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我国薄煤层开采及刨煤机采煤技术的应用 黄 锐, 邱亮亮, 刘宁宁 中国矿业大学 矿业工程学院, 江苏 徐州 221008 摘 要 根据我国薄煤层赋存状况, 及对薄煤层开采难题的探讨, 分析刨煤机及刨煤机在薄煤层开采中的应用, 阐 明合理开发与利用薄煤层意义及刨煤机采煤技术的可行性。 关键词 薄煤层; 刨煤机; 回采率 中图分类号TD823 文献标识码 A 文章编号 1008- 8725200905- 0003- 03 On Thin Coal Mining and Application of Plow Coal Technology HUANG Rui, QIU Liang- liang, LIU Ning- ning College of Mining Engineering, China University of Mining andTechnology, Xuzhou 221008, China AbstractAccording to the state of the thin seam in our country, and the problem of coal mining, analysis the plow and the application of the plow in the thin seamcoal mining, to clarify the significance of the rational de - velopment and utilization of thin seam and the Feasibility of plows coal mining technology. Key words thin seam; plow; rate of recovery 0 前言 我国煤炭工业经过了几十年的发展, 厚与中厚 煤层开采已经基本实现了机械化, 正在向自动化方 向迈进。而对薄煤层与极薄煤层的开采仍不尽人 意, 有相当一部分矿区仍停留在传统的炮采和机械 水平, 包括矿区土地工程复垦、 矿区生态复垦技术等。 采空沉陷区作为建筑用地就是将沉陷区土地作适当 的处理, 符合建筑用地的标准后作为建筑用地 [ 7] 。 在进行综合治理之前, 应对地面稳定性进行评 价分区, 对于不同稳定性的区域采取不同的治理对 策。稳定区地面的下沉值达到了该地质条件下应有 的最大下沉, 地表已达到稳定, 该区域土地可直接进 行治理工作, 土地平复后即可进行生态复垦用地也 可作为建筑用地。 暂时稳定区极易受到外界干扰, 如周边煤层继 续开采或上部加载较大荷载时, 地面将再次产生较 大的移动变形。如周边煤层无煤层开采计划, 可对 该区域进行治理, 如作为生态复垦用地, 无需进行进 一步的稳定性分析; 如作为建筑用地, 应进一步进行 严格的地基稳定性分析, 且对于场地应进行一系列 的处理以加强其稳定性, 如地下空洞的填充、 注浆加 固、 动力挤压等, 当稳定性达到要求再进行建筑。如 该区域周边煤层仍有开采计划, 则不应进行治理, 应 待其开采计划完成达到稳定后再进行治理。不稳定 区地面尚未达到稳定状态, 地面仍将产生较大的移 动变形, 因此不宜进行治理工作。应待其达到稳定 后再进行治理。 4 结论 1 对于煤矿采空沉陷区稳定性评价应综合考 虑煤层开采与地面移动的时间过程、 采空区的空间 范围, 即时间要素与空间要素。 2 对煤矿采空沉陷区地面进行稳定性评价, 根 据不同的地面稳定状态可将煤矿采空沉陷区地面在 空间上分为稳定区、 暂时稳定区、 不稳定区 3 个区 域。稳定区为达到充分采动时间超过地面沉陷持续 时间 T 的中间区; 暂时稳定区为煤层回采完成时间 超过地面沉陷持续时间T 且周边无继续回采工作面 的内边缘区和外边缘区; 不稳定区为回采完成或停 止时间未达到地面沉陷持续时间 T 的区域。 3 对于煤矿采空沉陷区不同地面稳定性区域, 应根据其稳定性采取不同的治理对策。 参考文献 [ 1] 徐恒力, 冯全洲, 陈绪钰, 等. 典型煤矿山环境保护与综合治理 技术方法研究[ R] . 武汉 中国地质大学,2008. 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[ 7] 李大军, 薛国尤, 张升阶. 煤矿开采引发地面塌陷的危害性评估 [J] . 安全, 2007, 3 8- 13. 