应用综放开采技术 建设高产高效现代化矿井.pdf

2 0 0 6年第 4期煤炭工程 应用综放开采技术建设高产高效现代化矿井 徐玉学 充矿集团贵州能源化工公司 发耳煤业公司，贵州 水城5 5 3 0 1 7 摘要综采放顶煤开采技术是实现高产、高效、安全、低成本的重要途径，综放工艺是 高产、高效的采煤工艺，是实现煤炭工业现代化生产快速发展的重要举措。鲍店煤矿通过综采 放顶煤开采技术的应用，使矿井产量在2 0 0 3年突破 7 2 0万t ,综放单产达到 6 0 0万t / a ，被列为 高产高效现代化矿井。 关键词综放开采;综放工艺;高效集约化矿井 中图分类号T D 8 2 3 . 4 9文献标识码B文章编号1 6 7 1 - 0 9 5 9 2 0 0 6 0 4 - 0 0 3 5 - 0 3 鲍店煤矿是我国自行设计、自行施工的第一对特大型 全综采的现代化矿井，年设计能力 3 0 0 万 t 。随着煤炭工业 的发展以及建设高产高效矿井的提出，矿井产量逐年提高， 如表 1 。该矿煤层平均厚度 8 . 9 m，适合综放开采的 3煤， 煤层倾角3 - - 1 7 0 ， 煤层普氏系数 f 3 . 1 - - 3 . 9 ， 属于低瓦 斯矿井 。 表 1 1 9 9 8 .2 0 0 3年的产It 1 9 9 8 年1 9 9 9年2 0 0 0 年2 0 0 1 年2 0 0 2 年 万 t / a 2 0 0 3年 4 2 0 4 8 0 5 7 0 6 1 06 3 6 1 综放开采技术条件下的技术改造 1 . 1 矿井煤炭运输实现连续化 对制约生产瓶颈的提升系统、运输系统、洗选系统实 施技术改造，坚持边生产、边完善的原则。 运煤系统为综采放顶煤工作面，可弯曲刮板运输机 、破碎机、转载机、顺槽可伸缩皮带溜煤眼集中巷带 式输送机一采区煤仓主要胶带大巷输送机一井底煤仓一 主井提升箕斗、地面准备车间洗煤厂，然后或装车外运， 或贮煤厂堆存，从系统上实现了采煤工作面到地面工艺流 程的连续运输。 1 . 2 主要大巷胶带机提速的技术改造 稳定可靠的煤流运输是矿井稳产高产的保障，从工作 面运输巷到井底煤仓全部实现了胶带输送机运输。该矿随 着日产万吨采煤工作面的创建，带式输送机承载能力和运 送能力低的问题 日益突出，该矿通过更换高速齿轮来减少 传动比，提高滚筒转速，达到提速和提高运力的目的，为 提高胶带运输能力，将主井北装载胶带进行了扩容提速， 由原来 的 l m 宽、带速 1 . 9 m/ s提 高 到 1 . 2 m 宽、带速 3 . 1 5 m/ s ，大大缩短了装煤时间。同时对南翼胶带提速改 造，由3 . 1 5 m/ s 提高到4 m / s ，运输能力由1 1 0 0 t / h提高到 1 5 0 0 t / h ，提高了系统运输能力， 满足了煤炭运输的需要。 1 . 3 矿井主提升系统 自动化运行 实现矿井主提升系统全 自动化运行，主要是提升系统 设备状态的自动控制，装卸载 自动化，信号系统检测 自动 化等技术。该提升系统采用先进的全数字化晶闸管直流调 速系统改造后，实现了全自动提升，减少了提升循环时间， 缩短了提升周期，提高了矿井提升能力，提升量可由原来 的3 0 0 万 t / a ，提高到 6 0 0 万 t / a ，最高日提升 2 . 8万 t ，年 增加提升能力3 0 0万t 以上，为实现高产高效的现代化矿井 奠定了重要的基础。 1 . 4 工作面设备更新 用 MG T Y 2 5 0 / 6 0 0 一1 . 1 D电牵引采煤机替代了MX G- 4 7 5 采煤机，最大牵引速度由 7 . 8 6 m / m i n提高到 1 2 . 8 m/ mi n ，牵引力由 3 4 4 k N提高到 5 8 0 k N，装机功率由 4 7 5 k W 提高到 6 0 0 k W。