综采工作面快速搬家成套装备与技术的应用.pdf

第36卷第4期 煤 炭 科 学 技 术 Vol136 No14 2008年4月COAL SCIENCEAND TECHNOLOGYApr . 2008 煤科总院实用技术 综 采 工 作 面 快 速 搬 家 成 套 装 备 与 技 术 的 应 用 雷 煌 煤炭科学研究总院 太原研究院,山西 太原 030006 摘 要介绍了目前国内外综采工作面快速搬家装备与技术的现状及发展,详细分析了我国自主研 发的井下工作面快速搬家成套装备、技术现状、推广应用和实施效果。同时介绍了工作面各生产装 备的搬家技术和实施途径,提出了适合国内条件的支架回撤工艺,为我国煤矿综采工作面快速搬家 提供设备选型参考。 关键词综采工作面;快速搬家成套装备技术;回撤工艺 中图分类号TD82319 文献标志码 A 文章编号 0253 - 2336200804 - 0001 - 03 Application of rap id rem ovi ng equipm ent and technology for fully m echan ized coa lm i n i ng face LEIHuang Taiyuan Research Institute, China Coa l Resea rch Institute, Taiyuan 030006, China Ab stract The paper introduced the present status and development of the rapid removing equipment and technology for the fully mecha2 nized coalmining face equipmentat home and abroad. The paper detail analyzed the rapid removing equipment, technology status, p romo2 ting and application aswell as application results f or underground mining face researched and developed by China. Meanwh ile the paper introduced the removing technology and p ractical access f or the different equipment fr om the coal min ing face and provided the hydraulic powered supportwithdra wing technology suitable for the domestic condition swh ich had p rovided the equipment selection references for the rap id removing of the equipment from the fully mechanized coalmining face in China coalmines. Key words fully mechanized coalmining face; comp leted equipment and technology for rapid re moving; withdra w ing technique 近年来随着我国煤矿开采技术的高速发展和采 掘机械化程度的迅速提高,一批新型的拥有百万吨 综采工作面的现代化煤矿相继出现,一些大型煤矿 开始推出千万吨综采面,矿井总产和工作面单产都 已接近或超过世界发达国家的先进水平。回采推进 速度的提高,要求综采工作面接续时间越来越短, 由以前的大约一年左右搬家1次缩短到一年2次或 3次以上,煤矿对搬家所耽误的非出煤生产时间越 来越关注。事实上,由于搬家时间过长给煤矿造成 的非生产性损失也非常大。因此,缩短综采工作面 设备搬家时间、提高采区接续率和综采设备开机率 是现代化矿井必须面对的问题之一。 1 国内外综采工作面快速搬家设备与技术 国内外传统的综采工作面设备搬家基本上以绞 车、蓄电池机车、轨道平板车等多段分散落后的传 统辅助运输方式为主。