8.8m超大采高综采工作面设备安装干涉性分析.pdf

煤炭工程 第 52 卷第 6期 COAL ENGINEERING Vo l. 52, No . 6 do i 10. 11799/c e202006007 8. 8m超大采高综釆工作面设备安装干涉性分析 王军-崔石磊-曹建云2 1.国家能源神东煤炭集团有限责任公司乌兰木伦煤矿，内蒙古鄂尔多斯017209； 2.国家能源神东煤炭集团有限责任公司上湾煤矿，内蒙古鄂尔多斯017209 摘 要为了保证上湾煤矿12401超大采高综采工作面设备顺利入井及综采工作面安装后正常 运行，通过结合巷道及设备尺寸进行动态干涉分析，保证最大尺寸的综采设备在巷道拐弯处等关键 区域正常通过；将所有综采设备按实际尺寸布置在工作面中，进行平、剖面对比分析，保证综采工 作面机头、机尾等特殊区域的通过性。在综采工作面投产前，对综采设备的运输、运行进行图纸预 分析，有力保障了我国首个 2. Sh angwan Coal Mine, National Ener gy Gr oup Sh end ong Coal Gr tnip Cor por ation, Or d os 017209, Ch ina Abstract In or d er to ensur e th e smooth enter ing and oper ation of th e equipment after mining fac e installation in No. 12401 8. 8m ultr a h igh fully mec h anized wor king fac e in Sh angwan Coal Mine, th e d ynamic inter fer enc e analysis is c ar r ied out by c ombining th e r oad way and equipment size to ensur e th e nor mal passage of th e lar gest size mining equipment in th e key ar eas suc h as th e r oad way tur ning. All th e mining equipment is ar r anged in th e wor king fac e ac c or d ing to th e ac tual size, and th e plan and pr ofile c ompar ison analysis ar e c ar r ied out to ensur e th e tr affic ability of spec ial ar eas suc h as th e h ead and tail in th e wor king fac e. Befor e th e wor king fac e is put into pr od uc tion, th e tr anspor tation and oper ation of th e mining equipment is analyzed, wh ic h guar antees th e smooth installation and pr od uc tion of th e wor king fac e. Keywords 8. 8m ultr a lar ge mining h eigh t； installation of fully mec h anized wor king fac e； tr affic ability analysis； oper ation inter fer enc e analysis 中国是一个“富煤贫油少气”的国家，已探明 的煤炭储量占世界煤炭储量的33.8。煤炭在我国 一次性能源结构中一直占据主导地位⑴“。