用 Z F S 一6 0 0 0支架代替 Z Z P一4 8 0 0支架， 并配套使用大流量阀组，增大了支架初撑力和工作阻力， 提高了移架速度。用S G Z 一 8 3 0 型前后部运输机代替了S G Z 一 7 6 4 刮板机，刮板机配套功率增大为 8 0 0 k W并使用双速 电机，输送能力由1 0 0 0 t / h提高到了 1 2 0 0 t / h 。工作面设备 的更新提高了煤炭开采工效和输送能力。 2 综放开采巷道的施工 1 采区巷道布置的优化设计。采用综放采煤工艺后， 采区的几何尺寸加大，储量增加，巷道布置将传统的中间 岩石上山、下山、区段岩集巷的布置方式全部改为分组岩 石上、下山的布置方式，使用煤集巷替代岩集运。 2 工作面顺槽锚网支护技术。由于综放技术的应用， 工作面顺槽均沿底板岩石掘进，矩形断面锚梁网支护，支 护参数顶部锚杆 D 2 0 x 2 5 0 0 m m螺纹钢，树脂锚固剂;帮 收稿 日期2 0 0 5 -0 5 - 0 8 作者简介徐玉学 1 9 6 8 一 ，男，山东曲阜人，工程师，长期从事采矿生产技术管理工作，发表论文多篇。 3 5 煤炭工程2 0 0 6年第 4 期 邵锚 杆 D 1 4 x 1 6 0 0 mm 螺 纹 钢，树 脂 锚 固剂 ，间 排 距 8 0 0 mm x 8 0 0 mmo 3 加大工作面的几何尺寸，预留小煤柱。综放工作面 几何尺寸优化为走向长 2 0 0 0 m左右，倾斜宽 2 0 0 m，综放分 层开采一般为 1 5 0 m。综放开采后沿空侧设计预留 3 . 0 一 4 . 5 m小煤柱，与采空区有效隔离，消除了自然发火隐患。 4 综放工作面切眼一次掘全宽，锚网、长异型钢板支 护。采用M T H - S 1 0 0 一 4 1 型掘进机截割装载，配套 Si - 8 0 胶带机和 4 0 t 刮板输送机运煤。采用 MF C一1 3 6 0 / 3 6 3 0 单体锚杆钻机打装顶部锚杆和锚索，煤电钻打注帮部锚杆， 进行全断面支护。锚杆均采用 D 2 0 x 2 5 0 0 m m螺纹钢，端头 树脂锚 固，间排距 7 0 0 m m x 7 0 0 m m;锚 索 为 0 2 0 x 6 0 0 0 m m， 间排距为 l 0 0 0 m m x l 0 0 0 m m;巷道顶部采用 3 7 0 0 m m与2 7 0 0 m m长异型钢板搭接使用，配合锚杆支护。 3 综放工艺 3 . 1 影响综放工艺的矿压显现特征 在相同的煤层和开采条件下，综放工作面顶煤初垮步 距相差不大，3煤的顶煤初垮步距为 6 . 0 一1 3 . 5 m，平均 9 . 7 m. 3煤老顶 初次来 压步距 为 3 2 . 1一4 9 . 3 m，平均 4 1 . 8 m。统计表明，综放工作面周期来压步距为老顶初次来 压步距的 1 / 3 - - 1 / 4 。综放工作面两顺槽超前压力影响沿空 巷道的矿压显现剧烈，实体较缓慢。 3 . 2 综放工艺的工序 割煤一段架推前溜一拉后溜割煤一段架一推前溜 ，放煤拉后溜。其主要工序是割煤、装煤、运煤、移架、 移溜、放顶煤。 3 . 3 采放 比 采放比为割煤高度与放煤高度的比值，主要由地质条 件即开采煤层厚度和配套设备特征来决定。当煤层厚度较 大时，可提高采高，反之降低采高。该工作面煤厚平均 8 . 7 m，采高 3 . 0 m，放煤高度 5 . 7 0 m，采放比1 1 . 9 0 3 . 4 放煤方法及放煤步距 放顶煤是综放工艺中的最关键的工序，约 6 0 以上的 煤由支架放出。开始放煤必须达到一个放煤步距，为防止 大块煤堵塞放煤口，尾梁插板 口由小到大进行控制，一般 见研 1 / 3 时停止放煤，由于采用多头放煤，下方放煤 口根 据输送机中的煤量大小来决定放煤速度，当上方放煤工换 架时或后期煤少的时间内加大放煤量，使输送机运量均衡， 提高整个工作面的放煤速度，有利于快速推进和提高产量。 