短壁工作面综采放顶煤设备配套和采煤工艺.pdf

第 8卷 第3期 总第 5 6期 2 0 0 3年 9月 煤 矿 开 采 Co a l Mi ni ng Te c hn o l o g y V o 1 ． 8 N o ． 3 S e r i e s N o ． 5 6 Se p t e mb e r 2 0 0 3 短壁 工作 面综 采放 顶煤设备 配套和 采煤 工 艺 伍 丽娅 ，冯 泾 若 天地科技 股份有限公 司 上海分公 司 ，上海 2 0 0 0 3 0 [ 摘要] 介绍了兖矿集团杨村煤矿利用短壁采煤机 、短壁输送机和轻放支架，进行短壁综采 放顶煤 的设 备配套和 采煤工 艺 ，可供科研 、制造 、选 型和使用 单位参考 。 [ 关键词] 短壁工作面；轻型综采放顶煤；设备配套；采煤工艺 [ 中图分类号]T D 8 2 3 ． 8 7 [ 文献标识码 ]A [ 文章编号 ]1 0 0 6 - 6 2 2 5 2 0 0 3 0 3 - 0 0 2 3 - 0 3 Equ i p me n t M a t c hi ng And Mi ni ng Te c hn o l o g y of Sho r t - wa l l To p- c o a l Ca v i ng Fa c e WU L i y a．F E NG J i n g r u o S h a n g h a i D e p a r t m e n t o f T i a n d i S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y C o ． L t d ．，S h a n g h ai 2 0 0 0 3 0，C h i n a Ab s t r a c t T h e p a p e r i n t r o d u c e s t h e e q u i p me n t ma t c h i n g a n d mi n i n g t e c h n o l o gy o f s h o r t -． wa l l t o p c o a l c a v i n g f a c e i n the p r a c ti c e o f Ya n z h o u c o a l mi n i n g g r o u p w i th s pe c i al s h e a r e r ， c o n v e y o r ， an d l i g h t c a v i n g s u p p o rt， wh i c h g i v e s a r e f e r e n c e t o r e s e a r c h， ma n u f ac t u r e ， e q u i p me n t c h o o s i n g an d u s i n g u n i t s ． Ke y wo r d sS h o rt- w all f a c e ；T o p c o a l c a v i n g wi t h l i g h t s u p p o rt；Eq u i p me n t ma t c h i n g ；Mi nin g t e c h n o l o g y 1 概述 2短壁综放设备配套 兖矿集团所属南屯、鲍店、东滩 、杨村等 7对 矿井在 3煤层 的开采过程中已形成边角煤的地质储 量 8 5 9 4万 t ，大小块段 9 8个 ，其中具备生产系统 、 具有开采条件的块段有 7 3个 ，地质储量 7 0 6 0万 t ， 可采储量 3 6 7 6万 t 。