薄煤层开采设备选型配套研究.pdf

煤炭工程 2 0 1 0年第 3期 薄煤层开采设备选型配套研 究 郑 伟 贵州大学 矿业学院 ，贵州 贵阳5 5 0 0 0 7 摘要 工作面生产 系统的可靠性 ，不但要求单机设备要先进可靠，而且要求各设备之 间的 配套合理，特别是对于薄煤层工作面的复杂条件，要求整个工作面系统的配套更可靠。针对薄煤 层工作面的复杂地质条件，在综采设备选型原则的基础上，对主要设备选型进行 了分析和计算， 为类似薄煤层工作面的综采化提供 了参考。 关键词薄煤层开采；设备选型；三机配套 中图分类号 T D 4 2 1 文献标识码B 文章编号 1 6 7 1 0 9 5 9 2 0 1 0 0 3 - 0 0 0 4 3 随着薄煤层 开采技 术、薄煤层 开采设 备和支护设 备性 能 的不断提高 ，薄煤层 工作面正 向综采 方向发展 。这 样就 对配套设备在装机功率、运输能力、可靠性和安全性等方 面提出了更高的要求。目前国内对薄煤层综采设备的选型 与配套研究较少 ，前几 年薄煤层 开采 主要是 以高档普 采为 主，该工艺不但生产成本高，技术落后，职工劳动强度大， 顶板管理难 度大 ，安全没有 保 障 ，所 用设备也 不过关 ，事 故率较高。如何进一步完善薄煤层工作面设备选型配套技 术，提高工作面产量，实现薄煤层的高效安全生产，是 目 前需要解决的重大问题之一 。 1 综采设 备选型 原则 综采面 的选型 设 备 主要包 括 采 煤机 、刮板输 送 机 、 液压支架、转载机 、破碎机、胶带输送机等 。其中 “ 三机 ” 选型是实现高产高效的基本条件。在矿井初步设计时，应 遵循以下设备选型原则。 1 在性能上 ，各主要设备 的技术性能不仅要满 足矿 井 生产能力的要求 ，而且应 有一定 的富裕 系数 以减 少设备 的 故 障率 ，提高开机率 ，实现工作面安全高效稳产 。 2 在尺寸上 ，各配套设 备尺寸 与空 间几何 尺寸 合理 ， 满足生产工艺要求 ，操作维修简易。 3 在经济上，遵循工作面总体设计 中的设 备投资费用 原则 ，要求在安全可靠基础上 ，经济效益最大化 。 2 综采设备选型应考虑的因素 2 ． 1 地质条件对设备选型的影响 工作面地质条件 包括 地 质构造 、煤层稳 定性 、煤 层 厚度 、煤层倾角 、煤层坚 硬性 、煤 层顶底 板条 件等 ，这些 条件对于开采方法、回采工艺都有很大的影响，进而影响 到综采设备的选择 。 响工作面的推进速度 ，当断层落差较小且影 响范围不大时 ， 可以直接推进 ，当断层 落差 大于 2倍 采高且 断层影 响范 围 较大时 ，一般情 况下 ，应重 开切 眼，严 重影 响采煤机 的开 机率 。 煤层倾角对 回采工作 面支架 的稳定性 、采煤 机运 行速 度、输送机运输 能力 、工人 作业难度 均有较 大 的影响 。煤 层坚硬性是影响采煤工作面内片帮程度的一个因素，同时 对综采设备选型也有影响。 煤层顶底板条件是影 响采煤 工作 面安全生产 最重要 的 因素之一 ，其稳 定性影 响到采煤 工艺 的选 用 以及 采煤机截 深、割煤速度和开机率。 2 ． 2主要设备选型应考虑的因素 工作面的主要设备包括采煤机、刮板输送机、平巷输 送机和支架 。这些设 备的选 取直接影 响到 工作面 的生 产能 力及生产效率 。 支架选型主要考 虑 以下 因素 根据 矿压观 测结果及 工 程类比选择初撑力、工作阻力及支护强度；根据顶板冒落 选择顶梁长度及前探梁长度根据底板特性选择推溜力、 拉架力 、底座面积 及 比压 ；根据 煤厚选 择支架 最大 、最小 高度 ；根据倾角选择 放倒 、防滑 结构 ；根据 通风要 求选择 支架断面。 