运输环节多、系统复杂、安 全性差,占用了大量设备和劳动力。据统计,在美 国用传统的方法搬运安装一套综采设备需4～6周 时间,以全年产量考虑,由于综采工作面搬家,产 量损失高达10～15。 国外使用综采工作面快速搬家设备,起始于 20世纪70年代,在美国由于综采工作面快速搬家 成套装备的使用,在采用先进的回撤工艺的基础 上,实行 “ 面到面 ”快速搬迁,综采工作面的搬 家已由早期的4～6周缩短到现在的1周以内。近 几年来,综采工作面快速搬家的成套装备和根据各 矿区地质条件采用的多点、双点、单点回撤工艺技 术已经在美国、澳大利亚、南非等采煤大国得到普 及应用,并取得了显著的经济效益。经过多年的发 展,国外一些技术先进的煤机厂商也相继推出了各 自有代表性的产品,如BO T LONGYR的框架式 AEA 1 2008年第4期 煤 炭 科 学 技 术 第36卷 车、DBT的多功能车、SANDV IK的铲板式车等。 目前,这些产品在我国都有引进,对煤矿综采工作 面搬家发挥了重要作用,但其整机及配件价格高、 备件供应时间长、售后服务不及时等问题也给用户 带来许多不便。 20世纪90年代,我国神华集团公司开始引进 国外先进的综采工作面快速搬家成套装备用于综采 工作面设备搬家,并配合先进的辅巷多通道回撤工 艺,取得了非常明显的效果,使我国煤矿综采设备 快速搬迁技术实现了飞跃式发展。在其影响带动 下,国内其他煤矿,如晋城寺河矿、朔州安家岭 矿、兖州济三矿等先后引进以支架搬运车为主的综 采工作面快速搬家装备,均取得了显著效果。 2 国产综采面快速搬家成套装备与技术 我国综采工作面设备总重已发展到8 500 t以 上。其中,液压支架重量已发展到43 t采高613 m,工作面端头支架重已达46 t。工作面长度已 由100～150 m提高到300 m。支架数量由100架左 右提高到近180架。支架总重由1 500 t提高到 7 500 t,提高了5倍多。如此重量级设备采用原始 的搬家工艺和搬家设备进行5 000～10 000 m的搬 运是难以想象的。因此,必须根据科学的回撤工艺 技术,采用先进的综采工作面快速搬家成套装备对 综采工作面液压支架、刮板运输机、采煤机、转载 机、破碎机、移变列车等设备,进行 “ 面到面 ” 的快速搬迁。 211 综采液压支架的搬运 液压支架占综采工作面设备总重的80以上, 液压支架的搬迁是综采工作面回撤搬家的关键工 序,其搬迁时间占到工作面全部设备搬家时间的 70,并且其技术难度和风险性也是最大的。在以 无轨胶轮辅助运输的现代化矿井中,支架的搬迁通 常采用专用支架搬运车来实现。支架搬运车是在煤 矿井下专门用于搬运液压支架的以发动机为动力的 特种运输车辆,是实现工作面快速搬家的有效设 备,具有载重能力大、运行速度快、机动灵活、爬 坡度大等优点,可以实现不转载运输,节约大量辅 助运输人员,极大地提高运输效率。 支架搬运车按承载结构形式分为铲板式、平板 拖车式和U形框架式3类。铲板式支架搬运车如 图所示,其特点是以铲板为承载单元,装卸灵 活,不仅可以搬运支架,而且可以搬运其他物料, 属于多功能车类,缺点是机身长、自重大、重心 高,所以运行稳定性较低。主要用于支架短距离运 输和摆放,不太适合长距离搬运作业。 图1 铲板式支架搬运车 U形框架式支架搬运车如图2所示,以带四轮 驱动的U形框架作为支架承载单元,采用4套起 吊装置将支架直接悬挂并用夹紧机构固定,具有自 重轻、重心低、运行平稳、装卸方便快捷、转运速 度快、井下适应性好的优点,是目前主要支架搬运 设备,特别适合于长距离搬运作业。 图2 U形框架式支架搬运车 平板拖车式支架搬运车结合了铲板式和U形 框架式支架搬运车的特点,由牵引车和拖车组成。 拖车是带承载桥的封底箱式结构,是支架承载体。 该车的主要缺点有3点①由于拖车底板高,所 以支架重心高,运行稳定性较差;②拖车本身无 驱动装置,在重载情况下牵引车容易打滑,所以爬 坡能力受限;③由于拖车底板高,支架装卸必须 依靠绞车牵引的方式,所以从安全性和方便性方面 都不及前面2种方式。 但该车的优点是在牵引车前端配置了能够方便 拆卸的铲板装置,在不搬运支架的情况下,可以作 为搬运其他设备的多功能车辆使用。 