白云乌素煤矿1603工作面采煤工序实测.pdf

声明声明下面论文由免费论文教育网 http//www.PaperE 用 户转载自互联网，版权归原作者所有，本文档仅供参考，严禁抄袭 免费免费论文论文教育教育网网 - 1 - 中国中国科技论文在线科技论文在线 白云乌素煤矿白云乌素煤矿 1603 工作面采煤工序实测工作面采煤工序实测 刘松青，张东升** 作者简介刘松青（1984-）男，中国矿业大学研究生，主要从事采煤方法和岩层控制方面的学习和研究 通信联系人张东升（1967-），男，教授，主要从事矿山岩层控制和高产高效开采技术开发等方面的科学 研究和教学工作. E-mail zhangdongsheng （中国矿业大学矿业工程学院，江苏 徐州 221008） 摘要摘要针对白云乌素煤矿 1603 工作面的煤层地质条件，本文综合运用理论分析、数值计算、5 现场实测以及工业性实验等研究方法， 分析了采煤工作面各设备的匹配程度， 合理确定采煤 工艺与参数及其他们之间的优化配置， 找出了白云乌素煤矿未来高产高效的开采方式； 并通 过理论分析和现场实测相结合的方法研究了工作面的开机率，统计分析了工作面的事故原 因，找出了影响工作面生产的诸多因素和问题隐患，并给出了解决这些问题的合理方案，为 白云乌素煤矿减少事故率、提高工作面开机率提供了理论依据。 10 关键词关键词综放开采工艺；采煤工序匹配；开机率；有效度 中图分类号中图分类号TD712 The Process Measurement of 1603 Working Faces Coal Mining in Mine Baiyun Mu 15 LIU Songqing, ZHANG Dongsheng Mining School, China Univercity Of Mining And Technology, Jiangsu Xuzhou 221008 Abstract According to the geological conditions of Mines Baiyun Mu 1603, this paper makes comprehensive use of theoretical analysis, numerical calculation, field measurement ,industrial experiments and other research s. It analyze the various equipments in coal face. And it 20 also sets coal mining technology and parameters and the optimal allocation between them reasonably to find out the future mining ways of high yield and high efficiency.Through theoretical analyses and field observations the research studies the opening probability of the coal face, analyses the causes of the accidents, finds out many factors and risks which influence production, and gives reasonable solutions to these problems. It provides Theoretical basis for 25 reducing coal mining accidents and improving coal face opening probability of the Mines Baiyun Mu. Key words Fully-mechanized sublevel caving mining technology;Mining process matching; Starting rate;Validity 30 0 引言引言 建设高产高效矿井是我国煤矿开采技术的发展的主要潮流， 也是我国煤炭工业发展的主 要方向。只有走建设高产高效矿井之路，才能扭转煤矿生产效率低下，经济效益差、安全生 产无保障的状况，才能降低生产成本、提高经济效益、改变煤矿生产面貌，从而促进煤炭工 业持续、稳定、健康的发展，也只有这样，才能保证中国煤矿沿着绿色开采之路可持续的发35 展[1]。 