塔山煤矿超厚煤层综放工作面重型装备搬撤技术.pdf

收稿日期2008- 06- 16 作者简介 朱 涛 1982- , 男, 山东济宁人, 工程师, 岩土 采矿 工程专业在读博士, 现在内蒙古准格尔旗蒙南煤 炭有限责任公司从事煤矿设计和技术方面的工作。 塔山煤矿超厚煤层综放工作面重型装备搬撤技术 朱 涛 1 , 4, 张兆民2, 宋 敏3 11太原理工大学 建筑与土木工程学院, 山西 太原 030024;21义桥煤矿有限责任公司, 山东 汶上 272500 ; 31山东水利职业学院 建筑工程系, 山东 日照 276826 ; 41内蒙古准格尔旗蒙南煤炭有限责任公司, 内蒙古 准格尔 010400 摘 要 综放工作面搬家是煤矿安全生产的一个重要环节,文章通过对 8201工作面特征、 装备的介绍, 基于四阶段并联多服务台有限顾客循环排队模型建立了工作面搬撤模型并进行了计 算, 得出了最佳的搬撤路线和顺序,并阐述了搬撤工艺, 取得了较好的社会和经济效益,对相似 条件矿区超厚煤层综放工作面搬家具有指导意义和推广前景。 关键词 综放工作面; 重型装备; 搬撤技术 中图分类号TD52 文献标识码B 文章编号1671- 0959 2008 10 -0015 -03 1 概 况 111 工作面特征 塔山煤矿是同煤集团实施开采石炭纪煤层的第一对矿 井, 主采 3 5 煤层, 厚度为 8136 29121m, 平均 1914m, 含有 6 11层夹石, 夹石最大厚度达 016m。矿井设计生产 能力为 1500万 t/a , 是目前世界上最大的井工矿井。 8102工作面 见图 1是该矿由侏罗纪向石炭纪煤系过 渡的超厚煤层的第一个工作面, 工作面长度 231m,走向长 度 1531m, 采用超厚煤层一次采全高低位放顶煤开采工艺。 在回采过程中曾发生过数起由于顶板剧烈来压引起的支架 损坏 事故。工 作面装备总 质量 7150t ,采用胶 轮车整体 运输。 图 1 8102工作面示意图 该工作面为两巷布置, 两条顺槽均垂直于 1070大巷向 北。其中 2102胶带顺槽、 5102辅运顺槽均沿 3 5 煤层底 板布置;2102胶带顺槽与 1070胶带巷连接,5102辅运顺 槽与 1070辅运巷连接; 回风顺槽沿 3 5 煤层顶板布置, 与 1070回风巷连接。 112 工作面装备 8102工作面液压支架技术参数和主要机电装备配置分 别见表 1和表 2。 2 重型装备搬撤设计 211 搬撤模型的建立及计算 8102工作面装备撤退路线的模型采用一个四阶段并联 多服务台有限顾客循环排队模型, 四个服务阶段分别为空 车运行、装车、重车运行及卸载 [1]。排队模式为 M /M /C, 即胶轮车到来时间间隔及服务时间皆为负指数分布的并联 多服务台系统 [ 2], 系统参数计算如下 第 i阶段上胶轮车平均占有数为 Ni EAniPn1, n2, n3, n4 xi/T dT /dxi 式中 Ni 第 i阶段上胶轮车平均占有数, 辆; A 整数 N 的可能组合; ni 第 i阶段上胶轮车数, 辆; Pn1,n2,n3,n4 第 i阶段上有 ni台卡车的 概率; xi Sk/Si Sk 第 k 阶段 的平均 服务率,k 为待分 析的阶 段号; Si 第 i阶段的平均服务率。 15 2008年第 10期 煤 炭 工 程 设计技术 T E AF iM i 1 xini/qi M 阶段数目, 此处M 4 ; qi ni 当 ni[ mi qi mi mi ni- mi, 当 ni mi; mi 在第 i阶段上的服务台数目。 