大倾角煤层综合机械化采煤法.pdf

大倾角煤层综合机械化采煤法 李俊斌 1, 2 1 1中国矿业大学 矿业工程学院,江苏 徐州221008; 21淮南矿业集团有限责任公司,安徽 淮南232001 [摘 要] 总结国内大倾角煤层综采的历史和淮南的生产实践,并对其进行了分析评价,指出 了大倾角煤层综采目前存在的问题,阐述了大倾角煤层综采的安全高效开采的前提条件,工作面设计 需要注意的问题以及设备选型配套的原则,提出了四点建议。 [关键词] 大倾角煤层;综合机械化开采;技术分析 [中图分类号] TD823197 [文献标识码] A [文章编号] 100626225 2008 0520003203 Full2mechan izedM in ingM ethod of Steeply Inclined Coal Seam L IJun2bin 1, 2 1 1Mining Engineering College, China University ofMining 21HuainanMining Group Co, Ltd. , Huainan 232001, China Abstract Current problemsof full2mechanizedmining steeply inclined coal seam were summarized after analyzing historyof full2mech2 anized mining steeply inclined coal seam in China and practice in Huainan in this paper . Precondition of full2mechanizedmining steep2 ly inclined coal seam, problems in mining face design and principles of equipment lectotype were introduced. 4 suggestions were put forward aswell . Key words steeply inclined coal seam; full2mechanized mining; technology analysis [收稿日期] 2008 - 06 - 11 [作者简介]李俊斌1964 - ,男,安徽无为人,高级工程师,注册安全工程师,中国煤炭学会短壁机械化开采专业委员会委员,现任淮 南矿业集团生产部副主任工程师。 大倾角煤层是指倾角在35～55 之间,局部达 60的煤层,相对于缓倾斜煤层来说,存在着顶板 难管理、设备难稳定、安全难保证的问题,一直是 我国难采煤层的主要难点。 淮南矿区随着开采的延深以及产量规模的大幅 度提升,地质条件越趋复杂,面临棘手的问题也越 来越多,大倾角煤层综采就是其中之一。目前,主 要有新庄孜、李嘴孜、潘三、潘北等矿开采大倾角 煤层,开采的煤层倾角将超过50,因此,研究大 倾角煤层综采,既十分紧迫,又非常必要。 1 大倾角煤层综采历史沿革与认识评价 111 国内大倾角煤层综采历史沿革 自上世纪80年代起,我国先后引进原西德、 波兰、英国、西班牙、前苏联等国的大倾角综采设 备,在开滦、新疆、鹤壁、南桐、鹤岗、沈阳、北 京、攀枝花、华蓥山、天府等矿区进行了试验与生 产,均因设备不适应所开采的煤层条件而未取得预 期效果。部分设备闲置,有的设备改造后在缓倾斜 工作面使用。采用国产装备,大倾角煤层综采具有 代表性的有 1 1986年沈阳矿务局红菱矿第1次在 32～ 37,平均35 倾角的煤层中,使用QY320213 /32 液压支架, MLS32170采煤机,SGD2730 /180刮板 输送机, YAJ222液压绞车等获得成功,最高月产 30800t,最高日产1600t。 2 2003年靖远煤业王家山矿在煤厚 1315～ 23m,平均煤厚1515m,倾角38～43,平均倾角 41的44407工作面,采用 “ 倾斜 2 圆弧 2 水平 ”布 置方式,使用ZFQ23200 /16 /28放顶煤液压支架, ZT214400/20 /31端头支架,ZT29600 /20 /31端尾支 架, ZFG24800 /19 /30过渡支架, MG200 /5002QWD 采煤机,前后刮板输送机SGN2730 /160,在工业性 试验期间,平均月产64304t,最高月产70681t,最 高日产3045t,回采工效4516t/工,工作面采出率 8213。 