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第４ １卷增刊煤 炭 科 学 技 术 Ｖ ｏ ｌ ． ４ １ Ｓ ｕ ｐ ｐ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ２ ０ １ ３年 ８月 Ｃ ｏ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ａ ｕ ｇ ． ２ ０ １ ３ 潞新矿区煤层开采装备配套技术及工艺优化 杨国强１， 王耀辉２， 范志忠２， 马冠超１ （１．中煤陕西榆林能源化工有限公司， 陕西 榆林 ７ ９ １ ０ ０ ０；２．天地科技股份有限公司 开采设计事业部， 北京 １ ０ ０ ０ １ ３） 摘 要 分析了潞新矿区４号煤层综放开采技术存在的问题， 在此基础上开展“ 三特” 煤层开采装备选 型配套技术研究， 通过合理设计工作面工艺参数和优化设备选型配套方案， 为潞新矿区实现３ ． ０Ｍ ｔ／ ａ产量安全高效生产创造了条件， 并在原综放工作面采用优化后的开采工艺进行开采。实践表明， 优 化后的采煤工艺， 满足了正常安全生产需要， 提高了产能和功效。 关键词 特厚煤层； 特硬煤质； 特软底板； 开采装备； 围岩控制 中图分类号Ｔ Ｄ ４ ２ １ ． ６ 文献标志码 Ｂ 文章编号０ ２ ５ ３－２ ３ ３ ６（ ２ ０ １ ３）Ｓ １－０ ３ ０ ５－０ ３ Ｓ ｕ ｐ ｐ ｏ ｒ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ Ｏ ｐ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｍ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ ｉ ｎ Ｌ ｕ ｘ ｉ ｎ Ｍ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ Ａ ｒ ｅ ａ ＹＡＮＧ Ｇ ｕ ｏ－ｑ ｉ ａ ｎ ｇ １， ＷＡＮＧ Ｙ ａ ｏ－ｈ ｕ ｉ ２， Ｆ ＡＮ Ｚ ｈ ｉ－ｚ ｈ ｏ ｎ ｇ ２， ＭＡ Ｇ ｕ ａ ｎ－ｃ ｈ ａ ｏ １ （１．Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｃ ｏ ａ ｌ Ｓ ｈ ａ ｎ ｘ ｉ Ｙ ｕ ｌ ｉ ｎ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ Ｌ ｉ ｍ ｉ ｔ ｅ ｄ Ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｎ ｙ，Ｙ ｕ ｌ ｉ ｎ ７ ９ １ ０ ０ ０，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ； ２．Ｃ ｏ ａ ｌ Ｍ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｄ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍ ｅ ｎ ｔ，Ｔ ｉ ａ ｎ ｄ ｉ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ＆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｃ ｏ．，Ｌ ｔ ｄ．，Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ １ ３，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ） 收稿日期２ ０ １ ３－０ ３－１ ４； 责任编辑 张 扬 作者简介 杨国强（１ ９ ７ ８） ， 男， 河北井陉人， 工程师。通信作者 王耀辉， Ｔ ｅ ｌ１ ３ ２ ６ ４ ２ ８ ９ ６ ７ ２ 潞新矿区目前开采４号煤层， 该煤层特厚、 煤质 特硬、 底板特软（ 简称“ 三特” ） ， 限制了工作面产量提 升。为实现矿井安全高产高效开采， 针对 “ 三特” 煤 层的赋存特点， 在理论分析的基础上， 开展“ 三特” 煤 层开采装备选型配套技术研究。通过科学合理地设 计工作面工艺参数和优化设备选型配套方案， 选择 合适的“ 三机” ， 尤其是对工作面支架做相应改进， 保 证工作面快速、 高效和安全推进。对于减少顶板事 故， 增加矿井产量， 提高矿井的经济效益， 保证安全 回采具有重要的现实意义。 １ 煤层地质条件 潞新矿区４号煤层为区内主要可采煤层， 最大 厚度３ ２ ． ８ ３ｍ， 最小厚度０ ． ５ ８ｍ； 平均厚度８ ． ９ ７ｍ， 与上覆３号和下覆５号煤层间距分别为８ ． ２ ５、２ ． ５ ４ ｍ。井田内揭露的４号煤层煤层结构较简单， 一般 含０～３层夹矸。顶板以粉、 细砂岩为主， 局部为中、 粗砂岩、 砂砾岩； 底板以粉、 细砂岩为主， 局部为中、 粗砂岩； 该煤层全区发育， 但局部相变为不可采。煤 的坚硬程度为半坚硬； 煤易燃、 烟浓、 焰长， 有熔融或 膨胀的现象； 各煤层瓦斯含量较低。 ２ 原综放开采技术问题分析 １） 矿压显现。支架初撑力不达标， 工作阻力偏 低， 一矿基本架采用铰接顶梁带护帮板结构， 不利于 ４号煤层防片帮冒顶， 支架结构有待改进（ 表１） 。 表１ 潞新矿区４号煤层主要技术指标 工作面工作面长／ｍ煤层厚度／ｍ 基本顶周期 来压步距／ｍ 动载系数 平均循环 末阻力／ｋ Ｎ 超过额定工作 阻力频率／％ 平均初 撑力／ｋ Ｎ 前后立 柱比值 一矿５ ２ ４ １ １ ９ ３ ． ０ １ ４ ． ０ ２ ． １～１ ８ ． ９ ０ ． ９ ８～１ ． ３ ７ ５ ８ ７ ５ ． ２ ４ ７ ． ７ ０ ３ ９ ０ ０ ． ７ １ １ ． ２ ３ 二矿４ ２ ０ ３ ２ ２ ５ ． ９ ６ ． ９ ２ ． ８～１ ８ ． ９ １ ． １ ８～２ ． １ ３ ４ ５ ５ １ ． ５ ８ ２ ． ７ ８ ２ ６ １ ４ ． １ １ １ ． ３ ０ ２） 围岩控制。①片帮原因 根据微观组分分析， ４号煤层存在大量的微结构面（ 或称缺陷） ， 但微小 结构面一旦超过抗剪强度， 更容易产生板裂破坏； ４ 号煤层脆性较大， 裂隙较发育， 片帮形式主要以滑落 ５０３ ２ ０ １ ３年增刊煤 炭 科 学 技 术 第４ １卷 式片帮为主； 支架结构为铰接顶梁形式， 梁端支撑力 较低， 不利于防片帮。②片帮机理 ４号煤层的片帮 属板裂片帮， 板裂破坏是一种在煤壁开挖边界面上 由于应力引起的破坏形式， 破坏面一般平行于最大 切向应力方向， 且随着破坏进程的发展， 最终会形成 一个 Ｖ 型凹槽。板裂破坏是硬岩应变型失稳的一 种表现形式， 产生与工作面及巷帮开挖边界面平行 的破坏面， 主要由岩石本身的不均质相对较高的第 二主应力以及近似等于０的第三主应力产生。高应 力硬煤开挖后的边界面上都会形成密布的洋葱片状 裂纹和板片， 这是典型的板裂破坏特征。