日产30kt大采高大倾角综采工作面开采技术.pdf

开采与设计 日产 30kt大采高大倾角综采工作面开采技术 刘正茂 国投新集公司 刘庄煤矿, 安徽 颍上 236232 [摘 要 ] 通过对综采工作面回采工艺技术改进、综采设备技术改造, 并采取有效措施, 解决 了大采高煤壁防片帮、大倾角综采设备防倒防滑、高地压两巷维护难等技术难题, 创日产 30kt 、月产 600kt原煤的矿区新纪录, 实现了高产高效, 取得了良好的经济效益。 [关键词 ] 大采高; 大倾角; 防片帮; 防倒防滑; 两巷维护 [中图分类号 ] TD8239 [文献标识码 ] B [文章编号 ] 1006-6225 2009 05-0019 -02 Technology of 30kt/d Ful- lmechanizedM ining with Large M iningHeight in Large Angle Coal seam [收稿日期 ] 2009- 05- 08 [作者简介 ] 刘正茂 1974- , 男, 安徽六安人, 助理工程师, 综采队队长。 大功率、大采高、大倾角、高地压综采工作 面, 在回采过程中存在着两巷维护难、煤壁片帮严 重、综采设备零误差等技术问题, 严重制约着安全 生产。国投新集刘庄煤矿 121301工作面, 通过技 术研究与开采实践,有效地解决了以上难题,创下 日产 30kt 、月产 600kt原煤的矿区新纪录,为实现 矿井设计生产能力 80 M t/a奠定了基础,为矿区其 他矿井综采工作面回采提供了技术参考。 1 工作面概况 刘庄煤矿 121301工作面位于 - 762m水平东二 采区,开采 13 - 1 煤层。标 高为 - 5697 - 7044m,地 面 标 高250m。平 均 可 采 走 向 长 14265m, 平均倾斜长 2800m, 可采储量 234 M t 。 13- 1煤层平均煤厚 415m,平均倾角 181 , 裂隙较发育; 基本顶厚度 1133m,为粉砂岩、细 砂岩、泥页; 直接顶为泥岩厚 834m,直接底炭质 与砂质泥岩, 厚 22m;老底为粉砂岩, 厚 50m。 该面位于两条分区大断层 F19 ,F31之间, 总 体为一宽缓的向斜构造。两巷及切眼实际揭露断层 10条, 落差都在 10 15m,多集中分布于工作 面切眼边缘, 对工作面的初期回采产生影响。 地下水的补给、迳流、排泄条件受 F19及 F31 断层的限制。本工作面煤层顶底板砂岩裂隙水是影 响工作面正常回采的主要充水水源。正常涌水量为 604m 3 /h ,最大涌水量为 1539m 3 /h 。 预测 13- 1煤层瓦斯含量 529m 3 /,t 回采期间 工作面瓦斯相对涌出量 506m 3 /t 。属于有强爆炸 危险性的煤层。13- 1煤层为自燃煤层,发火期为 3 6个月。本片为地温异常区,平均地温梯度 3 /hm,原岩地温平均 389 。预计回采期间工 作面温度最高为 26 30 。 工作面设备配置如表 1 。 表 1 工作面设备配置 设备名称型号数量 支架ZZ10000/22/45D163架 采煤机SL5001台 刮板输送机SGZ1000/17101台 转载机SZZ1000/3151台 破碎机LPM35001台 乳化液泵BRW 400 /315A3泵 2箱 喷雾泵KPB315/16A2泵 1箱 胶带机DSJ- 14001台 自动化系统PROMOS1套 电液控系统Pm311套 控制箱K JF21A5台 2 回采工艺技术改进 该工作面选用单一走向长壁、区内后退式综合 机械化采煤法, 沿煤层顶板, 一次采全高,自然垮 落法处理顶板。 回采工艺流程为割煤 运煤移架推溜。 作业制度采用三八制 作业,中夜班生 产作业 8h ,早班检修准备 8h 。 21 进刀方式选择 对大采高、大倾角综采工作面, 设计选用采煤 机双向割煤的回采工艺, 该工艺在采煤机上行割煤 19 第 14卷 第 5期总第 90期 2009年 10月 煤 矿 开 采 Coalm ining Technology Vo114No 5 SeriesNo90 October 2009 的同时, 需克服自身重力在斜面上的下行分力, 使 采煤机上行负载增大, 削弱采煤机的切割能力, 从 而降低采煤机的割煤效率。