特厚软煤大采高综放工作面成套装备技术研究.pdf

第52卷第8期 煤炭工程 COAL ENGINEERING Vol. 52, No. 8 doi 10.11799/ce202008026 特厚软煤大釆高综放工作面成套装备技术研究 杨正凯“ 2, 张金虎3’4’ 5，张 宁 6 1.煤 炭 科 学 研 究 总 院 ，北京100013 ; 2 .中 国 矿 业 大 学 （ 北 京 ） ，北京100083; 3 .煤 炭 科 学 研 究 总 院 开 采 研 究 分 院 ，北京100013; 4 .中 煤 科 工 开 采 研 究 院 有 限 公 司 ，北京100013; 5 . 天 地 科 技 股 份 有 限 公 司 开 采 设 计 事 业 部 ，北京100013; 6 . 济 宁 矿 业 集 团 有 限 公 司 安 居 煤 矿 ，山 东 济 宁272100 摘 要 针对特厚软煤赋存特征，以永陇矿区园子沟矿井为工程背景，确定了合理工作面参 数、 工 艺、 工 艺及装备，优化设计了“ 整体顶梁带铰接前梁伸缩梁二级护帮” 的四柱支撑掩护式强力 放顶煤液压支架，有效改善了煤壁和端部顶煤的支护效果，通过支架支护质量综合监测保障系统提 高了支护的系统的适应性。确定了采煤机、前后部刮板输送机技术参数，设计了智能喷雾降尘系 统，实现了特厚软煤综放工作面的安全高效生产。 关键词特厚软煤；大采tSj综放；成套装备；液压支架 中图分类号TD823 文献标识码 A 文章编号1671-0959202008-0123-04 Key technology in complete set of equipment for high cutting fully mechanized caving face in extra-thick soft coal Y A N G Zheng-kai1,2, Z H A N G Jin-hu3 4 5, Z H A N G Ning6 1. China Coal Research Institute, Beijing 100013, China； 2. China University Mining and Technology Beijing , Beijing 100083, China； 3. Coal Mining Research Branch, China Coal Research Institute, Beijing 100013, China； 4. CCTEG Coal Mining Research Institute, Beijing 100013, China； 5. Coal Mining and Design Department, Tiandi Science and Technology Co. , Ltd. , Beijing 100013, China； 6. Anju Coal Mine, Jining Coal Mining Group Co. , Ltd. , Jining 272100, China Abstract According to the occurrence conditions of extra thick soft coal, the reasonable working face parameters, technology and equipment are determined by numerical simulation and theoretical analysis. The results show that the high- cutting fully mechanized caving is effective to achieve high yield and efficiency in the extra-thick soft coal seam， and the reasonable selection and matching of complete equipment are the basis for the full mechanized caving efficiency. The four pillar support shield type strong caving coal hydraulic support with hinged front beam expansion beam secondary support is designed and optimized, which obviously improve the support effect of coal wall and end top coal, and the adaptability of the support system is enhanced through the comprehensive monitoring and guarantee system of support quality. The technical parameters of shearer, front and rear scraper conveyor are determined, and the intelligent spray dust control system is designed, which realizes the safe and efficient production of the extra-thick soft coal fully mechanized top-coal caving face. Keywords extra-thick soft coal； high-cutting fully mechanized caving； complete set of equipment； hydraulic support 收稿日期收稿日期2020-02-23 基金项目基金项目国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （51704157;国 家 重 点 研 发 计 划 资 助 项 目 （2017YFC0804308 作者简介作者简介杨 正 凯 （ 1986） ，男 ，河 南 漯 河 人 ，在 读 博 士 ，助 理 研 究 员 ，研 究 方 向 为 矿 山 安 全 与 灾 害 防 治 、矿 山 压 力 及 岩 层 控 制 等 ，E-mail mtkjyzk。 