国外井下采煤技术的发展与动向.pdf

国外井下采煤技术的发展与动向 一 、前言 近年来随着技术的不断进步 ， 以及微电子 技 术的大量 应用 ， 使井下 采煤获 得 了迅 速发 展。 设备设计上的改进 ， 使用上的革新 ， 设备状 况及使用性能的监控 ， 以及全矿范围数据的采 集和 电子通讯技术的发展 ， 都使井下开采的工 效及安全性得到很大提高。 二、 采煤技术 的发展与动 向 现在世界各 国都在积极采用长壁后退式 开采法 ， 同时重点开发高效 、 安全、 低耗的开采 设备 ， 澳大利亚正重点发展带有整个顶板装置 的井巷开拓设备 ， 高产量的长壁后退开采设备 及机械化煤柱 回采设备和长壁采煤设备的发 展方 向是要提 高它 的可靠性 ， 改 善其使 用性 能 ， 并缩短移置时间。目前 澳大利亚长壁采煤 工 作面 已普 遍装 备 了包括 支架 承压能 力为 9 0 0 t 、 滚简采煤机功率 1 O 0 0 k w 、 井下煤炭储 运系统 每小时 2 5 0 0 t 及大型高产的设备 。 英 国的煤 矿近年 来通过 采用先进 技术 已 使其 生产率大 大提 高 ， 同时生 产成本大 大 降 低， 英国长壁工作面的下一步计划是采用后退 式开采 系统 ， 目前 ， 后退式开采量占总产量 的 3 7 ％， 计 划到 9 2年将 达到 8 0 ， 英 国煤炭工 业研 究的重 点是涉及到 监测及遥控 系统工 程 设计和规化 ， 开采系统 的自动化 。目前开展的 研 究项 目有通过物 质的伽玛射 线和采掘力 的 调整 系统来进行采煤机的高效控制 ， 利用塞线 传感器进行工作面校直及导 向。 法国对采煤机械的 自动化 已进行多年 的 研究， 许多研究成果已在井下获得了成功的应 用， 其中一项重要成果 T e l s a f e D V--A C系统可 对采煤机进 行监 测及遥 控 ， 它 包括两 个分 系 统 ， 即可提供设备的位置、 状态和完好状况数 据的远距离控制的遥控系统 ， 这两个系统也可 单独使用 。T e i s a f e 的工作过程是 在采煤机上 装有 一套传感器 ， 采集 采煤 机 在工作 面的 位 置 、 方向和速度 ， 遥臂相对机身的位置 、 煤层倾 角及采煤机的倾斜状 态、 液压力、 温度计 数据 资料 ， 这些数据 资料编成译码并输入发射 体， 再 由发射体将之通过采煤机 的三相拖线 电缆 传送到终端数据库 ， 然后再输送到主机控制的 处理机 中进行如掏槽水平的计算、 辅助遥控 、 作业情况的图形记录 以及设备故障诊断等 。 监测技术应用后 ， 实际上 巳消除了由于设 备故障而带来的生产损失 ， 法国煤矿在采 j } 】 先 进的监测用遥控 系统后， 每产十万吨煤炭 因设 备故障而更换的另件数已从 I 9 8 1 年的 2 ． 9件 下降到 1 9 8 7年的 0 ． 7件 。并在保障人身安全 提高设备的可靠性及利用率上取得突出成效 ， 且在很短的时间内就收回了投资。 美国有些煤矿也开始着手实现长壁开采 作业的全面 自动化工作 ， 先是实现采掘动作的 自动化， 然后是实现掩护支架的 自动前移及工 作面的 自动校直。 美国煤炭局 匹兹堡研究中心最近还推 出 了可模拟长壁采煤设备 生产过 程的长壁生 产 辅助系统 ， 利用它 用户可很方便地输入、 修改 数据来摸拟一个长壁开采 的作业过程。 当数据 被确认后 ， 就被存储到储存器中 ， 该 系统便可 根据这些数据进行实际模拟 。 三、 运输技术 的发展 发展方向是实现煤炭从采面到地面 的连 续运输． 