薄煤层开采设备技术探讨.pdf

总26期河北能源职业技术学院学报SunNO. 26 2007年12月Journal of Hebei Energy Institute ofVocation and TechnologyDec. 2007 文章编号 1671 - 3974 2007 05 - 0033 - 03 薄煤层开采设备技术探讨 苗 青 河北金牛能源股份有限公司,河北 邢台 054000 摘 要本文围绕显德汪矿的薄煤层开采历程,对薄煤层的“ 三机 ” 设备应用技术进行了初步的探讨。 关键词薄煤层;综采;设备 中图分类号 TD421. 8 文献标识码A The Technology on Thin Coal Seam M in ing Equipment M I AO Qing Hebei Jinniu Energy Co. , Ltd, Hebei Xingtai 054000 AbstractThis paper, according to the course of the thin seam mining in XiandeMine, analyzes briefly the application technology of the “ three machines“ in the thin seam mining . Key words thin coal seam; fully mechanized mining; equipment 收稿日期 2007 - 08 - 29 作者简介苗青1960 - , 男,大专,河北金牛能源股份公司生产部副部长。 开采薄煤层要尊重这样一个前提经济合理、 安全高效。 实际上薄煤层在国际上尚没有一个准确的定 义,以美国为例,煤层厚度在1. 7米以下的定义为 薄煤层的范围。我国一般来说,把煤层厚度在1. 3 米以下的称为薄煤层。这只是从开采技术的范畴 对煤层厚度的区分。事实上,煤层的开采涉及到多 种要素,其中最基本最核心的就是技术可行、 经济 可行、 设备可靠及安全可靠。就当前我国所谓薄煤 层的开采情况,大部分都属于准薄煤层,包括我公 司显德汪矿1煤的开采和邢台矿5煤的开采,开 采高度最低也在1. 4米以上,即使煤层厚度不足1. 4 米,这是因为采用普通的综采设备开采,要取决于 人对作业环境最起码的要求,这也是我国拟把薄煤 层定义为1. 5米的原因。 薄煤层的开采存在着成本高、 管理难度大等诸 多问题,这是它的先天不足造成的,可是随着中厚 煤层储量日渐下降,薄煤层的开采自然被提到议事 日程上来。以显矿为例,矿井储量构成中的1煤占 的比例呈增高的趋势,维持矿井基本产量必须强化 对1煤的开采。1煤的赋存很不稳定,在可采区域 内,煤层厚度0. 5 - 1. 8米,含有夹矸,而且煤层厚 度在1. 5米以上的仅占总储量的十分之一, 90的 储量都在1. 2米左右,煤层倾角10- 30,局部 38 。因此,对综采设备的要求很高,也就是说,设 备选型很关键,这是很重要的前提。以下分述综采 “ 三机 ” 设备。 一、 液压支架 液压支架是综采的关键设备,对煤层地质条件 要有很强的适应能力和可靠的工作性能。显矿根 据1煤层赋存条件、 矿压活动规律和瓦斯赋存等特 点,选型的ZY2400 - 10/19型掩护式支架,支架主要 技术参数为支架高度1. 0 - 1. 9米,支架宽度1. 43 - 1. 6米,中心距1. 5米,支架最大长度4米,支架 初撑力1973KN,工作阻力2400KN,支护强度0. 4 - 0. 51Mpa,推移步距600mm,适应煤层倾角小于 35,立柱为单伸缩带机械加长杆,双平衡千斤顶, 支架重量7. 4吨。通过四个工作面的回采使用来 看,支架选型正确,支架性能可靠。但也存在一些 不足,例如,支架四连杆机构中的一些部位曾出现 开焊现象,底座立柱柱窝部位有开裂现象,立柱采 用的单伸缩附带机械加长杆对采高的适应性差,加 大了工人的劳动强度,支架顶梁略短,当端面顶板 较差时,需要支架采取即时支护的工作形式,这样 33 苗青薄煤层开采设备技术探讨 架前就没有了行人间隙,也就是说存在着端面距和 行人间隙两难兼顾的一个问题,对安全管理和作业 环境都不利,液压管路布置较乱,不易整理,支架供 液流量较小,推移速度较慢。 今后的支架选型在采用计算机对支架四连杆 机构进行运动分析寻优与强度设计的过程中,更要 注重为生产创造较为舒适的作业环境。比如,增大 支护强度系数,工作阻力不低于3500KN,优化支架 结构,立柱采用双伸缩形式,增强适应性,选用大流 量液压元件,提高支架的响应速度,针对薄煤层特 点,适当加长顶梁长度,合理布置液压管路系统,加 大人、 机空间。 