其 中煤厚 7～9 m 的可 采储量 为 2 0 3 0万 t ，煤厚 4～6 m 的可采储 量为 4 4 5万 t ， 煤厚 2 ． 5～ 3 ． 5 m 的可采储量为 1 0 4 9万 t ，煤厚 1 ～ 2 m和 1 ～ 4 ． 5 m变化较大的的可采储量为 1 5 0万 t 。 兖州 矿区利用综 采和综 放能 采 出可采 储量 的 6 O ％ ～7 O ％。为了矿区煤炭生产的可持续发展，应 当最 大限度地 回采 剩余的 3 0 ％ ～4 0 ％。从 边角煤 的厚度来看 ，绝大部分适合放顶煤开采或特殊放顶 煤开采。但是 ，兖矿现有 的综放设备都是按高产高 效长壁工作面配置的，设备能力大，外形大 ，重量 大 ，不适 应边角煤短壁开采 的需要 。工作面长度≤ 6 O～1 2 0 m时 ，普通 采煤 机的生产能力 不如短壁采 煤机 ；长度3 0 m时 ，搬家倒 面频繁 ，快速安装撤 除困难 ，普通采煤机难 以使用。为此 ，兖矿集团对 “ 短壁工作面综采放顶煤设备 配套 和采煤 工艺”， 立 项 研 究 。 2 ． 1 交流变频电牵引短壁采煤机 MG 2 5 O ／ 3 0 0 一 N A WD型短 壁 采煤 机 由天地科 技 股份有 限公 司上海 分公 司研 制。截 高范 围 2 ． 0～ 2 ． 5 m，装机 总功率 3 0 0 k W，截割 功率 2 5 0 k W，牵 引功率 5 O k W ，牵 引力 2 5 0～1 2 5～0 k N，牵 引速度 0～1 O～2 0 m ／ mi n ，机身长度 3 1 3 0 m m，上摆最大截 高 2 4 7 1 mm，下摆 最大截 高 2 4 1 3 m m，上摆卧底 量 4 0 1 m m，下摆 卧底 量 4 5 9 m m，机 面高度 1 3 9 6 m m， 回转 中心高 1 0 0 6 m m，摇臂长度 6 1 5 ra m，摇臂摆角 3 1 0 。 ，滚筒 直径 1 7 0 0 ra m，滚筒 转 速 2 9 r ／ m i n ，截 深 6 3 0 ram，销轨中心高 4 7 2 m m，重量 2 0 t 。该采煤 机 的主要特点 1 截割 电机横 向布置在机 身上而不 是摇臂 回转轴上 ，提高 了 电机 和整机 的可靠 性 和可维修 性 ，总体结构优于国外同类产 品； 2 摇臂 轴用关节轴 承取代 三层复合 材料滑 动轴承 ，大大提高了可靠性和使用寿命 ，性能优于 国 内原 有 产 品 ； 3 采用简单 可靠 的齿条 油缸调 高 系统 ，摇 臂可 以根据机采高度和机头尾配套选择 向上方或向 【 收稿日期】2 0 0 3 0 5 1 2 【 作者简介】伍丽娅 1 9 5 7一 ，女，湖南津市人，1 9 8 6年山东矿业学院工学硕士 。 公司监事。 维普资讯 总第 5 6期 煤 矿 开 采 2 0 0 3年第 3期 下 方摆 3 1 0 。 ； 4 采用 E i c o t r a c k无链 牵引 ，可 靠性 高，控 顶 距小 ； 5 更换 电机 ，可以实现截 割功率 1 5 0，2 0 0 或 2 5 0 k W 6 多电机 电牵引 ，牵 引功率 5 0 k W，装 机功 率 2 0 0，2 5 0，3 0 0 k W，电牵 引短壁采煤机属于 国际 首创 ； 7 新开发 的机载牵 引变压 器和变 频器结 构 紧凑 ，坚实抗振 ，使体积特 ll l l , 的短壁采煤机也能 从准机载发展到机载； 8 取消底 托架 ，合理 布置机腿 位置 ，加 大 采煤机与输送机间的装煤 口，改善装煤效果 ； 9 有可 编程序控 制器 、状态检 测 、故 障诊 断和无线 电遥控 1 0采用进 口隔离开关 ，可带负荷分断。 