美 国已发展 了水煤浆输送系统和机械 输送系统 ， 水煤浆输送系统是先将开采 出的煤 2 维普资讯 送入储槽中 ， 然后再象 泥浆一样被泵送到地面 的洗煤 厂， 水则返 回到储槽 中循环使 用 ， 机械 输送系统可取消转载机 ， 而从连续采煤机上直 接运煤 1 2 ～ 1 4 t ／ rai n ， 从而提 高 了作业安全 性并便于进行补充锚杆等工作 。 澳大利亚 已普遍建立 了井下煤炭储运 系 统 每小时达 2 5 0 0 0， 现正 致力于研究配 备在 输送机上 的相应装置 来解决 输送 机加速和减 速状态下出现的高应力 。 美国 目前正 在研究开发一种新 的工 作面 输送系统 ， 它可消除通常在多元连续输送 系统 上 出现的问题 ， 这个 系统 叫作 A B C T系统 自 导 向桥式转载系统 。 该系统 由接煤斗、 引导 电 缆 、 可伸缩的搭接式桥式转载机 、 电缆 信号传 感器、 连续采煤机尾架 、 区段胶带输送机组成。 长度可达 1 5 0 m， 只需一前一后两名司机 ， 可沿 导引电缆准确前移 ， 电缆 由跟在采煤机后面的 导引车铺设并 自动 回收 ， 该 系统的各组分别通 过转 台逐个连接 起 来 ， 铰 接角可 达 7 0 。 ， 这样 就可绕过阻碍物 。目前该系统的运输能力是 1 2 t ／ rai n ， 随着采煤 设备生 产能力 的进 一步提 高 ， 它将 f 乍 为一种更好的采煤工作面运输方式 而取代梭车等输送设备 。 四、 瓦斯及粉 尘控 制上 的进 展 井下 瓦斯与粉尘一直是影响生产安 全及 工人健康的主要 因素之一 ， 因此世界很多国家 都在积极努力寻求更好的解决办法 。目前 ， 西 德 已研制出了预报瓦斯 突出的联合监测系统。 美 国煤炭局也 已开 发出了用来控制井下粉尘 和瓦斯 的三个专家系统 ， 即连续采煤机和粉尘 控制系统 、 长壁滚简采煤机粉尘控制系统及瓦 ‘ 斯控制系统 。 连续 采煤机 粉尘控 制系统结合通 风系统 和割煤 顺序 ， 依照 美 国煤 矿安全 健康 局的 标 准 ， 寻找出粉尘的来源 。长壁采煤机粉尘控制 系统包 括三个部分 基本粉尘控制装置 ， 基本 粉尘控制 装置 不能满足需要时须装备的精细 粉尘控 制系统及 满足特殊要求 的粉尘控制装 25 置 I 瓦斯控制系统运用瓦斯排放技术 ． 根据 瓦 斯含量、 煤层厚度 、 存在的断层、 通风率及所用 的开采方 法及数据资料等处理 瓦斯 突出和 摩 擦起火。该系统配置 了一个叫“ I n s i g h e Z” 的专 家系统 ， 不但造价低 ， 还可与个人微机兼容 ． 并 且很容易掌握 。 澳大利亚 的一些煤矿成功地利 用了在煤 层内钻深孔的方法把瓦斯预先排放出去 。 目前 澳大利亚 已建立 了两个利用排放出的瓦斯发 电的燃 气轮机 发 电站 ， 发 电能力 分 别为 1 0 ． 5 MW 和 1 4 M W 。 目前 ， 正在进行超前钻孔使瓦 斯 由采空区排至地面的试验 ， 以及通过水力钻 孔把煤层中的瓦斯排放至地面 的试验。 五、 高压水射流 辅助割煤的研究 目前 ， 欧美许多发达国家都在进行长壁开 采中运 用高 压水射流辅助割煤 的效益研究与 评价 ， 美国煤 炭局匹兹堡研究中心的实验结果 表明， 运用高压水射流辅助割煤将改善采掘条 件 ， 降低煤尘量及粉煤 的含量 ， 另外 ， 还可提高 截齿的寿命 ， 减少摩擦火花的产生。 由西德煤炭局与艾克霍 夫公 司 合作进 行 的实验结果也表 明， 使用高压水射流辅助割煤 基本上不能 降低所需采煤机的功率 ， 但可获得 其它几项效益 指标 ； 如使 用 1 2 MP a压 力的高 压水射流辅助 割煤 与传统的 2 ． 