国内第一台WC40Y型框架式支架搬运车,适 合在巷道宽于4 m、液压支架中心距为1175 m的 条件下使用。该车在神东矿区采用多点回撤工艺技 术的使用过程中以3台国产车配两台进口车同时使 用,保持了神东矿区搬家速度一周的最高纪录。其 主要性能指标不低于同类进口机型。在鲁能煤业柴 沟矿采用单点回撤工艺技术,单台车辆5运 距情况下,日均运送台液压支架。创下单台 1 000 m 928 t 2 雷 煌综采工作面快速搬家成套装备与技术的应用2008年第4期 车辆、单点回撤, 13 d搬运120台综采放顶煤支 架, 18 d完成综采放顶煤工作面快速搬迁的国内 最好纪录。该设备填补了国内空白, 2007年已在 神东、西山煤电、北京鲁能等矿区推广使用10余 台,并且与朔州、伊泰、霍州、兖矿等许多矿区签 订了供货合同。 对于矿井巷道在315 m左右、液压支架中心距 为115 m的条件,兖矿济宁三号井使用WC25EJ型 铲板式支架搬运车,长距离搬运液压支架也取得很 好的经济效益。为满足窄巷道、115 m支架中心距 的支架搬运工况,又研制了WC40YB型封底 式多功能运输车,该车集框架封底、铲板升降、绞 车装车、退料卸车功能为一体,极大地拓宽了车辆 使用范围,深受用户欢迎。 212 采煤机和移变列车的搬运 采煤机是综采工作面单机吨位最大的设备,也 是搬运最困难的设备。在传统的综采工作面搬迁 中,一般采用铺设轨道的方式,或铺设地面铁轨或 临时架设单轨吊车,为此需要大量的准备工作,耗 费大量工时和材料费用。随着目前采煤机吨位的逐 渐加大,单轨吊运输方式已经不现实,地面临时轨 道运输很低的效率也让许多现代化矿井逐步放弃。 在神华等大型现代化矿井,目前普遍采用无轨胶轮 辅助运输的方式搬运采煤机。 目前国内外专用于采煤机搬运的设备还没有, 我国神华集团各煤炭公司采用以蓄电车为动力的铲 板式支架搬运车搬运采煤机。蓄电池支架搬运车具 有很好的承载稳定性,不必另外布置配重,以蓄电 池组为其动力,平均过载能力大,可达额定值的 315倍,尤其适合井下恶劣环境使用,且无噪声, 无有害气体排放,不会造成环境污染。 目前采煤机的搬家工艺是将采煤机前后摇臂和 破碎机拆掉,采用两台蓄电池铲板式支架搬运车将 采煤机及其下面的5节中部槽从头尾两点整体抬出 工作面并直接转移到新工作面的方式,如图3所 示。已拆卸的摇臂和破碎机采用铲板式支架搬运车 铲运到新工作面。这样不仅避免了铺设轨道的准备 工序,节约了成本,而且实现了采煤机的不转运搬 迁。一般情况下,采煤机的搬运时间最长不超过2 个班,在神华集团神东煤炭公司,大部分矿井只需 要个班就可完成搬家,仅相当于传统搬运方式耗 时的。 图3 采煤机搬运方式 采用2个蓄电池铲板车抬运采煤机的搬运方式 简单快捷,但需要2台车前后步调一致行进,否则 极易造成采煤机滑落现象,并且由于采煤机吨位较 大, 2台铲板车几乎全程处于过载状态,对其寿命 有较大影响,铲板与轮胎损坏比较严重。因此,国 外某些企业开始研究用于采煤机搬家的专用设备, 实现采煤机安全搬迁。但由于体积和重量过于庞 大,对巷道有比较严格的要求,因此其在井下的适 应性还存在较大分歧,目前正在开发此类车型。 移变列车拆解以后的移变、乳化液泵、乳化液 箱、开关等以及综采工作面转载机、破碎机、带式 输送机等均可采用WC25EJ型铲板式支架搬运车和 铲运。新型系列化产品WC40YB型封底式多 功能运输车,在满足液压支架长距离运输的基础 上,可满足除采煤机以外的所有综采工作面设备与 物料的搬迁。 213 刮板输送机的搬运 综采工作面采到终采线后,应首先将工作面运 输巷或设备巷中的所有设备提前搬走,以便使车辆 接近综采三机采煤机、刮板输送机、液压支 架,综采三机的搬家顺序先应将刮板输送机撤 出,撤出方式为首先将机头机尾拆解,然后采用 WC25EJ型铲板式支架搬运车分别铲运到新工作 面。中部槽的搬运受到终采线附近顶板支护方式的 局限。目前终采线附近顶板大多采用多单体支柱配 合钢梁或垛式支架支护方式。因此,撤中部槽的设 备应充分考虑到支护设备的影响,外形尺寸应尽量 小型化,满足移动灵活、方便、适应性强的要求。 为此专门开发了WC4EJ型4 t多功能叉车,该车结 构小巧,具备装载、铲叉、举升、放输送带电 缆等功能,可以在较小的空间内完成各种作业, 使用该车可以很方便地将中部槽从工作面转移出 去。