厚煤层顶煤冒落采煤综合机械化的展望.pdf

厚煤层顶煤冒落 采煤 综合机械化的展望 奋今今 今 今今 今 今 今 北京煤矿机械厂董玉 文 编者按 本文应读者要 求 , 介绍厚煤层顶煤冒落采煤综合机械化的现状 和展 望 。 这种综采方法适用于 开采 米厚的各种倾角的特厚煤层 , 具有高产 、 高效 和设备投资少等突出优点 。 近年来 , 国外争相研制相应的综采机械设备 , 在采煤生 产实践 中已取得成效 。 目前 , 我国尚未应用这种采煤技术 , 这对我国特厚煤层的开 采及其综采机械的研制 , 无疑具有重 要的参考价值 , 可供借鉴 。 一 、 项煤冒落综采法 发展概述 由于世界范围内能源需求的增长和石油 价格政策 , 厚煤层采煤机械化 , 特别是顶煤冒 落采煤综合机械化越来越引起人们的关注 。 厚煤层工作面综采机械化 , 主要有三种 类型 第一 、 一次采全高综采法 , 如图 所 示 。 目前 , 国外已开始研制高度达 米 的高 型液压支架 , 实际上已能开采 米 厚 的 煤 层 。 我国已着手研制 米采高的综采机械 第二 、 分层综采法 , 如图 所示 。 目 前 , 国内外 均采 用这种方法 , 第三 、 顶煤冒落综采法 , 如图 所示 。 顶煤冒落综采 法与传统综采法不同 , 其 特点是 , 工作面内有两 个回采点 , 即沿煤壁 处由采煤机截割下的煤 , 由靠近煤壁的第一 台运输机运出 , 而液压支架上方的顶煤 , 在 地压的作用下 , 产生裂隙 , 经冒落后 , 由靠 近采空侧的第二台运输机运出 。 顶煤冒落综采法也经历了 由爆破法 、 普 采法和综采法三个发展阶段 。 早在 年代末 和 年代初期 , 法国 、 南斯拉夫即开始采用 顶煤冒落采煤祛 。 当时和以后一个时期 , 曾 使用木支柱 、 金属支柱 、 单体液压支柱和刮 板运输机 , 进行爆破采煤或机械割煤 。 年 , 苏联库兹巴斯煤田采用顶煤冒落法 , 借 助 掩护式液压支架开采 一 米 厚的 煤层 。 年, 法国研制成功适用 于顶煤冒 落法用的液压支架 所谓香焦型 , 与采煤 机和运输机配套 , 组成综采设备 , 于 年 实现了 冒落综采机械化 。 年以 来 , 英 国 、 西德 、 法国等国争相研制出一些新型的 垛式 、 掩护式及支撑掩护式液压支架 , 顶煤 冒 落综采机械应用范围不断扩大 。 但是 , 我 国尚未采用这种采煤方法 。 二 、 顶谋胃落综采机械及其采煤 方 式 顶煤冒落综采机械由采煤机 、 液压支架 和两部运输机所组成 。 其 中常使用普通的滚 筒式采煤机和恺装式运输机 , 而液压支架却 与普通的支架有较大的不同 , 型式亦多样 。 下面重点介绍英国 、 西德和法国等国家研制 使用 的液压支架及其采煤方式 。 英国 英国道梯公司为南斯拉夫维雷耶煤矿研 制的液压支架 , 如图 和 所示 。 图 为二 柱掩护式支架 , 与滚筒式采煤机和两部运输 机配套使用 。 该支架掩护梁上面开 设落煤窗 口 , 由液压控制开启 。 冒落的顶煤即经此窗 口装人安置在支架后部的第二台运输机内 。 支架的支撑力为 牛顿 。 图 为四柱掩护 式支架 , 与滚筒式采煤机和两部运输机配套 使用 。 掩护梁上面开设一落煤窗口 , 由液压 控制开启 。 落煤窗口附近装有搅动器 , 以便 冒落装煤 。 掩护梁上面还设有开孔 , 用 于 当 顶煤坚 硬不易冒落时 , 通过该孔进行打眼放 炮 。 第二台运输机也安置在支架后部的底座 上 。 该支架的主要技术特征为 高度范围 一 毫米 架间距 。