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★煤炭科技 机电与信息化★ 兴隆庄煤矿大采高综放工作面设备配套与工艺技术 王 寅 中国矿业大学矿业工程学院,江苏省徐州市, 221008 摘 要 兴隆庄煤矿以大采高综放液压支架的选型为出发点,对工作面相关采煤设备进 行了配套和研制,通过现场工业性试验和应用,取得了显著的技术经济效益。 关键词 大采高 综放 设备配套 综采放顶煤液压支架 工艺技术 兴隆庄矿 中图分类号 TD42116 文献标识码 B Big cutting height top coal caving longwall faces in Xinglongzhuang Coal Mine face equipment matching and technical process used Wang Yin school of Mines , China University of Mining and Technology , Xuzhou , Jiangsu province 221008 , China Abstract Starting from model selection and development for hydraulic supports for use in big cutting height top coal caving longwall faces in Xinglongzhuang Coal Mine , this paper focuses on the matching of coal face mining equipment. An industrial sized test and application on site in2 dicate obvious technical - economic benefits. Key words big cutting height , top coal caving longwall face , equipment matching , technical process , Xing longzhuang Coal Mine 1 试验面地质条件 试验面为1308综放工作面,位于兴隆庄煤矿 的一采区西部,上侧与1307综放工作面采空区相 邻,下侧为1309设计综放工作面。工作面面长 20712 m ,推进长度2574 m ,所采煤层为二叠系山 西组底部的3 煤,厚度7185～919 m ,加权平均 816 m ,煤层厚度稳定,产状平缓,但结构较为复 杂,距顶板310 m处有一层0103 m厚的炭质粉砂岩 夹矸;距切眼0～800 m的范围内,距底板313 m位 置处有一层厚0～113 m的炭质泥岩夹矸,性脆、极 易冒落。煤层硬度系数f 213 ,埋藏深度35417～ 50315 m。工作面煤层顶板自下往上依次为312 m厚 的深灰色粉砂岩、1115 m厚的粉中砂岩互层、 20134 m厚的灰白色中砂岩,煤层底板向下依次为 7104 m厚的粉砂岩、9122 m厚的中砂岩。 2 大采高综放支架选型与设备配套 大采高综放与普通综放开采在设备配套上最大 区别在于综放液压支架,其选型的合理与否是决定 大采高综放开采能否成功的关键所在。 211 大采高综放支架选型 21111 支架架型选择 根据综放支架选型原则和兖州矿区多年的综放 开采经验,并结合矿井煤层赋存条件和顶底板状 况,支架选用了正四连杆低位放顶煤液压支架;为 提高支架顶梁前端支撑能力,选用了整体顶梁的结 构型式;底座选用了分体底座结构型式,排矸性能 好,利于安装抬底座装置。 21112 支架高度 理论研究表明,综放开采在煤层厚度一定的条 件下,增大机采高度,相应减小顶煤厚度,使工作 面的矿压及其破煤作用发生改变,利于顶煤的破碎 放出,提高顶煤的采出率。但是机采高度不是越大 越好,一是机采高度越大,工作面煤壁中上部位置 煤体越容易片帮破坏,顶板压力对支架的合力作用 位置就愈靠近煤壁,不利于顶板控制;二是放顶煤 条件下,支架高度越大,其稳定性就差,对顶底板 的适应性降低。