 型4 5 K W 喷雾泵。 4 S D J _ 1 0 0 型1 5 0 K W 2 7 5 K W 皮带运输机。 5 J } L 1 4 型1 4 K W 回柱绞车 6 B R W 一2 0 0 ／31 ．5 型12 5 K W 乳化液泵． 7 K S G 一5 0 0 K V A 移动变电站，对运输巷设备供电。 8 K S G 一3 1 5 K V A 移动变电站，对回风巷设备供电。 2 ．6 本章小结 概述了2 11 4 1 工作面基本情况，详细论述了支架选型、基本特征、参数等， 工作面设备的配套情况。 1 综合机械化采煤技术是一项较成熟的技术，在3 0 0 “ - 5 5 0 的大倾角煤层中有 应用成功的先例，从经济效益、安全方面进行了对比、分析。 2 论述了2 1 1 4 1 工作面煤层赋存条件，周围开采情况，具备上综采的基本条 件。 3 论述了支架参数的选定、防倒、防滑等关键技术问题。 4 论述了支架的主要技术特征、配套设备技术参数。 重庆大学工程硕士学位论文 3 大倾角复合顶综合机械化采煤方法研究 3 大倾角复合顶综合机械化采煤方法研究 3 ．1 工作面概述 2 1 1 4 1 工作面采用走向长壁后退式采煤方法，自然垮落法管理顶板。采面采用 M G 2 0 0 ／5 2 吐Q W D 型采煤机割煤，S G B - - - - 7 3 0 ／1 6 0 型刮板运输机运煤， Z Q Y 2 6 0 0 ／1 5 ／3 5 型大倾角掩护式液压支架支护顶板，运输巷采用一台S G B - - - 1 5 0 C 型刮板运输机和一台S D J - - 1 0 0 0 型皮带运输机运煤。工作面采用“三八”制作业， 两班生产，一班检修。每班两个循环，循环进度为0 ．6 3 m 。采煤机迸刀方式。采煤 机进刀方式为低位斜切进刀方式。如图3 ．1 所示回采工艺流程为安全检查一采 煤机沿刮板运输机弯曲段上行斜切进入煤壁一采煤机进入刮板运输机直线段后_ 将刮板运输机弯曲段以下部分推移至煤壁_ 采煤机下行割三角煤_ 拉架_ 采煤 机上行正常割煤_ 跟机拉架_ 采煤机下行清扫浮煤_ 推溜一人工清扫架前架间浮 煤。 详见图3 _ 4 ，循环作业图 采面上下端头支护采面上下端必须打设高超前缺 口，上缺口斜长2 ．0 m ，宽1 ．0 m ，下缺口斜长5 ．0m ，宽2 ．0 m ，上下缺口均采用四对 八梁配液压单体支柱支护顶板，梁用3 ．4 m 长的冗型钢梁，并交替迈步前，迈步步距 为1 ．0m 。 详见图3 ．1 采面布置图 图3 ．12 1 1 4 1 工作面布置图 F i g ．3 ．1T h ea r r o n g e m e mp l a no f 2 11 4 1c o a lf a c e 1 2 重庆大学工程硕士学位论文3 大倾角复合项综合机械化采煤方法研究 B B 最大控项距 图3 ．22 11 4 1 工作面支架最大控项距 F i g ．3 ．2T h em a x i m u md i s t a n c eo f f a c ec o n t r o lo f f o r c ep i e c ew i t h2 11 4 1c o a lf a c e ‘1 2 1 采煤机沿刮板运输机弯 口割通 3 曲段斜切进入煤壁，并与下缺 2 随即将运输机弯曲段上部推直 3 采煤机上行，正常割煤 图3 ．3 采煤机进刀方式图 F i g ．3 ．