我国高产高效矿井建设的实践表明，由于我国煤炭资源分布广，煤种多，煤层赋存条件 多样，不同煤矿之间的技术条件差异过大。因此，我国煤矿企业如何根据自身的地质条件、 煤层赋存条件、装备水平等实际情况，应用合理的开采技术和先进的设备，并找出合理的持 续发展途径，实现煤矿的高产高效生产。 40 随着综放采煤工艺的发展， 煤矿高产高效生产又迈上了一个新的台阶， 综放工艺参数可 - 2 - 中国中国科技论文在线科技论文在线 根据不同开采条件、不同煤层厚度、煤层节理裂隙发育程度等条件合理地得到优化，如增大 机采高度，加大矿山压力对顶煤破碎作用，提高采出率；割煤与放煤速度得到进一步合理匹 配，开机率不断提高，从而提高煤矿生产的效率。但综采放顶煤技术自试验成功以来，经过 了多年的推广应用， 仍然暴露出了许多问题， 存在着设备配套能力低、 可靠性差、 开机率低、45 支架设计不合理、 综放工艺有待进一步优化等难题， 很难将工作面单产提高到一个到更高水 平[2]。因此，只有综放各道工艺在时间和空间合理的安排，保持生产的连续性与均衡性，才 能渠道良好的技术经济效果。 内蒙古白云乌素煤矿 1603 工作面自正式投产以来，高产高效成效显著。工作面单产进 一步提高，矿井生产进一步集中，但在当前煤炭市场竞争极其激烈的情形下，只有不断提高50 工作面单产、减少工作面面数和生产线条数，简化系统，减少生产环节，减人提效，才是企 业唯一出路。 因此， 内蒙古白云乌素煤矿如何使煤炭资源条件与开采技术条件及设备装备水 平相匹配，如何依靠自身特点合理确定采煤工艺与参数,是其进一步降低成本、提高效益和 深化高产高效矿井建设工作所面临的紧迫问题。 1 煤流系统各作业工序实测煤流系统各作业工序实测 55 1.1 采煤机运行速度采煤机运行速度 由于采煤机采煤过程受各种因素和客观条件的影响， 采煤机正常运行过程中， 总是处于 不稳定的状态，据实测统计资料显示，采煤机采煤过程是一个随机的过程，割煤速度可用正 态分布来描述[3]。 采煤机割顶煤时，割煤速度 v＝2.8m/min，δ0.86m/min， 如图 1-1 所示。 60 5 9 46 20 11 9 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0-11-22-33-44-55-6 图 1-1 采煤机割煤速度 Figure 1-1 Shearers Run Upwardly 1.2 推移刮板输送机的速度推移刮板输送机的速度 工作面刮板输送机的推移速度， 是根据采煤机割煤速度的不同有所差异。 推移刮板输送65 机的总体时间是跟割煤机割煤速度的大小有着密切的关系， 但每架输送机的推移时间服从正 态分布， 图 1-2 为 1603 工作面单架刮板输送机的推移时间分布图， 可用均值μ5.1s，δ0.56s 来描述。 - 3 - 中国中国科技论文在线科技论文在线 6 15 39 28 9 3 0 5 10 15 20 25 30 35 40 4-4.54.5-55-5.55.5-66-6.56.5-7 70 图 1-2 单架刮板输送机推移时间 Figure 1-2 Single-frame conveyor elapse time 1.3 支架移架时间支架移架时间 实测表明，支架的移设时间不是定值，移架时间与工作面顶底板情况、工人的操作水平 等诸多因素有关，是一种随机变量，但服从正态分布。图 1-3 为 1603 工作面单架移架时间75 分布图，可用均值μ38.5s，δ1.92s 来描述。 11 39 28 13 8 1 0 5 10 15 20 25 30 35 40 30-3535-4040-4545-5050-5555-60 图 1-3 移架时间分布图 Figure 1-3 Distribution of shifting frame time 1.4 端头等待时间端头等待时间 80 综采工作面端头处悬顶面积大，设备多，人员和材料、设备进出频繁，必须采取措施加 强维护。端头作业包括机头和机尾的移设、工作面上下端头的维护、平巷运输设备的前移、 拆卸和安装，上下平巷超前替棚等多项工序。工作面端头作业时间的长短，直接影响采煤机 的开机率和循环作业时间。端头等待时间也不是定值，其服从负指数分布。图 1-4 为 1603 工作面采煤机端头等待时间分布图，可用均值λ12mim 表示。 