此外还有华蓥山、金牛能源、淮南、新汶、辽 源、阜新、淮北、平顶山、华亭等矿区,大倾角综 采也取得较好的效果。 112 淮南矿区大倾角煤层综采 1 1982年4月,在谢一矿4242 C13槽顶区 工作面使用英国BJD全套综采设备试采,实现了 淮南矿区综合机械化开采零的突破。 2 2007年12月,李嘴孜矿回采的 32121工 作面,工作面不等长 92 ～42m、倾角32～46, 3 第13卷 第5期总第84期 2008年10月 煤 矿 开 采 Coalmining Technology Vo1113 No15 SeriesNo1 84 October 2008 平均39,平均煤厚113m,使用ZZ4000212 /24液 压支架, MG250 /5912WD采煤机,SGZ2764 /630刮 板输送机等,在职工操作不熟练、出煤系统设备不 配套的情况下,产量逐月上升,至2008年3月 面长为70m原煤生产21778t,最高日产1279t。 32007年淮南矿业潘北矿在煤厚210～ 610m,平均煤厚410m,倾角20～43 的1111 3 工作面,采用ZZ6400 /22 /45液压支架,ZZG6400 / 22 /45过 渡 支 架,MG500 /11302WD采 煤 机, SGZ800 /1050刮板输送机,SZZ800 /315转载机, SSJ1200 /2250胶带机,平均月产110310t,最高 月产133844t,最高日产6164t。 通过理论学习和现场摸索,淮南矿区逐渐熟悉 和掌握了大倾角煤层综采相关技术,但还不成熟, 离设定的工作面单产、效率工作目标还有一定的差 距,而且几乎都发生过因工作面支护系统失稳而引 发的咬架、倒架事故。 113 对大倾角煤层综采的认识评价 1上世纪70年代末,原西德、前苏联、英 国、法国、英国、波兰、西班牙等国曾研制过大倾 角煤层综采设备,应用到32～72 煤层,因煤层倾 角大,采煤工艺复杂,设备故障多,产量和效率低 产量012～013Mt/a,工效低于510t/工 , 故国外 对大倾角煤层开采的理论与技术的系统性研究较 少,近年来基本停止。 2国内大倾角煤层以非机械化开采为主, 机械化开采仅分布在部分矿区的一些倾角较小的矿 井或工作面。经过三十多年的摸索,我国基本上解 决了设备的防倒防滑问题,并对工作面设计、设备 选型配套、回采工艺、技术操作等均有一定深度地 研究和有效地规定。相比而言,国内大倾角煤层综 采居国际领先水平。 3倾角在35～55之间为最难采煤层,采用 综采是主要发展方向。同时,也是创新性较强的一 项工作。大倾角煤层综采技术要求严、实施难度 高、管理风险大,在技术和装备上处于摸索和试验 阶段,尚有待于进一步实践、改进、完善与提高。 2 大倾角煤层综采存在问题 目前,国内比较成功的大倾角煤层综采,主要 有急倾斜厚或特厚煤层,改革巷道布置,工作面 沿厚度方向水平直线布置,采用水平分层综采与水 平分段综放;次急倾斜特厚煤层,采取 “ 倾斜 2 圆 弧 2 水平 ”布置综放;大倾角厚及中厚煤层,采用 特种支架特殊措施全高综采。 总体来看,厚或特厚煤层综放相对成熟。但大 倾角厚及中厚煤层综采,尚存在单产与回采工效 低,安全可靠性和经济效益差的弊端。除此之外, 还存有如下问题 1主观思想观念上,对大倾角煤层综采技 术的复杂性认识不足,还没有做到客观、公正、科 学、合理地分析和处理问题,这是当前大倾角煤层 综采的薄弱环节,必须要持续改进。 2采煤方法选择上,对回采块段的生产技 术条件的分析工作重视不够、考虑不周、论证不 全,由此可能带来决策的盲目性。 3设备选型配套上,过于简单化,单向思 维的居多,注重防倒防滑辅助设施的配置,忽视提 高与完善设备自身性能。另外,不论地质条件与设 备性能是否吻合,有什么就配什么。 3 大倾角煤层综采前提条件 任何采煤方法,都是有一定的适应条件的,大 倾角煤层综采亦然。研究分析认为,大倾角厚及中 厚煤层综采厚或特厚煤层综放除外的安全高 效开采的前提条件是 1围岩结构顶板类别2类 Ⅰ 级、2类 Ⅱ 级 及以上,底板类别 Ⅱ 级以上;无伪顶或伪顶较厚, 且直接顶或伪顶厚度在110m以上。 2开采煤层厚度或工作面采高随煤层倾角 的增大而相应降低,采高最大不超过415m包括 伪顶 , 煤层硬度系数应大于1。 3煤层赋存稳定,沿走向、倾向变化小, 水文地质条件简单。 