美国长壁采煤发展概况.pdf

if g，s 『 、 午 ， ， 卜 少 ， 美 国长 壁采煤发展概 况 观 代 化 赴何 宝 欣 美国在 传 统上是 一个采 尼连 续采掘 机 房 柱式开采 的 国家 。从5 0 年代后 期起 ，开 始 在西弗 吉尼亚 州推 行长 壁开 采 法， 用刨 煤 机落煤 。直到7 0 年 代 初，在西 弗吉 尼 亚 州开 始采 用双 柱式掩 护 支 架后 ，这 种方 法 才得 到人们 的 理解和 重视 ， 并发展成 为茹 工 生产效 率最 高 的开 采技 术 美 国长壁 采 区的数 量 到8 O 年 代初 巳增 加 到 1 2 0 个 左右 。进入 8 0 年 代， 由于 市 场 萧 条 ，长 壁采 区的数 量有所 减少 ，1 9 9 0 年 又 回升到9 6 个 。该 年 长壁 工作面共 生产 洗 精煤 l 亿吨左右 。 美 国长壁采 区分布 在 l 2 个 州 的 3个 煤 田，1 9 9 1 年 共 有9 3 个生产 长壁果 区 其 中6 6 分布 在 东部 煤 田，2 0 在 中部煤 田 其余l 4 在西部 煤 田 长 壁采区 以州来 划分 ；西弗 吉尼亚一 3 0 ％J 宾 夕法尼 亚一I 3 ％；弗 吉 尼 亚一 l I j亚拉 巴马和 依利诺 斯 各占 9％；其 余 2 8 分布 在 科罗 拉 多、肯 塔基 、优他 、 俄亥 俄 、马里 兰、新 墨 西哥及怀 俄 等 7 个 州 。 美 国煤 层太多为缓 鳆斜 ， 厚 1 ． O 2 ～ 2 ． 5 4 m，火 部 分为 1 ． 5 5 ． 一 2 ． 0 0 j赋 存深 ～_ _ ～J⋯ ～、 ～ 一、 一 一、 一， 立 良好集 体 的必要 豢件 。l 驾 I ； 馆1 作 曲～ 个业著特 点 是 由集体来 完 成 的 。 其 申一 ． 员 ，只能 从事其 中的一 项 绒儿项工 作 只 有 全I } 扛 成 员树立 了一 种以 圈 『 蹰； 整 体为 中 心的 集体 观念 ，改变邢 种⋯ 列只从 十A 4～ 5 8 } } 1p g j 4 - ／ 度 为 6 l 一 8 0 0 m，大 多数在 3 O 0 m 以下 。煤 层有砂 岩侵 入 现象 。 长 壁采 区 美 国长壁采 区 走向长 受平均 为 7 6 2 3 9 6 3 1 1 1 ，大多为 I 5 2 1 9 2 9 m }倾斜 长度 平均 为 l 2 2 3 0 5 m，大多 为2 l 一2 d 4 m。 采 区为后遏 式 开采 。采区 巷道 系统 有双 巷 式、三 巷式 凹巷式 和五 巷式 ，但 犬部分 为三 巷武 和四 巷式 ，分 别 占5 2 和4 6 ％ 。 矿井 全 部巷 遭 ，皆 由连续采 掘机 在煤 层 中掘进 。所 有 巷道 为矩形 ，宽5 ． 5 ～ 6 ． O m，部 分为4 ． 5 ～ 5 ． 0 m。 巷道采 用锚 杆支护 。 目前一个 明显 的 趋 势 是使 用高质 量锚杆 、特 种锚 杆和高 强 度 金属锚 杆 ，同 时采用加 强锚 杆垫 板 。近 年采 ，美国井 工 煤矿开 始使 用几种 专 用锚 杆桁 架 。这 些锚 杆桁 架成本低 、效果 好 ， 可 来 代替拱 型 支 桨、坑木 、工 字 梁 硬 某些 较理 想 的普通 锚杆 桁 架。