移出工作面的中部槽采用普通运料低污染胶轮 车再转运到新工作面。图4所示为多功能叉车。 214 回撤工艺及其适应性 目前国内综采工作面搬家速度最快的,采用回 下转第页 3 1 1/10 80 2008年第4期 煤 炭 科 学 技 术 第36卷 修改而不需要更改软件程序本身,业务流程中任何 一项活动的执行者可以随时进行调整;可以使系统 结构和功能逻辑清晰明了,便于仿真系统模块的拆 分组合,使整个程序开发过程有序可控;清晰的架 构分层和模块划分,也使各对象间相互独立,保证 单元模块的开发质量,降低导致系统集成错误的因 素;可以使系统具有较强的灵活性、扩展性,便于 系统的维护与升级;可以解决异构通风仿真业务流 程之间的数据共享和操作方法的无缝集成。 4 结 语 对矿井通风仿真系统的开放式架构进行了深入 分析与研究,提出了基于插件机制改进的通风仿真 系统开放式架构,体现了插件式软件设计思想。该 开放式架构在中国矿业大学开发的矿井通风仿真系 统VentGIS中得到验证,该系统具有良好的灵活性 和可扩展性,赋予了系统重构和扩充的能力,对同 类软件开发具有一定的参考价值。 参考文献 [ 1] 魏连江,方宗武,王红胜 1三维可视化技术在矿山开采辅助 设计中的应用研究[ J].矿业工程, 2006 3. [ 2] 王德明,李永生 1 矿井火灾救 灾决策支持系统的研究 [M ].北京煤炭工业出版社,1996. [ 3] 苏清政,刘 剑 1矿井通风仿真理论与实践[M ].北京 煤炭工业出版社 12006. [ 4] 李 钢,陈开岩,聂百胜 1 矿井通风系统CAD技术研究 [J ].辽宁工程技术大学学报, 20056. [ 5] 魏连江,王德明,王 琪,等 1构建矿井通风可视化仿真系 统的关键问题研究[ J].煤矿安全, 20077 . [ 6] 魏连江,王德明 1基于构件的矿井通风安全管理系统的开发 研究[ J ].中国矿业, 2006 121 [ 7] 倪景峰 1矿井通风仿真系统可视化研究[D ].阜新辽宁 工程技术大学, 2004. [ 8] 魏连江,王德明,赵守鹏,等 1矿井通风安全管理系统的开 发模式[ J ].安全生产与监督, 2006 3. [ 9] 任洛漪,秦开宇,李志强 1可复用仿真系统软件构架设计 [J ].电讯技术, 20052. [ 10] 张 静,吴 敏,袁卓异 1C/ S与B /S混合架构的远程监 视系统设计[ J ].长沙电力学院学报自然科学版 , 2005 4. 作者简介魏连江 1976 - ,男,江苏赣榆人,博士研究 生,讲师,主要从事煤矿安全、地理信息系统和三维可视化方面的 研究与教学工作。Tel13813294241,E - mailcumtvb1261com 收稿日期 2008 - 01 - 22;责任编辑赵 瑞 上接第3页 图4 多功能叉车 撤辅巷加回撤通道的多点回撤工艺,采用5台支架 搬运车及成套快速搬家设备,平均240 m长工作面 搬家时间为8 d,鲁能煤业柴沟矿采用单点回撤工 艺技术,采用单台支架搬运车及成套快速搬家设 备, 120 m工作面搬家时间为18 d,若该矿采用双 点回撤工艺即运输巷和轨道巷同时回撤,搬家时间 约可缩短1 /3。 一般来说采用什么搬家工艺要看矿井的地质条 件和瓦斯含量,顶板条件好、低瓦斯矿井适合神东 矿区的多点回撤工艺,对于高瓦斯矿井采用多点回 撤无法形成一个封闭的进风与回风闭合通道,因此 必须采用单点回撤或双点回撤工艺。 3 结 论 高产高效综采设备,在我国已经得到了普遍推 广运用,发展高产高效矿井可以极大地提高矿井的 经济效益,综采设备的开机率直接影响着矿井的产 量和经济性,这就要求综采工作面在搬家的时候, 必须实现快速搬迁,最大限度地减少工作面的非生 产时间。目前在我国使用国产综采工作面搬家成套 设备,面对不同的地质环境状况,已经有了推广与 实施范例。随着我国新建矿井的不断增多以及老矿 对无轨胶轮化改造的迫切要求,综采工作面快速搬 家技术与装备的推广必然会为我国煤矿的安全生 产,提高煤炭产量起到积极的推动作用。 作者简介雷 煌 1971 - ,男,山西平遥人,工学硕士, 高级工程师,长期从事煤矿机电产品的开发研究。Tel023 - 7685745 收稿日期;责任编辑曾康生 2007 - 11 - 10 08