为避免采煤机上行时的 降效因素,该面回采中选用机尾斜切进刀、下行割 煤、上行扫底煤方式。实践证明, 在大采高、大倾 角工作面选择机尾进刀方式,不但可提高采煤机的 割煤速度和割煤效率,而且在采煤机上行扫底煤 时, 可加大运行速度, 提高循环工作效率。 22 推溜方式选择 该面采用 Pm31电液控系统,可实现 3种推溜 方式双向邻架推溜; 双向成组自动推溜; 本架推 溜操作。根据该面的地质条件及工人的操作熟练程 度, 选择成组自动推溜, 每组设置为 6架, 实现依 次自动作,极大地提高了推溜工序效率。 23 移架方式选择 该面可实现 4种移架方式双向邻架控制; 邻 架的自动顺序联动 AS Q 控制; 支架的成组自动 控制;单架单动作的非自动控制。 根据该面的地质条件及工人的操作熟练程度, 选用双向邻架控制,每次移 1架。 3 综采设备技术改造 31 采煤机 SL500型采煤机在该面使用效果良好。回采过 程中改变进刀方式,变双向割煤为机尾斜切进刀、 单向割煤,有效解决了大煤块过煤口堵货现象; 将 采煤机闭溜控制回路由开关直接改到先导回路上, 彻底解决了开关误动作问题。 32 液压支架 ZZ10000/22/45D型液压支架在使用过程中, 对程序进行修改, 将支架升降前后柱的超前时间量 设为 LOCAL 本地 控制;将抬底座动作设置为 超前移架 2s ,并增设油缸保持功能;对侧护板增 设截止阀,分开前后侧护, 提高用侧护板的调架能 力; 采用 BRW400/315A 型大流量乳化泵,配置 三泵两箱、三进两回,解决快速移架问题。 33 交叉侧卸式输送机 输送机头与转载机尾搭接采用交叉侧卸式, 此 种搭接方式解决了因难以保证搭接高度而带回头煤 和端头架高度不够而影响出煤的问题。但交叉侧卸 式是输送机与转载机采用垂直硬联接, 在工作面调 整伪斜开采时,因伪斜角度过大而导致输送机与转 载机连接处受力较大, 极易开焊。为此,采取增加 转载机机尾槽短槽,达到增大调节弯曲量的目的, 使联接处的受力向短槽处分散, 消除了开焊现象。 34 推移一体化 转载机与输送机头及胶带尾联为一体,推机头 时,可以实现在不停机情况下转载机、胶带机尾整 体前移,同时机巷胶带机实现了自动储带张紧功 能,极大提高了工作面开机率,省去了人工拉移转 载机、缩胶带尾工序,实现了自动化控制。 35 综合自动化 该面经过技术改造, 实现了综合自动化操作。 1 工作面设备集中控制 通过 M ining M as - ter中央控制器,实现工作面输送机、转载机等单 设备启停功能; 实现顺序开、停机集中控制功能。 2 监测功能 实现采煤机、刮板输送机等 生产设备工况监测及告警;实现采煤机在工作面位 置监测;实现乳化液泵站及胶带机工况监测。 3 实现支架自动移架 4 关键问题的技术处理 41 防片帮 由于该面采高大、走向起伏大, 前期仰采,后 期俯采,仰、俯采幅度达 7 。因此,工作面极易 发生煤壁片帮。该面煤壁片帮具有明显规律 工作 面来压期间易片帮; 仰采比俯采易片帮; 工作面上 部比中部和下部易片帮; 支护状况不良、初撑力不 足处易片帮;正断层交面处易片帮; 煤层增厚、坡 度增大处易片帮。 从技术上分析, 煤层片帮有 3个主要因素,即 煤层受围岩的作用力、煤层本身抗外力能力和支架 支护强度。支架与煤壁共同支撑上覆岩层,两者受 力彼大此小。基于以上分析, 采取了防止煤壁片帮 的技术措施进行来压预测、预报, 加快工作面来 压期间的推进速度, 以减轻来压对煤壁的影响;调 整工作面推上山为 3 5 ;使支架具有良好的支撑 状态和足够的初撑力;采取带压、超前拉架。减少 顶板暴露的时间,在采煤机割煤后及时伸出支架伸 缩梁, 打开护帮板。 42 设备防倒防滑 大倾角、大功率综采设备因其外形尺寸大、重 心高、重量大, 其稳定性差, 特别是在工作面倾角 15 时, 极易产生歪倒、下滑。为防止设备的倾 倒、下滑, 主要采取措施有 采取伪斜开采, 合理 确定工作面的伪斜距离。该面倾角 20时,伪斜 距离按 15m 控制;倾角 15 时,按 8m 控制,效 果良好;调正支架稍往工作面上方斜,利用支架与 输送机相互制约关系防滑;采用机尾斜切进刀方式 下转 69页 20 总第 90期煤 矿 开 采2009年第 5期 系统要求电气控制部件应尽量不要工作在带有 灰尘、油污、潮湿和腐蚀性空气的环境中。