表 1 液压支架技术参数 名 称型 号初撑力 /kN工作阻力 /kN高度 /mm长 宽 /mm数量 /架质量 /t 普通支架ZF /10000/25/387730100002500 38005420 17501273215 过渡支架ZFG /10000/25 /387730100002500 38006055 175073615 端头支架ZTZ20000/25/3515464200002500 380011755 3340164 表 2 工作面主要机电装备配置 序 号名 称型 号功率 /kW电压 /V数量质量 /t 1采煤机艾柯夫 SL- 500181533001129 2前部运输机PF6/11422 750330011120 3后部运输机PF6/13422 85033001810 4转载机PFG /15424503300198 5破碎机SK11184003300123 6胶带输送机DSJ1400 /33002 50033001450 7乳化液泵EHP- 3K200/5320033004312 8喷雾泵EHP- 3K125/80132330020178 9喷雾泵KMPB320 /2315226602016 10移动变电站AW2000232 11移动变电站Beckor2500236 根据排队论原理, 第 i阶段上的平均排队胶轮车数 Nqi, 第 i阶段上的平均逗留时间 Wi和第 i阶段上的平 均排队时间 Wqi的关系如下 N i AWi Nqi AWqi Wi Wqi 1/Si 式中 A 胶轮车到来率; Si 第 i阶段的平均服务率 胶轮车的装车效率 ; A N /TcWqiWqj N 系统中胶轮车的总数, 辆; Tc 胶轮车的平均运行周期,不包括等待时间, m in; Wqj 第 j阶段上胶轮车的平均排队时间 如卸载 站 ,m in。 由上述各式可导出 W qi [ N -Nj NiTc Ni njTc- N /Sj ]/ [N N - ni- nj ] Wqj[NjWqi 1/Si ] Ni- 1/Sj 第 i阶段的利用率 Ui为 Ui A /miSi N /[miSiTc Wqi W qj ] 上述各式中, 根据 1空车运行,2装车,3重车运行, 4卸载这 4个阶段胶轮车的数量和运行时间, 现场中, 支架 铲运车 3台, 支架搬运车 4台, 多功能车 6台;4个阶段的 运行时间分别为 30m in、 15m in、 45min和 10min 。把 4个阶 段胶轮车的数量和运行时间的数据代入上述相关公式中, 得到胶轮车的平均占有概率 P n1 0130, P n2 0119, Pn3 0135, P n4 0116 。根据排队论原理和现场胶轮 车实际运行情况,4个阶段的平均排队胶轮车数 Nqi分别为 1台、2台、 1台和 2台,4个阶段的平均逗留时间 Wi分别 为 5min、 10min、 5m in和 5min ,4个阶段的平均排队时间 Wqi分别为 5min、 10min、 5m in和 5m in, 通过计算机编程运 行 4个阶段的利用率分别为 0131,0119 ,0138和 0112。 根据以上构建的 8102工作面装备搬撤的排队论模型和 计算机数据运行结果, 结合现场实际, 得出了工作面装备 撤退路线的最优方案。 212 搬撤路线 21211 5102巷 运输路线8102工作面 5102巷5102巷绕道 1070 辅运巷 副平硐 塔山料场。 搬撤的装备及数量采煤机 1台、工作面前后部运输 机各 1部、转载机 1部、破碎机 1部、自移胶带输送机尾 1 台、移动变电站 AW 2000型 2台、移动变电站 Beckor2500 型 2台、胶带输送机胶带头 1台、端头支架一组、过渡支 架 7架、普通支架 127架。 21212 2102巷 运输路线8102工作面 2102巷1070回风巷 1070 16 设计技术 煤 炭 工 程 2008年第 10期 辅运巷 塔山料场。 搬撤的装备 开关列车一组, 可伸缩胶带输送机胶带、 拉条、H 架、 U 形卡, 胶带 头开关及移 变、上拖 辊、下 托辊。 3 搬撤工艺 311 可伸缩胶带运输机 先把胶带的一个接头开至夹胶带装置附近, 夹住胶带, 抽出穿条,松胶带张紧绞车的同时卷胶带, 每卷完一卷, 退出胶带。再用相同的方法, 退完整条胶带。切断胶带输 送机开关电源并闭锁, 依次拆开负荷侧电缆、拆除各部管 路及监测线路并做好标记、解体卸载滚筒, 用绞车和防爆 叉车拉至装车点装车。再由胶带尾至头方向撤中间架、边 梁、防倒卡及上下托辊, 装入防爆车运至地面。 