85 - 4 - 中国中国科技论文在线科技论文在线 6 41 29 11 9 4 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 5-1010-1515-2020-2525-3030-35 图 1-4 采煤机端头等待时间分布图 Figure 1-4 Latency Time of Shearers in The Ends 1.5 放煤时间放煤时间 综放工作面的放煤时间与煤层硬度、煤层厚度、煤层结构、放煤作业方式、放煤支架工90 况、工人操作熟练程度及其他一些人为因素的影响有关，即使在同一工作面内，每一支架的 放煤作业时间也不是定值，而是服从正态分布。图 1-5 为 1603 工作面单架放煤作业时间分 布图，可用μ78s，δ19.6s 表示。 3 9 27 43 16 2 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 60-6565-7070-7575-8080-8585-90 图 1-5 放煤时间分布图 95 Figure 1-5 Total Time of Top-Caving 1.6 工序实测分析工序实测分析 由以上实测结果可知，从各工序作业参数平均值来说，各工序之间匹配较为合理，但由 于方差值较大，尤其是割煤速度和放煤速度，此两者的叠加影响，会使前、后刮板输送机及 转载机超负荷运行，从而增加它们的故障率。因此，应不断提高操作人员的熟练程度，提高100 效率。 当日产量增加，采煤机速度加快后，则移架方式、放煤方式及进刀方式也应相应调整， 以保证工作面持续、稳定地生产。 - 5 - 中国中国科技论文在线科技论文在线 2 工作面开机率分析工作面开机率分析 开机率是综采生产过程中综采设备的适应性、可靠性、工作面组织管理水平、生产系统105 的可靠性、煤层地质条件等各因素的综合反映,提高开机率是建设高产高效矿井的关键。因 此,研究综采工作面的开机率及其影响因素,不仅有利于矿井提高开机率增加生产,而且可以 查清影响的主客观原因,以提出提高开机率的具体措施,为高产高效综采设备的配套决策提供 科学依据[4]。 2.1 有效度和开机率的概念有效度和开机率的概念 110 在煤矿生产系统的可靠性分析中,可靠性指标为有效度和开机率。系统在长期的运行过 程中,正常工作的时间比例称为系统的稳态有效度,简称为有效度；系统在长期的运行过程中, 典型设备开动工作的时间比例称为系统的开机率[5]。 在煤矿生产系统中,常以采煤机或工作面 输送机作为典型设备,因为一旦它们开机,必然伴随着煤炭的生产运出。 综采工作面生产系统是由采煤机、工作面刮板输送机、液压支架、端头支架、转载机、115 破碎机、皮带输送机、液压泵站、外部环境和其他一些人为因素组成,这些统称为部件。显 然其中任何一个部件发生了故障,都将直接影响工作面的正常生产。因此,工作面生产系统是 由这些部件组成的一个串联系统。假设工作面由n个部件组成,每个部件的一次无故障工作 时间服从指数分布,维修时间也服从指数分布,且相互独立,其故障率和维修率分别为 i λ和 i （i1，2，3，，n），则根据概率理论 120 系统有效度的计算公式为 1 1 1 − ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ∑ n i i i s A λ 在有效度的基础上，各开机率指标计算为 日开机率 Sd A T K 24 0 式中 0 T-采煤工作面每日可出煤时间 125 月开机率 dm KKK 1 1− 式中 1 K-每月处理大事故等停产所占用的时间比 年开机率 My KKK 2 1− 式中 2 K-每年中设备大修、工作面搬迁等停产所占用的时间比 2.2 1603 工作面统计情况工作面统计情况 130 工作面有效度和开机率的计算是为了具体分析生产系统的可靠性,下面根据白云乌素煤 矿1603综放工作面的生产实际,对其影响采煤机开机率的主要故障因素和时间进行了观测统 计，从而找到影响开机率的主要因素，为矿井生产的优化改造提供理论依据。 