采煤机选 型主要考 虑以下 因素 根据工 作面生 产能力 要求选择采 煤机 类型 ；根据煤 厚 、工作 面空 间、支架 空间 选择机身尺寸；根据煤的硬度选择截割功率；根据工艺要 求选择滚筒及截深。 输送机选型主要考虑以下因素根据采煤机选择输送 机宽度 、能力 ；根据 拉架力选 择强度 ；根 据工作 面长度 选 择输送机长度 。 根据最大割煤量及巷道断面选择平巷输送机。 在地质构造 中 ，断层是 影响开 采的重要 因素之一 ，影 数 、 4 除了考虑以上因素外，设备之间的性能参数、结构参 工作面空间尺寸 以及相互 连接部 分 的形 式 、强度和 尺 收稿 日期 2 0 1 00 1 1 4 作者简介郑伟 1 9 8 4一 ，男，贵州贵阳人 ，2 0 0 7年毕业于贵州大学，现主要从事采矿及安全方面的研究工作。 2 0 1 0年第 3期 煤炭工程 寸等方面 ，必须保 证互 相 匹配协调 和适 用 。工 作面 输送 机 能力应该大于采煤机的落煤能力，液压支架的移架速度应 该 大于采煤 机的运 行速 度 ，采煤 机截 深应该 与 支架 推移 步 距相适应等。 3 实例分 析 在考虑工作面设备选型配套时 ，在考虑 以上原则的前 提下 ，还应结合矿井 的开采 地质 条件对 设 备提 出更全 面 的 要求。文章结合兴林矿 2 1 0 1 薄煤层 工作 面开采条件 进行 综 采设备选型配套研究 。 3 ． 1 2 1 0 1试验 工 作 面概 况 2 1 0 1工作面为综采工作面，布置在 2号煤层。2号煤 层 位于山西组 中部 ，属 大部可 采 的稳 定煤 层 。煤 层厚 0 ． 6 0 ～ 2 ． 7 0 m，平均 1 ． 4 4 m，煤层平均倾角为 8 。 。煤层含夹矸 0 ～ 2层，在中东部分叉 ，其中上分层零星可采，下分层局部 可采。顶板 多为细 粒砂 岩 、粉砂 岩 ，底 板 多为 泥岩 ，中砂 岩。根据2号煤层赋存特征、开采条件及矿井规模 ，生产 初 期确定 2 1 0 1综采工作面长度为 1 5 0 m。 3 ． 2主要 设备 选 型 3 ． 2 ． 1 液压 支架选型 1 选型原则 。液压支架是工作 面装 备中对生产 能力 影 响最大的设备，因此必须把支架的可靠性放在首位 。工作 阻力及 支护强度等参数 要满 足顶 底板 坚硬 条件下 的 薄煤 层 矿压要求，最低采高实现 1 ． 2 m，同时要保证三机配套的合 理参数和最小过机空间。支架顶梁应选用高强度材板，以 便减小支架重量和顶梁厚度，满足薄煤层综采设备的配套 及支架强度的要求 ，并增加工作 面的通 风断面要求 。 2 架型选择。在液压支架的选型上，应充分考虑薄煤 层 开采 时的技术特 点及 空间 狭小 的实际 情况 ，结合地 质 条 件 ，以重点降低整 体配 套高 度为 目标 ，同时满 足三 机配 套 技 术要求。 该矿为新建矿井 ，回采工作 面顶板压力 尚无实 测数据 ， 参 考邻 近矿区 回采 工作 面周 期来 压 步距 初 定为 2 0 m左 右 ， 设计采用老顶周期来压步距来计算液压支架工作阻力。 P ～3 ． 6 5 ． 8 M 1 ． 4 L3 ． 6 L mF 式中J P 预计 液压支架设计工作阻力 ，k N ／ 架 ； 采高 ，m； ， J 老顶 周期 来压步距 ，r f l ； L 控顶距 ，m； F 支架支护面积，1T I 。 代人数据计算得 P3 1 3 9 k N ／ 架 。 依据液压支架工作阻力计算数据，结合本井田 2号煤 层厚度 ，综采工作面液 压支架选 用 Z Z 3 6 0 0 ／ 1 4 ／ 2 8型 ，支撑 高度为 1 ． 