陕北3 号极薄煤层综合机械化开采实践与探索.pdf

综综述述 陕北 3 号极薄煤层综合机械化开采实践与探索 牛中平 子长县中达集团 焦家沟煤矿，陕西 延安 717300 ［ 摘 要］在评估国内外有关极薄煤层机械化开采方案的基础上，利用滚筒采煤机切割部分矸 石来加大采高，实现综合机械化开采，实践证明是近期解决陕北 3 号煤层开采的一条可行的技术途 径。但这种开采方法产生大量矸石，不仅增加输送机和洗煤厂的负担，而且产生的大量粉尘对工人健 康危害极大。为此，建议利用已成熟的刨煤机液压支架技术，尽快研制可供 0. 6m 极薄煤层无人工作 面全自动化刨煤机综采装备。 ［ 关键词］极薄煤层;综采;刨煤机 ［ 中图分类号］ TD823［ 文献标识码］ B［ 文章编号］ 1006- 6225 201302- 0001- 02 Practice of Full- mechanized Mining 3rdExtremely- thin Coal- seam in Shanbei Area ［ 收稿日期］ 2012 －11 －29 ［ 作者简介］ 牛中平 1966 － ，男，河北鹿泉人，工程师，现任中达集团焦家沟煤矿矿长。 陕北延安三叠纪煤田 3 号煤是一层平均厚度仅 0. 65m 的极薄煤层，其煤质为优等气煤，属于稀有 的配焦煤种，如何实现安全高效地开采，一直是个 难题。本文叙述了陕西延安子长县中达焦家沟煤矿 在平均煤厚仅 0. 65m 的条件下，利用滚筒采煤机 切割部分矸石来加大采高，实现综采，并对极薄煤 层开采技术的进一步发展进行了分析和展望。 1开采条件和开采方案的选定 1. 1煤层赋存条件 焦家沟煤矿 3 号煤的煤层厚度为 0. 55 ～ 0. 87m，平均厚度 0. 65m。含煤面积 2200km2，属 陕北三叠纪煤田，是陕西省主要配焦煤。煤层赋存 稳定、结构简单，大部分为可采，与上层可采的 5 号煤层间距为39. 82m，倾角为0 ～3。矿区水文地 质类型为以裂隙冲水为主的简单型，煤层顶板多为 砂质泥岩，局部为细砂岩和泥岩，底板为粉砂岩或 砂质泥岩，埋深 265 ～35m，地质柱状见图 1。 图 1地质柱状 1. 2开采条件 矿井设计生产规模 0. 6Mt/a，低瓦斯无水患。 斜井两水平开拓、分区布置、中央并列抽出式通 风，掘进工艺为综掘和普掘，煤炭运输为胶带输送 机，辅助运输为机械运输。地面配有洗煤厂，原煤 洗后，经煤仓直接汽运。 1. 3开采方案的评估确定 根据煤层开采条件，对国内几种薄煤层机械化 开采方案进行了调研和评估，方案比较如表 1 所 示。根据其结果，选择了新研制的极薄煤层刨煤机 作为远景规划，选择了螺旋钻机作为解决油煤共采 的个别手段，选择薄采厚滚筒采煤机综采作为近期 主要开采方法。 表 1极薄煤层机械化开采方案比较 项目 极薄煤 层刨煤机 爬底板滚 筒采煤机 螺旋钻 采煤机 薄采厚滚 筒采煤机 采煤工艺准自动化高档普采巷内钻采 破顶破 底综采 日产量/ td －1 50005004001000 年产量/ Mta－11. 50. 150. 120. 30 工作面人数/位501502070 工效/ t/工 －1 1003. 32014. 3 投资/万元30002501001500 成本最低较高低高 安全保障最好较好好较好 煤质好较好最好最差 劳动强度最小最大小大 注 1 产量与投资按150m 长工作面计算; 2 成本、 安全保障、 煤质和劳动强度为定性评估。 2极薄煤层综采实践 2. 1工作面设计 采煤方法为走向长壁综合机械化回采，工作面 长 120m，走向长 348m，采高 1. 1m，其中煤层采 1 第 18 卷 第 2 期 总第 111 期 2013 年 4 月 煤矿开采 Coal mining Technology Vol. 18No. 2 Series No. 111 April2013 高平均 0. 