毫米 总工作阻力 千牛顿 支护强度截深 毫米时 截割前 千牛顿 米 “ 截割后 千牛顿 米 顶板比压 千牛顿 米 底板比压 千牛顿 米“ 推溜力 千牛顿 移架力 千牛顿 落煤窗口尺寸 毫米 上述两种支架约于 年研制 。 利用道梯公司液压 支架配套的综 采 机 械 , 可构成三种类型的采煤方式 当煤层厚度达 米时 , 采用如图 所示的采煤方式 。 该图表示综采机械沿底板 进行采煤 , 支架 上部的顶煤经冒落后 , 由第 二台运输机运出 当煤层 厚度达 米 时 , 采用如图 所示的开采方式 。 该图表示 以 两个分层进行 采煤 。 上分层 利用传统综采法 沿顶板进行采 煤 , 此时支架采空侧 不安置第二台运输机 。 下分层利用 冒落综采法沿底板进行采煤 。 两 分层之间的煤经 冒落后由下分层 的第二 台运 输机运 出 当煤层厚度达 到或超过 米时 , 采 用如图 所示的采煤方式 。 该图表示 以 两个 图已 二 七 介汀 、 ‘, ‘ 认 ‘ , 图 图 。。一 三柱支撑掩护 式支架 图 。。一 八三柱支撑掩护式支架 表 支架型式 高 毫米 初撑力 千牛顿 工作阻 力 千牛顿 支护强 度 千牛顿米 结 构 特 点研 制使用 配套设备 四柱 支架 图 。 一 支架后面装有掩护 尾梁 , 第二运输机 安置在底板上 使 用时 , 顶梁上面铺 网 , 顶煤通过网上 的开口落入运输机 年研制成功 后 , 在南斯拉夫 维雷耶矿试用 , 年装备 米 长工作面 , 工效 达 吨 工 滚筒式采 煤机 , 两台运输机 一 四柱垛式 支架 图 ‘ 一 。 初撑时 。 工 作阻力时 掩护梁为伸缩式由 液压控制 , 第二运 输机安置在底 板上 年在南斯拉 夫鲍格维纳矿使 用 滚筒式采煤机 , 两 台运输机 一 三柱 支撑 掩护式支 架 图 一 连 初撑时 工作阻力时 支架前面安置 根 立柱 后面安置 根立 柱 。 掩护梁可 伸缩 , 左右装有翼 板 , 通过液压控制 开启冒落顶煤 第 二台运输机安置在 底板上 年底, 在南 斯拉夫维雷耶矿 装备 米长工 作面 由于增 加 了支 架 工 作阻 力 , 顶煤 冒落次 数频繁 , 极少进 行爆破 滚筒式采煤机和两 台运 输机 一 三柱支撑 掩护式支 架 图 一 初撑时 工 作阻力时 支架前面安置 根 立 柱 , 后面安置 根立柱 四连杆机 构 转过 ’ 。 掩护 梁两侧装有翼板 , 通 过液压控制开启 冒落顶煤 , 第二运 输机安置在支架后 面的托架上 为 年在南斯 拉夫煤矿使用而 研制 由于第二 运输机安置在托 架上 , 可避免移 拉运输机时发生 局部困难 滚筒式采煤机和两 台运输机 分层进行采煤 。 上分层利用传统综采法在煤 层 中进行采煤 , 此时不安置第二台运输机 。 下分层利用 冒落综采法沿底板进行采煤 。 上 层和下层的顶煤经冒落后 , 由下层的第二台 运输机运出 。 西德 目前 , 西德赫姆夏特 , 威斯特法里亚和 贝考里特公司 , 均制造顶煤冒落综采用的液 压支 架 。 赫姆夏特公司研制的液压支架 , 如 图 一 所示 。 其技术特征 , 结构特点及研制 使用情况见表 。 当 一 液压支架 与 滚 筒式采煤 机和两台运输机配套使用时 , 其采煤过程如 图 一 所示 。 图 表示采煤机开 始截 煤 , 工作面运输机移至煤壁 , 图 表示煤 壁顶煤截割后 , 支架前移 图 表示采 煤 机完成底煤截割 , 顶煤冒落装人第二台运输 机 图 表示顶煤冒落装煤完毕 图 表 示运输机前移 , 开始新的采煤循环 。 