4一般适用于地质构造简单,煤层倾角在 50以下,厚度不超过410m的煤层。 4 大倾角煤层综采工作面设计与设备选型 411 综采工作面设计 大倾角煤层,由于倾角处于倾斜上限和急倾斜 下限之间,在地质、矿山压力、采煤方法、井下运 输和回采机械化诸方面较缓倾斜有许多不同点和特 殊性,加之倾角大,顶板控制复杂。因此,如何使 综采工作面设计做到科学、合理、先进、可靠至关 重要,优秀的设计是创建安全高产高效采煤队的基 础,设计只有坚持 “查、避、优、改、破、控、 斜、留 ”八字方针,方能实现安全高效开采的工 作目标。 1查调查分析拟采块段的生产技术条件, 论证其是否具备条件,对满足或采取特殊措施符合 4 总第84期煤 矿 开 采2008年第5期 条件的,就坚定不移地实施。 2避切眼位置应避开地质构造带。同时, 合理确定开采煤层顺序,关注断层性质和煤层 顶板的节理与裂隙的发育发展方向与工作 面采向之间的关系,避免应力集中、片帮掉顶或较 大面积的冒顶。 3优优化工作面几何尺寸,工作面长度 以150～200m为宜,尽量等长布置。 4改改进工作面布置,轨道巷沿底掘进, 运输巷直接布置在顶板岩层中。工作面机头、机尾 各安装3架过渡支架,机头前3架过渡支架水平安 装,第4架开始圆弧过渡,使工作面下段支架 “ 倾斜 2 圆弧 2 水平 ”布置。 5破两巷破顶底施工,严防采掘期 间高帮片帮及回采时两出口管理困难。 6控切眼施工时倾角、高度应控制一致。 特别是切眼高度,不能出现大于或等于支架最大支 撑高度的情况,超高会使支架安装后,接顶不实, 难以升牢,不利于初期回采。 7斜切眼伪仰斜布置,为防止刮板输送 机推移下滑,根据实践经验,当工作面倾角大于 30时,运输巷超前轨道巷10～12m,使机头与运 输巷巷道中心线成85夹角。 8留采用机头预留1～115m底煤衬缓倾 角;合理确定机头第1架过渡支架位置,以距运输 巷上帮保留2m煤垛为宜。煤垛段人工使棚,超前 工作面4～6m,采用搪瓷溜槽与转载机搭接出煤; 设计施工顶板走向钻场时,钻场底板与回采工作面 顶板间要留够煤岩柱厚度,并采取措施防止漏冒事 故的发生。 412 工作面设备选型配套 根据大倾角煤层综采特点,必须改变传统的 “ 三机 ”选型设备配套理念,以支护系统的稳定性 为设计核心。选用高强度、宽底座的液压支架和高 阻力、大吨位的端头支架,全封闭的刮板输送机, 牵引和制动力大、装煤效果好的采煤机。 41211 液压支架 根据力学分析可知液压支架的的初撑和工作 状态稳定性均优于自由状态,支架下滑和倾倒主要 发生在降架移架时;支架的高度和宽度对下滑无影 响,支架的高度 h 和宽度 b对倾倒有影响, b/h值愈大,支架愈不容易倾倒;在工作状态,随 支架重量增加,下滑和倾倒加剧;摩擦系数μ 愈大,支架愈不容易下滑。 依据上述分析,基本支架选择宽型顶梁和底 座,较大缸径立柱的液压支架;采用整体顶梁,双 活大伸缩侧护板,加大侧推和调底千斤顶直径;使 用高强度板材,尽量减轻支架重量;选用带有凹凸 防滑面的顶梁和底座,控制和减少推移杆的自由 度;控制支架高度,降低支架重心,提高单个支架 稳定性;配大流量阀,实现快速移架。另外,过渡 段支架在宽度方向上设计为上窄下宽,采用侧护大 行程窄顶梁结构,全长加宽、双活结构侧护板。 41212 采煤机 采煤机性能首先要考虑爬坡和制动能力,牵引 力大,制动可靠,爬坡能力达到50,并切实解决 停机稳定和采煤机的润滑系统可靠性问题;其次是 装煤效果良好;再者,具备遥控操作、微机智能化 监控、监测和保护系统及故障诊断功能,易于实现 交互式人机对话和自动化。 满足上述要求,宜选用牵引力大、爬坡能力强 的大功率电牵引采煤机,其核心部件及元器件进 口;多电机驱动,电机横向布置;交流变频调速无 链双驱动,能够满足各种复杂地质条件下安全生产 需要。 41213 刮板输送机 刮板输送机启动、制动、防滑性能良好,并能 限制煤矸飞溅,确保运行稳定、安全可靠。 实现以上目标,宜选用整体铸造槽帮双链刮板 输送机;采用准边双链的链条布置形式;中部槽采 用优质合金钢铸造底挡板、铲板槽与高强度耐磨中 板组焊而成的整体结构,溜槽上带有可挂接防滑链 的高强度耳座;刮板输送机封底;刮板输送机自身 底板加装防滑钢筋棱条40mm20mm ;刮板输 送机电机和减速系统垂直于机身布置;加高挡板; 使用优质链条和进口活接环。 5 几点认识 长期以来,煤炭行业吃肥丢瘦,低下的资源采 出率,除片面强调客观和经济原因外,技术装备水 平落后也是一条不可忽视的原因。