我国厚 及特厚煤层煤炭资源可采储量约占全国总可采储量 的43,厚及特厚煤层赋存条件下，实现安全、高 效、高采岀率开采对我国煤炭工业的发展具有重要 影响[4-6]o在神东矿区厚及特厚煤层开采中，大采 高一次采全高回釆工艺相对于综采放顶煤和分层回 采工艺，安全性好、采出率高、生产效率高[7*“]o 神东矿区煤层赋存稳定，地质及水文条件简单, 埋藏相对较浅，适宜布置大采高综采工作面。近年 来，神东公司结合实际煤层赋存条件和采用最新采 掘设备.厚煤层综采工作面采高逐渐增大ll2-,6]o以 国家能源神东煤炭集团上湾煤矿为例，先后经历 3.5m、4.8m、5.5m、5.8m、7m 大采高；在补连塔 矿8m大采高的基础上，2018年上湾煤矿在12煤四 收稿日期2020-02-15 基金项目国家“十三五”重点研发计划项目2017YFC0804310 作者简介王军1982-,男，陕西榆林人，工程师，现任乌兰木伦煤矿煤矿副总工程师，主要从事煤矿安全管理工 作，E-mail 156941792qq.c om。 引用格式王 军，崔石磊，曹建云.8. 8m超大采高综采工作面设备安装干涉性分析[J].煤炭工程，2020 , 526 33-37. 33 专题论坛煤炭工程2020年第6期 盘区尝试 8m超大采高一次采全高回采工艺。由于 8. 8m超大采高综采工作面项目推进速度较快，其设 备配套研发与巷道矿务工程基本是同步进行，且设 备尺寸及巷道断面尺寸在现有的技术规范中尚无相 关规定。为了保证我国首个 8m超大采高综采工作 面一次安装到位并顺利投产，在图纸上按1 1比例 对设备进行运输及安装分析，查找可能出现的问题 很有必要。 1研究背景 1.1 8. 8m大采高综采工作面地质情况 12401综采工作面位于上湾煤矿12煤四盘区， 工作面长度299.2m,推进长度5255m,煤层结构简 单，煤厚7. 56 10. 79m,平均厚度9.16m,倾角 普氏系数/13,密度 1.3g /c m3o 12401 综 采工作面可采面积为1572236. 16m2,可采出煤量为 1754. 6万t。综采工作面上覆盖层厚度为124 244m；上覆基岩厚度为120-220m；上覆松散层厚 度为027m,主要是土黄色中、细粒风积砂，松散 未固结。综采工作面沿倾斜布置，以正坡推进为主， 采用倾斜长壁综合机械化一次采全高后退式开采， 采用全部垮落法处理采空区。 1.2设备入井主要巷道断面尺寸 上湾煤矿2*辅运平嗣宽x高为6. Imx5. 7m的半 圆拱岩巷；支架专用巷尺寸为宽X高6mx5.5m的矩 形煤巷；辅切眼尺寸为宽x高6mx5. 5m的矩形煤巷， 工作面安装联巷宽x高为6mx5.3m的矩形巷道，工 作面切眼巷道断面宽x高为11.4mx6m的矩形巷道； 巷道拐弯处设计巷道抹角为6mx6mo 1.3综采工作面主要的设备参数 综采工作面设备主要有采煤机、液压支架、刮 板运输机、转载机、破碎机、带式输送机及综采工 作面供电、供液设备等，其中在运输过程中可能出 现卡阻的设备为液压支架和采煤机。 8m超大采高 综采工作面综采设备运输所用的主要机械为支架搬 运车和铲板车。 1. 3. 1 100t支架搬运车 2018年之前，国内外用于井下的液压防爆支架 搬运车最大运输能力为80t ,而神东煤炭集团 8m 超大采高综采工作面支架重量为100t 为了满足综 采设备安装需求，神东煤炭集团与航天重工集团密 切合作研发了 100t液压支架防爆搬运车。支架搬运 车长x宽x高8800mmx4500mmx2730mm,自重 50t , 34 采用整体“U”型框架车架，载重100t。 1.3.2 100t蓄电池防爆铲板搬运车 lo o t蓄电池防爆铲板搬运车尺寸为长X宽X高 14610mmx3916mmx2430mm,自重 130t,载重 100t , 采用铅酸蓄电池为动力源，4x4全轮驱动，可以实 现 8m超大采高综采工作面煤机、刮板运输机等综 采大型设备的快速安装、回撤。 1.3.3煤机尺寸 煤机整机尺寸为长X高22mx4. 2m,其中滚筒 直径4.3m,煤机机身净高3.75m（不含煤机盖板高 度），煤机机身长度9. Im。煤机入井时需要拆成机 身、摇臂、滚筒、盖板等几个部分，分批入井，其 中运输难度最大的为煤机机身。