赵庄矿井下高效综采技术的应用研究.pdf

2020 年第 9 期2020 年 9 月 赵庄矿井下 5325 大采高综采工作面位于一水平五 盘区，所采煤层为 3煤层。煤层厚度 4.6耀5.0 m，平均 厚度 4.79 m，工作面煤层稳定，厚度无明显变化。煤 层倾角 0毅耀8毅，平均倾角 5毅。煤层结构简单，黑色，块 状，细条带状结构，似金属光泽，以亮煤为主，暗煤 次之，光亮型煤，参差状断口。煤层可采指数为 1，变 异系数 5.4，为稳定煤层，对回采无影响，煤层硬度 0.4耀1.3。由于井下地质构造复杂，受掘进过程中揭露 地质构造 （断层、节理、裂隙、煤层分叉等） 影响， 工作面回采前方可能存在隐伏性断层、节理、裂隙、 牵引褶曲、煤层产状急剧变化、工作面淋水增大等异 常现象，回采期间煤层顶板及煤壁压力大，裂隙发育 处顶板易破碎、塌顶，煤质软硬发育不均，容易片帮。 因此，传统的综采作业方案在应用过程中存在着综采 效率低、煤炭资源浪费严重的情况。本文结合 5325 大 采高综采工作面井下实际地质情况，提出了一种新的 基于充填方案的高效综采技术，该方案将充填控制、 巷道支护、高效综采集于一身，通过对充填效率、巷 道支护效率和综采方案的优化，实现提升煤矿井下综 采作业效率的目的。实际应用表明该高效综采作业方 案能将井下综采作业效率提升 23.6，显著提升了井下 综采作业的安全性和效率。 1充填控制方案 赵庄矿井下 5325 大采高综采工作面的充填控制综 采技术方案如下。当井下存在剩余煤柱时，首先在与回 风道临近的区段内部设置 1 个掘进回采巷道，然后在遗 留煤柱内部沿着侧壁位置设置 1 个预留的窄煤柱并开挖 回采巷道，巷道设置完成后则开始进行充填综采作业。 随着综采的进行，根据井下巷道顶板矿压波动步距，每 前进 0.8 倍的矿压波动步距就设置 1 个充填隔离带，形 成 1 个封闭的充填空间。在进行充填作业时要将巷道和 采空区全部进行充填，形成对上侧顶板的可靠支撑，避 免在矿压波动下发生顶板垮落事故，有效防止采空区沉 降。该井下采空区充填作业方案如图 1 所示[1]。 在选择充填材料时，由于水泥充填需要采用碎石、 促凝剂等进行混合配比，实际应用过程中需要先在混 料仓内进行充分混合，然后再采用传输泵传输到地下， 传输完成后需要用大量清水进行冲洗，避免堵塞管路， 整体操作复杂、经济性较低。经过对比后选择了一种新 收稿日期2020-04-01 作者简介苏波，1987年生，男，山西襄垣人，2016年毕业于中 国矿业大学采矿工程专业，助理工程师。 赵庄矿井下高效综采技术的应用研究 苏波 （ 山西晋城煤业集团赵庄煤业有限责任公司，山西 长治 046000 ） 摘要 针对影响提升综采效率的因素，结合 5325 大采高综采工作面井下实际地质情况，提出了一种新的基于充填方 案的高效综采技术。对充填方案和综采技术方案进行了深入分析。实际应用表明该基于充填方案的高效综采技术，使煤 矿井下的综采作业效率提升了 23.6，极大地提升了煤矿井下综采作业的效率和经济性，具有较大的应用推广价值。 关键词 综采效率；经济性；充填 中图分类号 TD823文献标志码 A文章编号 2095-0802-202009-0179-03 Application Research of Underground Fully Mechanized Mining Technology with High Efficiency in Zhaozhuang Coal Mine SU Bo Zhaozhuang Coal Industry Co., Ltd., Jincheng Anthracite Mining Group of Shanxi, Changzhi 046000, Shanxi, China AbstractBased on the factors affecting the efficiency of fully mechanized mining, combined with the actual underground geological conditions of 5325 fully mechanized mining face with large mining height, a new efficient fully mechanized mining technology based on filling scheme was proposed. This paper made an in-depth analysis on the filling scheme and the fully mecha- nized technology scheme. According to the practical application, the high-efficiency fully mechanized mining technology based