铡如 ，． f1 j 被 动式 刚形 支架支护 长丝工 作 面顺槽 时， 支 承压力 使巷 道煤 柱和 邻近顺槽 下 移 。这 时，即使在 剐性 支架上 裴设工 字粱 ，工 字 架 也可 能压 弯 。相反 ，若 采 Jf 1 j 锚杆桁 架， 使 顶板保持 压缩状 态 ，而且还 能逐 渐随 、⋯⋯ 一一v 。 v、 一 。 一～ 一⋯ ～ 瘦 出发 曲狭 隘 总 ，以 圈书 馆 的 大 局为 盈，振 奋精神 ，钻研业 务 ，团 结协作 ，锐 意进取 ， 书馆 的事 业才 能兴 旺 发达 ，才 能在为 教学 相 科研 服 务中做 出更 大 的 贡 献 维普资讯 整体煤 柱和顶 板位 移而 向下变形 ，从而 使 顶 板保持稳 定 。 长 壁 工 作 面 美 国长壁汞煤 工作面 已1 0 0 实 现 综 采，年产百 万 吨的综采 面 已非 罕见 ，而且 已出现 了年 产3 0 0 万 吨的工 作面 。予 设 4 本 世纪 末将 出现 日产 2万 吨的 综采工作 面 美国长 壁工作面 长 1 2 2 3 O 5 m， 大多 为 2 “一2 4 4 m，采高 一般为 1 ．O 2 2 ． 5 4 m，太多为1 ． 5 5 2 ． 0 3 m。 系 一 次采垒 高 ，为 容纳设 备 ，有 时要截 割部 分顶板 。 工 作面大 多采用三 班工作 制 ，每 班8 小 时 ，每 周 5个 工作 日。另有 l 9 的工 作面 采用 两班制 ，l 4 的工 作面采 用两个 半班 制 。部 分 矿井不 安 排专 门的维 修班 ，而在 生 产班进 行某些予 防性 维 修，重 大维修 工 作则在周 末 进行 。工作面 平均 每班割 6 8刀，班 产5 o 0 D 一 2 4 ， 0 0 0 吨原煤 。 1．长 壁工 作面设 备 1 ． 1采煤 机械 美 国长壁工 作面 ，在7 0 年 代，刨煤 机 使 用较 为 普通 。但近 年 来9 0 以上 的长壁 工作面 使 用采 煤机 ，尤 其以双 端滚筒采 煤 机 更为 普通，约 占采煤 机 总数 的 9 O ％ 。 采煤机 的 总功 率为 2 O 8 一 l l 5 4 KW ， 其 06 2 为 3 8 5 5 2 7 KW 。9 4 的采煤 机 为无链牵引，其中艾柯屈拉克和迪纳届 拉 克公 司的 两种 牵 引系统 分别 占4 9 和 4 l 。采煤机有电牵引和液压牵引两种，有 的配一 台 电机，有 的配多 台 电机 ，但 近年 来大 多采 用多 电机 驱动 。采煤 机截深 为6 9 一 l C m，其 中 5 0 为7 6 Cm， 2 7 为 9 1 C m。截 煤 速度 为 0 ． 2 0 ． 2 3 米／秒， 大 多为 0 ． 1 8 米／ 秒 。 在 滚筒采煤机中，数量最多的是乔伊 公 司的 LS 型 系列采 煤 机 包 括1 LS、 2 LS、 3 LS、 4 LSS n 6 LS型 ，该 机 均为多电机驱动、电牵 引。可配置有链或 无 链牵 { 系统 。 目前，使 J 1 J 最 普 通 的是 4 Ls 型 ， 占采煤 机 总数 的3 3 。 4 LS 型 采煤 机是 最新 产品 ，是 针对 美国煤 层赋存状 况 ，将 采高 降 低 到2 ． 7 5 1“ 11 。