浅谈薄煤层开采技术现状与发展趋势.doc

浅谈薄煤层开采技术现状与发展趋势 摘要 我国薄与极薄煤层资源丰富,在已探明矿区中,84.2的矿区均有薄煤层分布,资源量约67Gt。近年来,开采强度不断加大,部分矿井厚及中厚煤层的储量日趋减少,为保证矿井生产能力的均衡,延长矿井服务年限,提高资源采出率,薄煤层高效开采已成为当前急需解决的关键问题。阐述了国内炮采、普采与综合机械化开采薄煤层方式的优缺点,着重介绍了“十一五”期间,滚筒采煤机、刨煤机、螺旋钻机3 种薄煤层综合机械化开采的新进展,提出了“十二五”期间薄煤层开采的发展方向与应加大几个方面关键技术的攻关力度。 关键词薄煤层; 开采技术; 趋势 Abstract Chinese thin and extremely-thin coal-seam resource is rich. It distributes in 84. 2 of proven mining areas and its amount riches 67Gt. In recent years,thick and medium-thick coal reserves are decreasing in some mines with mining intensity increasing. In order to ensure balancing mining ability,prolonging mine service age and improving resources mining ratio,high-efficient thin coal-seam mining has become a key urgent problem at present. This paper discussed merits and demerits of thin coal-seam mining s including blasting mining conventional-mechanized mining and full-mechanized mining. It mainly introduced new development of thin coal-seam mechanized mining equipments including drum shearer,plough and twist drill in the 11th Five-year Period. It also put forward development tendency of thin coal-seam mining and several urgent and key technologies needed to be developed in the 12t h Five-year Period. Key words thin coal-seam;mining technology; tendency 我国煤炭赋存呈多样化,其中薄与极薄煤层资源丰富,并且分布广泛。在已探明矿区中,84.2的矿区均有薄煤层分布,资源量约为67Gt,其中有的矿区薄煤层储量占有相当大的比重,如安徽占72、四川占51.8、贵州占37.2。全国薄煤层可采储量达到6.15Gt,约占总可采储量的19。 近年来,随着综采、综放技术的成功推广,开采强度的不断加大,部分矿井厚及中厚煤层的储量日趋减少,薄及较薄煤层已成为主采煤层。为保证矿井生产能力的均衡、延长矿井的服务年限、提高资源采出率,薄煤层高效开采问题已成为当前煤炭工业发展急需解决的关键问题。由于薄煤层的煤层赋存条件一般较差,地质条件、开采技术条件复杂,实现机械化开采难度大,特别是当煤层埋藏比较深,地质条件比较复杂时,开采薄煤层的经济效益低,严重制约着我国薄煤层煤 炭的开采。因此,选择合理的开采方式,研发满足薄煤层条件下机采及综采要求的薄煤层配套设备,对提高薄煤层开采效益,以及老矿区的稳定发展起到至关重要的作用。 