井下采煤技术的发展趋势在1.pdf

井下采煤技术的发展趋势 在 1 9 8 8 年 至 1 9 8 9 年间举 行 了 2次盛 大 的采 煤设 备展 览 一 次是在 芝船 哥举 行 的矿业 台 议，男 一 次 是 “ Bc r g b a u 一 8 9 展览 台。1 9 8 8 年，在 东 京还召 开 了第八 届 国际煤 炭 研究会 议。 痪大 利 亚的Mc Ca t t hy 舟绍 了澳大 剩 亚正在 抓 紧 设计和 改 进能够 提 高生产率 和 安全 性． 同时 又艇 减 少操作 成本 的采煤 设备 蜘 如c 自从长 壁后 退式 开采法成功以后 ，已经认识到研制整体安装顶板支 护 系统 的巷 道掘 进机 的必要 性。 1台掘进 机每班 至 少 能进2 0 m ，并要 打 1 0 0 根顶板 锚 杆。 滇 大 利亚 的 长 壁工 作面 现 已 普 遍 装 备 了由 每架承 载9 0 0 t 的支 架 、功率达 1 0 0 o k w 的采煤 机和 每小时 运 力 选 2 5 0 0 t 的井 下贮 运装 置等 3部分 组成 的重 型设 备。其 工作 面长 度为1 5 0 2 2 0 m不等 。当 前长 壁采 煤设备 的研 制方 向是 提 高可靠 性及 用率 ，并 缩短拆 装 所 需 时 间。输 送机 要能应 付加 速和 减速 时 的动态应 力 最 近， 漠天 和亚煤 矿应 用了 讶顶支 护 方式 ，生产率 增 长了 2 2 7 6 在 J o y F C T和k l o k n e r - Be e o r i t 矿 使用了穿梭式矿车的连续运辅系统 在围岩加固领 域所 做 的科研 工作 也收 到效果 ，总 结 出一套实 用 的 经验 ，使锚 杆长 度 、位置 和密度 以厦 其设备 的 能力 均可 优化 选择 。 瓦斯控崩和置蔫监控 过 去 l 0 年 里，澳 大 和亚许 多煤 矿遇 到大 量 瓦斯 泄 出和瓦斯与煤突出的严重问题。于是很多矿井成 功地使用 了在煤层中打长钻孔抽放瓦斯的办法。据 告 ，可 释放 的古量 为7 ] 5 m。 ／ t 煤 。 现有 功率 分别 为 1 0 ． 5 和1 4 MV 的2 套燃气 轮 发电 机组正 在 试 用 占 L 煤 层中抽放出来的瓦斯做燃料。 通过 地面钻 孔 抽放 果空 区瓦斯 的方 法也 正在实 践 中。长 钻孔 技术 得到发 展， 可 以穿透 若干煤 层 ． 选1 0 0 0 m 用渡压 开裂 煤层 的项 目也在 进行 中 此外 ，滇大 利亚 煤矿 井下 将先 进的通 讯系 统和 监控系统用于生产过程和环境监耐以及维修上。其 中包括 机械 健 康状况监 测和 故障谚 断 各 煤炭 公司 现在 普遍 采用 了以可编 程 控制 器为主 的监 控 系统 a 法 国多年 来把 采煤 机械 自动化傲 为重 要研 究课 题。 已有不少成果 被昔 遍采用。Te l s a f e DV CA 系统 便是 成果 之一 。它可 以从井下 或地 面监 测并 遥 控采煤机 ，由两大 酃 份组成 ，能 台在 一 起或分开 使 用 图 1 图1 采 煤机 上安 装 了多种 传感 器， 能删 得采 煤机位 置 、方 向和 牵 引速度 ，铡 得 采煤机 的俯 斜或 倾角 、 液 压、 温度 以及 摇臂 的位置 等 这 资料 被编 码进 入发 进 机。发 送 机把数 字信 号耦 台到 采煤机 的三 相 1 O 0 0 V牵 引电缆 h，然后 由崛 槽配 电箱经 过 电话 线 送 到地 面 的计算 机上 。计算 机 对这些 资 料做实 时处 理 ，从 而做 到开 采 计算 、辅 助 遥控 、科表 绘制 和故 障 诊断 。 『 自于 采 明 了这--Te l s a f e 系 统 ，每 栗1 0 万t 煤 炭所 更换 的采煤 机零 件 数 目从1 9 8 1 年 的2 ． 9 个 骤 减至 1 9 8 7 年 的0 ． 7 个。 日前 国 在 研制 在 线诊 断采煤 机 故障 的专 家系统 ，则 将使 操 作及维 修采 煤 机 更臻 完善 。 联 邦德 国的B r mme r 回顾 了2 0 年束联 邦德 回开 发 岩巷 掘进 机 的情 况 介螂 了各 种型 号的仝 断面 巷 ．