这种由应 力引起的裂隙间距和岩石应力大小、 岩石强度以及 岩石的均质程度有关。 ３） 采煤工艺。工作面均推进速度过低， 工作面 设备故障率高（ 表２） 。 表２ 潞新矿区４号煤层相关工作面开采工艺流程 工作面二矿 Ｗ ４ １ ０ ６二矿 Ｅ ４ ３ ０ ４ 一矿５ ２ ４ ２ 砂墩子矿 Ｎ ４ ０ ０ ２ 煤厚／ ｍ ８ ． ８ ０ ５ ． ０ ０ １ ４ ． ０ ０ １ ７ ． ８ ５ 工作面长／ ｍ ２ ２ ０ ． ０ ２ ５ ９ ． ４ ２ １ ２ ． ７ ２ ２ ０ ． ０ 放煤工艺一采一放一采一放三采一放一采一放 割煤工艺单向割煤单向割煤单向割煤双向割煤 夜班／刀 １ ． ４ ２ １ ． ３ １ １ ． １ ０ １ ． ６ １ 早班／刀 １ ． ４ ７ １ ． ３ ８ ０ ． ９ ７ ０ ． ６ ５ 中班／刀 ０ ． ７ ５ ０ ． ８ ２ １ ． ４ ２ １ ． ７ ０ 合计／刀 ３ ． ６ ４ ３ ． ５ ０ ２ ． ４ ８ ３ ． ５ ４ ４） 采出率。部分工作面采用三采一放的放顶煤 工艺， 采出率低， 建议论证一采一放工艺的可行性； 割煤高度小， 建议提高割煤高度， 增大后部放煤空 间。主要技术指标见表３。 表３ 潞新矿区４号煤层相关工作面采出率主要技术指标 工作面 砂墩子矿 Ｎ ４ ０ ０ ２ 二矿 Ｗ ４ １ ０ ６ 二矿 Ｅ ４ ３ ０ ４ 一矿 ５ ２ ４ ２ 长度／ ｍ ２ ２ ０ ． ０ １ ９ ７ ． ５ ２ ５ ９ ． ４ ２ １ ２ ． ７ 煤层厚度／ ｍ １ ７ ． ８ ５ ８ ． ８ ０ ５ ． ０ ０ １ ４ ． ０ ０ 平均日进刀数／刀 ３ ． ５ ４ ３ ． ６ ４ ３ ． ５ ０ ２ ． ４ ８ 平均日出煤量／ ｔ ８ ５ ３ ０ ． ３ ３ ４ ２ ７ ７ ． ３ ６ ３ ９ ６ ７ ． ７ ８ ５ ０ ２ ８ ． ８ ６ 每刀煤动用储量／ｔ ４ ９ ３ １ ． ０ ０ ２ ０ ８ ５ ． ６ ０ １ ５ ５ ６ ． ４ ０ ３ ７ ４ ０ ． １ ２ 每刀煤实际采出量／ｔ ２ ４ ０ ２ ． ９ ５ １ ２ ４ ０ ． ０ ０ １ ２ １ ４ ． ２ ０ ２ ０ ２ ８ ． １ ７ 采出率／％ ４ ９ ． ８ ７ ５ ９ ． ４ ６ ７ ９ ． ６ ７ ５ ４ ． ０ ０ ３ 潞新矿区３ ． ０ Ｍ ｔ ／ａ工作面配套技术 ３ ． １ 潞新矿区３ ． ０ Ｍ ｔ ／ａ工作面参数优化 １） 工作面巷道断面及走向长度。对于综放工作 面， 为了延长工作面寿命， 减少搬家次数， 应尽量加 大工作面的推进长度， 国内其他矿区综放工作面一 般都在１ ０ ０ ０ｍ 以上， 高效综放工作面达到２ ０ ０ ０ｍ 以上。考虑到井田边界的限制， 潞新矿区４号煤层 综放工作面走向长度应不低于１ ０ ０ ０ｍ。 ２） 工作面倾向长度。潞新二矿 Ｗ ４ ２ ０ ３工作面 长度为２ ２ ５ ． ９ｍ， 一矿５ ２ ４ １工作面开切眼斜长为 １ ９ ３ ． ０ｍ， 因井田和采区范围的限制， 二矿４号煤层 ３ ． ０Ｍ ｔ／ａ工作面长度定为２ ７ ５ ． ０ｍ。 ３） 工作面割煤高度。目前国内普通综放工作面 割煤高度２ ． ５～３ ． ５ｍ， 塔山矿大采高综放工作面平 均割煤高度４ ． ５ｍ， 最大割煤高度５ ． ０ｍ。考虑到４ 号煤层底板为泥岩， 遇水膨胀， 为了防止巷道和工作 面底板变形， 造成对工作面正常生产的影响。二矿 设计综放工作面厚度８ ． ０ｍ， 割煤高度为３ ． ５ｍ， 预 留１ ． ０ｍ底煤， 放煤高度３ ． ５ｍ， 采放比为１∶１ 。 ４） 采煤机截深与放煤步距。