因此,既要加大机采高度,提高顶 煤破碎松散程度,又要防止机采高度过大引起顶煤 95 兴隆庄煤矿大采高综放工作面设备配套与工艺技术 上部拉剪破坏区与机道上方下位顶煤压剪破坏区连 通,造成顶煤冒落。同时考虑到工作面的合理采放 比和安全高效的要求,确定了支架的最大高度为 410 m。 21113 支架支护强度 支护强度主要取决于工作面顶底板条件、煤层 埋深和采高等因素,而放顶煤支架支护强度的确定 与普通支架支护强度的确定有所不同。实践证明, 放顶煤工作面的来压强度要低于普通综采工作面的 来压强度。根据安全高效的原则,结合兖州矿区多 年的开采经验和开采条件,并考虑了一定的富裕系 数,取支护强度019 MPa。 21114 支架工作阻力 液压支架的工作阻力即为支架的合力,代表了 支架的支撑能力。支架支护强度确定后,根据配套 尺寸,确定了支架的顶梁长度和控顶距大小,根据 下式可计算出支架的工作阻力。 P QZ L K LDB 式中P 支架工作阻力, kN ; QZ 支架支护强度,取900 kN/ m2; LK 控顶距,取0140 m ; LD 顶梁长度,取4193 m ; B 支架中心距,取115 m。 经计算得工作阻力P为7196 kN ,靠标准系 列,取7200 kN ,即选用ZFS7200/ 20/ 40型四柱式 低位放顶煤液压支架。 212 大采高综放工作面设备配套 大采高综放支架选型确定后,在现有综放开采技 术和装备的基础上,本着技术先进、设备精良、性能 优异、安全高效、经济合理的原则,对工作面其他设 备进行了选型配套,使工作面生产能力不低于年产 600万t的水平。工作面设备配套情况见表1。 表1 大采高综放工作面设备配套表 名称型号主要技术参数台数 放顶煤液压支架ZFS7200/ 20/ 40 初撑力6254 kN ;工作阻力7200 kN ;支护强度0188～0191 MPa ;架宽1500 mm 133 放顶煤排头支架ZTG9000/ 22/ 38 初撑力7760 kN ;工作阻力9000 kN ;支护强度0187～0195 MPa ;架宽1750 mm 6 采煤机SL300电牵引总功率859 kW;牵引速度0～29 m/ min1 前、 后部 刮板输送机 SGZ- 1000/ 1400功率700 kW2 ;输送能力2000 t/ h;刮板链速度1120 m/ s1 转载机SZZ- 1200/ 525功率525 kW;输送能力3500 t/ h;刮板链速度1181 m/ s1 破碎机PCM250功率250 kW;破碎能力3800 t/ h;1 巷道带式输送机SSJ - 1400/ 3400功率400 kW3 ;输送能力3500 t/ h;带速415 m/ s1 乳化液泵GRB - 315/ 3115流量315 l/ min;额定压力3115 MPa ;功率200 kW两泵一箱两组 清水泵BPW - 315/ 16流量315 l/ min;额定压力16 MPa ;功率110 kW两泵一箱、 一泵一箱各一组 213 工作面端头及超前巷道液压支架配套 21311 工作面运输巷道端头及超前巷道支架 工作面运输巷道选用了ZT24500/ 20/ 38型端 头及超前巷道液压支架。该支架是兴隆庄煤矿与郑 州煤机厂2005年在成功研制应用ZT9800/ 16/ 30 型运输巷道端头液压支架的基础上,针对试验期间 暴露出的问题,经重新优化设计完成的。该支架的 结构型式为二架型三组合,由超前支架、端头支架 组成。其中,超前支架2架,为六柱两架一组结构; 端头支架1架,为八柱两架一组结构,前带铰接前 梁形式。超前支架设计为六柱结构,结构紧凑,受 力均匀,四连杆加单摆杆机构,确保了支架的稳定 性,顶梁配置与推移步距相适应的调架千斤顶有效 防止了左右倒架并确保顺利移架。端头支架设计成 八柱结构,顶梁亦配置了调架千斤顶,铰接顶梁带 铰接前梁结构形式,提高了对顶板的适应能力和支 撑能力。支架与转载机联接,交替迈步移架。 该端头及超前巷道支架整架初撑力19780 kN , 工作阻力24500 kN ,支护面积4914 m2,支护高度 为210～318 m ,支护强度01495 MPa ,底板比压 0190 MPa ,总的支护长度3115 m ,其中超前支护长 度为1715 m ,端头支护长度14 m ,立柱共20根。 