1 维普资讯 道掘 进机 的应用 和发 展。 当前 ，研铆 【作主要 放在 切割头 安 全和 运输 系统 的改 进上 。虽 然在使 用 井 下全 断面巷 道掘 进机 上取 得重大 成就 ，但 开采 探度 愈太 ， 固岩控制 问题 就更 严重 1 9 8 6 年由于顶 板严 重下 沉， 1台全断 面 掘进 机 被 埋在 I 3 0 0 m深 的地 下。 这 也表 明需 要设 计和 改进 巷道 支护方 式 。有 时 莲密集 拱型 支 架或重 型支 架也解 决不 了问题。 故应 发展其 它型 式 的加强 支护方 式 或全新 的塑 性支 护和 高咀支 架 ，并使 它们 纳入 垒断面 掘进 系统 。 Re i n s h a g e n 在 “ 井 下充填 ”文 中谈 到由 于对环 保 问题 的煎 视 ，矸 石和发 电厂废 料 的地 面处 理会 遇 到越来 越太 的 困难。联 邦德 属正在 研 究 将 矸 石 、 浮选尾 矿、发 电厂 的烟道灰 以及 除硫 用过 的石膏 或 其它类 似成 料 来充填 井 的采 空 区和 巷遭 的两 帮。 月本伊 藤 的文章 详细 介绍 了钏路 煤矿 研 究和采 用 短 ”长 壁采煤 技术 的情 况。该 矿 年 产 2 0 0 万t 煤 炭 ，采 区都在 太 平洋海底 。 英 国煤 炭局Ma s s e y “ 综 合 长壁 栗 煤 系统 ” 为题 ，指 出 由子 使 用新技 术 ，英 国煤 矿生 产率大 大 提 高， 成本 降低 。现在 ， 4 8 的工作 面 装备 了重 型 设 备， 开采 总产 量5 4 的煤 发。 英 国的后 退式 开采 法开采 总 量 3 的煤 搅 ， 到 1 9 9 2 年可埋 进到 8 8 。 英 国煤管局 的主要 研究项 日是涉及 监 测、遥 控技术 的系统 工程 设计 。 作者还 介绍 丁 由 自 然 射 线控制 采高和谓 节 截齿 力的 装置 以聂用 绳索 式传感 器监 测 工作面 的嗣 直。 作者 写到 由于 大多 数英 国煤矿 大 量疵用 崆测 技术 ，实 际 排 除 r事放 造成 的生 率 ‘ 降。 现代 的采煤 设备 卫都 配备有先 进的 控制装 置 和 根据 断测数 据 盟 i 设 备健 康情况 的装 置 可 以 根 据 如油压 、流 量 、油位 和流量 等 实时数 据 定维 修 条 件 另外 ，井 F设备 的电气 系统 也 日益复 杂， 因 此 还要 求 不断 地监 洲 自动佗 和测量 系统 奉身 的 健康 状况 ， 以挥 证 正常 运行 。 美 国Ki n g 和Ki s s e l 所 写 文章题 为 “ 美 国矿业局 研 究的P RO专家系 统 即能 寻找 尘源 ， 提 出解 决 方案 的 “ 连续 采煤 机 专家 系统” ，能 有效 控制煤 尘 的 “ 长壁 开采 专家 系统 ”I 和能 研究 瓦斯 抽放、 摩 擦 引燃 和 瓦斯 突 出的 瓦斯 控制 专家 系统 ”。后 者 采 用 r一种 名为 “ 澜察 2 的专家 系统 月络。使 得 成 本 降低 ，能 与一般 个计 算 机兼 容。 法 属 的Da r e t 和 S a i n t 在 “ l谋矿和其 它有爆 炸 危 瞳气 体行 业使 用 的敞露 式数 控装置 ” 中介绍 了新 一 代 的 皓测和 遥控设 备CGA矿 内 空气 监测 系统， AP E M本质 安全 可编 程 控 制 _措I L A C CE RI s E奉 质 安 仝数 字 目络 和监 酲 I 生产 拭 况 的新型 磷式 信 系 统 。 由于应 用 了新型 设 备， 慷 正人 员 安全 、 可拄 性和机 器 甩率方 面 挺 供了有 利 条什 榻对 于矿 井 寿 命而 言，投 资 叫收期 缩短 。 、 高压 墩射流 系统 “ 评价 长壁 滚筒 式采煤 机 的 高压水 射赢 辅助 七 q 割 ”一 文是美 国Th i ms o n s 镩人 所 写 。作者 舟绍 ， 美 国2 0 的 井下采 煤量 是长 壁_T怍面产 出。今后 1 0 年还会 更 多地 采用 使壁开 采 法。