经 改造 具有 以下特 点减 轻了重 量 ， 降低 了造价 }增 大了装煤 和运煤 间 隙j行 走牵 日 l 轮 中心 至 割煤 滚筒 边缘 的 距 离 减 小 ，有利于顶 板维护 j 行走 导 向中心 与牵 引链轮 中心在 同一位置 ，因此溜 槽不 直 时 不 影 响牵 引轮啮合 j挡煤 板驱动装 置采 用 两个 内摆 齿轮 液压 马达驱动 ，力矩 太而可 靠性 又高 ；扩大 了 电气保护 及监控 系统的 功能}加大了牵 f 力和牵 引速度。因此， 该 机在 美国很 受欢迎 。 现 代采煤 机 全都装 有设备 完 好状 况诊 断 系统 ，以 监测 马达的工 况和 温度 。最新 的采煤 机还 装有计 算机 速度控 制装置 。截 煤 机构使 用 最普遍 的是新 型万 向 截 割装 置 。采 用这 种技 术 ，在机 尾端头 切割后 ， 采煤机 可 以从机 尾向机头 切割 ，然后 从机 头向机 尾清底 。 刨煤 机主 要使用 于西弗 吉尼亚 州 的南 部和 弗吉 尼亚 州 的西南 部 。这 些地方 为煤 层厚度 小于1 ． 4 m优质 煤 。全 部刨煤 机 为 滑 轮，多 与双拄 式掩护 支 架配 合 使 用 。 煤 机截 深 为5 1 2 C m， 运 行速 度为 2米 ／ 秒 。大多数 先进的 刨煤机 使 J Ⅱ于西 弗吉 尼 亚 州 的南部 ， 已实 现全 自动 亿。主控装置 可监 测 沼气 浓度 、 工作 面推 进速度 、 马达和 齿轮箱 温度 和 球的流 量 。每 架支架有一 台 微 处理机 ，用 以监测 其双作 硐千 斤顶 的 行 程。 因此 ，尽管千 斤顶 的伸展 长度不 同 ， 工作 面始 终可 以职 直 。 1 ． 2 ．液压 支 架 美 国长 壁工作 面采 用三 种 掩护 支架 。 其 中双 柱掩 护支 架占7 3 J 四 柱式 或 支撑 掩护式 支 架占2 5 。节式 支 架和垛 式 支架 已 不 再 使 璀 。 4 5 9 维普资讯 支架工作阻力为2 5 5 8 2 O 吨。双柱掩 护 支 架最大工 作阻力为7 2 5 吨 ， 初撑力 和工 作阻力之 比为7 0 8 5 。大 约有7 0 的工 作面 使用 电液分组 遥控系 统 ，其 余3 0 使 用双 向液压控 制系统 。电液控 制系 统的周 期时间为 71 0 秒，在某些时候要放慢一 些， 以便 与采煤 机相配 合 。因此某些 系统 的设 计可 同 时推 移两架 支架 。全 部 电液系 统均 可 用按扭操作 ，既可 单架操 作，又可 分组 操作 。最 先进的 系统 配有 一 台 计 算 机，可 对 各种操 作方式进 行程 序控制和 改 变 参数 全部 电液系统 也可通过 起动 采煤 机来 操作 。液压 泵 一般为 2台，另加 一 台 备 用泵 。 i ． 3 ．运 输机 和 转载机 近年来，美国长壁工作面可弯曲刮板 运 输机 的功率 明显增大 ，每 台运 输 机配 2 3台 电机 ，总功 率为 3 0 8 1 3 5 8 KW ， 运 输能力每 小 时达 3 5 0 0 。运输 机 中选 用 大规格 的链条也有 所增加 。分双 中心链和 单 中心链 两种形式 ，显然 3 0 m m链条 的 使 用最为普 遍，而且 双链 、封底和 侧卸式 的 占优势 。链速为 1 ． 0 4 一 1 ． 5 8 米／ 秒。 美国使 用的转 载机 ，机宽 6 5 0 -- 3 2 5 0 m m ． 速度为 1 ． 0 2 2 ． 