图 威斯特法里亚 公 司研制的 型四柱支撑掩护式支架 、 一 滚 筒 式 采煤机 、 采煤机或刨煤机 , 以及两台 运输机组成的综采机械及其采煤方式 , 如图 一 所示 。 该图表示综采机械沿底板进 行冒落采煤 , 适用于开采厚度大于 米的煤 层 。 当顶煤不冒易冒落时 , 可局部地进行钻 孔爆破 , 如图 所示 。 当煤层厚度足够高 , 且顶煤又不易冒落时 , 可采用分层开采法 , 其方式与如图 所示的情形相似 。 图 该综采机械已于 年在南斯拉夫煤矿 使用成功 。 型支架的掩护梁可进行 伸 缩 , 由液压控制 , 以便冒落装煤 。 第二台运输机 安置在底板上 。 支架的技术特微如下 高度范围 一 毫米 架间距 毫米 支护强度 千牛顿米 初撑时 千牛顿 米 工作阻 力时 移架 力 千牛顿 推溜力 千牛顿 第二运输机推移千斤顶 拉力 千牛顿 推力 千牛顿 第一台运输机为 型 , 装有功 率各为 的两台相同的传动装置 。 刮板 链规格为 双链 , 连度为 米秒 , 生产率为 吨 时不加装煤板时 。 第二 台运输机为 轻型运输机 , 装有两 台功率各为 的传动装置 。 刮板 链规格为 毫米 双链 , 链速为 米秒 , 生产率为 吨 时 。 贝考里特公司研制的液压架如图 所示 。 该支架为四柱垛式 , 掩护梁通过液 压 进行控制 , 以便冒落装煤 。 第二台运输机安 置于底板上 。 法 国 法国斯特菲诺埃斯公司于 一 年期 间研制的液压支架及综采机械如图 和 所示 。 支架为四柱式 , 尾梁呈 “香蕉” 型 , 其摆动角度由液压千斤顶进行调整 。 第 二台运输机安置于底板上 。 采煤时 , 支架上 面铺网 , 冒落的顶煤通过尾梁后面网上的开 口装入第二 台运输机 。 支架的主要技术特征 为 高度范围 一 毫米 工作阻力 千牛顿 支护强度 千牛顿 米 “ 初撑时压力 巴 工作阻力时压力 57 0 巴 最大倾角 3 0 “ 支 架总重 4800公斤 与支架配套的采煤机为正 面工作方式的 双滚筒采煤机 。 滚筒直径为9 5 0毫米 , 截 割 口 户户 图 16 图1 5 高度为2 .5 米 , 主电机功率为11 0 KW , 牵引 链规格为22 x 86毫米, 牵引力 为1 0吨 , 牵 引 速度为0 .9米/分, 机器重量为11000公斤 。 第一台运输机刮板链直径为1 8毫米 , 第 二运输机为侧向双链型式 。 图1 7所示的综采机械 , 重量轻 , 可称之 为经济型设备 , 多年来 , 使用效果 良好 。 当 工作面长5 0米 , 煤层厚度 8 米 , 日进尺1 .5 米时 , 日产煤量可达700750吨 。 采煤方式如图18 、 19 和20所示 。 图15表 示分层采煤方式 。 综采机械在上分层沿顶板 进行采煤支架后面无第二运输机 , 在下 分层沿底板进行采煤 。 两分层之间的煤经冒 落由下层第二运输机运出 。 图1 9表示综采机 械沿底板进行顶煤冒落开采 。 上述两种采煤 方式常用于厚度5 一 1 2 米 、 倾角达30 “ 的煤层 。 图20表示水平分层采煤方式 , 适用于倾角大 于30 。 的急倾斜特厚煤层 。 2 法 国马瑞尔公司制造的液压支架如 图2 1和2 2所示 。 图2 1表示四柱支撑掩护式支 架 。 掩护梁通过液压控制进行伸缩 , 以便冒落 装煤 。 第二运输机安置于底板上 。 图2 2表示 FB 21 一 3 05 型四柱掩护式支架 。 掩护梁上面 设有落煤窗口 , 由液压控制其开启 。 窗「 l内 装有搅动器 , 以促使冒落的顶煤顺利地装人 运输机 。 