1 薄煤层开采中存在的问题 我国薄煤层开采主要采用长壁采煤法,但由于开采煤层厚度小小 于1.3m ,与中厚及厚煤层相比,薄煤层机械化长壁工作面主要有以 下问题 1 采高低,工作条件差,设备移动困难。特别是薄煤层综采工作面, 当最小采高降到1.0m以下时,人员出入工作面或在工作面内作业都非常困难。而且薄煤层采煤机械和液压支架受空间尺寸限制,设计难度大。液压支架立柱通常要双伸缩甚至三伸缩,增加了制造成本。 2 采掘比大、掘进率高,采煤工作面接替困难。随着长壁机械化采煤技术的发展,工作面推进速度大大加快,但由于薄煤层工作面回采巷道为半煤岩巷,巷道掘进手段没有多大的变化,仍以打眼放炮、人工装煤为主,掘进速度很慢,造成薄煤层综采工作面接替紧张。 3 煤层厚度变化、断层等地质构造对薄煤层长壁工作面生产影响比开采中厚及厚煤层工作面大,造成薄煤层长壁综采或机采工作面布置困难。 4 薄煤层长壁机械化采煤工作面的投入产出比高,经济效益不如开采厚及中厚煤层工作面。一个薄煤层综采工作面的设备投资不比设备装机功率、支架工作阻力相当的中厚煤层综采工作面少,但薄煤层综采工作面的单产和效率一般只有中厚煤层综采工作面一半,甚至更低。 可见,发展机械化、实现综合机械化采煤,是实现薄煤层开采高产高效的唯一出路,我国在这方面一直在不断努力。 2 薄煤层开采综合机械化技术现状 目前,我国薄煤层开采综合机械化有许多种,大致分为①滚筒采煤机;②刨煤机;③螺旋钻采煤机。 2.1滚筒采煤机 现在使用的滚筒式采煤机是传统的采煤设备,其应用十分广泛,发 展速度也比较快。随着缓倾斜中厚煤层至厚煤层综合机械化成套技术的逐渐成熟,“三软”和大倾角煤层等困难条件下综采配套技术也得到了应用。以电牵引、故障自动诊断、支架电液控制等为核心的技术也应用到了滚筒式薄煤层综合机械化设备上,这种采煤技术也正趋于成熟。薄煤层综合机械化采煤经过多年的试验,已经取得了显著的开采效果。 滚筒采煤机由于适应性强、效率高、便于实现综合机械化作业,因而发展迅速。它的整体结构、性能参数、适应能力、可靠性等诸方面, 都有了较大创新和提高。薄煤层滚筒采煤机是在中厚煤层滚筒采煤机的基础上发展起来的,它也具有许多优点①积木式无底托架结构、液压螺母紧固、多台截割电动机横向布置、抽屉式部件安装等技术的应用, 使得薄煤层滚筒采煤机结构更加简单,安装更为轻便;②整体结 构和传动方式的改进, 使得滚筒采煤机的机身变得更窄、更低;③采煤机功率的不断加大, 以及电气调速行走和远程无线控制技术的应 用,使得薄煤层滚筒式采煤机更能适应较复杂的开采地质条件;④薄 煤层采煤机比较适合小型煤矿的综合机械化开采。 2.2刨煤机 刨煤机采煤自20世纪40年代在德国问世以来,很快就得到推广和发展, 成为薄煤层采煤机械化的强大支柱。原欧洲的主要产煤国德国、俄罗斯、法国等,使用刨煤机开采的煤炭产量占总产量的50以上, 刨 煤机的日产量可达到5000t以上。 刨煤机的主要优点①能实现极薄煤层的综合机械化开采,便于实 现开采过程中的自动化;②采煤过程连续进行,工作时间利用率高; ③采出的块煤率高, 工作面煤尘量少;③结构简单,维护方便。 2000年铁法小青矿采取国内配套的方式引进一套德国DBT公司全自 动化刨煤机系统,于2001年1月开始试生产,到2002年4月, 除去倒面 检修时间, 共生产271d, 生产煤炭106万t,最高日产量6480t,小青矿 全自动化刨煤机开采技术的成功极大地提高了国内煤炭行业使用刨 煤机的积极性。 2.3螺旋钻采煤机 螺旋钻采煤是前苏联顿巴斯矿区顿涅茨克矿业研究院开发的一种 开采薄煤层的采煤方法。于1979年在顿巴斯矿区马斯宾斯克矿试验成功, 并推广应用。该采煤法是一种新型的无人工作面采煤方法, 也是 一种开采缓倾斜薄煤层的新型采煤方法, 可将煤层可采厚度由 0.600.8m下延到0.4m,对开采松软煤层有极高的推广应用价值。 