在现场实践中，白云乌素煤矿 1603 综放工作面观测统计时间为 2010 年 9 月和 10 月总 共 2 个月的时间，工作面影响采煤机开机的主要故障因素及时间结果分析如表 2-1 所示； 135 - 6 - 中国中国科技论文在线科技论文在线 表2-1故障统计 Table 2-1 Fault statistics 序号 故障因素 影响时间/min 百分比/ 1 皮带 1778 22.94 2 振动筛 140 1.81 3 给煤机 420 5.41 4 出口维护 165 2.13 5 移变故障 1490 19.22 6 刮板输送机 1350 17.41 7 采煤机 1145 14.76 8 转载机 190 2.45 9 液压系统 110 1.42 10 满仓 966 12.45 经过实际现场统计，1603 综放工作面的每天可出煤时间为 12.5h，观测时间 60 天，总140 故障时间 7751min，合计 129.18h，则该工作面生产系统的有效度为 78.82100 605 .12 18.129605 .12 − s A 1603 工作面的日开机率为 12.4378.82 24 5 .12 24 0 sd A T K 由此可见，1603 综放工作面生产系统的有效度为 82.78，开机率为 43.12。影响工作145 面系统可靠性的各因素影响时间有着很大的差别，具体分析如图 2-1 所示； 22.94 1.81 5.41 2.13 19.22 17.41 14.76 2.45 1.42 12.45 0 5 10 15 20 25 皮带振动筛给煤机出口维护 移变故障刮板输送机 采煤机转载机液压系统满仓 图 2-1 影响因素 Figure 2-1 Influence factors 150 由上图可以看出，1603 工作面系统可靠性的主要因素为 （1）皮带故障，占总影响因素的 22.94，工作面运输皮带和主井皮带故障所占的比例 最高，致使矿井的运输、提升能力受到很大的限制，对生产产生了很大的影响，严重影响了 开机率。 （2）振动筛，占总影响因素的 1.81，振动筛故障不是影响 1603 工作面开机率的主要155 影响因素。 （3）给煤机，占总影响因素的 5.41，给煤机的电动机机偏心轮是给煤机故障的主要 原因，因此，在维护期间应对这些部件维护好。 - 7 - 中国中国科技论文在线科技论文在线 （4）出口维护，占总影响因素的 2.13。 （5）移变故障，占总影响因素的 19.22 160 （6） 刮板输送机， 占总影响因素的 17.41， 这是工作面设备中影响开机率最大的因素。 （7）采煤机，占总影响因素的 14.76，作为采煤的主要设备之一，采煤机的工况直接 影响开机率的大小，因此，采煤机的维护对提高开机率有很大的影响。 （8）转载机，占总影响因素的 2.45。 （9）液压系统，占总影响因素的 1.42，作为最低的影响因素之一，这与 1603 工作面165 安装的新型支架和工人的操作维护水平密切相关的，液压系统的稳定性也直接提高了 1603 工作面生产系统的稳定性，有利于开机率的提高。 （10）满仓，占总影响因素的 12.45，满仓导致生产停顿，满仓的主要原因有二一时 由于煤仓容量太小，不能容纳足够多的煤;二是由于主井提升系统的能力有限，导致煤的提 升受到限制。 170 综上所述，白云乌素煤矿的外部运输环节和刮板输送机的工况对 1603 工作面的系统可 靠性影响很大，相比而言工作面的其他设备故障所占的比例不大。因此要提高 1603 工作面 的开机率，提高生产效率，实现 1603 工作面的高产高效，就必须对外部运输环节进行优化 配置和改造。 3 白云乌素煤矿煤流系统优化设计白云乌素煤矿煤流系统优化设计 175 随着工作面单产和机械化水平不断提高， 综采工作面材料消耗及人员相对减少；综采 工作面煤巷支护技术的进一步改进，使回采工作面开采过程中的辅助运输工作量大幅度减 少， 而矿井主运系统的压力越来越大。 出现工作面、采区能力大而大巷及主提能力相对较 低的现象，限制了工作面设备能力的发挥， 因此，白云乌素煤矿迫切需要对矿井煤炭运输 系统进行分析和改造。 180 从上一小节的分析可以看出，1603 工作面的煤仓和主井的运输皮带是限制工作面设备 发挥能力的主要因素，因此，对胶带运输机和 16 号煤仓的改造成了目前工作的重中之重。 3.1 胶带输送机的分析改造胶带输送机的分析改造 主井是专门提升煤炭至地面的井筒， 主井的运输能力直接决定着矿井的生产能力， 也制 约着采煤工作面各设备能力的发挥。白云乌素煤矿是主斜井，采用胶带输送机运煤至地面，185 胶带输送机的性能成了制约白云乌素煤矿生产的主要原因。在现场观测的两个月的时间里， 胶带输送机的故障占所有事故影响总时间的 22.94，成了主要的事故影响原因。 白云乌素煤矿的主井胶带输送机的生产状况存在了很大的问题，胶带输送机故障频出、 皮带老化、 设备故障不能很快的解决修等等， 这些问题是造成胶带输送机不能正常运转的主 要因素。 