on the filling scheme had increased the fully underground fully mechanized mining operation efficiency by 23.6, greatly improving the efficiency and economy of the underground fully mechanized mining operation of the coal mine, and had great application and promotion value. Key words fully mechanized mining efficiency; economy; filling （总第 180 期） 实践运用 窄煤柱回采巷道 煤柱采空区 充填工作面 煤柱 采空区 采空充填区 a 沿空留巷巷道b 采空区域的充填结构 图 1煤矿井下采空区充填作业示意图 179 2020 年第 9 期2020 年 9 月 的 SL 胶结充填材料[2]。该材料在使用过程中仅需和沙 子按一定比例进行配比，然后通过充填泵传输到充填 区域，流动性好，传输效率高。根据实际应用，在井下 凝固 2 d 后的强度达到了 4.5 MPa，为同等时间下水泥 强度的 1.5 倍，凝固 28 d 后强度达到了 11.82 MPa，为同 等条件下水泥强度的 1.6 倍，完全能满足井下采空区充 填支护的强度需求，且充填成本比采用水泥充填时降 低了 42.7，充填控制时的效率比传统控制方案提升了 1.84 倍。 2高效支护方案 针对现有支护方式所存在的支护结构复杂、效率 低、在矿压波下稳定性差的难题，针对 5325 大采高综 采工作面的实际地质情况，提出了一种新的综合支护 方案，即以锚杆、锚索、W 型钢带为主体的联合支护 方案[1]。支护过程中巷道的顶板和两侧金属护网选用直 径 10 mm 的双层菱形金属护网，金属护网之间的连接 采用搭接方式，搭接宽度不小于 150 mm，拧紧圈数不 少于 3 圈，锚固方式采用树脂加长锚固的方案，锚杆 直径选用 20 mm，锚索选用 SKP18-1 型，其直径约 17.8 mm，长度约 9 m，布置时锚索固定在岩层内的长 度不小于 200 mm，外漏的直径设置为 250 mm。该联 合支护方案具有支护结构简单、效率高、稳定性好的 优点，极大地提升了煤矿井下支护作业效率和安全性。 该井下以锚杆、锚索、W 型钢带为主体的联合支护方 案结构如图 2 所示。 图 2煤矿井下联合支护方案结构示意图 单位mm左旋无纵筋螺纹钢 锚杆 椎20伊2 400 W型钢带 4 700伊300伊5 小垫 150伊150伊10 1 500 单锚索 椎17.8伊9 000 托板 300伊300伊16 单锚索 椎17.8伊4 300 托板 300伊300伊16 煤帮侧 250250 750 750 750 750 750 750 5 000 400 煤柱侧 400 巷 中 左旋无纵筋螺纹钢 锚杆 椎20伊2 400 W型钢带 3 000伊300伊5 小垫 150伊150伊10 3高效综采技术方案 为了适应充填控制方案效率的提升，在对 5325 大 采高综采工作面进行综采作业时，采用的是德国艾克 夫公司生产的 SL-500 电牵引采煤机，采用双向割煤法[3]， 即采煤机往返 1 次为 2 个循环。进刀方式采用端部斜 切割三角煤进刀，机组进刀总长度控制在 50 m 左右。 首先机组割透机头煤壁后，对调上、下滚筒，将右滚 筒降下割底煤，左滚筒升起割顶煤，采煤机反向沿溜 子弯曲段斜切入煤壁。然后在采煤机机身全部进入直 线段且 2 个滚筒的截深全部达到 0.865 m 后停机并顺序 移溜顶过机头，并将支架拉过后调换左、右滚筒位置 向机头割煤。最后煤机再次割透机头煤壁后，再次调 换左、右滚筒位置，向机尾割煤，开始下一个循环的 割煤，割过煤后及时进行移溜、拉架。 在截割作业过程中需控制好割煤速度和质量，确 保顶底板平缓过渡，不出现大的台阶，并确保机组机 身及滚筒前后 5 m 范围内架前和架间无人。机组端部 斜切进刀完成后，上滚筒割顶煤，下滚筒割底煤，采 高控制合理，顺序向机头 （机尾） 方向割煤。割煤时 要配备 2 名司机，前后滚筒各 1 人，用遥控器远距离 操作，要密切注意滚筒及机组运行情况，以防误动作 损坏设备[4]。割煤时，机组司机要控制好割煤速度，当 拉架滞后底滚筒 （后滚筒） 超过 5 架时，必须停止割 煤，等支架拉过后，方可继续割煤。通过采用该自动化 程度高的采煤机，能显著提升综采作业过程中的效率 和作业稳定性。采煤机井下截割作业过程如图 3 所示。 图 3自动采煤机高效综采结构示意图 对 5325 大采高综采工作面基于充填方案的高效综 采技术的实际应用表明，采用该联合方案后，综采面 综采作业效率提升了 23.6，综采作业的安全性和稳定 性得到了显著提升。