全面突破难采煤 层是提高煤炭资源采出率的关键,而采用综采则是 解决装备落后问题的根本技术途径。 1坚持 “ 管理、装备、培训 ”并重的原则, 珍惜国家资源,不避采,不弃采,迎难而上,切实 解决制约难采煤层开采的瓶颈问题。 2根据不同条件,分析大倾角煤层综采管 理特点,研究工作面合理工艺参数,特别是推溜、 移架工序及其与工作面布置之间的配合方式。 下转68页 5 李俊斌大倾角煤层综合机械化采煤法2008年第5期 推移步距/mm860 配套设备 刮板输送机SGZ900 /1050 采 煤 机 MG500 /11802WD 5 工业性试验 该套设备通过4个月的工业性试验在工业 性试验其间,由于提升皮带机及地面生产系统尚未 建成,利用原小煤矿运输系统生产,工作面设备处 于半生产状态,生产能力没能完全发挥出来 , 共 出煤700kt,推进700m。支架经受住了基本顶初次 来压及多次周期来压的考验。在基本顶初次来压 时,立柱安全阀最大压力达到40MPa 设计压力 为4312MPa ,说明该套设备完全能够满足韩家湾 煤矿生产的需要。 6 结束语 1通过对韩家湾矿地质条件的分析,确定 两柱掩护式液压支架是适合矿区使用的最优架型; 2根据矿区的煤层赋存条件,通过理论计 算并参考国内同类地质条件矿区的开采经验,确定 了支架的工作阻力为8800kN,支架高度为2300～ 4700mm; 3通过采取减小配合间隙、提高侧护板的 调架能力等措施,以保证支架的稳定性; 4对结构件的焊接工艺提出严格要求,以 确保结构件的可靠性; 5工业性试验结果表明,该套设备完全能 够满足韩家湾煤矿地质条件及生产需要。 [参考文献] [1 ]中华人民共和国煤炭行业标准 1MT31222000,液压支架通用技 术条件[ S]1北京煤炭工业出版社, 20001 [2 ]王国法,等 1液压支架技术[M ]1北京煤炭工业出版社, 19991 [3 ]中华人民共和国煤炭行业标准 1MT/T55621996,液压支架设计 规范[ S]1北京煤炭工业出版社, 19961 [4 ]中华人民共和国煤炭行业标准 1MT55421996,缓倾斜煤层采 煤工作面顶板分类[ S]1北京煤炭工业出版社, 19961 [责任编辑王兴库] 上接5页 3液压支架的稳定性是大倾角煤层综采的 一个基本问题,研发出性能可靠的技术装备,突破 大倾角煤层综采的重点和难点。 4科研人员要充分考虑经济效益因素对难 采煤层的影响,研究新的采煤方法和工艺,为煤炭 企业的各级领导决策提供技术支撑和安全保障。 [参考文献] [1 ]李慧平,蒲文龙,郭守泉 1浅谈大倾角煤层优化开采技术方 向[J ]1煤矿开采, 2005 1 202221 [2 ]牛世胜 1大倾角煤层综采技术的应用[ J ]1矿业装备, 2007 2 822831 [责任编辑王兴库] 上接32页 2资源回收创利方面的效益5654采煤工 作面利用综采技术后,采出率大大提高,可以达 97;柔性掩护支架采煤,采出率较低,达83; 刀柱采煤法,资源采出率仅为7016。根据5654 工作面的可采储量计算,采用综采技术后年增加效 益为2273157万元。 3掘进率和掘进费用利用综采技术后, 可将柔性掩护支架采煤和刀柱采煤的2个工作面合 为1个工作面,可少掘2条工作面巷道、甩道及石 门等巷道共计2900m,可节约费用成本234万元。 5 结论 1急倾斜中厚煤层长壁综合机械化开采的 研究与应用成功,安全状况得到了极大改善,提高 了工作面产量和工效,减轻了工人的劳动强度,拓 展了综采技术的适用范围,促进了急倾斜中厚煤层 开采技术、理论和配套设备的研究,为类似地质条 件下煤层高产高效奠定了坚实基础。 2现工作面使用的挡矸系统过于笨重,操 作不方便,需要改进。 3工作面倾角达54时,采煤机牵引行走部 易出故障,行走轮断齿、行走箱轴失效加快。 4割煤时,割煤机只能下行割煤。实现上 行割煤是急倾斜综采工作面增产的关键。 [参考文献] [1 ]伍永平,员东风,等 1绿水洞煤矿大倾角煤层综采技术研究 与应用[J ]1煤炭科学技术, 2001, 29 4 302321 [2 ]周邦远,伍厚荣,等 1绿水洞煤矿大倾角煤层综采开采实践 [J ]1煤炭科学技术, 2002, 30 9 212231 [3 ]王社平 1葛泉矿急倾斜煤层综采技术实践[J ]1煤炭科学技 术, 2006, 34 6 362401 [责任编辑毛德兵] 86 总第84期煤 矿 开 采2008年第5期