190 针对胶带输送机的运输能力不能满足工作面生产的要求和皮带老化的问题， 解决的办法 是更换皮带输送机和皮带，使用大功率的运输设备以满足生产的要求。 3.2 煤仓的分析改造煤仓的分析改造 目前 1603 工作面的年生产能力为 120 万吨，工作面一个循环的产煤量为 700t 左右，再 加上掘进煤量 100t，16 号煤仓能满足工作面生产要求时的容量为 800t。因此，16 号煤仓有195 效容量 800t 是能够满足生产要求的。 按煤仓有效容量 800t 为标准，有如下两种设计方案 - 8 - 中国中国科技论文在线科技论文在线 （1）方案一 改造 16 号运输上山， 使运输上山到达煤仓口时标高达到 1116m （原煤仓口标高 1091m） ， 抬高 25m,与原 16 号煤仓贯通形成新的煤仓。 200 具体做法是为了不影响生产，从 16 号轨道上山开口，以一定的角度向 16 号运输上山 方向掘上山，在掘进到 16 号运输上山上方时，以 16 号运输上山方向，以 15-16的角度掘 进上山到原煤仓上方，然后掘下山与 1601 回风巷贯通，形成通风系统。 在 16 号运输上山内挑顶与新掘的运输上山贯通， 同时， 对 16 号煤仓抬高部分进行掘砌 锁扣等工程，加上 16 号运输上山皮带安装完成，具备生产条件时，对 16 号采区生产影响时205 间，初步估算约需 2-3 个月。 （2）方案二 延伸主井井筒，将煤仓仓口上移，形成新的煤仓。 为使煤仓的有效容量达到 800t， 煤仓直径初步确定为 6m， 煤仓垂直深度必须达到 41m， 通过计算，原煤仓口在 16 号运输上山当中上移 80m，主井井筒以原角度延伸 83m，因 16210 号煤层底板涌水较大，初步估算涌水量为 30-40m3/h，在主井底做水仓，能够容纳 4h 的涌 水量，然后同时进行煤仓与主井底回风巷的掘进，以上工程完工后，同时进行 16 号运输上 山、主井皮带延伸、安装，对 16 号采区生产影响时间，初步估算约需 1 个月的时间。 （3）方案比较如表 3-1 所示 215 表 3-1 方案比较 Table 3-1 Scheme Comparison 序号 项目名称 方案一 方案二 1 掘进巷道 16 号集中运输巷 135m 主井井筒延伸 83m 改造 16 号集中运输巷 80m 2 掘进巷道断面 16 号集中运输巷 7.86m2 主井井筒 7.86 m2 改造 16 号集中运输巷 8.32 m2 3 支护形式 岩巷锚喷支护， 煤巷毛石砌碹支护 主井井筒混凝土碹拱支护 改造 16 号集中运输巷 石墙、 钢梁、 预制板 4 煤仓施工 施工25m， 净直径6m， 只对25m 进行掘砌，煤仓下端利用原有 煤仓设施 施工 41m，净直径 6m，煤仓下端锁 扣及放煤口等设施重新施工 5 施工水文地质条件 岩层涌水较少 岩层涌水较大 6 工程地质地质条件 较好 较好 7 回风巷施工 25m，难度较大 51m，难度较大 8 主井井底水仓 利用原有设施 主井井筒延伸进入含水层，预计涌 水较大， 水仓施工难度大， 工程量大， 占用排水设备多。 4 结论结论 本文在现场实测、理论分析和数值计算的基础上，分析了 1603 工作面的采煤工艺方式220 和采煤工作面的配套设备， 并对工作面的开机率和事故影响进行了分析和计算。 得出以下结 论 （1）1603 工作面长度 180m，采煤机正常割煤速度为 2.8m/min，单个支架移架时间为 35.5s，单个支架推溜时间为 5s，单架放煤时间为 78s。按照这样的条件生产，能满足 1603 工作面年产 120 万吨的要求。 225 （2）1603 工作面生产系统的有效度为 82.78，日开机率为 43.13，皮带输送机故障、 - 9 - 中国中国科技论文在线科技论文在线 采煤机的维护和满仓是影响开机率的主要因素。 （3）作为制约生产能力提高的主要影响因素，本文给出了皮带输送机和煤仓的一些改 造方案。 [参考文献参考文献] References 230 [1] 张东升，徐金海. 矿井高产高效开采模式及新技术[M].徐州中国矿业大学出版社，2003.9 [2] 张东升. 高产高效矿井开采模式的研究[D].中国矿业大学，1999.4 [3] 朱秀社. 复杂条件下综放开采工艺技术应用研究[D].2007，12 [4] 李斌. 提高采煤机开机率实现综采工作面高产高效[J].煤炭技术，2006，12 [5] 罗雪峰，杨宝贵. 工作面配套设备开机率分析[J]. 煤炭技术，2007，5 235