2 ． 2前后部短壁输送机 S G Z 7 3 0 ／ 1 1 0型前后 部短壁 输送机 由煤科 总 院 太原分院设计 ，兖矿集 团大陆机械有 限公 司制 造。 设计长度 8 0 m 出厂长度 5 8 ． 2 m ，输 送量 4 5 0 t ／ h 实际输送 量 ≥7 0 0 t ／ h ，刮板链 速 1 ． 0 8 8 m ／ s ；电 机型号 K B Y D 5 5 0 1 1 0 ／ 5 5 - 4 ／ 8，功率 1 1 0 k W；行 星 减速箱型号 J X 1 1 0，传动 比 2 9 ． 2 9 ，由煤科 总院上 海分 院研 制 ；中部 槽 1 2 5 0 mm 6 8 0 mm 内 2 8 0 i n l n ；刮 板 链 为 中 双链 ，2 69 2 C 级 ，刮 板 间 距 9 2 0 m m。该 输 送机 的主要 特 点 1 端卸 链 轮中心高 6 5 0 m m机头单驱动 ， 既要保证卸载高度 ，又要防止排头架太高 ； 2 齿 轨铺到机 头 、机 尾 ，尽量便 于 采煤机 自开缺 口、装煤 和进窝 ，尽量减小巷道断面 ，尽量 降低工作面两端 的机采高度 ； 3 矮机尾 链 轮 中心 高 2 9 0 m m 加采煤机 摇臂向上翻转 ，便于机尾进窝和装煤 ，没有特殊 的 排尾架 ，便于设备安撤和三角煤开采 ； 4 减速器 垂直 布置在 煤帮 一侧 ，使得 排 头 尾支架与工作面支架最 大限度地通用 ，实现工 作面两端先移架后推溜 ，便于传 动部的维修 ； 5 行星 减速 器 输 入轴 与输 出轴适 当偏 置 ， 既使电机躲开转载机 ，也不影响采煤机 自开缺 口； 6 铸造 中部 槽 ，前部 输送 机 封底 ，每隔 5 节设 1节插板式开 口槽 ，后部输送机不封底 ，采空 区侧有浮煤回收装置 ，与支架软连接 ； 7 机头过 渡槽 与机尾 架均 为 凹端 头 ，左工 2 4 作面机尾 与 中部 槽 间 加 1节双 凸槽 两 端 凸端 头 ，实现左右工作面通用。 2 ． 3 轻型放 顶煤液压支架 Z F 3 2 0 o ／ 1 6 ． 5 ／ 2 5 Z型轻放支架由天地科技股份 有限公司开采所事业部设计 ，兖矿机 电设备制造厂 制造 。架型为 四柱单摆杆低位放顶煤液压支架 ，支 架高度 1 6 5 0～2 5 0 0 mm．支架宽度 1 1 9 0～1 3 3 0 m m， 支架 中心距． 1 2 5 0 m m，重量 8 ． 9 t ，支护强度 0 ． 6 5～ 0 ． 6 9 MP a ，对底板 比压 0 ． 5 3～0 ． 8 0 MP a ，支架初撑 力 2 8 6 0 k N，额 定 工 作 阻力 3 2 0 0 k N，操 作 方 式 本 架 ，泵站压力 3 1 ． 4 MP a 。该支架的主要特点 t 1 采用刚性 箱 型整体顶 梁 ，控制 机道上 方 顶梁厚度 ，尽量降低成套设 备的采高下限 ； 2 采用 内伸缩前梁 ，及时支护顶板 ； 3 采用轻 放 支 架传 统 的单 侧 活 动侧 护板 ， 减轻重量 ，简化结构 4 采用轻 放支架 传统 的单摆 杆 ，简化 支架 结构 ，改善受力条件 ，保障通风断面和行人空间； 5 采用高支 点整体 底座 ，前后双 过桥 ，提 高支架高度和强度 ； ． 6 采用轻放支架传统的短推杆 ； 7 立柱和千斤顶 采用 聚胺脂 油封 ，寿命 提 高 5～6倍 ； 8操 作 阀流 量 2 0 0 L ／ rai n ，移 架速 度 1 1～ 1 2s ； 9 主要受 力部件 采 用高强 度钢板 ，减 轻重 量 ，提高安全系数 ； 1 0 排头架 3架 、排尾架 2架 的底座 比工作面支架高 2 0 0 m m，支架高度相应加大。 