第二运输机安置于支架后部的底座 上 。 该支架于1977年研制 , 与滚筒采煤机和 运输机配套 , 成功地应用 于法国煤矿 。 其采 煤方式参见 图 3 。 该支架的技术特征 高度范围 2200一3000毫米 初撑时压力 35 7 公斤/厘米 2 工作阻力时压力 45 9 公斤/厘米 “ 顶板接触面积 4米“ 底板接触面积 2 .7米2 最大倾角 3 0 。 重量 12750公斤 图 18图 19 井 乡 仔乡仔厂必或少 分 顶板 分层冒落 底板 图20 综采机械设备少得多 。 因此 , 机械设备购置 费和维修费成倍地降低 。 例如 , 当煤层厚度 为 9米 、 采高 3 米 , 工作面长度为 1 0 0米时 , 分层开采需要同时在三个工作面内配备三套 综采设备 , 而采用顶煤冒落法开采时 , 仅需 要在一个工作面内配备一套综采设备 , 即可 达到同样的生产效果 。 5 。 当煤层厚度超过 5 米时 , 若使用高 型综采机械进行一次采全高 , 设备投资费用 就相 当高 。 此时 , 若使用低型综采机械进行 顶煤冒落开采 , 则可在取得同样生产效果的 条件下 , 节省大量 的资金 。 美国矿业局曾建 议 一次采全高和顶煤冒落开采适用的煤层 厚度 。 分别为3 一 5 . 1米和5.4 一 1 2米 ; 6 . 顶煤冒落综采工作面内具有两个回 采点 , 即在煤壁处由采煤机截煤 , 同 时在采 空侧进行顶煤冒落装煤 , 故可显著地提高生 产效率 。 三 、 项煤 冒落综采方法的优 点 顶煤冒落综采法与传统综采法 相比 , 具 有下列优点 1. 适用于开采 5 米以 上的水平 、 缓倾 斜 、 倾斜和急倾斜特厚煤层 长壁式或短壁 式 ; 2. 适用于开采厚度变化的不规则特厚 煤层 ; 3. 在地压的作用下 , 顶煤产生裂隙而 实现自由 冒落 , 这部分煤不需要采煤机进行 截割 。 因此 , 可显著地节省设备的动 力消耗 。 据报导 , 法国洛兹雷煤矿使用由FB 21 一 305 型 液压支架 、 滚筒采煤机和运输机组成的综采 机械进行采煤时 , 自由冒落的顶煤所占的比 重为6 5 , 而由采煤机械割的煤仅为3 5 ; 4. 在煤矿集中生产的条件下 , 顶煤冒 落综采法所需要的机械设备数量 , 较之传统 四 、 关于煤的回采率回收率 采用顶煤冒落综采法时 , 其回采率受煤 层厚度 、 煤质硬度 、 所使用的机械设备及采 煤方式等因素影响 。 其值较一次采全高综采 法低一些 。 目前 , 国外顶煤冒落综 采法的回 采率可达到 8 0以上 。 五 、 关于煤的自燃问题 在顶煤冒落采煤过程中 , 由于 部分煤丢 失在采空 区 , 存在着煤的 自燃倾向 。 但是 , 如果采用后退式开采方法 , 避免或减少通风 进人采空区 , 提高煤的回采率 , 提高工作面 推进速度 , 或采取向采空 区喷氮 等防 火措 施 , 煤的自燃或火灾是可以防止的 。 六 、 项煤冒落综采法应用效果举例 1. 法国奥维尔格尼煤矿的 一个工作 面 , 长度为 5 5米 , 煤层厚度为 8 米 。 为了防 止煤层的自燃 , 采用后退采煤法 。 使用 如 图 16和1 7 所示的综采机械 , 以及图1 9所示 的采 表 2 火 - 一产 架 法国马 瑞尔公 司 支架 工“面情蕊 卜万亨 及应用效果 \\火 西德赫姆夏特 公司支 架 苏联 K T U 支架 迪尔鲍尔杰矿居尔杰维克矿卡卡尼矿 维雷耶矿南井维 雷耶矿东井 煤 层厚 度米 开采方 式 工 作面长度米 开 采 厚 度米 工作 面日进 尺米 回采损失肠 工作面平均日产量吨 工作 面效率 吨/工 30 水平层 45 10.5 1.0 4 。 