螺旋钻采煤法的主要优点①投资较低;②人员和机组设备全部在 工作巷内, 人员在宽敞支护良好的巷道内就可将煤采出, 安全状况 良好;③煤的可采范围达总面积的95以上,可以多出煤,并充分释放 瓦斯。 螺旋钻采煤法主要存在的问题①留设钻孔间煤柱和钻孔组间煤柱,降低了采出率;②接长和缩短钻杆所用的时间占工作总时间的比重较大。 我国近几年引进了一些螺旋钻采煤机,取得了较好的经济效益。新 汶矿业集团2003年从乌克兰引进的2台薄煤层螺旋钻采煤机适用于0. 6 0. 9m的薄煤层,分别在潘西矿和南冶矿进行了前进式和后退式采 煤工艺试验获得成功, 单面单台钻机月产达到5800t。2004年6月20日,国家发改委调研组在新汶矿区调研时得出如下结论①潘西煤矿 螺旋钻采煤工艺的应用,效率高、安全系数高、资源开采率高, 适应 于目前我国传统的开采方法无法开采的薄煤层,该技术值得在全国推 广应用。 3 炮采方式 炮采是用爆破的方式落煤、人工装煤、输送机运煤和单体支柱支护 的采煤工艺。炮采工艺相对于现代化的机械化开采,具有工人劳动强 度大、支护工作不安全、日产量及劳动生产率低、材料消耗量大等缺点。但是炮采工艺具有技术简单,工作面设备投入成本低,对地质变 化的适应性强等优点。对于含有大量坚硬夹矸及铁矿结核的薄煤层,炮采工艺也不失为一种优先选择的采煤方式。如兖矿集团下属的南屯 煤矿开采下组薄煤层的1601工作面就是采用这种方式,其运煤采用刮 板输送机、转载机和胶带输送机联合运输,工作面循环进尺1m,每日3个循环生产,日进尺3m,工作面日生产能力610t,年生产量262kt。 4 普采方式 普采是用采煤机采煤、装煤、可弯曲刮板输送机运煤,液压推溜器推溜维持工作面推进,金属支柱支护。普采生产过程中,跟机挂梁打柱比较费时,是影响采煤机牵引速度提高的主要因素。普采后来又发展为高档普采,高档普采是在普采的基础上把金属支柱换为单体液压包括金属铰接顶梁支柱,增加放顶支架,采煤机、可弯曲刮板输送机功率相应加大,其开采方式与普采相同。普采方式的支架架设和回撤工作劳动强度大,在顶板控制方面也比较薄弱。但是普采及高档普采实现了薄煤层采煤工作面的机械化,提高了产量,而且设备初期投资少,见效快,适应性强,容易掌握。如水城矿业集团那罗矿在240m 的超长0016 工作面采用高档普采开采技术,取得了最高月产56kt 的好成绩。 其工作面配置1台SGZ-730 /260 型刮板输送机配套1台MG-150 /375 型采煤机,输送能力达到450t /h。 5 综合机械化开采方式 随着煤炭科技不断攻关,薄煤层综合机械化开采在“十一五”期间取得新的进展,目前主要有滚筒采煤机、刨煤机和螺旋钻机 3 种开采方式。 5. 1 滚筒采煤机开采方式 滚筒采煤机开采的工作面设备包括双滚筒采煤机个别用单滚筒采煤机 ,刮板输送机和液压支架。其生产工艺和一般中厚煤层综采方式相同,即采煤机在工作面两端进风巷和回风巷开切口,然后沿工作面全场切割,采煤机过后拉架推溜,完成一个循环。 当煤硬度大,煤层高度小于1m,甚至有的地方瓦斯大,需要保障采煤工作面的通风断面时,滚筒采煤机开采方式需要解决以下难题 1 保证采煤机截割及牵引部强度,降低机面高度,缩短机身长度,提高装煤效率。 2 降低工作面刮板输送机中部槽高度。 3 减小液压支架顶梁厚度,加大通风断面。 滚筒采煤机开采方式能够适应煤层厚度变化较大,煤层顶底板起伏变化较大的工作面,并且具有过断层能力强,运输能力大,支护效果好等优点。 滚筒采煤机开采薄煤层基本达到了高产、高效、安全。在地质条件及煤层赋存条件满足的情况下,薄煤层滚筒采煤机开采方式应用较普遍,如七台河矿业集团的桃山煤矿二水平三采区开采薄煤层即采用这种方式。在综采升级改造后,实现了单产由原来20kt /月提高到50kt /月,同时也减少了投入成本。 5. 2 刨煤机开采方式 随着电液控制技术的发展,机电一体化技术和定程推溜传感技术的提高,刨煤机开采薄煤层已成为一种比较成熟的开采方式,也是目前实现井下无人工作面管理的最好典范。 