由上述设备组成的短壁综放成套设备 ，工作面 中部 的截 高 范 围 2 ． 0～2 ． 4 m，一般控 制 在 2 ． 3 m。 按照排头架 3架 、排 尾架 2架 的设计 ，机 头机 尾 的截 高 范 围 2 ． 0～2 ． 6 m，一 般 从 巷 道 的 2 ． 5 m到工作 面的 2 ． 3 m逐 渐过渡 。实 际上 可用工 作面支架代替排尾架 ，便于采三角煤 时增 减支架 ． 机尾进窝后采煤机开下机尾再向上翻转摇臂 。 2 ． 4转载机 现场选用型号 S G Z 7 6 4 ／ 1 3 2 ，输送能力 7 0 0 t ／ h ， 链速 1 ． 1 2 m ／ s ，电机功率 1 3 2 k W。完成 0 ． 6 Mt ／ a 是 可以的 ，按 13产万吨要求宜选 S G Z 7 6 4 ／ 2 0 0型 ，输 送 量 1 0 0 0 t ／ h 。 2 ． 5带式输送机 现场选用型号 S T J - 8 0 ，输送能力 5 0 0 t ／ h，铺设 维普资讯 伍丽娅等短壁工作面综采放顶煤设备配套和采煤工艺 2 0 0 3年第3期 长度 5 2 0 m，带宽 8 0 0 mm，带 速 1 ． 9 6 m／ s ，电机 功 率 2 x 4 0 k W。完成 0 ． 6 Mt ／ a是可以的，按 日产万吨 要求宜选输送量 1 0 0 0 t ／ h以上。 2 ． 6 短壁综放工作面成套设备生产能力 煤高度 5 ． 5 m，滚筒 直径 1 ． 7 m，每天 生产 1 8 h ，开 机率 7 0 ％ ，机采采出率 9 8 ％ ，放煤 回收率 6 5 ％计 算 ，改变顶刀速度和两端时 间，都可 以实现 日产万 吨。计算表 明顶刀速度 6 m／ mi n ，两端 时间 6 ． 9 m i n 按工作面净长 5 0 m，综 放截 割高度 2 ． 3 m，放 对输送量要求较低 。如表 l 。 表 1 按顶刀速度、两端时间计算工作面设备生产能力 再按 工作面净 长 5 0 m，截割高度 2 ． 3 m，煤层 厚度 2 ． 51 0 ． 0 m，滚筒直径 1 ． 7 m，每天生产 1 8 h ， 开机率 7 0 ％ ，机采采 出率 9 8 ％ ，放煤 回收率 6 5 ％ 计算 ，煤层厚度越大，产量 、后部输送机输送量越 大 。如 表 2 。 杨村矿首采工作面 2 0 0 3年 7月投产。生产 初 期 一刀一放 测试数据如下 顶刀速 度 5 ． 1 m／ m i n ，牵 引电流 2 0 A，截割 功 率 l 1 7 k W；底 刀 速度 8 ． 0 m／ mi n ，牵 引 电流 2 0 A， 截割功率 l 1 3 k W。与采煤机牵 引速度 01 0 ／ 2 0 m／ mi n 、额定牵 引电流 7 6 A，额定截割功率 2 5 0 k W 相 比 ，还 有很 大 裕 量 。 平均顶刀 1 3 mi n ，底刀 1 2 mi n ，进 刀 2 m i n ，放 煤 2 5 mi n ，循环时间 5 2 m i n ，外部影响 1 8 m i n ，开机 率 7 4 ％ ， 日进 l 4刀，产 量 3 4 7 0 t ／ ， d 按 机采 回收 率 9 8 ％ ，放煤 回收率 6 5 ％计算 。如果顺槽运输能 力提高到 1 0 0 0 t ／ h ，割煤 与放煤 同时进行 ，适 当提 高牵 引速度，将循环 时间压缩 到 1 8 m i n ，就可实现 l 0 0 0 0 t ／ d 3采煤工艺 上下 顺 槽 按 工 作 面 等 长 掘 进。