21312 工作面轨道巷道端头及超前巷道支架 工作面轨道沿空巷道应用了ZT103500/ 22/ 38 型端头及超前运输巷道液压支架。该巷道支架是在 工作面运输巷道端头及超前巷道支架成功研制应用 06 中国煤炭第36卷第3期2010年3月 的基础上,依据轨道沿空巷道矿压及围岩变形 特点开发设计完成的,首次投入使用。其结构形式 为四架型八组合,包括端尾支架1组、超前支架I 型3架为工作面面口向外第1～3组支架、超前 支架II型3架为工作面面口向外第4～6组支 架、锚固支架1架最外端支架 , 除端尾支架为 支撑掩护式以外,其余支架均为两架一组架型,带 四连杆加单摆杆机构,确保了支架稳定性。锚固支 架同超前支架I型架型相同,均为四柱支撑,顶梁 前后均带铰接前梁,增加了对端尾三角区域顶板的 适应性。超前支架II型设计为八柱结构,端尾支 架设计为六柱结构,带有铰接顶梁带铰接前梁结构 形式。支架在排头使用了自移牵引锚固支架,左右 两架一组的结构形式,实现迈步前移。该支架总的 支护长度6515 m ,其中超前长度5818 m ,其他技 术参数见表2。 表2 ZT103500/ 22/ 38型端头及超前轨道巷道液压支架主要技术参数 项目型式 支架高度 / mm 初撑力 / kN 工作阻力 / kN 支护面积 / m2 支护强度 / MPa 底板比压 / MPa 立柱数量 /根 支护长度 / m 端尾支架支撑掩护式2200～3800116281350091111511866177 超前支架I型两架一组2200～3800775290003515401511147102 61112 超前支架II型两架一组2200～380015504180001171840161128101543 锚固支架两架一组2200～3800775290003515401511146111 3 采煤工艺与矿压观测 311 采煤工艺 采煤方法为倾向长壁综采放顶煤一次采全高全 部陷落法。工作面采用端部斜切进刀、采放工序平 行作业的工艺方式,流程为割煤 → 移架 → 推移前部 输送机 → 后部放煤 → 拉移后部输送机。 根据兖州矿区多年的开采经验,工作面工艺参 数设计为机采高度316 m ,放煤高度510 m ,采 放比1∶1139 ,放煤步距018 m ,一采一放单轮或 双轮顺序放煤方式。通过现场工艺实测验证,所设 计的工艺参数完全能够适应大采高综放开采要求。 312 矿压观测 为摸清大采高综放条件下工作面的顶板运动规 律和矿压显现特点,以分析评价大采高综放支架对 工作面开采条件的适应效果,在工作面开采期间对 工作面顶板运移特征、支架支护阻力、安全阀开 启、端面顶板状况及煤壁片帮深度等参数进行了系 统观测,取得了大量的第一手矿压资料。 矿压分析结果表明,工作面顶板运动的剧烈程 度和矿压显现程度与普通综放工作面相比,均有所 增大,但不是很明显。顶煤易于破碎,冒放性较 好,保持了工作面架前顶煤完整、架后破碎的理想 放煤状态,证明大采高综放工艺试验是成功的。实 测1308工作面顶板初次来压步距5212 m ,动载系 数1138 ,周期来压步距1415～1817 m ,平均1614 m ,动载系数1131 ;支架工作阻力在来压前后分别 为447716 kN/架、5264 kN/架,最大667018 kN/ 架,分 别 占 支 架 设 计 值 的62119 、73111 、 92165 ,支架安全阀开启率来压前812 ,来压 时1511 ,片帮深度平均215 mm ,最大1500 mm。在整个使用期间,支架运转特性良好,没有 因顶板压力、支架设计问题导致支架零部件损坏, 对工作面开采条件适应性较好,完全能够满足工作 面生产的需要。 4 试验效果 该套大采高综放配套设备于2006年11月在兴 隆庄煤矿1308综放工作面安装完毕,经调试正常 后开始生产, 2007年1～3月正式进行了现场工业 性试验, 2007年4～9月为应用阶段。通过现场工 业性试验和半年多的应用,该套设备体现出了以下 优点。 