为 此 ，美 国矿 I I 扁 在Pi t t s b u r g h研究 中心试 验 高压 水射 流 辅助 切割 假煤 壁。 又与E i c k h o f f 台 作 穗 联 邦 德 国Au g u s t c Vi c t o r i a 煤 矿 井下试 验 了高压 寐射 流辅 助 切 割 结 果 表明 t高压 水射 流 能够峨 p 可 吸入 的煤 尘，碱 步 粉煤 ，延 长截 由 寿白 和减步 摩擦 J花 。但 在保持 留 割 逮度不变 的条件 下 ，采煤 机电 动机 功率 的降低 并 不 明显 实验证 明， 当水压 从2 ． 3 MP a 提 高 列1 2 MP a 时，可 降 低髌尘 约e 0 而 且水 睚越 商，采 出堞 擞 的头度 越好 。虽 然不 麓删 搏截 齿磨 损 与水压 的关 系 曲线，但 采用 高压 水射 浇后 ，藏 齿寿 命确 能 延长。 美 国的 经验 1 9 8 9 华3 月在 L a s Ve g a s 疆开 的采矿工 程 师 去 年会 上．Ke n n e d Y 介 绍 YCo n s d煤矿 的煤 蒙 畦输 系 统。 它能 达到 I 2 ～ I 4 ／ a l i n 的建 度。 垃司 ’ 房 枉斌 采 爆 法使 用 丁能锚 同顶 板 的连 续采煤 札和 卫 星式采 煤 机 由于 采用 这种 运输 方式 ． 可能 改进 通常 的采 煤 作业 流程 。而 且， 把装 载部 和煤 拄 移到 罘煤机后 方 有 助于 改善 安全条 件和提 高 劳动生 产牢 ， 为 能 更 好地 靠近 工 作面， 供应锚 杆 和安 装管 道 。 C o n s o l 煤 矿还 在避续 研究 长壁 工 作面 的综 音 ． 动化 ， 包括 割煤 自动化 、煤 层厚 度 测量 、 自动 摊 移 掩护 式支 架和 自动 词直工 作 面。 F c t e r Mi l l e r 公 司的To r b i n 在 一般 地 论述 丁 自 动 化 遥控／ 机 器人 操作 之后 ．叉 讨 论 了砌礁 井筒 自 动 定位 、远距 离凿 井 、 自动运输 系统 和机 器』 、 监视 系统 。 他介绍 了一 种新 的 ， 叫做 自动桥 式转 载列 车 的 运输 系统 ，能 盼消 脒多机 连续 运输 系统 通常 发生 的 问题 。这 是一 种装 有 自动 g f 导装置 的移 动 的桥式 转 载 车和 桥式 输送机 熙2 。 i 5 0 m长 的 自动桥 式转 载 车 能准 确地 沿着 这板 引导 电缆行 驶 。电 缆莲 接 在连 续 采煤 讥 的后 面 ， 电缆 的敷 设 和回 收由 车辆 自动完 Q _ ■ I ■ 维普资讯 成。 实际 上， 这种 运输系 统是 一个 由成 对的 输进机 组成 的列 车，每 对输 送 机 装在 I十有 轮子的 底架 上， 叫傲 移动桥 式转 载车 或转 载机 。转运 部 件m 』 做 “ 桥 使 用转 台把 各部 分联在 一起 ，使 列 车能越 过道 岔，角 度可 达7 0 。 这种 自动 桥式 转载列 车 系 统 只需 机头 、机 尾各设 1名司机 ，运 量进 7 2 0 t ／ h 。 用 它替 代 梭式矿 车或 其它 连续 运 输系统 ， 能提 高生 产率 。 连续果壤机机尾 图2 To , b i n 介绍 的另 一种设 备 是执 行 危 险任务 的遥 控机器人。并下有许多盘及安全的环境和作业，如 瓦斯 聚集 ，不 稳定 的顶 板， 岩石 突 出， 以及 打锚 杆 ，铺 冈等 机 器人 最适 合去完 成 这 些 监 测或 作 业 。 F o t e r Mi l l e r 公 司 研制成 功 了几种 机 器人 。其 中一 个 叫做 “ 密探 ” 的机 器人 ，原 来为 运送 和处 理 炸弹 而设 计的 。稍 加改装 就 可用于 井 下监 测 瓦斯 或 顶扳 下沉 。它 装有 L 套快 速寻 拽 目标 的低 照度 电视 摄象 机， 还有 l条 可伸 长的 臂， 船提起 4 5 k g 重 物伸 长 S ． 3 m 机 器人通 过 电缆或 无 线 电耦 台，用 简 单 的操 纵杆 操纵 。 美 国 矿业局 是 采矿科 研 的主要 实行 者 ，它有 一 套有 数的 技术 转让计 划 经常 发袭 文章 ， 介绍重 大 成果 。