上 顺 槽 净 高 2 ． 5 m，净宽 4 m 若工作 面长度和输送 机位置控制 得好可 3 m 。下顺槽净高 2 ． 5 m，净宽4 m 若输送 机能让采煤机 多开 一点 ，转 载机再 靠下 帮一点 可 3 ． 5 m 。如果煤层倾 角 ≤1 5 。 最 好沿 底掘进 ，如果 下顺槽 留底转载机最好卧底 ，尽量减少输送机机头 的抬高 ，便 于卸载和开缺 口。 底 分 层 工 作 面 机 采 高 度 2 ． 5 m，放 煤 高 度 1 6 ． 5 m，采 放 比 1 6 ． 6 。两 刀 一 放 ，放 煤 步 距 1 ． 2 6 m。液压支架从下向上单 向移架 ，采煤机单 向 采煤 。在缓倾斜煤层摇臂朝 向采煤机前进方 向。杨 村工作面机采高度 2 ． 3 m，放煤高度 5 ． 5 m，采放 比 l 2 ． 4 。两 刀一放 ，放 煤步距 1 ． 2 6 m。采煤机单 向 采煤 ，摇臂朝向采煤机前进方 向。分机尾进刀和机 头 进 刀两 种 机尾进 刀 采煤机从轨道巷 向运输巷 割顶 刀； 跟机移架 ；采煤机爬上输送机机头 ，割顶煤 ；采煤 机摇臂落下 ；采煤机爬下输送机机头 ，割底煤 ；采 煤机从运输巷向轨道巷割底刀；跟机推输送机 ；采 煤机爬上输送机尾 ，割底煤 ；采煤机举起摇臂 ，把 滚筒放在轨道巷断面之 内，推输送机机尾进刀 。 机 头进 刀 采煤机从运输 巷向轨道 巷割顶 刀； 跟机移架 ；采煤机爬 上输送机机尾 ，割顶煤 ；采煤 机摇臂落下 ；采煤机爬下输送机机尾 ，割底煤 ；采 煤机从轨道巷向运输巷割底刀；跟机推输 送机 ；采 煤机爬上输送机头 ，割底煤 ；采煤机举起摇臂 ，把 滚筒放在运输巷断面之内，推输送机机头进刀。 机头进刀要求运输巷宽度较大；向上割上刀时 片帮煤可能堵塞输送机 ，采煤机稳定性差 ；向下割 下刀装煤效果较好。机尾进刀要求轨道巷宽度较 下转 2 8页 25 维普资讯 总第5 6期 煤矿 开采 2 0 0 3年第3期 以及主暗斜井上部集 中回风道 工程量 1 6 0 m 。 3 ． 3排水系统 1 排水 系统及设备 一4 5 0 m水平排水 系统 采用二级排水 ，采区涌水经东西两翼大巷汇集到井 底水仓 中，由泵房经 主暗斜井 到 一 3 2 0 m水平水 仓 内，最后 由 一 3 2 0 m水平泵房直接排到地面。 一 4 5 0 m水平 正常 涌水量 6 0 0 m ／ h ，最大 涌水 量 9 0 0 m ／ h ，中央水泵房 内安装 5台 MD 3 0 0 - 6 53 型水泵 ，单 台泵排 水 能力 3 0 0 m ／ h ，设计 3台工 作 ，1台备用 ，1台检 修 。初 期 仅考 虑 开 采 2 煤 层 ，预计最大涌水量 2 0 0 m ／ h ，安装 - 3台泵 ，其 中 1台工作 ，1台备用 ，1台检修。 2 管路布 置 按照排 水线 路最短 、弯头最 少 、阻力最小的原则 ，管路布置线路决定选用从泵 房_ 管子道一 主暗斜井一上部集 中回风道一 专用排 水巷一 钻孔一 一3 2 0 m水平水仓入 口的排水系统 方 案。该方案排水管 路长度 为 单趟 9 8 0 m，其 中 弯头 7个。采用 2趟 t h 3 7 71 1 m m 的螺旋钢管排 水 ，一趟使用 ，一趟备用 ，平行 布置于巷道 之 中。 在主暗斜 井 中将 两趟管 路 吊挂 在现有 猴车 钢梁 之 下 ，其它处均将管路布置于巷道两帮或一帮，管路 连接采用快速接头，以便安装与 日常维护。 3 完善排水 系统新增巷道 工程从 一3 0 5 m 回风道 内适当位置开 口垂直做 出一条 4 0 m长 的专 用排水巷道 ，在巷道尽 头 向下 做 出 西 1 ． 