1大采高综放配套设备能够适应工作面开采 条件,满足矿井安全高效的要求,整套装备选型合 理、运动关系协调、生产能力匹配、运行正常,状 态良好,具有效率高、安全性能好、质量可靠等特 点,设备事故率明显降低。 2大采高综放支架支护效能发挥较好,对顶 底板条件适应性强,完全能够满足工作面的开采要 求。 3大采高综放配套设备生产能力稳定,产量 高。3个月的现场工业性试验和半年的现场应用, 累计产煤45519100万t ,平均月产5016567万t , 最高月产5613639万t ,达到了600万t/ a以上的 生产能力。下转第64页 16 兴隆庄煤矿大采高综放工作面设备配套与工艺技术 个步骤。 311 手动泄油装置油路处于关闭状态 主要目的是检验手动泄油装置的油管、管接头 和高压球阀是否有渗油、漏油现象。 经过多次对通入提升机实际工作油压P 510 MPa进行测试,手动泄油装置的油管、管接 头和高压球阀均没有渗油、漏油现象;提升机液压 制动系统的工作油压稳定,油压表指针没有摆动、 颤动现象,能够保证提升机制动器的正常工作。 312 手动泄油装置油路处于开通状态 主要目的是检验手动泄油装置能否在液压电磁 阀失灵的情况下使制动器完全泄油制动。 让两个罐笼处于井筒中间位置停车,操作提升 机工作闸手柄,使液压制动系统处于工作油压P 510 MPa ,制动器处于完全开闸状态,然后操 作手动泄油装置手把,打开泄油油路,这时油压表 显示油压迅速下降至0139 MPa ,制动器立即投入 制动。 经过对矿井提升机液压制动系统手动泄油装置 的工业性试验证实,该装置符合设计要求,对提升 机液压制动系统的工作性能没有影响,能够保证在 液压电磁阀失灵时,控制提升机制动系统安全可靠 地制动。 4 结论 矿井提升机液压制动系统手动泄油装置的研制, 解决了目前矿井提升机和带式输送机等大型设备液 压制动系统中存在的问题,该装置能够在液压制动 系统的液压电磁阀失灵时实现手动泄油,确保其安 全可靠制动,避免由于不能安全制动而造成重大事 故,其社会经济效益显著,具有很好地推广价值。 作者简介赵君志1965 - ,男,高级工程师,从事 煤炭机电管理工作。 责任编辑 张艳华 上接第58页 生产要求。其既能适应该矿物料 湿度大、有一定粘性的特点,又能适应缓倾斜煤层 开采、延深快、边坡稳定性差的开采条件;还可与 露天矿现有带式输送机运输系统匹配,满足露天矿 扩产要求;并可通过选用不同强度的滚轴及破碎锤 配合不同强度的刮板输送机适应物料条件的变化。 布沼坝露天煤矿2年的应用经验表明,该矿采煤半 连续工艺应用锤式滚轴破碎机是成功的。 参考文献 [1]丁庆方,张镭,赵兆龙1 布沼坝露天矿原煤生产系统 的技术改造[J ]1 露天采矿技术, 2005 6 [2]车兆学,才庆祥,姬长生等1 露天矿表土剥离半连续 开采工艺研究[J ]1 中国矿业大学学报, 2000 1 [3]车兆学,才庆祥 1 黑岱沟露天煤矿剥离黄土半连续工 艺研究[J ]1 中国矿业大学学报, 2004 6 [4]王平军,戴海琛1 锤式破碎机安装使用中的注意事项 [J ]1 砖瓦世界, 2009 6 [5]武旭彦,卫丽1 锤式破碎机可靠性分析与改进[J ]1 煤矿机械, 2009 5 作者简介吴东来1959 - ,男,云南省宣威市人, 高级工程师,云南省小龙潭矿务局政委。 责任编辑 张毅玲 上接第61页 4工作面回采率得到进一步提高。在夹矸层 区域基本杜绝了丢底煤现象,同时机采高度的增 加,改变了采放比,顶煤冒放性增强,工作面累计 回采率达到了89137 ,最高达到了91197 ,与 相邻1307普通采高综放工作面相比回采率提高了 1136 ,多出煤4197万t。 5工作面两巷端头与超前巷道液压支架的成 功应用,提高了对工作面超前巷道顶板的支护强 度,改善了作业环境,降低了劳动强度,提高了工 作效率,大大保障了端头支护的作业安全,形成了 综放工作面端头及两巷道成套支护技术体系,进一 步促进了工作面的安全高效生产。 作者简介王寅1989 - , 男,山东兖州人,现就 读于中国矿业大学采矿工程专业。 责任编辑 张艳华 46 中国煤炭第36卷第3期2010年3月