3 MP a喷雾 系 统相 比， 空中煤尘降低 3 8 ； 使用压 力更大的 高压水射流辅助割煤还可提高煤的平均 块度 提高截齿 的使用寿命 ， 此外还可提高安全性并 可改善工人的健康状况 。 六、 其它方面的发展 1 ． 顶板管理 随着深井开采的进一步发展 ， 顶板管理的 重要性也愈加突出 ， 美国煤炭局对煤矿井下的 下转 7页 维普资讯 9和 1 0 、止动机构 1 1 和 1 2 、电磁传动装置 1 3 和， l 4 、电线 1 5 和 1 6 。电线将一个门的直流发 电机与另一个 门的止 动机构 电磁传动装置连 接一起。 矿井通风门闭锁装置的工作方式如下 门扇处于闭关 状态并与门框成一个平面 。 止动机构处于插入状态 ， 即位于门扇单臂凸挡 的一侧 。 两个门的门扇均解除闭锁并可将其输 流打 开 。 开门时 。由直流发电机 9带动门扇 3 ，并 产生一定极性 的电动势，而 电动势则激起 电 流 ，以保证止动机构 1 2伸出。止动机构超出 另一扇门的门扇 4的单臂凸挡 6 。此时，不能 打开门扇 4 ，西为其单 臂凸挡 6支在 伸出的止 动机构 1 2上。打开门扇 3时 ，返回机构 7可 使 门扇返 回原 位 ． 穿过风门并放下门扇 3 以 后 ， 返回机构使 门扇返回原位。此时 ， 直流发电机逆转 并产生 相反极性 的电动势 与门扇开放时相 比 。该 电动势能 在电线 I 6和 电磁 传动装置 1 4中激 起反向电流以保证 止动机构 I 2缩回。 此时 ， 风 门返 回原 位 在打开 f J 扇 4 时 ， 闭锁 程序与门扇 3的 闭锁程序相同。而在关门时 ，风门返回原位 上接 2 5页 翥 嘉 地 区 有 两 种 基 本 地 质 条 件 会 引 起 霜 碣 黜，一 是覆 盖 娟 埘厚度超过 l 5 0 m； 二是在煤 层的 上下都存在着饿硬的地层 。 为此提 出了如下建 议 ， 即在深苷中直尽量采用经过精心设计项槽 的后退式长壁采煤法来取代房柱式开采法 ； 矿 井 中应 使用压力计等 ， 监测地层的动态变化 ， 并测定岩性跃迁 以便预先发现 可能 出现 的情 况 ． 西德对 井巷深处的顶板层也非常重视 ， 正 磅究开发更完善的巷道支护方法及新型的支 护设备 现在单靠使 用大型支护设备已不能满 足顶板管理方面 的要求， 所以西德在井下巷道 鲍没计和 布置方面 已开始注重煤层 的上 下开 及设备的状况等因素。 澳大利亚 主要通过实地安放 的仪器测 定 馔工} 乍 面的实际应力进行顶板管理 ， 在顶板 管理方面的研究工作已取褥一些进展 ， 其中之 一 是找出了锚扦长度 、 密度 和其方位的最佳数 据 ． 从而进一步加固了顶板 。 白元忠译 棒野校 2 ． 机器人的应用 在煤矿井下时常会出现瓦斯积累 不稳定 顶板、 岩蔼突 镶 些危险情况， 有时工人必 须进入这些危险趣壤测定瓦斯浓度或进行支 护 。 为保障矿工的人身安全 ， 美国 F o s e t y Mi l I c y公司已生产 出了可代替矿工来从事以 七工 作 的机器 人， 其中的一种 叫做“ 侦查者” 它原来 是 用来从事爆炸物的搬运和布置等 L作的 ， 现 经 简单 的改装可用于煤矿井下危险环境 监视 及监测的工作。 “ 侦查者” 可测量瓦斯浓度并检 查顶板塌落情况 。 它配有一台具有低照明赏摄 像能力的闭路电视摄 像机 ， 可监视周围环境的 情 况。其工作臂适应性很 强， 伸展长度 达 3 ． 3 m． 可抬起 4 5 k g的重 物 ， 该机器 人 由简单 的 操纵杆控制器通过天线或电缆控制。 常谦 译自 I n t e r n a t i o n a l Mi n i n g 、 l 9 8 9， 2 9“ - - - 41 高山校 维普资讯