根据工作面达到年 产３ ０ ０万ｔ的要求， 为保证支架设计及输送机等设 备配套的先进性， 将工作面采煤机截深预定为０ ． ８ ｍ。根据国内综放工作面生产经验， 当采煤机截深 为０ ． ８ｍ时， 为提高资源采出率并降低混矸率， 宜 采用一刀一放循环作业方式， 放煤步距为０ ． ８ｍ。 ５） 工作面日进度及产量对于２ ７ ５ｍ长综放工 作面完成年产３ ０ ０万ｔ， 经过计算， 取日进６刀（ 截深 ０ ． ８ｍ） ， 日推进４ ． ８ｍ。则新设计工作面日割煤量 ５ ０ ４ １ ． ５ ８ｔ， 工作面日放煤产量为３ ７ ７ ０ ． ６ｔ， 工作面 日产量为８ ８ １ ２ ． １ ３ｔ。以每年生产天数３ ３ ０ｄ计算， 年产量２ ９ ０ ． ８万ｔ， 加上掘进煤量， 基本可以满足年 产３ ０ ０万ｔ的生产能力要求。 ３ ． ２ 工作面设备选型优化 １） 工作面设备选型目标。①设备适应４号煤层 安全高效开采要求；②设备选择要考虑到互换型和 备件方便型， 特别是各设备的电动机；③借鉴国内类 似煤层开采经验， 选用的主要设备要与安全高效的 生产技术指标、 矿井管理水平和各生产系统条件相 适应， 应在满足安全、 可靠性的前提下， 既考虑技术 的先进性， 又考虑经济合理性；④通过工作面设备的 合理选型与配套， 二矿综放工作面实现产量３ ０ ０万 ｔ／ａ；⑤借鉴一矿５ ２ ４ １和二矿４ ２ ０ ３工作面开采经验 和矿压观测数据。 ２） 刮板输送机机头布置方式。由于拟设计工作 面长２ ７ ５ｍ， 工作面较长， 有一定倾角， 刮板输送机 易出现上窜下滑， 采用垂直布置对工作面上窜下滑 适应性较差； 且工作面底板为较软的泥岩， 垂直布置 ６０３ 杨国强等 潞新矿区煤层开采装备配套技术及工艺优化 ２ ０ １ ３年增刊 要求巷道断面较大， 而巷道断面加大给支护增加了 困难。一矿５ ２ ４ １和二矿４ ２ ０ ３工作面采用平行布 置， 潞新矿区管理平行布置工作面也具备了一定的 经验。因此， 拟设计工作面前后部刮板输送机采用 平行布置方式。 ３） 工作面优化选型方案。通过科学合理地设计 工作面工艺参数和优化设备选型配套方案， 选择合 适的“ 三机” ， 尤其是对工作面支架做相应改进， 保证 工作面快速、 高效和安全推进。优化后的３ ０ ０万ｔ／ａ 综放工作面选型结果如下Ｚ Ｆ １ ０ ０ ０ ０／２ ３／３ ７放顶煤 支架１ ７ ７台， Ｚ Ｆ Ｇ １ ０ ０ ０ ０／２ ３／３ ７反四连杆过渡支架６ 台，Ｚ Ｆ Ｔ ２ ０ ６ ０ ０／ ２ ２／３ ５端头支架、ＭＧ ４ ５ ０／１ ０ ４ ０－ＷＤ 采煤机、 Ｓ Ｇ Ｚ ８ ３ ０／２６ ０ ０中双链铸焊封底式前部刮 板输送机、 Ｓ Ｇ Ｚ ８ ３ ０／２６ ０ ０中双链铸焊封底式后部 刮板输送机、 Ｓ Ｚ Ｚ ９ ６ ０／４ ０ ０型整体焊接箱式结构桥式 转载机、Ｐ ＬＭ ３ ０ ０ ０破碎机、 Ｓ Ｓ Ｊ １ ２ ０ ０／２３ １ ５带式输 送机各１台，Ｂ ＲＷ ４ ０ ０／３ １ ． ５（４泵２箱） 乳化液泵４ 台，Ｂ ＰＷ ３ １ ５／ ６ ． ３喷雾泵２台。 ４ 建 议 １） 提高支架初撑力和支护阻力。支架合理支护 阻力既要能够支撑顶板、 抵抗住顶板来压， 又要能够 缓解煤壁压力， 减缓煤壁片帮； 高阻力可以减小煤壁 压力， 有利于缓解煤壁片帮。为了保证初撑力达到 最佳有效状态应及时对支架进行二次注液， 保证工 作面支架具有足够的初撑力和支护阻力， 减小煤帮 压力， 以提高支架－围岩体系的整体刚度， 确保良好 的支架位态。 ２） 合理使用护帮、 侧护装置。