运输煤机机身时采 用两辆铲板车，铲板车铲板厚度取0.4m,离地 0.2m,则允许通过最低高度为4.35m,综采设备通 过沿线巷道最小净高4.8m；铲板车宽度3.92m,铲 板和后面的车身采用较接连接，左右摆动灵活，可 保证9. Im长的机身在井下运输时顺利通过。 1.3.4综采工作面液压支架尺寸 上湾煤矿 8m超大采高综采工作面宽299. 2m, 主运平巷和回风平巷宽度均为6m,共布置液压支架 128台；其中布置118台中间架，支架运输尺寸（支架 立柱油缸完全收回）长X宽x高为10. 68mx2. 24mx 4. 00m；支架正常使用时，支架高度88m,支架 侧护油缸动作，支架宽度变为2.407m。为了提高综采 工作面煤炭资源采出率，综采工作面机头和机尾段采 用垂直过渡，正常垂直过渡高度3.1m。因此，综采 工作面的机头和机尾各对应布置了一台大侧护支架, 支架运输尺寸长x宽x高为12. 3mx2. 54mx4. 00m；支 架正常使用时，支架高度约 6m,支架侧护油缸动 作，支架宽度变为2.707m。 2综采设备运输时通过性分析 100t蓄电池防爆铲板搬运车主要运输采煤机机 身及运输机等综采设备，最大尺寸为长x宽x高 9. Imx3.92mx3.75m,巷道最小宽度6m,最小高度 4.8m,巷道抹角尺寸6mx6m,用铲板车运输煤机不 存在通过性问题。井下综采设备运输的关键在于用 长x宽x高8800mmx4500mmx2730mm支架车搬运 长x宽x高为12. 3mx2.54mx4. 00m的大侧护支架, 只要大侧护支架能在巷道中顺利通行，可以确保其 他设备在运输过程中畅通无阻。下面对大侧护支架 在运输过程中的重点环节进行通过性和安全性分析。 2020年第6期煤炭工程专题论坛 2.1大侧护支架在井口段通过性分析 将运输状态大侧护支架和井口段巷道根据实际 情况，建立1 1的图纸模型进行动态通过性分析。 井口段巷道净宽6m,支架搬运车宽度4,5m,巷道 宽度满足车辆通行要求。风门预留行车高度5.1m, 支架车装上支架后最大高度4.2m。通过模拟得出， 工作面支架入井下坡时，支架梁端距离巷道顶板最 小距离为lm,支架入井不会出现卡阻；当工作面支 架升井通过第一道风门时，支架顶梁和风门上门框 只有0.4m的距离，支架车通过时要放慢速度，防止 支架晃动刚蹭风门框，确保支架车平稳通过。 2. 2通过12401回风时的安全性分析 上湾煤矿2辅运平碉坡度5.5,在距2辅运平 碉落平段50m处，2“辅运平碉顶板与12401回风平 巷顶板最小垂直距离为 74m。支架搬运车重53t , 中间架重100t ,大侧护支架重113to支架搬运车车 轮宽0.46m,车轮载重最大压缩量48mm,对应轮胎 抓地长度为0.5m。单轮接地面积为0. 23m支架车 总共接地面积1.84m2,中间架重量100t。支架搬运 车自重53t。运输支架时车辆总重153t ,则 F 153000 x9. 8 1500kN,垂直应力对底板的压强 F, l500000c o s5. 5/l. 84 811464Pa 0. 81MPao 大 侧护支架重113t ,轮胎对底板压强0. 88MPao 12401 回风巷顶板和2“辅运平爾底之间距离9m（含混凝土 底板厚度），岩石抗压强度在14MPa以上，满足支 架车安全通过的要求。 2.3进入支架专用巷通过性分析 通过实测才辅运平碉落平段进入支架专用巷区域 的巷道平面，每隔15。分析大侧护支架搬运车的状态, 对支架车拐弯时的运动轨迹进行分析，得出支架车拐 弯时与支架专用巷副帮最小距离为0.2m,巷道满足 工作面支架通行的要求。从/辅运平嗣进入支架专用 巷时，支架车需要拐大弯，不能紧贴巷道右帮走，才 能保证大侧护支架顺利通过。对大侧护支架从支架专 用巷进入辅切眼，从辅切眼进入切眼的支架搬运车动 态轨迹及支架端部和巷帮的距离进行了分析。分析结 果表明，现有巷道尺寸较为合理，均满足 8m超大 采高综采工作面综采设备运输要求。 