二、 采煤机 薄煤层的开采,其中一个很大的困难就是设备 拆装、 运输。对采煤机来说,结构要简单,操作要简 单,要有可靠的工作性能,各零、 部件具有较高的强 度和刚性,要有很好的安装性和维修性。目前显矿 采用公司自行研制的MGN132/316 - DW型电牵引 采煤机,其主要性能参数为采高范围1. 1 - 1. 9 米,适应煤层倾角小于35,适应煤质硬度硬或中 硬,滚筒转速55r/min,滚筒直径1100或1250mm, 机身 厚 度400mm,机 面 高 度848mm,卧 底 量 210mm,电磁滑差调速销排无链牵引,最大牵引力 350KN,牵引速度0 - 6m /min,装机功率313. 5K W, 电压等级1140V,机身总重17t。 较首次选型的MG - 200W1型采煤机可以说 是一次设备升级。薄煤层厚度变化大,断层构造 多,通常需要破底岩0. 3 - 0. 5米,MG - 200W1型 采煤机底部螺栓易松动,当油温很高时,密封圈易 漏油,机 身 过 煤 高 度 低,这 些 都 是 致 命 伤。 MGN132 /316 - DW型电牵引采煤机机身有左、 右 牵引部,电控箱三大部分组成,部件之间采用哑铃 销和对接螺栓联接,具有较高的强度和刚性,采用 电磁滑差调速机构,启动性能好,力矩大,爬坡能力 优越。采用插件结构,系统简单,故障率低,滑差电 机体积小,便于维修更换,降低了机身高度,使设备 整体结构更薄更小,也就增加了过煤空间。 使用过程中,经历了过断层岩石破碎带、38 大 倾角,显示了可靠的工作性能。当然也存在一些有 待改进的方面,例如,滚筒叶片角度和高度的改进, 提高适应能力,提高装煤效率,截割电机、 牵引电机 的密封圈质量不过关,易进水,导致电机受潮跳闸 断电,齿轨轮注油不方便,实际上很难注进去,如果 采用可实现自润滑的轴承,不用注润滑油,减少维 护工作量,整体装机功率还可进一步加大,以满足 在煤层变薄区、 煤层夹矸发育或断层带及其它恶劣 地质条件下的生产作业需要。 三、 运输机 薄煤层开采对运输机有以下几个要求,运输能 力满足要求,槽帮、 链条耐磨强度高,电缆架在满足 存放电缆、 水管的前提下,结构尽可能低、 窄。显矿 采用的SGZ630 /220型铸造封底中双链刮板输送 机,其主要性能参数为出厂长度150m,装机功率 2X110K W,刮板链速1m /s,输送量450t/h,闸盘式 紧链方式,齿轮-销轨式牵引方式,传动方式采用 6JS - 110减速器和110K W电机,中部槽规格 1500X590X208mm,中部槽为铸焊、 封底结构,过煤 量达到150万吨。 经过生产应用,证实SGZ630 /220型运输机的 适应性较强,特别是其超 低 的 槽 帮 高 度只 有 208mm,通过压低溜槽高度,为薄煤层综采设备选 型提供了基础条件。其故障率较低的优点得到了 生产区队的认可。 煤的稳定性较差,地质构造复杂,煤层薄厚不 均,在经历较大范围的断层构造带或煤层变薄区 时,输送机整体性能还是暴露出一些不足。比如, 在1911工作面通过薄煤区时,出现了断链事故,槽 帮磨薄、 中板磨透,处理事故和更换溜槽费时费力, 影响了生产的正常节奏。可见,对SGZ630 /220型 运输机的一些性能参数还要强化,增大刮板链安全 速度,圆环链由 Ф22X86增大到 Ф26X92,中板厚度 由20mm增大到30mm,铲板侧槽帮上槽翼加厚,为 采煤机提供更加稳固的轨道,采用行星减速器使传 动机构更为紧凑,增大两出口的有效空间。 显矿十几年来的薄煤层开采可以说是在技术 不断革新,设备不断升级,工艺不断进步这样一条 道路上走过来的。上世纪八十年代至九十年代初 期,采煤工艺是煤电钻打眼放炮,金属摩擦支柱或 单体液压支柱与铰接顶梁支护顶板,运输设备是 SG W - 40T型刮板输送机。采煤设备先后升级为 MLQ3 - 100、DY - 150采煤机,运输设备升级为 SG W - 150C型刮板输送机,仍然采用单体液压支 柱与铰接顶梁支护顶板,还是属于人员作业密集型 的普采工艺。九十年代中期,投入了第一套综采设 备,综采支架是KX180 - 07 /18型插腿式掩护支架, 采煤机还是DY - 150采煤机,运输机还是SG W - 150C型刮板输送机,这是一次采煤工艺的质的变 革,但是,生产中仍然存在着较多的问题,例如液 压支架的支护状态不稳定,“ 三机 ” 事故率高,产量 并没有大幅度的提高,没有达到人们的预期目标。 九十年代末期,在广泛调研、 论证的基础上,对“ 三 机 ” 设备进行整体优化选型,最终确定下转43页 43 王春耕无煤柱开采技术在综放工作面的应用 通过采取一系列留巷加固措施,从工作面开采 后的留巷效果来看,比较理想,能够满足回风和起 到瓦斯释放巷的作用。 