312 转载机、破碎机 先将转载机刮板拆除, 拆开连接链,开动转载机, 将 连接链卸在胶带上, 依次对每节链做好标记, 由胶带运出。 切断转载机开关电源并闭锁, 依次拆开负荷侧电缆、拆除 转载机上部电缆、电缆夹及挡煤板、盖板, 解体破碎机后 部溜槽及转载机尾、电机和其减速机、转载机过桥部溜槽、 机头及机头架, 最后用绞车配合防爆叉车将设备运至装车 点装车。 313 采煤机 将采煤机开至溜尾,拆开前后滚筒摇臂与机身的连接 销, 把前后滚筒与摇臂整体窜出装车。切断采煤机电源, 将采煤机连同其底部溜槽装入支架铲运车运出地面。 314 工作面前、后部运输机 清理溜槽内的浮煤、杂物,拆除刮板,拆开溜槽上的 连接环, 边用马达松链, 边用绞车配合卸链, 当卸完一节 链时, 用紧链闸将链固定, 防止倒退, 然后继续重复吐链 直至把链全部卸完为止。切断输送机开关电源并闭锁, 拆 开负荷侧电缆, 解体电动机减速机偶合器, 拆开溜槽间对 口连接件、齿条销及齿条、电缆槽夹板、导向销子和电缆 槽。用回柱绞车由工作面运至装车点装车运出。 315 设备列车 拆开移动变电站、液压泵站、开关和集中控制设备的 连接装置, 拆除各部电缆及控制线路并做好标记, 对托电 缆装置进行编码并拆解出井;移变用支架搬运车整体从 5102巷运出; 泵 站、其 他设备 列车用防 爆车从 2102巷 运出。 316 液压支架 先撤端头支架, 然后由头向尾依次撤退其余支架。 1 端头支架 后退后溜头 1m, 对端头支架各部进行 编号。撤架时, 支架左侧支设木柱, 然后降下左侧立柱并 对其拆除,用吊链与防爆叉车配合将左侧顶梁装车运出, 后将左侧底座三部分装车运出。右侧顶梁、立柱、底座与 左侧拆除工艺相同。 2 过渡支架 撤架前, 将端头所有单体支柱用木柱代 替, 在其邻架前探梁上用 5 22 86链条挂一个 20t滑轮, 回柱绞车钢丝绳通过滑轮拴在被撤支架四连杆上, 降架后 开动绞车使支架前移, 当被撤支架底座超出相邻支架底座 时, 将钢丝绳钩头改挂在支架前桥上, 开车调向窜出工作 面, 用支架搬运车运出, 每撤一架在其空间支设五组带帽 木柱, 每组 2棵木柱, 组间距为 1m。 3 普通支架 降架采用远方邻架操作, 收回护帮板, 降前探梁, 降主顶梁。撤架方法同撤过渡支架相同。在支 护方面, 每撤一架支架在其空间支设 3组木柱, 每组 2棵 木柱, 组间距为 1m, 每撤退 5架打一木垛。摆好掩护支架 后进行初次放顶,正常回柱放顶为每撤一架支架进行一次 放顶工作, 保留二排木柱维护顶板。 在车起步前确保支架防晃动装置固定在支架上,拖车 后部的固定链必须防止支架前后摆动。卸支架时, 先将支 架搬运车停在指定放置的地点, 解开后面链子收回防晃动 装置, 用拖车铰接处侧面的手柄使支架放于地面, 从提升 臂上取下提升链和钩子后放置在支架上,将支架搬运车向 前开一段距离使支架留在原地, 这样就完成了支架的装卸 工作。 4 效益分析 411 社会效益 通过运用研究所得的综放重型装备安全搬撤技术体系, 大幅节省了搬撤的时间, 保证了搬运作业安全, 充分发挥 了劳动力和设备的最大效力,实现了超厚煤层综放工作面 重型装备整体长距离的安全搬撤。为塔山煤矿石炭纪煤层 乃至相似条件矿区的大规模开发提供了技术支撑, 取得了 较好的社会效益。 412 经济效益 通过科学合理的安排搬撤顺序, 保证了 8102工作面重 型装备的安全快速搬撤, 仅用 36d就完成了工作面所有设 备的搬撤任务 其中包括 7d撤架通道地面硬化时间 , 比计 划 50d提前了 14d, 取得了显著的经济效益。 按该工作面平均日产煤量 18603t计算, 多生产煤量 14 18603 260442t 。 多创效益 多生产煤量 当年吨煤销售价 260442 306 796915万元。 参考文献 [ 1] 朱涛, 张丰强, 徐继光, 等. 改扩建矿井辅助运输方式的选 择 [ J]. 山西煤炭,2006 ,9 329 . [ 2] 张幼蒂, 王玉浚. 采矿系统工程[M ]. 徐州 中国矿业大 学出版社,2000. 责任编辑 潘启新 17 2008年第 10期 煤 炭 工 程 设计技术