58m，挑顶或挖底平均 0. 43m，工业储量 63kt，可采储量 52. 2kt。 轨道运输巷为进风巷，其规格为 2600mm 2200mm，巷道底板距 3 号煤层顶板 1. 2 ～ 1. 4m， 挖底掘进，巷道支护均用锚杆钢筋网支护，车场处 用锚索加强支护。 胶带运输巷为回风巷，其规格为 3000mm 2200mm，巷道底板距 3 号煤层顶 1. 2 ～ 1. 4m，挖 底掘进。支护形式与轨道运输巷相同。 工作面切眼规格为 120m 4. 8m 1. 7m，采用 锚杆钢筋网联合支护，两排单体液压支架加强。切 眼掘进时，采用炮掘分两次成巷。共安装 80 架液 压支架。为了方便掘进和安装，切眼高度为 1. 7m， 比回采工作面设计层位高出 0. 6m。 采煤机截割时，前滚筒割底煤并保证 300 ～ 400mm 的挖底 量，后 滚 筒 挑 顶 截 割 保 持 30 ～ 200mm 的挑顶量，进而确保采高 1. 1m。 2. 2设备配置 工作面设备配置包括采煤机、液压支架、输送 机、转载机、破碎机、胶带输送机、移动泵站等， 主要设备技术特征如表 2 所示。 表 2工作面主要设备技术特征 设备名称特征数据 采 煤 机 型号 MG180/420BWD 设计采高/m0. 85 ～1. 5 电机功率/kW2 180 2 30 滚筒 直径 截深 /mm mm900 630 外形尺寸 长 宽 高 /mm mm mm 9216 2159 664 牵引速度/ mmin －1 0 ～7. 6 滚筒转速/ rmin －1 57. 7 总重/t 24. 5 液 压 支 架 型号 ZY2600/07/14 顶梁形式整体，无侧护板 初撑力/kN2182 工作阻力/kN2600 支护强度/MPa0. 36 ～6. 44 底板比压/MPa0. 8 顶梁长度/mm3449 工 作 面 输 送 机 型号 SGZ630/2 132 输送量/ th －1 250 功率/kW 2 132 链速/ ms －1 1. 1 2. 3主要技术措施 1设备安装时，由于工作面采高 1. 1m、切 眼高 1. 7m 和支架高度 1. 4m 三者尺寸不协调，由 切眼过渡到正常采高采取在支架顶梁上架设木垛; 为使端头支架就位，在巷道底板高于切眼底板的情 况下，采用专用拖车替换巷道平板车。 2加强顶板控制。在过切眼时，为保证支 架后侧采空区内大量人工作业的安全，在架后特别 架设 2 排单体液压支柱;在初采初放时，由于工作 面直接垮落步距为 32m，基本顶垮落步距 70m，工 作面两端头悬顶常在 10m 左右，造成顶板、通风、 防尘等综合性诸多困难，采取在每组支架上设置立 柱压力表，还在多点作业区设立木点柱作压力信号 柱;加快推进;采用打眼放炮切顶;在工作面上下 隅角设置风障，在巷道内距工作面 35m 内设置风 帘，增加工作面作业区的总风量。 3由于在本工作面割量岩石约占 39，为 了减少截割负荷、粉尘量、洗矸石量、设备事故 等，采取了严格控制割煤层位和灵活掌握截割方 式。在一次采全高时，前滚筒割底煤，后滚筒割顶 煤，往返进 2 刀为一循环。在分层截割时，前滚筒 割底煤，后滚筒不割煤;返刀后前滚筒割顶煤，后 滚筒不割煤，往返进 1 刀。在岩石较硬时，增加往 返次数，分段分层截割，灵活掌握截割层位，严禁 丢煤，在截割过程中必须控制截深在 600 ～630mm 的滚筒截割宽度之内，避免采煤机被煤壁卡滞。 4由于矿压变化大和工作面顶板与巷道顶 板有高差，易造成支架倒架咬架和上窜下滑，为此 采取严格控制工作面上下端的截割进度使之一致， 并采取及时调整端头支架与输送机的连接支点和抬 底油缸，使支架不偏移设计位置;及时清理支架内 浮煤浮矸，保证支架能平整推移。 