4. 2无煤柱开采技术 九采区工作面为下行开采, 12907工作面采完 后,运输巷进行沿空留巷,留下的巷道作为12909 工作面的回风巷; 12909工作面采完后,运输巷进行 沿空留巷,留下的巷道作为12911工作面的回风 巷。这样在两个相邻区段之间不需留设阶段煤柱, 实现了采区工作面无煤柱开采,多回收煤炭8. 5万 吨,采区的回采率得以大幅度提高。 4. 3工作面过空硐技术 工作面回采过程中,运、 副巷及上沿空留巷都 必须超前于工作面煤壁加强支护20米,配副巷距 煤壁20米内支设三趟单体支柱进行加强支护,单 体支柱必须穿柱鞋。回采过程中,由于有配副巷的 存在,配副巷处要求托顶煤进行回采,而掘进时是 沿顶掘进的,配副巷处两个支架上要用杂木棚严背 实,尤其是两帮要背死,防止配副巷上下两帮出现 片帮造成支架前梁空顶。 4. 4高瓦斯工作面瓦斯防治技术 在以往的开采实践中,九采区南翼回采工作面 绝对瓦斯涌出量均在5立方米/分钟,最高瓦斯涌 出量15立方米/分钟,为高瓦斯工作面,工作面上 隅角经常出现超限现象。909和911工作面采用沿 空留巷实现无煤柱开采后,工作面的污风一部分经 过配副巷进入总回风巷,一部分经过沿空留巷进入 总回风巷,同时隅角的瓦斯经过上一个工作面的采 空区得到扩散,杜绝了高瓦斯工作面隅角的瓦斯超 限,实现了安全生产。 5.结论 陶一煤矿在九采区通过采用沿空留巷,实现了 综放工作面无煤柱开采技术,使得区段之间不再留 设阶段煤柱,资源回收率得到大幅度提高,延长了 矿井的服务年限,经济和社会效益非常明显。另 外,在工作面副巷正常布置的同时,上一个工作面 的运巷采取了沿空留巷技术,把工作面运巷沿采空 区留下来,下一个工作面回采时与留巷贯通,作为 下一个工作面的瓦斯排放巷,彻底解决了下山南翼 高瓦斯工作面隅角瓦斯超限的问题,保证了安全生 产。此项技术在资源枯竭的高瓦斯矿井具有较好 的推广应用前景。 上接34页的ZY2400 - 10 /19型掩护式支架、MG - 200W1型液压牵引采煤机和SGZ630 /150型刮板 输送机,投入使用以后,获得了初步成功,“ 三机 ” 配 套合理,适应性较强,产量有了较大幅度的提高。 但是,采煤机的故障率较高,输送机的适应能力较 差,又对采煤机和输送机进行了换代、 升级,都是量 身制做,采煤机是MGN132/316 - DW型电牵引采 煤机,输送机是SGZ630 /220型铸造封底中双链刮 板输送机,至此,形成了较为成熟的薄煤层综采配 套装备和技术。显矿综采二队生产增长率大幅度 提高,较十年前,增长了132 ,他们自采自准年产 40万吨以上,原煤工效率一直保持在15吨/工以 上,一跃连续成为公司的高产高效采煤队之一。 “ 三机 ” 设备固然是薄煤层综采的核心,其他辅 助设备也很重要,主、 辅运输,液压泵站,等等。工 作面的设计布置,巷道施工质量,回采工作面的质 量管理的好坏也直接影响到回采效率、 安全生产等 作业指标的完成。我认为,显矿1煤的开采在整体 装备上还有再次升级和完善的地方。 “ 三机 ” 设备 文中已述,这里不再重复。其它设备还有待进一步 升级,例如,目前使用的液压泵站为两泵一箱,泵站 型号为MRB125 /31. 5,生产班两泵运转才能满足 作业需要,这本身就不合理,考虑到现今和将来工 作面倾角较大,回液困难这一因素,或者从较大富 余系数考虑,应该选用WRB200 /31. 5型的泵站。 这样就能做到一泵运转一泵备用。巷道设计、 规格 和功能有待改进和完善,适当扩大巷道规格为将来 安装使用转载机提供基础条件,综合机械化采煤应 该是产出效率高、 推进速度快的一种作业手段,转 载机作为配套设备应该得到重视。工作面设计布 置要充分考虑到回采过程中可能遇到的问题,优秀 的设计可以为生产提供优越、 先进的作业场所,为 安全、 高效的回采生产做出了应有的贡献。糟糕的 设计同样可以陷生产于左右为难的境地。过去的 类似运输环节繁多、 超合理角度仰采、 瓦斯或水文 地质情况不明、 断层落差几倍于煤层厚度的工作面 曾让生产组织困难重重。还比如,显矿曾采完的1 煤1619工作面,其外围辅助运输相当困难,运距 长,费工费时,工作面布置时,适当掘一条中间巷可 以为设备、 材料的后路运输解决很大问题,这不能 说不是设计的欠缺,这是不注重细节的习惯思维所 至。今后的设计一定要减少这样的瑕疵。 本文仅是以显矿为例对薄煤开采设备的技术 应用进行了初步探讨,我公司其它矿也面临着薄煤 层的开采,在技术论证、 设备选型时一定要放宽眼 界,使薄煤层开采同样达到高产高效的境界,这是 我们每一个工程技术工作者的责任。 34