5 804 22 。 6 25 水平层 28 7 。 5 一10 。 8 1 。 5 15 460 15 . 3 8 。 5 倾斜层 50 6 。 0 15 420 11 . 2 60 水平层 94 10.0 0 。 92 13 。 7 1243 34 . 7 80 水平层 4 5 9 。 0 0 . q7 909 27 。 83 煤方式 。 采煤机截割高度为2 .6米, 顶 煤冒 落高度为 5.4米 , 截深为 0.7 5 米 , 每日截割 两刀 , 进尺l 。 5 米 , 日产量97 0吨 , 工作面效 率2 3 吨/工 4 2名工人 。 与传统综采 工作 面相比 , 工效约提高 5 0 。 在相 同 的 条 件 下 , 若不使用这种顶煤冒落综采机械 , 其煤 产量仅为顶煤冒落综采法的4 0 。 2 . 在法国的洛兹雷矿 , 不规则煤层厚 度 5 一2 0米 , 工作面长度8。一12 0米 , 倾角 达30 。, 装备法国马瑞尔公司 的掩护支架 、 西 德威斯特法里亚公司的支架和艾克考夫公司 的单滚筒采机及两台运输机 。 为防止煤炭 自 燃 , 采用后 退式采煤方法 。 顶煤冒落综采方 式参见图 3 。 其中一个工作面 , 采煤机截割 厚度为 3 米 , 截深为0 .6 米 , 口进尺为1 .2 米 两刀 。 日额定产量为1500吨 , 高产日产 量达 3000吨 , 工作面效率为4 0吨/工 , 矿井 效率为 6 吨/工 , 煤的 回采率为8 0咒 。 3 . 在南斯拉夫的斯达拉一伽 马煤矿 , 使用如图14 a一14 。所示的 综采机械设备 。 在 该矿的 6 1号工作面 , 使用这套综采机械 , 在 20个月中1978年8月至1980年4月 , 工作 面推进了81 0米 。 到工 9 8 1年2月 , 平均日产量 为1265吨 , 最高日产量为1570吨 。 在该矿的 6 7号工作面 , 截割煤 与冒落煤的 比例 , 1980 年1 2月为54 4 6 。 在随后的两个 月中 , 此比例为50 50 。 4 . 表 2 所示为南斯拉夫一 些煤 矿于 19751977年期间试用顶煤冒落综采法的实 际情况 。 七 、 关于顶煤冒落综采 法在我国应用的意见 综上所述 , 顶煤冒落综采法是开采特厚 煤层的一种行之有效的方法 , 国外一些 国家 使用效果良好 。 特别是在当前国际能源竞争 的条件下 , 进一步开发厚煤层煤炭资源 , 实 为当务之急 。 我国厚煤层资源丰富 , 厚煤层 的煤炭产量已占相当大的比重 。 辽宁 、 北 京 、 山西 、 陕西等省市均拥有适用 于顶煤冒 落综采法的煤矿 。 国内有些煤矿 , 多年来在 开采特厚煤层方面 , 苦于不 能实现机械化而 寻求新途径 。 目前国内有的单位已着手研究 这方面的课题 , 有些 煤矿读者致 煤 矿 机 械 编辑部 , 要求介绍这方面的情报消息 。 如能尽早引用这一采煤技术 , 必将加速我国 煤炭发展的进程 。 为此 , 建议国内研制综采 机械的工厂 、 科研院所 、 煤矿院校及煤矿用 户密切协作 , 在调查研 究和学 习的基础上 , 研制适合我国实际需要的顶煤冒落采煤用的 综采机械设备 , 提出相应的合理采煤方案 。 希望煤炭部领 导在规划 、 协调 、 研制 、 试 验 、 人力 、 资金及出 国考察 、 收集情报等方 面提供必要的条件 , 以促进顶煤冒落综采法 早日为发展我国的煤炭事业服务 。