4～2 ． 8 m，工 作 阻力 3 6 0 0 k N，支 架 重 量 1 2 ． 8 5 t 。 工作面端头支护选用 Z T 7 8 4 0 ／ 1 7 ／ 3 5型端头支架。 3 ． 2 ． 2 采煤机选型 1 选型原则。①要求采煤机除了对采煤机机身厚度有 特别的要求 以外 ，还 要有 一 定强度 和生产 能力 及功率 要足 够大，同时要尽可能机身短 ，以适应煤层薄及地质条件复 杂等；同时也是为了保证实现采高在 1 ． 2 m时三机配套高度 的需要，也是保证在这种地质条件下过断层的能力。②薄 煤层开采，存在着采煤机在过断层时带来的强烈的震动和 冲击 。因此 ，对整机 的功 率 和重 量 以及强度 和稳 定性 都有 很高的要求。③由于煤层较薄，架内空间小，行人极为不 便 ，为 了便于采煤机 司机 的操作 和开 采时采 煤机 有一 定的 牵引速度，实现高产，要求薄煤层采煤机必须具有离机控 制的特点 。 2 机型选择 。根据本 矿的地质 条件 ，结合其 他矿的经 验 ，选用型号为 MG 2 0 0 ／ 5 0 0一A WD型无链 交流变频 电牵引 滚筒式采煤机 ，该采煤 机切 割功 率达 到 了 4 8 0 k W。整机 为 多电机横向布置，机身由三段组成，无底托架，三段机身 采用液压拉杠联结。采用弯摇臂，加大了装煤空间。摇臂 行星头采用 四行星 轮结 构 ，行星 头的外 径小 ，适 合与 小滚 筒配套。该机电气系统具有四象限运行的能力，可用于大 倾角工作面；采用水冷式变频器，技术领先，可靠性 高， 体积小 ；具有简 易智 能监测 ，系统保 护 功能齐 全 ，查 找故 障方便 。 3 ． 2 ． 3 刮板输送机选型 1 选型原则 。刮板输送机 的输送 能力必须等 于或大于 采煤机的生产能力 ，并 留有 一定 的备 用能力 以满 足工作 面 出现片帮 、过载 等特殊 情况 下 的运输能 力 ；刮板 输送 机的 结构形式及附件必须与采煤机相配套，输送机槽的结构应 与工作面底板条 件相适 应 ，并 应考虑 能与 采煤机 底托 架和 行走结构尺寸相 匹配 ；刮板 输送 机 的溜槽 长度要 与液 压支 架 的宽 度 相 匹 配 ，并 且 溜槽 结 构 要 坚 固耐 磨 ，具 有 可 弯 曲性 。 2 机型选择 。对 于薄煤层 开采来说 ，为 了减少设 备故 障 ，结合本矿地质条件 ，决 定选用 S G Z一7 3 0 ／ 3 2 0 W 型刮板 输送机，该型输送机性能优越，强度高，可以实现三机的 整体配套，满足薄煤层的安全生产。 3 ． 2 ． 4 其它主要设备选型 根据煤层赋存 特点 ，结 合采 煤机 的生产 能力 和工 作面 刮板输送机 的运输 能力 ，确定 其它主要设备选型见表 1 。 表 1 工作面主要设备配备表 5 煤炭 工程 2 0 1 0年第 3期 大梁湾井 田保水采煤经济开采方法分析 吴亚安 ，葛光荣 煤炭科学研究总院西安研究 院 环境保护研究所 ，陕西 西安7 1 0 0 5 4 摘要在保水采煤基础上 ，通过对长壁限 高开采、长壁 留煤柱 支撑开采和 “ 采 1 2留 8 ” 条带开采三种采煤方法的比较 ，得 出经济开采方案 ，并对其稳定性进行 了数值模拟研究，从而确 定大梁湾合理开采方案，为榆阳区煤炭经济开采研究提供了参考依据。 关 键词 保 水 果煤 ；经济 开采 ；数值 模拟 中图分类号T D 8 2 3 ． 