为保护 这些电子线路板, 控制器外壳应保持干净, 门盖必 须严密关闭, 门盖的衬垫和卡子必须拧紧防止水和 脏物进入。 2 设备占用空间大,每台 CST 都配置独立 的冷却系统,CST 的冷却系统由冷却泵,热交换 器, 管路系统组成。维护量大。 3 安装精度要求较高,驱动电机、联轴器 和 CST 的同轴度以及 CST和滚筒的同轴度都必须 保证精度,要求安装基础必须平整,否则如轴不同 心, 销、轴易磨损,导致设备损坏。 由此可见,CST 更适用于地面环境, 井下环境 差、空间小, 不适合采用 CST启动装置。 4 应用实例 调速型液力偶合器目前主要用于纳林庙二矿 621- 12工作面 1号和 2号主运大巷机头驱动电 机。生产 4个月以来没出过问题, 可靠性较高。 纳林庙二矿 621- 12工作面巷道胶带输送机采 用 CST驱动,故障率约为半个月发生 1次,影响 时间平均为 2h 。主要故障为冷却流量低,原因是 过滤器堵塞, 造成停机。 井下使用过程中, 由于地面不平, 同心度不好 造成冷却泵电机损坏,4个月坏了 2次,每次更换 影响生产 2 4h 。 主斜井胶带输送机也使用 CST 软启动,在主 井胶带机头室内设置 CST 驱动间, 地面应用效果 较好,自矿井投产 3年来,主井 CST 软启动基本 未发生故障。 5 结论与建议 CST 对环境要求比较高, 但其保护齐全, 更适 用于在地面长期使用的固定胶带。普通液力偶合器 安全性差, 对电机的保护也相对要差些; 而调速型 液力偶合器对环境适应性比较强, 并且性能稳定, 启动安全, 是以后胶带输送机软启动发展的方向。 需要特别指出的是 带式输送机对驱动装置的 调速要求不是输送机运行所要求的, 其目的是降低 启动电流对电网的冲击; 减少启动过程中各承载部 件的动载荷。所以对输送机不必进行高精度的调速 和控制。通过前面的分析可知国产软启动装置完 全能满足带式输送机软启动的要求。由于调速型液 力偶合器在井下环境下, 具有更优良的性能, 所以 建议井下胶带输送机软启动装置采用调速型液力偶 合器。这样不仅技术可行,而且经济合理,操作维 护简单。调速精度太高的软启动如 BOSS 、 CST 等 对井下工作面巷道、大巷带式输送机来说, 技术上没有必要,经济上也是一种浪费。 因此, 从使用角度和经济角度综合分析, 建议 井下胶带软启动装置采用调速型液力偶合器。地面 软启动装置可以采用 CST。 [参考文献 ] [ 1] 葛世荣, 等 矿井提升机可靠性技术[M ] 徐州 中国矿业 大学出版社,2003 [ 2] 蒋卫良 高可靠性带式输送、提升及控制[M ] 北京 煤炭 工业出版社,2008 [ 3] 王金华 我国大采高综采技术与装备的现状及发展趋势 [ J] 煤炭科学技术,2006 ,34 14- 7 [责任编辑 张银亮 ] 上接 20页 防滑;增设支架侧护千斤顶截止阀,利用支架侧护 板调整支架; 采用带压移架、由下向上逐次移架的 拉架顺序和操作方法。 43 两巷超前压力控制 通过矿压观测, 该面受采动压力影响范围为 机巷 0 30m,以 5 15m 段超前压力最大,支柱 的最大承压 25 MPa ; 风巷 0 50m, 在 5 30 m 范围 内超前压力最大。由于超前压力的影响,两巷顶板 下沉、鼓底鼓帮严重。经过技术分析和现场论证, 两巷超前支护采取措施有 确定两巷超前支护的长 度和强度,机巷超前支护 30m,采用 3排单体托棚 支护、 1梁 2柱, 机巷超前支护段的压力较大时, 采取套工字钢梁;风巷超前支护 50m,采用 ZT2 4400/19/28型巷道超前支护支架,4组共 8台,既 节省人力每班仅 1人操作 , 降低了职工的劳动 强度, 又节约成本, 提高了工作效率和安全系数。 5 经济效益比较 该面自 2008年 11月 1日开始正式回采, 回采 191d , 累计生产原煤 227 M t 。最高日产 30k, t 最 高月产 600k, t 实现了高产高效。与淮南矿区普通 综采工作面相比,月均单产提高 100k;t 与其他大 功率综采工作面相比,月均单产提高 50k, t 月增加 产值 2000万元以上, 经济效益十分明显。 [责任编辑 邹正立 ] 69 陈铁亮等 胶带输送机常用软启动系统使用效果评价2009年第 5期