刨煤机主要有滑行刨和拖钩刨2 种形式。刨煤机的工作面一般采用 中部超前机头、机尾35m 甚至更大的液压支架布置方式,沿工作面液压支架基本呈凸状弧形布置,刨深由工作面输送机定量推进来确定,刨煤机综合机械化采煤工作面的刨煤工艺一般是 刨煤机刨煤→定程推溜→刨煤→定程推溜至600mm→拉架。 晋城煤业下属的凤凰山矿在2003年成功引进全自动刨煤机设备,使工作面实现了计算机远程控制,不仅减小了工人劳动强度,同时提供了一个更加可靠的作业环境,大大提高了生产率。 5.3 螺旋钻机开采方式 螺旋钻机开采是由螺旋钻机全部完成工作面内的破煤、装煤和运煤等各个工序,工作面的设备检修也都在工作面以外的巷道中进行。开采厚度为0.550. 85m,螺旋钻开采方式采用刮板输送机从回采地点将煤运出,再用单轨吊车做辅助运输。 薄煤层螺旋钻机开采方式有以下特点 1 巷道支护条件良好,安全可靠; 2 不需回撤综采设备,采煤工艺简单; 3 巷道掘进率高,采出煤质好; 4 工人劳动强度低,需用人数少,效率高。 螺旋钻机适合于非煤与瓦斯突出危险的煤层,徐州矿务集团韩桥煤矿17003钻采工作面应用了螺旋钻机采煤方式,实现了“无人工作面”采煤,提高了矿井的资源采出率,创造了很好的经济效益。随着螺旋钻采煤法的不断完善,此种采煤方法将有较好的发展前景。 6 薄煤层开采发展趋势 薄煤层开采技术难度大,效率低。为了提高薄煤层工作面的煤炭采出率,采用机械化程度高、成本低、耗材少、安全可靠的方法是今后薄煤层开采工作的首要内容。由于炮采的采出率及生产率低,刨煤机开采的适应范围较窄,我国应大力发展滚筒采煤机综合机械化开采,“十二五”期间,应在以下几个方面加大攻关力度 1 在保证采高下限的前提下,提高采煤机装机功率,增强其通过诸如断层、夹矸、局部变窄、褶曲等局部地质构造的能力,有效地解决空间有限的薄煤层安全高效开采问题。 2 研制无链交流电牵引滚筒采煤机,增大牵引力,提高输送机对弯曲的适应能力,克服液压牵引系统抗污染性低、工作可靠性差的缺点,使采煤机的性能更加完善,扩大采煤机在大倾角煤层的适用范围。3 研究多电机驱动、电机横向布置技术,解决功率加大带来的外形尺寸增加的问题,增强采煤机对煤层起伏的适应性。 4 研发以液压支架电液控制系统为基础工作面自动化监测监控系统,实现主要生产环节的自动化监测监控和控制。 5 研发连续采煤机房柱式开采薄煤层技术与装备,提高薄煤层开采采出率。 参考文献 [1]梁洪光. 薄煤层综采技术发展现状[J].煤矿开采,2009,14 19-11. [2]邵鹏燕,赵学斌. 刨煤机在凤凰山矿95313工作面的应用[J].煤炭技术,2008,27 10 42-43. ［ 3］ 张 开 玉 ， 吴 国 平 . 螺 旋 钻 采 煤 工 艺 在 韩 桥 煤 矿 的 应 用 ［ J］ .煤 矿 开 采 ， 2007， 12633－ 34. ［ 4］ 李 建 平 ， 杜 长 龙 ， 张 永 忠 . 我 国 薄 与 极 薄 煤 层 开 采 设 备 的 现 状 和 发 展 趋 势 ［ J］ .煤 炭 科 学 技 术 ， 2005,33665－ 67. ［ 5］ 姚 建 平 . 高 档 普 采 超 长 工 作 面 高 产 高 效 回 采 技 术 ［ J］ .煤 炭 科 学 技 术 ， 2007， 35 3 60－ 63. ［ 6］ 修 源 ， 福 昌 . 高 效 高 回 收 率 采 煤 方 法 与 技 术 M］ 徐 州 中 刘 黄 ［ . 国 矿 业 大 学 出 版 社 ， 2008. ［ 7］ 郭 岱 ， 许 森 祥 ， 韩 保 民 ， 等 . 薄 煤 层 大 倾 角 采 煤 机 的 应 用 与 展 望 ［ J］ .煤 矿 开 采 ， 2009， 141 12－ 14. ［ 8］ 毛 德 兵 ， 蓝 航 ， 徐 刚 . 我 国 薄 煤 层 综 合 机 械 化 开 采 技 术 及 其 新 进 展 ［ J］ .煤 矿 开 采 ， 2011， 16311－ 14.