采用双轮顺序多头放煤，两刀一放，实行采放平行作业。 放煤步距的大小决定着回采率和煤炭质量，放煤步距 选择偏大时，顶煤落人采空区，丢煤量大，放煤步距太小 时，放不出煤，且采空区研石大量涌人放煤口，影响煤质。 经过反复放煤试验，合理的放煤步距为 1 . 6 m, 4 综放工艺安全技术 阻化剂能减少煤的氧化速度，增加煤在低温时的化学 惰性。对采后的采空区进行注浆是鲍店煤矿预防火灾最主 要的手段。浆液主要由黄土、黄沙组成，注浆量以万吨煤 不少于 l o o m 3 为宜。 均压技术即均衡漏风通道两端风压差的技术，使易 自 然发火区的煤炭由于处于均压状态，减少漏风供氧，产生 窒息区，减少发火区。鲍店煤矿主要采用停采线外侧布置 均压巷实现对停采线的均压，以及利用联络巷配合风门位 置变化实现对采空区的均压，均取得良好的均压效果。 4. 2防尘 煤层注水使煤增加水分，可减少煤在被破碎过程中产 生的粉尘，是综放工作面最有效的防尘措施。采煤机内外 喷雾和 “ 负压二次”降尘由高压水管敷设在电缆槽内，供 水压力 1 0 - - 1 5 MP a ，当煤机截割时，启动开关实现 “ 负压 二次”降尘。顺槽防尘及卸载点降尘，两顺槽安设防尘水 幕两道，且保证雾化良好，同时，对工作面及回风顺槽实 现各转载点的喷雾降尘 自动化，以及支架放煤 口放煤时喷 雾降尘自动化。 4 . 3 瓦斯治理 选择 “ U”型通风，风流方向为下行，沿空侧顺槽内进 风，实体煤侧顺槽为回风巷，根据通风实测计算，该工作 面配风量选取 1 0 0 0 m 3 / m i n为宜。 4. 1防 灭 火 3 6 5 综放技术的评价与展望 5 . 1 评价 该工作面在厚煤层一次采全高的同时，也实现了平行 作业，是采煤工艺的重大变革，也是实现矿井高产高效的 发展方向。 顶板管理相对容易，具有适应厚煤层和煤层倾角变化 复杂以及通过断层等地质构造能力强的优点。巷道掘进率 低，减少采煤工作面搬家次数和安装回撤费用，降低了工 作面吨煤成本，减少了材料消耗和设备维修费用。 减少了工作面个数，生产系统简单，较大幅度地降低 了巷道掘进和维护工作量，实现了井下的集中生产。 综采放顶煤开采技术的经济效益十分显著， 2 0 0 3 年比 2 0 0 2年净增加 9 0万 t ，全员工效达 1 5 . 6 t / 工，比2 0 0 1 年提 高 3 . 1 6 4 t / 工，实现利润 3 . 9 8 亿元。 5 . 2 展望 完善综放开采的技术，在现有装备配套及工艺优化的 基础上，将继续围绕工作面工艺参数优化、装备配套 自动 化和配置技术系列化等方面进行研究探索，力求有新的突 破和提高。坚持集约化生产，减人提效，努力提高工效， 建设高标准的高产高效现代化矿井。 未来的高效集约化综放开采技术，将是以综放开采技 术为龙头，集机械制造、自动控制技术、计算机技术、通 讯技术、传感与检测技术、专家系统和人工智能于一体化 的综合性应用技术。 关键技术包括两柱掩护式放顶煤液压 2 0 0 6 年第 4期煤炭工程 综采工作面安装一的二危 -L 源Fi t 识及控IN 猎施 刘殿福， 充矿集团 济宁二号煤矿 商登涛 ，山东 济宁2 7 2 0 7 2 摘要根据矿井综采工作面安装的实际情况，合理划分单元，认真辫识安装过程中的危 险源，并进行风险评价，提出了实现安全生产的控制措施。 关键词综采工作面;危险源辫识;风险评价;风险控制 中图分类号T D 7 6文献标识码B文章编号1 6 7 1 - 0 9 5 9 2 0 0 6 0 4 - 0 0 3 7 - 0 3 安全是煤矿永恒的主题，是煤矿各项工作保持持续健 康稳定发展的前提和必备条件。在济宁二号煤矿综采工作 面安装过程中，安全也始终是第一位的工作，在历年的综 采工作面安装期间都曾多次发生安全事故，暴露出矿井在 安全管理方面的深层次问题。