2 m深 1 4 m 的钻孔 ，直接 与 一3 2 0 m 水平 水仓 的 入 口处 贯通 ， 总施工工程量 为 5 4 m。 3 ． 4供电系统 中央变电所与大水泵房联合布置，硐室工程量 6 5 m，有效空间 4 2 ． 5 m，安装 l 4台 K Y G G 一 1 2型高 压开关柜 ，可满足 2 2 2 0 0采区、泵房及运输设备 以 及将来 2 2 1 0 0采 区的供 电要求。 3 ． 5 行人系统 主暗斜井 内，在胶带输送机的一侧安装 了一部 乘人缆车 猴车 ，野青胶 带巷 内也有一部乘人缆 车 ，2 2 3 0 0轨道 下 山也 具备 安装斜 井人车 的条 件 ， 从而大大改善 了在矿井深部工作的工人劳动条件 。 4 水平接替的技术经济效果 1 完善 一 4 5 0 m水平 的生产 系统 使 2 2 2 0 0采 区 4 8 2 ． 1万 t 的可采储量获得开发 ，为缓解矿井接 替 紧张的局 面、开拓新的开采战场提供有力保 障。 2 使 卧 庄 村 庄 保 护 煤 柱 2 2 l 0 o 采 区 4 4 7 ． 6万 t 的可采储量开发成 为可能，为 卧庄 以采 促搬 、延长矿井稳产高效期和服务年限奠定基础。 3 野青胶带巷将逐 渐取代 沿 2 煤层所 做 的 一 4 5 0 m水平集 中胶带巷 ，可使其两侧各 4 0 m宽 的 护巷煤柱约 1 44 万 t 的呆滞煤量获得解放。 4水平接 替工 程历经 多次设 计优 化 ，使排 水 、供 电、运输和通风等方面得以完善 ，可获得煤 量近 1 1 0 0万 t ，经济效益和社会效益明显。 5 通风系统 的完善 为 一 4 5 0 m水平 的安全生 产提供 了可靠保证。 5结束语 邢 台矿在矿井水平开拓延深的同时实现首采区 简易投产 ，打破先准备后生产的传统模式 ，对于延 深期间矿井稳产高产 ，经济效益稳 中有升起到 了很 重要的作用 。事实证明 ，正是 由于对一系列环节的 改造及设计优化 ，才使得设计 年产 9 o万 t 的矿井 生产能力 翻了一翻，持续稳产在 1 8 0万 t ／ a 。 [ 责任编辑 邹正立 】 o‘●●●●●o ≯ o‘●●●o ●o●●o‘●o●●oo‘●0‘●●●●●●●o‘●●●●o‘●● ．●o‘●● 上接 2 5页 大；向下割上刀时不怕 片帮，采煤机稳定性 较好 ， 向上割下刀装煤效果略差。一般采用机尾进刀。 【 参考文献】 【 1 ]伍丽 娅 ，冯泾 若 ．短 机 身采 煤 机 在 特 殊采 煤 方 法 中的 应 用 [ A]．煤炭工业技术委员会，煤炭 [ 业放顶煤开采技术中心． 综采放顶煤综合技术研究与应用 [ C ]． 北京 2 0 0 0 ． [ 2 ]伍丽娅，冯泾若．短壁采煤机的经济技术分析 [ J ]．煤矿开 采 ，2 0 0 2， 3 6 -8 ． [ 3 ]伍丽娅，冯泾若 ．短壁采煤机研究与总体设计 [ J ]煤矿开 采 ，2 0 0 2， 4 8 一 l O ． 【 4 ]吴汉模 ，伍丽娅，等 ．短机身单滚筒采煤机 【 P ]．中国专 利 5 2 3 1 4 ． [ 5 ]冯泾若，伍丽娅，等 ． 截剖电动机横向布置于机身短壁采烘 机 [ P ]．中国专利0 2 2 6 5 9 1 9 ． 6 ． [ 6 ]周建安，伍丽娅，等 ．采煤机单齿条摇臂回转调高装置 [ P 】 ．中 国专 利 5 2 1 1 6 ． 【 7 ]许森祥，冯泾若，等 ．采煤机用准机载电牵引装置 [ P ]．中 国专利 022 6 5 9 1 8 ． 8 ． 【 责任编辑邹正立1 维普资讯