5为了解决矸石入洗量增加带来洗选设备 过负荷问题，首先加大地面选矸胶带的首选力度， 控制入洗量在 200 ～250t/h;其次增加浓缩池煤泥 水处理能力;最后在压滤机处理过负荷时，将煤泥 用罐车外运处理。 2. 4极薄煤层综采实践成果 3112 极薄煤层为薄采厚综采首采面，经过设 备安装 11d，初采初放 15d，正常回采 98d，收尾 作业 5d，搬家 14d，共计历时 143d，工作面推进 300m，产煤 88. 8kt，取得的主要技术经济指标见 3 所示。 实践证明，在极薄煤层开采中，一定条件下用 滚筒采煤机割部分矸石，加大采高，以便安装液压 支架及其配套设备来实现综采机械化开采是可行、 有效的，为近期解决 3 号极薄煤层开采找到了一条 切实可行的技术途径。然而，滚筒采煤机不是破岩 的专长设备，其开采方法产生的大量矸石，增加了 下转 38 页 2 总第 111 期煤矿开采2013 年第 2 期 图 7推移耳截面 束、载荷，分析结果如图 8 和图 9 所示。改进前后 相同工况下最大位移和应力列表如表 1 所示。优化 后的结构最大应力值为 174. 492MPa，应力最大值 降低了 17. 9，应力均匀化，形状优化后，节约 了材料用量，提高挡板槽帮强度。 表 1推移耳计算对比 应力/MPa 位移/mm 优化前212. 4710. 099113 优化后174. 4920. 102827 图 8优化后槽帮节点应力 图 9优化后槽帮节点位移 3结束语 以 SGZ800/800 型刮板输送机中部槽铸造挡板 槽帮为例，对其进行静应力分析，设计出 “Z”形 锥面推移耳结构，计算结果表明，优化后的推移耳 结构合理，应力分布均匀且数值较低，提高了槽帮 强度，达到了预期效果。 ［ 参考文献］ ［ 1］ 穆润青，贾海朋，等 . 刮板输送机输煤槽拉移耳形状优化 ［ J］ . 煤矿机械，2009，30 1 5 －7. ［ 2］ 赵江华，鞠鹏，陈令国 . 基于 ANSYS Workbench 中部槽挡 板槽帮优化设计 ［J］ . 科学技术与工程，2011，11 18 4332 －4334. ［ 3］ 郄彦辉，王秀红，刘波，等 . 基于 ANSYS WORKBENCH 的 中部槽优化研究 ［ J］ . 河北工业大学学报，2010，39 5. ［ 责任编辑徐亚军 櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁 ］ 上接 2 页 表 3 3112 极薄煤层综采面技术经济指标 项目指标 工作面长度/m120 工作面煤厚/m0. 55 ～0. 87 采高/m 1. 1 采煤机每刀产量/t178 日产量/t 1068 月产量/t 32040 工作面定员/人58 工作面效率/ t工 －1d－1 18. 41 劳动组织两班生产， 一班维修 原煤采出率/95 直接成本/ 元t －1 28. 08 作业天数/d 143 输送机和洗煤厂的负担，所产生的大量粉尘对工人 健康危害极大。 3展望 我国厚度小于 0. 8m 极薄煤层可采储量达 6. 0Gt 以上，约占全国煤炭总储量的 10，而产量 只占总产量的 10. 4，究其原因，除受经济利益 驱使丢薄捡厚、以及有关政策制约不力外，更主要 的原因是极薄煤层的开采技术及其装备的研制严重 滞后 ［1 ］。为此，建议利用已掌握的成熟刨煤机液 压支架技术和综采工艺研制出一套能供 0. 6m 极薄 煤层准无人工作面使用的全自动化刨煤机综采装备 和成套工艺，实现真正意义的上极薄煤层工作面的 安全高产高效，填补国内外该领域的空白。 ［ 参考文献］ ［ 1］ 李建平，杜长龙，张永忠 . 我国薄与极薄煤层开采设备的现状 和发展趋势 ［ J］ . 煤炭科学技术，2005，33 6. ［ 责任编辑邹正立］ 83 总第 111 期煤矿开采2013 年第 2 期