目前该高效综采技术方案已在赵 庄矿得到了广泛应用，取得了极好的应用效果。 180 2020 年第 9 期2020 年 9 月 节能知识 （上接 145 页） 2.3控制参数对启动过程增压器转速的影响 本实验的参数设置与 2.1 所述内容一致，参数 P 对 增压器转速的影响如图 5 所示，参数 I 对增压器转速的 影响如图 6 所示。 从图 5 和图 6 中可以看出，改变 P，I 控制参数可 以改变启动过程中的增压器转速响应特性。P200 时初 始转速最大，P0 与 P500 两种情况响应曲线基本重 合；P0 与 P200 达到稳定转速的时间基本一致，P 500 所花时间最长。在 3 种不同 I 的取值下，增压器转 速启动过程响应曲线基本重合，影响不大。 3结语 针对柴油机调速器所选关键参数设定值的不同， 分析启动过程对主机转速、齿条位移、增压器转速的 调节规律和调节特性，给出该柴油机调速器关键参数 在调速性能调整中的影响以及参数调整趋势，对后续 优化柴油机启动过程有重要参考意义。 参考文献 ［1］ 陈坚.船用发电柴油机调速器的数学建模和仿真研究 ［J］ .系 统仿真学报， 2018， 303 937-942. ［2］ 孙现伟， 张青锋， 孙延斐， 等.某系列柴油机与电子调速器匹配 标准化参数优化 ［J］ .中国修船， 2018， 314 27-29. ［3］ 景国辉， 郑亮， 李先南， 等.某船用柴油机调速特性瞬态仿真分 析 ［J］ .柴油机， 2017， 396 16-19. ［4］ 柳香雅， 徐刚， 张庆荣， 等.数字电子调速器的设计与应用 ［J］ . 交通与计算机， 20055 114-117. ［5］ 岳德文， 谢平， 王兵.几个重要参数对数字式电子调速器调节 品质的影响分析 ［J］ .柴油机， 2009， 314 10-14. ［6］ 熊文， 谢剑刚， 张光德， 等.共轨柴油机调速器的 PID 参数模糊 自整定控制 ［J］ .拖拉机与农用运输车， 20054 29-32. （ 责任编辑白洁 ） I0 I500 I200 50 000 45 000 40 000 35 000 30 000 25 000 20 000 15 000 10 000 5 000 510 15 20 25 30 35 40 45 50 模型运行时间/s 0 图 6不同 I 值下增压器转速响应曲线 50 000 45 000 40 000 35 000 30 000 25 000 20 000 15 000 10 000 5 000 510 15 20 25 30 35 40 45 50 模型运行时间/s 0 图 5不同 P 值下增压器转速响应曲线 P0 P500 P200 4结语 为了解决赵庄矿 5325 大采高综采工作面综采效率 低、煤炭资源浪费严重，严重影响综采经济性的现状， 通过对影响提升综采效率因素的分析，结合 5325 大采 高综采工作面井下实际地质情况，提出了一种新的基 于充填方案的高效综采技术。对充填控制方案、高效 支护作业方案及综采作业方案进行了分析，结果表明 a 充填控制方案成本比采用水泥充填时降低了 42.7， 充填控制时的效率比传统控制方案提升了 1.84 倍；b 以 锚杆、锚索、W 型钢带为主体的联合支护方案具有支 护结构简单、效率高、稳定性好的优点，极大地提升 了煤矿井下支护作业效率和安全性；c 该高效综采作 业方案将井下综采作业效率提升了 23.6，极大地提升 了煤矿井下综采作业的效率和经济性。 参考文献 ［1］ 闫少宏， 于雷， 徐刚， 等.大采高综采工作面产量再提高的回采 工艺研究 ［J］ .煤炭科学技术， 2015， 438 1-6. ［2］ 常庆粮， 周华强， 柏建彪， 等.膏体充填开采覆岩稳定性研究与 实践 ［J］ .采矿与安全工程学报， 2011， 282 279-282. ［3］ 高维智， 胡仲国， 徐辉.大倾角松散厚煤层不规则综放工作面 开采技术研究与实践 ［J］ .中国煤炭， 2014， 409 41-44. ［4］ 裴宝地， 刘程博， 桂维国.23 上 605 东综放工作面端头端尾加 架合茬生产实践 ［J］ .山东煤炭科技， 201411 49-51. （ 责任编辑高志凤 ） 苏波 赵庄矿井下高效综采技术的应用研究 低碳经济的重要性 “低碳经济” 的理想形态是充分发展 “阳光经济”“风 能经济”“氢能经济”“生态经济”“生物质能经济” 。 但现阶 段太阳能发电的成本是煤电水电的 5耀10 倍，一些地区 风能发电价格高于煤电水电；作为二次能源的氢能， 目 前离利用风能、 太阳能等清洁能源提取的商业化目标还 很远； 以大量消耗粮食和油料作物为代价的生物燃料开 发， 一定程度上引发了粮食、 肉类、 食用油价格的上涨。 从世界范围看，预计到 2030 年太阳能发电也只达到世 界电力供应的 10， 而全球已探明的石油、 天然气和煤 炭储量将分别在今后 40 a、 60 a 和 100 a 左右耗尽。 181