护帮板的水平推 力对防止煤壁片帮具有积极作用， 为了充分发挥护 帮板的护帮作用， 在支架设计时采用护帮板， 提高护 帮效果。割煤时由专人超前采煤机前滚筒０ ． ５～ １ ． ０个支架距离收回护帮板， 待前滚筒过后伸出护 顶， 移架时收回护帮板， 移架后伸出护帮， 在时间上 和空间上形成对煤帮和顶板的不间断支护。 ３） 及时支护， 减小空顶范围。在综放液压支架 设计中采用整体顶梁、 伸缩梁加护帮板结构， 前滚筒 割顶煤后， 可先把伸缩梁伸出， 对顶板起到维护作 用。拉架后升紧支架， 保证支架具有较高的初撑力 和工作阻力， 降低煤壁支撑压力， 提高煤壁稳定性。 ４） 加快工作面推进速度。工作面推进速度对片 帮和冒顶有显著影响， 推进速度越慢， 煤壁片帮和端 面冒顶现象越严重， 这是因为煤壁处于峰后压碎状 态， 在残余应力作用下塑性变形以及随时间的延长 蠕变变形增大。 ５） 带压移架。在移架过程中， 支架稍降， 并带有 一定的支护阻力擦顶前移， 限制顶板体向下位移， 有 利于防止顶板离层破坏， 保持顶板顶板的完整性， 有 利于控制顶板的稳定性， 从而实现对顶板的控制。 参考文献 ［１］ 山西潞安矿业（ 集团） 有限责任公司， 天地科技股份有限公司． “ 三特” 煤层开采装备配套技术［Ｒ］．北京 天地科技股份有限 公司，２ ０ １ ２． ［２］ 钱鸣高．岩层控制的关键层理论［Ｍ］．徐州 中国矿业大学出版 社，２ ０ ０ ０． ［３］ 毛德兵．综放支架支护强度与煤层采出厚度关系的研究［Ｊ］． 煤炭科学技术，２ ０ ０ ９，３ ７（１） ４ ５－４ ８． ［４］ 黄炳香， 刘长友， 王美柱， 等 ． 提高综放工作面端头煤层放出率 的试验［Ｊ］． 煤炭科学技术， ２ ０ １ ０，３ ８（３） １－４． ［５］ 刘锦荣． 大同矿区薄煤层综采设备配套与开采实践［Ｊ］． 煤炭科 学技术，２ ０ １ １， ３ ９（１ １） 檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶 ４ ０－４ ３． （ 上接第３ ０ ４ 页） ３） 效果分析。消防安全监测系统建成后， 可对 重点消防区尤其是特殊区域， 或者人员无法进入的 区域进行有效管理， 根据实时监控掌握消防区日常 管理动态， 为选煤厂实现安全质量化管理提供了可 靠的技术保障。 ３ 结 语 通过对瓦斯区域和消防区域进行监控系统安装 以及系统并入， 可以实现全厂调度台的集中、 统一监 测管理， 有效降低了各分散监测点的人员投入， 对全 厂的安全生产提供了有力保障。 参考文献 ［１］ 聂 巍， 李晓青．智能火灾报警系统设计［Ｊ］．信息通信，２ ０ １ ２ （２） ９ ２． ［２］ 吴 敏， 刘旭明 ． 基于 ＡＴ ８ ９ Ｓ ５ ２单片机的火灾自动报警系统 的仿真设计［Ｊ］．金陵科技学院学报， ２ ０ １ ２（３） ２ ９－３ ３． ［３］ 花 凯．无线温度监测系统在开关柜智能化中的应用［Ｊ］．价 值工程，２ ０ １ ２（１ ４） １ ９ ２－１ ９ ３． ［４］ 柴庆伟．屯兰矿选煤厂瓦斯自动监控系统升级改造［Ｊ］．山西焦 煤科技，２ ０ １ ２（１ ０） ４ ４－４ ６． ［５］ 李晓娟．分析数字化瓦斯监测监控安全信息网络系统改造与 应用［Ｊ］．黑龙江科技信息， ２ ０ １ ２（２ ７） ５ ２． ［６］ 张 宏， 李 滨．灾害监测中的新技术应用［Ｊ］．中国城市经济， ２ ０ １ ２（１） １ ０ ５． ７０３
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