0 4 米／秒 配有一 台破 碎 机 大 多数机宽 1 0 0 0 -- 1 0 4 6 m m ，速度 为 1 ． 5 2 一1 ． 9 l 米／秒 。 2． 采 区供 电 髓着 采区和工作 面长度 加大 的工 作面 面设 备功率 增 长， 目前有6 6 的长 壁工 作 面 ，其 电控 系统采 用9 5 O 一 1 0 0 O 伏 电 压 。 采煤机采用2 2 5 0 --2 3 6 0 伏4 1 6 0 伏电源， 分别 占工 作面 总数 的2 5 和 9 。 3． 综 采 面 搬 家 综 采工作面 搬 家是 一 项十 分 昂贵的工 序， 除搬 家发 生的直 接 费用外 ，将设备 从 一 个采 区搬到 另一个 采区重 新安装 ，势 必 造 成生产 的损失 。总 的看来 ，长 壁工 作面 4 6 0 搬 家 的平均时 问有缩短 趋 势。加 快搬 家 速 度 的主 要措 施是保证 有备 用设 备，精 密的 计划和完善的搬运设备。据统计，有备用 溜槽 和 采煤机 的矿 ，平 均搬 家 时间为 9个 工作 日，而无备 用设 备 的矿平均 为2 O 个工 作 日。 以塞普勒 斯煤炭 公 司的平原 矿为 例 ， 该矿年 产量 1 8 0 万 吨 ， 其 中长壁 式开采 的产 量 为3 _ 0 0 万 吨 ， 它是 垒 美国 长壁工作面 搬 家 最快 的矿井 之一 ， 该 矿共采三 层煤 ， 上 层和 中层厚度相 似，平 均为 2 ． 4 2 ． 7 m，下 层 厚 1 ． 8 一 1 ． 9 5 m 。工作 面长 1 5 3 m，使 用艾 柯 夫3 0 0 型 双端 滚筒采煤 机 采 面运 输机 ， 和1 ． 5 m宽的威斯伐利亚公司的 自移支架。 从 1 9 8 4 年 起已搬 家1 5 次 ，实际 搬家 时间平 均 为4 ． 3 7 天 ，最快一 次为5 2 小 时。其 快速 搬 家的主 要经验是 计 划精 密，整个 搬家工 作 分成 4个 阶段 。 第一阶段在实际搬家前 6周开始。在 这 期 间要明确 分配任 务 ，整理好 回 收和 新 采 区工 作 现场 ，安装 好备 用设备 如备 用 运 输机 、变压 器、甚 至备 用采煤机 。本 阶段 最主 要的任务 是在 回 收点的顶 板铺设 安全 网， 以保证撒 出液压 支架 第一 阶段 台计 l O 0 1 2 0 小 时 。 第二 阶段约2 4 3 6 小 时，其 任务是 各 时回 收风 巷和机 巷的设 备，然后 回 收破 碎 机 、机 尾设备 和采 煤 机 。机 巷和 风 巷各设 一 个 组 ，每 组 3人 ，负责拆 卸所有 的固定 件和软管等。接着 由另一组 3 4人拉出 机头 和运 输机 以及每节 6 1 2 1 ． 长的溜 槽 。 第 三 阶段是 回收 液压支 架，将其 拉 到 距离一 般为1 2 2 0 -- 1 8 3 0 m的安 装 硐室 ，平 原 矿有 两台爱姆 柯 斯和一 台 瓦格纳柴 油拖 运车，及一台全 电动的小型机车，将支架 由工作 面拉到 拖运车 处 。这 一 阶段约2 4 3 6 小 时 。 第 四阶段是最后安装，这一阶段一般 维普资讯 很快。从1 9 8 4 年起，在 6年时间内，铺网 和搬 家的总 时间平 均为9 ． 3 天 。 4．瓦 斯和煤 尘控{ 斟 美国允 许粉尘 量 的标 准 是2m g／ m。 ，硅 含量低 于5 。在 以往 ，切 割的速 度 一 般定 在 0 ． 1 2 米／秒 ，以缩短 采煤机 作 业 的粉尘 暴露 时 间。现今 采用的双 向切 割 速度加快 到0 ． 1 8 米／ 秒时 ，则必须 采用新 的 降尘技术 。 为了 解决 长壁工作面 下顺 槽切 割时 瓦 斯和煤 尘集 聚 问题 ，美 国矿业局提 出 了四 项措 施； 4 ． 1采空 区风 帘 风 帘横挂 在顺槽 内， 与液压支 架相连 结，可 防止风 流漏入 采空区 。风帘 应封 闭 第一 架 支架到下顺槽 端头 的空 间，追使 风 流在 下端转9 0 。 这种 方法 使进入 工作面 的 风速平 均增大 3 5 ，从而 降低 了煤 尘和 瓦 斯 的浓 度 。如 果煤尘 对工作面 影 响是 主 要 的，则 应加挂一 个侧翼 风 帘。 4 ． 2人 行道风 帘 这种风 帘强迫 风流 从掩护 支架流 向工 作面 。风帘 在第三 架支架 附近横 穿 人 行 道 ，横向从 支架后 柱到挡煤 板，纵 向从工 作 面顶板 到底板 。在 采煤 机 双向切 割时 ， 这 种方法可 将 瓦斯 量 降低 6 O ％。 试 验 测 定 ，在下顺 槽隅 角处 ，工 作面风 量 增 加 2 3 ，第 四架支 架处 风量 增加4 3 。 4 ． 3 转载机 和破碎机 煤尘 控制 对 来 自转 载机和破 碎机 的煤尘 控制 ， 如果 封 闭住 这 些设备 ．并在关 键处喷 水， 可大 大降低煤 尘 的数 量 。除设备 本身 的喷 雾装置 外， 另外安装 三根喷 水管 ，耗 水量 仅增加4 5 升／ 分 ，煤 尘 则 可 减 少 4 1 79 。 4 ． 4翼风 帘 翼 风 帘从工 作面 的煤 壁 垂 直 跨过平 巷到达转 载机 。采 煤 机 滚筒切割 下顺 槽 时，此风帘挡住了滚筒，使风流绕道，避 免 了风流 直接吹 起滚筒 上 的煤 尘 。可降低 煤 尘 5 O 一 6 O ％。 另外 ，美 国长 壁工 作面部 分 采煤机还 采 用反 向旋 转滚筒 ，这可 提高煤 的 坡度 和 牵 引速度 ， 并减少煤 尘 的产生和 瓦斯的释 出量 。测定 表 明， 采用此 方法 ，采煤 机司 机 处煤尘 浓度 平均 降低4 O ，沿工 作面 进 风侧 的煤尘 浓度减 少2 O 。瓦 斯浓度降低 22 。 5． 高产工作 面 美国长 壁采煤 的工效居 世界 领 先 地 位 。俄 亥俄 州煤炭 公 司的普 啥顿六矿 日产 保持 在4 1 万吨 原煤 3 4 万 吨洗 精煤 j贝 雷矿 最 高工效平 均为6 2 吨／工 原煤 矿全 员平 均工效 J 达依 蒙特一爱 姆洛 克煤炭 公 司的皮 契一伏 克矿创 造 了班 产 3 ． 1 5 万 吨 原煤 的记 录 。 据 美国八个矿 的调 查 ，高 产工作 面 的 工 时利用 率达7 O 一 9 5 。这样 高 的指 标是 靠 高度耐 用的设备 素质 优 良的 操作 维修 人 员和严 密科学 的予防 性检查 计 划来 保证 实 现 的。 6． 面 临的问题 6 ． 1 由于 市场萧 条 ，煤 炭 需求 量 减 少 ，影 响长 壁采煤 的存在 和发展 。 6 ． 2 美国 西部煤 田传统 采用 双 巷 采 区系 统。经 验 表明 ，双巷系 统并 留一 小煤 柱可 减 少煤 突 出 危 险 和顶板 控制 问题 。 