3F e e dm o d eo fc o a lc u t t e r 1 3 重庆大学工程硕士学位论文 3 大倾角复合顶综合机械化采煤方法研究 4 谶 一班二 班三班 246 81 01 21 41 61 82 02 2 2 4 一 。。_ jJO ． j 鼎 1 2 0 1 1 伊一 1 0 0 一 9 0 一 7 ] 3 至 妇．3 一『j a 8 0 3 7 0 一 ‘3 a 6 0 b 击 5 0 一 ／ 。 ￡ 4 0 觚⋯删1 ，删 3 0 ≈ 2 0 一 1 0 一 ＼ 图例割煤 拉架ee空机下行扫浮煤 t ，t 推溜 △△ 清扫浮煤一 安全检查检修的的做缺口l ／1 图3 ．42 11 4 1q - 作面循环作业图 F i g ．3 ．4 T h ec y c l eo p e r a t i o ng r a p go f 2 11 4 1c o a lf a c e 3 ．2 移架方式 根据2 1 1 4 1 工作面情况，采用单架连续式移架方式。即支架沿采煤机牵引 方向逐架依次前移，移动步距等于截深，支架移成一条直线。这种方式操作简单， 容易保证规格质量，能适应不稳定顶板。 3 ．3 本章小结 1 对采煤工艺进行了论证和设计； 2 论证和设计了劳动组织和循环作业方式； 3 论证和设计了上下端头支护、进刀、移架方式。 1 4 重庆大学工程硕士学位论文4 工作面矿压观测研究 4 工作面矿压观测研究 4 ．1 概述 2 1 1 4 1 工作面自2 0 0 6 年9 月份试生产到2 0 0 7 年l O 月止，累计生产原煤3 0 ．5 万吨，最高月产达3 6 6 8 0 吨，最低月产3 7 4 0 吨。由于采面地质构造的影响，中途 完成了整体搬家跳采和第二次独立撤出、安装工程。搬家后的采面逐步走上良性 循环，日产稳定在1 3 0 0 吨左右，最高日产达1 9 9 5 吨。 在开采过程中遇到以下几个方面的技术和管理难题 1 2 1 1 4 1 工作在瓦斯较高，当采煤机割煤速度较快时，采面瓦斯就会超限，导 致采面机组无法发挥其自身作用，采面无法正常回采。 2 采面超前压力较大，致使两巷严重变形，断面缩小，以及周压频繁，无法 准确掌握周压步距和顶板活动规律，给采面的回风、运料和项板控制带来很大的 困难。 3 当工作面接近采面向斜地质构造带时，采面架前冒顶和煤壁片帮严重，致 使工作面推进速度缓慢，给顶板管理带来了前所未有的困难。 4 由于冒项和倾角较大，“三机”出现上窜下滑以及支架上部常为空顶区，受 上部岩石跨落冲击影响，工作面支架低头、歪斜、倾倒和变形，造成移架时出现 咬架、背架、趴架、甩头、挤架、跷脚和钻底现象，给移架工作带来很大的难题。 5 因采面无法正常通过向斜地质构造带，需整体搬家跳采，由于支架上方顶 板受超前压力影响非常破碎，支架无法正常撤出，给采面撤出带来了很大困难。 在采面两巷煤层中打超前抽排眼排放瓦斯。沿两巷煤层打超前瓦斯抽排眼， 安设瓦斯抽排管路等抽采系统，坚持2 4 小时抽排，加大对采面风量的调配。并对 两巷进行了维护处理，保证有足够断面通风，以达到采面供风要求，确保了采面 的正常回采。 4 ．2 工作面支架压力观测区 4 ．2 ．1 工作面测站布置 由于2 1 1 4 1 工作面倾斜长度变化较大，工作面支护形式变化较大，确定将液 压支架编号从下部开始1 誊、2 撑、3 撑、、、。 该测区共划分为下、中、上三个测站。工作面支架为两柱掩护式，因而每个 测站在一架支架左右立柱高压腔安装1 台压力计，能显示和记录观测整架左右立 柱工作压力。具体布置如下 下部1 3 捍支架 重庆大学工程硕士学位论文4 工作面矿压观测研究 中部2 4 。支