最近 发 表的 资料通 报上 刊有 “ 煤 矿 的 冲击地 压 ”一 文 ，介 绍了美 国东 部 S个有 冲击 地压 倾 向 的 煤矿的资料 分析这些资料进一步证实 了 2个引起 冲击地压的地质条件；①过厚 的 覆 盖岩层，超过 1 5 0 m。③煤 层 的直 接顶底 板岩 层极 硬 。由此得 出建 议，在 深井 中应 当采用 顺 槽经 过仔 细设计 的后 退 式 长 壁开 采取 代 房柱 开 采 必要 时最好 应 用地质 慢器 如 压力 计 、顶 板下沉 仪等 ， 监 测地 层 动态。 还应 以精确 测定 岩性变 化 的方 法发现 即将 来 临的冲击 地 压 。此外 ，在 设计煤 柱 分割 时，要 使煤 柱长 度不 小 于煤柱 间净 空 的3 ～4 倍。 最近 美国矿 业局Pi t t s b u r g h 研究 中心推 出用于 采矿 业 的系列 计算 机软 件 包 其 中一 种是 模 仿长壁 生产 系统 的 。使 用这种辅 助 系统 能容 易地 输 入和改 变 描述长 壁生 产 的各数 据 ，于是 利用 存在 仿真 文 件 夹里 这些 信 息可对 井筒 及 设备 的使用 进行 模 拟。 显 示屏 还 可提供 如开 采条 件、 机械 规格 计 划 内 外 停产 以及 开采 计划 等分 系 统。 这些 软件无 版权 ，免 费提 供。 其需 1台I B M- P C机和 不 步于 5 1 2 Kb 的兼 容计 算 机。用 标 准8 0 8 8 微处 理机 每个 采煤 班要 花2 h 计 算 为加 快 速度可 用有 数 学运 算 副 机的 P c机 ， 2 8 6 或船 6 微处 理 机亦 可。 利 用老塘 火 区发 电 的技术 已接 近商 业应 用。 这 是美 国矿业 局 的专 和。美E P C公 司 B与V E PC O公 司鉴 约，为后 者 安装 设备并 提供 2 4 MW 电力 输 电 线从西佛吉尼亚矿 内 火 区地点仲到谈省边界，与 VI P CO公 司输 电线并 网。发 电厂 由几 个 相 互 独立 的小 的发 电机 组组 成 每一 组都 安装 有可 移 动的 滑 靴。 当火 区前 进时 ，单 个机组 能 随之前 移 趋势 井下 采煤 越来越 集 中。产 量 来 自数量 很少 的 高 度机 械化 的工 作面 。过 去几 年，生 产 率 仍不 断增 长 ，甚 至有 翻番者 。微 电子 技术 的应 用起 了作用 。 今后 将 研究 深井开 采问题 ，特 别是 地压 产生 的 问题 。联 邦德 国I b b e n b u r e n 煤 矿 现 B 采到1 4 0 0 m 深。 深井 开采要 求 仔细 设计 工艺漉 程和 巷道 布置 ， 仅仅 采用重 型 设备 就不 够 了 辣 井设计 还必 须考 虑 上， 下煤 层 的开 采，回 采顺 序， 随时 同变化 的岩 性 和设备以及大量 的地质力学参数。 自动 化和 遥控 、专 家系 统、 全矿 健康 和安全 监 测等是 将 来 的关键 诃 ，连 续开 采是 另一 个热 门诃 。 很 多国家在 对 这些技 术 进行 研究 。技术 转让 显著增 多 ，使 科 研成果 迅 速从 一个 国家 传到 另一个 国家 。 连 续 运输通 常被 认为 是 高产 矿井 卡 脖子 问题 ， 现正受到更大 的重视。 特剐是房柱式开采， 很难实现 连 续运 输。C o n s o l 煤 矿 和美 国矿业 局为 房 柱式 开采 研究 出一 种新 的 、 较 完善 的连 续 运输 系统 。 最近 ， 在 加 拿大 西部 的S mo k y Ri v e r 矿 开始 研究 的课题 ， 缘 台地应 用 了连 续运煤 系 统， 回果 系统 和具有 安 垒 特点 的厚煤 层 6 m 支 护用 的 围岩支 护 系统 。这一 课题 将使 用K l o e k n e r B e c o r i t 移 动式 输 送 机， 以便 不停 地运 出连 续采煤 机采 出 的煤 炭。 黄 操戈编 译 l I n t e r n a t i o n a l Mi n i n g 1 9 8 9 年1 2 期谢 寿炽校 57 维普资讯