责任编辑 王秀丽 收稿日期 2008- 12- 11; 修订日期 2009- 02- 24 作者简介 黄锐1986- , 男, 黑龙江七台河人, 研究方向 采矿工程,Tel 15895212475, E- amil huangrui2006 163com。 第 28卷第 5 期 2009 年 5月 煤 炭 技 术 Coal Technology Vol28,No05 May, 2009 化程度低的开采工艺上, 工作面不仅产量低、 效益 差、 工人劳动强度大, 而且安全隐患多不利于安全生 产。加之全国近半数以上产煤区属于资源匮乏区, 随着近年来煤矿开采年限与开采强度的增大, 厚煤 层与中厚煤层已所剩无己, 所以合理开发与利用薄 煤层将具有重要的意义。 1 我国薄煤层赋存及开采状况 我国薄煤层资源分布广泛, 且煤质较好, 从煤炭 资源赋存情况看, 薄煤层储量占全国煤炭总储量的 20 以上, 在一些特殊省份的薄煤层比重更大, 如四 川省占60 , 山东省占54 , 黑龙江省占 51, 贵州 省占 37, 但由于我国薄煤层开采难度高、 投入产 出比低等原因, 开采 13 m 以下薄煤层一直是我国 煤炭开采行业的主要难题之一。1997 年我国薄煤 层煤炭产量仅占煤炭总产量的 673 [ 1] 。且我国多 数矿区都为薄厚煤层共存煤田, 矿井为了追求高产 和高利润的目标, 对薄煤层进行搁置, 使薄煤层大量 积压未采, 甚至有些矿井实施采厚丢薄的开采方式, 造成了薄煤层赋存煤炭采出率低的现象, 不仅严重 浪费了煤炭资源, 而且使矿井存在安全生产隐患。 2 薄煤层开采存在的主要难题 21 煤层薄、 采高低、 煤质硬、 工作面空间小 我国薄煤层厚度多在 13 m 以下, 尤其华南地 区龙潭组、 东北地区侏罗纪煤层多不足 10 m, 工作 面空间狭小, 致使在工作面内作业的人员与机械设 备移动十分困难, 事故的处理效率很低 [ 2] 。并且煤 层硬度普遍大于 3 4, 这些原因导致了煤层对机组 的要求条件高, 不但机组的外型尺寸要小, 而且要求 机组的功率大、 性能可靠、 结构简单、 对顶底板的适 应性要强、 并且机械故障率要低。但是由于我国薄 煤层机械化设备尚不完善, 满足不了这些要求, 故影 响了薄煤层机械化开采, 导致工作面的机械化程度 低, 工人劳动强度大, 危险系数高, 单产吨煤消耗量 大, 且回采成本较高。 22 采掘比例大、 采掘接替紧张、 巷道消耗率高 随着回采工作面的的推进, 由于工作面回采巷 道为半煤岩巷, 综掘设备难以投入使用, 放炮一次又 不可能进行全断面爆破, 煤与矸石分装, 掘进速度很 慢, 造成采掘接替紧张, 同时由于薄煤层工作面长度 较短, 回采巷道较多, 导致了煤炭回收的巷道消耗率 高, 不利于矿井的安全管理, 也增加了煤炭的产出成 本。 23 煤层受地质构造影响, 工作面条件变化大 薄煤层地质条件及赋存状况较复杂, 由于受地 质构造作用的影响, 工作面常出现断层、 褶曲、 煤层 变薄与尖灭的现象。在断层落差大于煤层厚度的情 况下, 工作面难以正常推过, 运输机的正常运行将会 受到影响。断层与褶曲的出现对巷道布置影响很 大, 会出现掘进送面提前切眼, 或回采工作面重新送 切眼的现象, 而且必须在断层处留有保护煤柱。这 样必然导致煤层回采率降低, 工作面掘进巷道长度 加大, 导致生产成本增加。在煤层变薄带, 如果煤厚 不低于采煤机械设备的高度, 则对工作面的回采影 响不大; 若变薄带煤层低于采煤机械高度不大时, 可 以调整机械设备高度以适应煤层厚度, 变薄带煤层 严重低于采煤机械设备高度, 已不能通过调整设备 高度解决问题时, 则必须更换采煤机械, 或调整采煤 工艺。 3 刨煤机在薄煤层开采中的应用 31 刨煤机的发展趋势 国外薄煤层开采以德国、 美国为代表的先进采 煤国家大多采用刨煤机, 并发展薄煤层自动化工作 面成套设备技术, 部分已经实现了无人工作面。德 国的刨煤机 1984 年平均功率为 314 kW, 至 2007 年 刨煤机功率最大已达到 2 400 kW, 随着装机功率 的提高, 刨煤机的生产能力, 刨削能力都有很大的提 高, 最大刨速已达到 24 m s; 法国刨煤机的产量仅 次于德国, 据统计, 1982 年法国通过刨煤机采煤比 例占总产量的 27, 日平均产量达 300 t; 资料显示 目前欧洲的主要产煤国家使用的刨煤机开采的煤炭 已占总产量的30 以上。 我国自上世纪 60 年代制造和试验用于开采薄 煤层的刨煤机以来, 刨煤机采煤技术试验取得了成 功,1964 1965 年徐州矿务局韩桥煤矿自行研制了 一台刨煤机进行试验, 近年来我国刨煤机采煤技术 的发展在广大科研单位的科研人员、 大学教授、 机械 专家与工程技术人员的共同努力下取得了很大的进 步, 研制出了适用于不同工作面条件的刨煤机, 表 1 为我国主要刨煤机类型及技术参数。 