8 3文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 0 9 5 9 2 0 1 0 0 3 - 0 0 0 6 4 陕北榆 阳区大梁 湾井 田煤 层顶板 基岩 薄，随着井 田大 规模的开发，以及不合理的采煤方法将有可能导致采动裂 隙带直接波及到含水层，造成水源地的直接破坏，并导致 原来接受该含水层补给的井泉、河流和水库干涸，使该区 域生态环境面临严重危 险。因此 ，如何 在 “ 保水 ” 前提下 最大程度 的开采煤 炭资源 ，得 到最 大的经济效 益是 当前 煤 矿面临的问题 。 文章通过对大梁湾井田浅埋煤层不同开采方案的分析， 确定合理的经济开采方案。 1 工程地 质及 主采煤 层概 况 1 ． 1 含 隔 水层 孔隙潜水之上多被第 四系风积沙覆盖 ，厚度变 化不 大 ， 一 般为 1 4 ． 0 02 0 ． 0 0 m，岩 性 为中 细砂夹 粉砂 质粘 土 ，局 部夹有含 泥及 腐 植质 粉 砂条 带 。水 位 埋 藏一 般 为 5 ． 0 0～ 8 ． 0 0 m，富水性中等。潜水大多隐伏于萨拉乌素组地层之 下，局部地段偶见小面积黄土出露，厚度为 3 0～5 5 m。含 水层岩性主要 为粉土 质黄 土 ，厚度 一般 为 7 ． 4 4～ 6 4 ． 0 4 m。 水位埋深靠近滩地区较浅，一般小于 1 0 m，靠近黄土梁峁 3 ． 3 应 用效果分析 根据 以上选型配套 的分 析及生产 系统 的优化 ，2 1 0 1工 作面经过 6个月生产运行考察，所选配套设备各项参数符 合设计要求，具有配套合理、质量可靠、性能稳定、高产 高效等优点，并取得了预期的效果，工作面月产达到 4万 t ，比之前采用普采时的产量翻了一翻。 4结语 薄煤层属于地质条件较复杂煤层，在满足设备选型一 般性的准则上，主要应该针对薄煤层这一特点对工作面设 备进行合理的选型配套。通过以上分析，薄煤层应用综合 6 区较深 ，一般 1 0～3 0 m，富水性 弱。隔水层 为直 罗组连 续 分布 的泥岩 、粉砂质 泥岩 以及延安组 的泥 质粉砂 岩、粉砂 岩等 。 1 ． 2主采 煤层 井田的主采煤层为3号煤层，分布范围广，厚度较大， 在 5 ． 3 8～ 7 ． 3 5 m之间 ，平均厚度 6 ． 5 2 m。3号煤层 直接顶板 岩性为泥岩 ，局部 相变 为粉 砂岩 ，厚 约 0 ． 6 02 ． 0 0 m；基 本 顶为延安组第 四段 底砂 岩 真武 硐砂 岩 中粒长 石砂 岩 ， 厚度不大，为矿坑直接充水含水层；底板岩性局部地段为 粉砂岩，局地段为泥岩，厚约 1 ． o 0～ 2 ． 0 0 m，其下伏为厚 层状细粒长石砂岩。顶底板稳固性较好，煤层 中硬，裂隙 不发育 。 2采煤方 法分析 2 ． 1 长壁 限 高开采 根据 矿井水文地质规程上三带发育规律，若要保 证顶板水不透入到工作面内 ，需 满足下列关系式 Hb≤ H隔水岩段 式 中 导水裂隙带 ，m； 机械化开采的可行性得 到 了验 证 ，而且经 过生产 实践取得 了较好 的效果 ，同时也为条件 相似 的矿井采 用综采 技术提 供了借鉴经验。 参考 文献 [ 1 ] 陶维忠．采煤工作面设备选型配套的分布式系统及其生产过程 动态模拟的研究[ M] ．徐州 中国矿业大学出版社，2 0 0 1 ． [ 2 ] 中煤国际工程设计研 究 总院．煤炭设 计推 荐设备 选型 目录 [ M] ．郑州 郑州大学出版社 ，2 o 0 5 ． [ 3 ] 连向东 ，李学来 ，胡敬东．高效综采发展趋势与重大装备关 键技术分析[ J ] ．煤 ，2 o o 5，1 4 3 1 ～5 ，2 6 ． 责任编辑李泽荃 收稿 日期 2 0 0 9 0 9 0 4 作者简介吴亚安 1 9 8 3一 ，男，陕西绥德人，2 o o 6年毕业于中国地质大学 北京 ，现从事煤矿地下水环评工作。