引用格引用格式 杨 正 凯 ，张 金 虎 ，张宁.特 厚 软 煤 大 采 高 综 放 工 作 面 成 套 装 备 技 术 研 究[ J ] .煤 炭 工 程 ，2020, 528 123-126. 123 研究探讨煤炭工程 2020年 第 8 期 煤炭作为我国主体能源为国民经济发展提供了 重要支撑，其中，厚及特厚煤层的储量和产量分别 约占全国的4 3 和 4 5 , 因此，实现厚及特厚煤层 的安全、高效、高采出率开采对我国煤炭工业的发 展和国家能源安全具有重要意义31。综放开采作 为我国煤炭开采在世界上的标志性技术和成果为厚 及特厚煤层开采提供了可靠的解决方案[4’5]，大采高 综放集合了大采高一次采全厚和综放开采的优势, 进一步提高了综放开采的生产能力、开采效率和对 14m以上特厚煤层的适应性，但 对 “ 三机”装备的 能力、配套性能及可靠性提出了更高的要求，特别 是对于硬度较小的特厚煤层，协调煤壁顶煤稳定和 提高顶煤采出率的矛盾，研究并确定液压支架、采 煤机、前后部刮板输送机的技术特征参数和智能化 控制系统对于发挥大采高综放开采效能具有重要 音 vy [6,7] 1 工程概况 永陇矿区园子沟矿井首采101盘区2煤顶板一 般为深灰色泥岩、砂质泥岩、细粒砂岩（ 偶见中粗砂 岩 ） ，厚 度 一 般 2. 05. 0m。开 采 厚 度 为 3. 1 15. 8m, 平 均 约 11.1m, 煤层赋存稳定，夹 矸 03 层 ，单层夹矸厚度〇 .l〇 . 7m, 平均夹矸厚度0.4m, 夹矸岩性以炭质泥岩为主，结构简单。煤层抗压强 度 12.618.4MPa，平 均 约 15.3MPa，煤层硬度较 小 ，属于特厚软煤。 园子沟矿井首采盘区工作面设计长度为200m, 采高约为3. 5 〜 3. 8m, 放煤约7.5 12.0m, 采用多 轮间隔放煤的方式，采放比约1 21 3 , 属于大 采放比综放开采。根据国产采煤机配套滚筒尺寸, 考虑煤体强度较低和厚度较大，为改善端部顶煤控 顶效果、提高顶煤回收率，确定截深为800mm。 2大采高综放支护装备关键技术 根据园子沟矿井2煤赋存条件，该煤层具有3 个典型特征，即特厚、较软且底板为泥岩和砂质泥 岩。因此，针对上述特点对液压支架进行针对性的 设计和优化。 1 大采高综放液压支架参数优化。基于液压支 架 与 围 岩 耦 合 力 学 模 型 ，以特厚软煤大采高综放 液压支架架型、支架中心距、顶梁结构等主要技术 124 参数为优化变量，以支架合力作用点、支架尖端比 压等为目标函数，分析确定综放支架主要技术特征 参数。对于2煤层来说，约l〇 m 以上的特厚顶煤放 出后，冒放空间大，顶板及上覆岩层运动范围较大， 随着顶煤的放出支架的合力作用点不断发生变化， 根据已有特厚煤层综放开采经验[5]，l〇m以上特厚 煤层综放工作面周期来压期间会交替出现前、后立 柱增阻的现象，因此设计整体顶梁带铰接前梁结构， 增强对合力变化范围及频率的适应性。基于液压支 架动态优化设计软件优化综放支架四连杆机构，实 现梁端距变化小，有利于防止架前冒顶和煤壁片帮， 提高支架的支撑能力和稳定性。 2 强力抗冲击立柱设计。配置大缸径（ 360mm 双伸缩立柱提高顶板控制效果，支架工作阻力达 l_kN; 提高支架初撑力，使得支架主动支撑顶板 的能力加强，可有效地保证顶板的完整性；保证加T. 工艺，减小轴孔间隙和径向间隙，选用高强度板材, 提升支架质量，综合保障工作面支护效果。 3 护帮机构优化设计。特厚软煤大采高综放工 作面煤壁稳定性的控制关乎综放开采的成败，以往 大量研究及现场生产实践发现，煤壁最大水平位移 点距顶煤的距离约为0.35倍的采高，此区域应为支 架护帮板的重点支护区域[8_ 9]，根据采高不低于 3500mm确定护帮高度不小于1300mm。通过结构优 化 设 计 大 缸 径 千 斤 顶 护 帮 机 构 ，护帮高度大于 1400mm, 护帮力大于380kN，且护帮板可挑平，当 冒顶时可挑平护顶，全方位提高工作面空顶处及煤 壁稳定性。 四柱综放支架的典型问题是容易出现前后立柱受 力不均，支架无法充分发挥工作能力。根据煤体较软 宜降低支架反复支撑对顶煤的破坏，用铰接式顶梁设 计，同时为保证采煤机截割后及时护顶，顶梁前端设 计伸缩梁结构；配置2 个 100mm缸径伸缩梁千斤顶， 伸缩梁与水平呈3水平夹角上翘，使伸缩梁在伸出过 程中，充分与顶板接触，接顶性好[ 1 ]。 3大采高综放工作面设备配套 3 . 1 大运量运输系统大运量运输系统 1 运量及功率。综放工作面刮板输送机的主要 功能是运载采煤机割落的煤炭和回收上部顶煤，因 2020年 第 8 期煤炭工程研究探讨 工作面煤层厚度大且硬度低，前部易发片帮冒顶， 后部易煤量过大。根据煤流在刮板输送机内的运行 特征，刮板运输机其运煤断面4 主要由四部分构成, 即142 2/13, 16/1“ /42 从 2，243 W i3, 式 中，6 为槽宽，mm; /i,为中部槽上槽口高度，mm; / 1 2为运输状态下煤炭可堆积的最大高度， 智能喷雾降尘系统实现了与采、运 、支 、放等工艺 的协同控制，改善了工作面的作业环境。 参考文献参考文献 [1] 王 国 法 . 放 顶 煤 液 压 支 架 与 综 采 放 顶 煤 技 术 [ M ] . 北京 煤 炭 工 业 出 版 社 ，2010. 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