3综采工作面设备安装关键点 3.1机头、机尾的通过性和割透性分析 由于平巷超前支架最大支撑高度5.5m,所以切 眼附近两平巷的掘进高度不得超过5.6m,浇筑 0. 3m厚底板成巷高度5. 3m。工作面采用的 8m采 煤机机身高度4.2m,摇臂长度4.33m,煤机最大卧 底量0.47m,保守确定煤机摇臂销轴距主运平巷 4. 7m时割平巷道底板。则此处巷道掘进高度应大于 等于底板厚度、机身高度、支架顶梁最大厚度和设 备间隙之和，即6. 0m,切眼距平巷正帮4. 7m处拉 底后巷道高度6.3m（净高6m）,满足使用要求。不 同于普通的46m大采高综采工作面（平巷和切眼高 度相同），8. 8m综采工作面切眼两端头顶板采用倾 斜过渡。结合实测巷道剖面和设备配套参数，对机 头、机尾段进行通过性分析得出，当切眼口平巷高 度（净高）5. 3m,在4. 7m长度掘进范围内巷道高度 通过顶板过渡为6.3m,可以满足煤机在机头、机尾 顺利通过，底板过渡平整。通过实测综采工作面切 眼两端头巷道尺寸，得出机头段巷道成型基本符合 设计要求。煤机割透运输平巷正帮时，煤机盖板和 大侧护支架顶梁最小间距约0.3m；经实测，综采工 作面切眼机尾过渡段巷道成型未完全达到设计要求， 煤机割透机尾时大侧护支架顶梁和煤机盖板最小间 距约0.1m,满足使用要求，12401切眼机头、机尾 段煤机割透性分析如图1、图2所示。 35 专题论坛煤炭工程 2020年第6期 3.2综采工作面支架间隙分析 上湾煤矿12上煤三盘区3. 5m采高综采工作面 及22煤一盘区5.8m采高综采工作面，支架设计使 用宽度均为1.75m,支架间隙均取5mm。通过实际 验证，支架间间隙取5mm和实际使用情况相符。 8m超大采高综采工作面支架宽度为2.4m,共使 用支架128台（含2台2.7m宽大侧护支架）。经过 和生产服务中心（主要负责综采工作面安装与回撤） 相关技术人员沟通，建议 8m超大采高综采工作面 支架间隙取7mm较为合理。在支架间隙取7mm时, 理论计算综采工作面安全出口之和为2. 504m,实际 机头安全出口一般为0. 8lm,机尾为1.41.7m。 综采工作面投产后，经验证工作面安全出口和理论 计算值一致。因此，8. 8m超大采高综采工作面计算 两端头安全出口时，支架间隙应取7mm。 3.3切眼及强放孔设计合理性分析 8m超大采高综采工作面切眼净断面尺寸宽x 高为11.4mx6m,综采工作面中间架安装尺寸长x宽 为10. 68x2. 24m,最大对角斜长约11m。经图纸分 析得出，支架稳放到预定位置升到6m后，支架顶梁 前端距离切眼正帮0.51m,支架掩护梁尾端和切眼 副帮距离0.75m,切眼尺寸设计合理性验证如图3 所示。 工作面推进6刀后，切眼顶板上距切眼副帮 4. 2m的强放孔可以完全露出，切眼强放孔与支架掩 护梁尾端水平距离1.36m,满足采用升降车装药爆 破需求，强放孔布置的合理性分析如图4所示。 4结语 开采高度是综采工作面高产高效开采的基础， 图4强放孔布置的合理性分析（ （mm） 每一次采高的增加，都是综采丁作面设备配套和回 采技术的革命，也是一个国家煤矿开采装备制造水 平提升的表现。神东煤炭集团上湾煤矿12401综采 工作面将一次采全高开采高度由 0m增加到 8m, 虽然只是增加了 0.8m，但背后有超大采高综采工作 面设备配套、巷道支护、顶板管理、回采工艺、信 息控制等一系列关键技术在支撑。通过结合巷道及 设备尺寸进行通过性验证和综采工作面安装预分析, 保证了我国首个 8m超大采高综采工作面一次顺利 安装到位并成功投产。通过分析，优化了 8m超大 采高综采工作面机头架窝尺寸和强放孔布置形式， 8m超大采高综采工作面巷道尺寸及设备配套，可 以为类似条件综采工作面设计及矿务工程施工提供 36 2020年第6期煤炭工程专题论坛 借鉴。 参考文献 [1] 杨俊哲.8. 8m智能超大采高综采工作面关键技术与装备[J]. 煤炭科学技术，2019, 4710 116-124. 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