然而，1 9 8 4 年维尔堡矿发生爆炸，2 7 名矿 工 丧生 。由此 ，美国矿工联 台 会对双 巷系 统提出批 评， 极力要求 采用三 巷和 四巷系 统 。三 巷 和 四巷系统开 拓时 间长 ，势必 会 延 误 生 产 。 6 ． 3地表 下 沉，这 在美 国是一 个 十 分棘手 的 问题 。煤 炭工 业 总的政 策是给产 业 主赔 偿 搬 迁 费和恢 复 到原先 条件的费 l 但 有时产业 主 会提 出 某些要求 而只 能 4～ 6 1 维普资讯 诉 之法律 。可 是 法律行 为可 能 旷 日持 久 ， 而且花费很高 。这对煤炭工业也产生不 良 效果 另外 ，与 地表下 沉有 关的 费 用 很 大，甚 至矿井 因此 被迫关 闭。9 O年 代 以 来， 由于公 众 成立 了反对 长 壁开采 的环保 团体 ，这种趋 势将 会继续 下 去而封 长壁开 采 不 利 。 6 ． 4 美 国东部煤 田的煤 层部是 私 有 的 。在不 少情 况下 ，不 同煤层属 于不 同的 产业 主 ，或者租 给 了不 同的公 司。因此 ， 如果 开采设 计不 当 ，下 都煤 层进 行长壁 开 采会 使上部 煤层 遭受破 坏 ，以至 不 能 开 采 。出现这 种情 况，则很 难 采取 法 律 行 为 。 6 ． 5由于采 区越来 越 大，在 两 侧 掘 进巷遭 时， 要测 出地质 变 化 就 越来 越困 难 ，而且 在后退 式开采 时超 前探 测 地质 变 化的效果 也 有所降低 。由此 ，工 作面 推 进 缓 慢 ，甚 至停 产采 取 爆破 等 补救措 施。在 不少 情况 下 ，被迫 搬 家到 新采区 ，或者 在 原 采区 内更 换 地方 。采面 搬 家 费 用 高达 8 0 0 万 美元，再 加上生 产损失 ，所 以 生 产 费 猛增 。 7．美 国长 壁开采 的发展趋 势 近 年 代，美 国长壁采 煤总 的发展趋 势 4 6 2 是 提高工 作面单 产 ，采 I『 i I 更 完善 的控制 系 统，改 善井下 作业人 员 的安 全 保障系 统 。 到2 0 0 0 年 ，美国可 能出现 一个 全 自动化 的 工 作面 ，共 殳置 工作 面端 头计算 机 操作 员 和机 械师 各一人 。 提 高工 作面 单产 的基 本方法 一是 提 高开采 系统 的单位 时间生 产 能力 ，如采 用 深截深 采煤 机 及加大 采煤机 和运 输机 的功 率 二是 增加 开 采系统 的生产 时 问，使采 煤 机割媒 时问 占较 大的 比例 ，为此应 提高 设 备的 可靠性 。当然提高 管理 水平 也是 一 个重要 的 因素。 另一个趋 向是 完善控 制系 统，如 采』 Ⅱ 栗煤 机 自动控 制系 统 ，提 高采煤 机起 动系 统 及破 碎顶 板 和软底 板支 架 自动控 制 的可 靠性 在长 壁工 作面采 用采面 自动校 直系 统 。 在顶板 支护 方面 ，将 向系统 保护和人 身保 护结合 的方 向发展 ，不管煤 层 和围岩 裂 隙发育情 况如何 ，都 能提 供 良 好 的支 护 。这种 方 案是将人 员 和生 产设 备放 在钢 铁箱体 内设计 构 思的发展 。 推 广综合 的矿井 环境 监控装置 ，列 井 下 粉尘 含量、氧 气 含量 、瓦斯 浓度及井 下 火灾早 鞠予 报实 行全m 监 控 。 维普资讯