运用现代安全管理理论，结 合实际，辨识综采工作面安装危险源和实施有效防治，是 贯彻落实安全法律法规和上级指示精神，完善和提高济宁 二号煤矿综采工作面安装安全管理水平的重要内容。 开采数量来保证，势必造成工作面安装频繁。据统计，济 宁二号煤矿仅 2 0 0 5 年就安装 8 个综采工作面，预计 2 0 0 6 年还要至少安装 8个工作面。要想抓好综采工作面安装的 安全工作，必须认真贯彻落实 “ 安全第一，预防为主”的 方针，切实有效的抓好源头控制，认真开展综采工作面安 装的危险源辨识，并且针对严重程度采取有效控制措施， 对确保综采工作面安装的安全非常必要。 1 概述 济宁二号煤矿是我国第一对采用全煤大巷布置的现代 化矿井，井田面积 9 0 k m 2 ，地质储量 8 . 5 5亿 t ，可采储量 4 . 0 4 亿 t ，设计年产 4 0 0万 t ，服务年限 6 7 . 5 a , 1 9 9 7年底 投产， 2 0 0 0 年矿井达到设计生产能力。随着矿井采用长壁 综放、普通综采及中厚偏薄煤层开采工艺，形成了 “ 大中 特”的开采格局。矿井严格按照核定生产能力，并对矿井 主要生产系统进行了更新改造，矿井在 2 0 0 3年原煤产量最 高达 6 0 5 万 t , 2 0 0 4年原煤实际产量 5 2 0万 t 。由于矿井本 身赋存地质条件的影响和制约，加之相对较好的二采区受 地面村庄压煤影响，矿井已由开采厚煤层大块段向薄煤层 小块段过渡，目前条件下采区只能布置中小综采工作面。 要稳定矿井原煤生产能力水平，就需要增加综采工作面的 2 综采工作面安装危险源辨识和风险评价 2 . 1 危险源辫识 1 成立辨识小组。根据综采工作面安装的实际情况， 组织工程技术人员、管理人员、工班长、技术工人和职工 代表等组成辨识小组，对可能造成人员伤亡、疾病、财产 损失、工作环境破坏的根源或状态进行辨识。 2 列出辨识范围。综采工作面安装的空间范围都是危 险源辨识范围，具体应从安装空间的人、物和环境等方面 进行危险源辨识。 3 划分作业活动。按生产工作流程的阶段、地理区 域、 设备设施材料和作业任务等四种方式单独或结合运用， 将综采工作面安装的作业活动进行划分。一般划分为上岗 人员、辅助运输、支护管理、起吊、现场安装、电气设备 维护和运行及一通三防等。 曾花 之 姗佑 ， .冷 忍在 场 减 俞 喝价 ，‘9 斥补 呷福吧 ， 壳 、 而 ，分吧 必 分 .充 卜 ， ‘冶弓 3日 声、必 安 场 分 ; 冶石 、产 妥， 佑 ，花 晒 ‘贻 范 尧 仔分 飞户 .壳 补 习台娜份昭而 、严;场减 曰.佗 、声奋 唱佗 、 声.吧肠卿 户 吧 ， 届呀 声场 刁 公， 花 场 伯， 净 ，虎 奋 .花 ， .榷 场 召 ， 闷 ，;Jles仁J3.J 2飞4 resLresLresL 支架的研究、工作面顺槽自动化控制系统研究、综放开采决 策设计专家系统研究等，实现自动放煤，提高 自动化程度， 达到移架快、放煤速度快及放煤效果好的目的。可配备大运 距、高可靠性 的前后部刮板输送机，工作面面长加大到 3 0 0 m， 走向长几千米， 实现一井一面的高效集约化矿井。 参考文献 [ 1 ]徐玉学，张震，陈学伟.鲍店煤矿综合机械化放顶煤开采的 实践 [ 1 J .山东科技大学学报， 2 0 0 2 , 2 1 6 1 - 7 0 . 钱鸣高，刘听成.矿山压力及其控制 〔 M] .北京煤炭工 业出版社，1 9 9 1 . 吴则智.充州矿区综合机械化放顶煤开采的实践与认识 仁 M] .北京煤炭工业出版社，1 9 9 7 . 黄福昌.充州矿区综放开采技术与成套设备 【 M] .北京 煤炭工业出版社， 2 0 0 2 . 责任编样马光辉 收稿日期2 0 0 5 -1 2 - 0 2 作者简介刘殿福 1 9 6 5 一 ，男，山东阳谷人，工程师，现为充矿集团济宁二号煤矿综机服务中心科长，大学学历 已发表论文 1 0 余篇。 3 7