表 1 我国刨煤机的主要技术参数[ 1 2] 型号参数 煤层厚度 m 煤层角度 工作面长度 m 刨链规格 mm 刨速 ms- 1 刨头功率 kW BT24 2 4007 13 25 20024920422 40 BT26 2 7507 17 25 20024920672 75 BH26 2 7508 15 25 20024920672 75 BH30 2 9008 18 35 20024920792 90 B H30 290 Z07 13 25 20024920792 90 B H30 213207 18 25 20024921522 132 因为刨煤机在薄煤层中具有其他落煤机械不能 4 煤 炭 技 术 第 27 卷 比拟的优越性, 它的使用范围正在不断的扩大。目 前, 在我国有薄煤层赋存的部分矿井中, 刨煤机采煤 技术已经取得了良好的效果, 已基本实现了薄煤层 开采的机械化局面 [ 3] 。 32 刨煤机采煤工艺 321 刨煤机的结构 刨煤机也称为刨煤机组, 虽然目前市场上存在 刨煤机的种类很多, 但刨煤机始终可以说是由刨煤、 运煤、 推进与电气控制四部分组成。其中刨煤部分 是刨煤机的主要工作机构, 具有区别于其他采煤机 的重要技术特征, 所以可以把刨煤部分通称为刨煤 机。它由装有刨刀的刨头、 牵引刨链、 导护链装置和 动力装置等部件组成, 其中刨刀是刨煤机的主要执 行部件, 完成切煤与割煤任务。运煤部分由刮板输 送机、 挡煤板、 导护链装置、 推移梁、 防滑梁等部件组 成, 起着将煤运出工作面的作用。推进部分由千斤 顶和供油系统组成, 作用是推移输送机并使刨头获 得新的截深。电气控制部分主要是对刨煤机组的运 行与停止起控制作用, 同时对刨煤机与输送机运作 状态起监控作用。图 1 为刨煤机刨煤、 运煤部分的 剖面图。 图 1 刨煤、 运煤部分整体布置剖面图[ 3] 1 刨头 2 输送机槽 3 刨链 4 拖板 5 加高块 6 护链罩 7 挡板 8 电缆 9 底刀 322 刨煤机的工作原理及流程 刨煤机刨削煤壁时, 是由装有刨刀的刨头, 在无 极圆环链即刨链牵引下, 沿着安装在采煤工作面可 弯曲刮板输送机的中部槽上的导轨运行, 刨刀刨削 煤壁将煤刨落, 刨落的煤在刨头犁形斜面的作用下 被装入输送机送出采煤工作面。 刨煤机开采过程中, 刨头在刨链的牵引下沿着 导护链装置往返进行刨煤, 在连续刨煤、 落煤、 装煤 和运煤这个过程中, 刨头从工作面上部分切口开始, 刨头截深在 50 mm 200 mm 的状态下, 在刨链牵引 下往下刨煤, 输送机在刨头后端, 沿着刨头切煤方向 推移, 当刨头运行之切口后, 反向运行, 自下而上刨 煤, 以此反复进行运作。在这里刨头的截深又推进 部分控制, 但受煤层硬度与刨刀强度影响 [ 4] 。当刨 煤机推进一个有效的千斤顶行程时, 收缸使千斤顶 的支撑装置向前移动, 重新获得支撑后, 推移千斤顶 获得推移输送机的支撑力, 使刨头继续刨煤。 33 刨煤机薄煤层采煤工艺的优点 在薄煤层采煤工作面中, 刨煤机的应用基本实 现了刨煤、 装煤、 运煤与推进的综合机械化, 具有机 电一体化、 技术密集、 关联性复杂、 工艺先进、 自动化 程度高等技术特点, 刨煤机的使用大大提高了工作 面的生产效率, 减轻了工人的劳动强度。此外刨煤 机结构简单, 操作与监控系统均在工作面上下巷内, 便于操作与控制, 大大提高作业的安全性。其次刨 煤机可以开采薄与极薄煤层, 对长工作面也有较强 的适应性, 同时刨煤机的工人操作也不需要随刨头 移动, 即刨煤机可连续循环作业, 这样不但可以提高 煤炭资源的回收率, 减少巷道的掘进量, 便于工作面 的生产管理, 又可以提高工人工作的安全性。 4 结束语 我国自采用刨煤机薄煤层采煤技术以来, 至今 已有尽 40 a 历史, 虽然使用时间较长, 但对刨煤即 采煤技术的有关知识了解并不透彻, 这严重影响了 我国煤机采煤技术的应用, 但在使用刨煤机采煤技 术的矿务局中, 均取得了良好的效果, 这说明刨煤机 采煤技术是可行的。同时在市场经济条件下, 面临 着我国煤炭产区资源匮乏的严峻形势, 可以预见刨 煤机薄煤层采煤技术将具有很大的发展潜力。 参考文献 [ 1] 陈引亮. 中国刨煤机采煤工艺[ M] . 北京 煤炭工业出版社, 2000. 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