薄煤层开采设备选型配套研究.doc

薄煤层开采设备选型配套研究 作者简介郑 伟1984-,男,贵州贵阳人, 2007年毕业于贵州大学,现主要从事采矿及安全方面的研究工作。 郑 伟贵州大学矿业学院,贵州贵阳 550007 摘 要工作面生产系统的可靠性,不但要求单机设备要先进可靠,而且要求各设备之间的配套合理,特别是对于薄煤层工作面的复杂条件,要求整个工作面系统的配套更可靠。针对薄煤层工作面的复杂地质条件,在综采设备选型原则的基础上,对主要设备选型进行了分析和计算,为类似薄煤层工作面的综采化提供了参考。 关键词薄煤层开采;设备选型;三机配套、 随着薄煤层开采技术、薄煤层开采设备和支护设备性能的不断提高,薄煤层工作面正向综采方向发展。这样就对配套设备在装机功率、运输能力、可靠性和安全性等方 面提出了更高的要求。目前国内对薄煤层综采设备的选型与配套研究较少,前几年薄煤层开采主要是以高档普采为主,该工艺不但生产成本高,技术落后,职工劳动强度大,顶板管理难度大,安全没有保障,所用设备也不过关,事故率较高。如何进一步完善薄煤层工作面设备选型配套技术,提高工作面产量,实现薄煤层的高效安全生产,是目前需要解决的重大问题之一。 1 综采设备选型原则 综采面的选型设备主要包括采煤机、刮板输送机、液压支架、转载机、破碎机、胶带输送机等。其中“三机”选型是实现高产高效的基本条件。在矿井初步设计时,应 遵循以下设备选型原则。 1在性能上,各主要设备的技术性能不仅要满足矿井生产能力的要求,而且应有一定的富裕系数以减少设备的故障率,提高开机率,实现工作面安全高效稳产。 2在尺寸上,各配套设备尺寸与空间几何尺寸合理,满足生产工艺要求,操作维修简易。 3在经济上,遵循工作面总体设计中的设备投资费用原则,要求在安全可靠基础上,经济效益最大化。 2 综采设备选型应考虑的因素 21 地质条件对设备选型的影响 工作面地质条件包括地质构造、煤层稳定性、煤层厚度、煤层倾角、煤层坚硬性、煤层顶底板条件等,这些条件对于开采方法、回采工艺都有很大的影响,进而影响到综采设备的选择。在地质构造中,断层是影响开采的重要因素之一,影响工作面的推进速度,当断层落差较小且影响范围不大时,可以直接推进,当断层落差大于2倍采高且断层影响范围较大时,一般情况下,应重开切眼,严重影响采煤机的开机率。煤层倾角对回采工作面支架的稳定性、采煤机运行速度、输送机运输能力、工人作业难度均有较大的影响。煤层坚硬性是影响采煤工作面内片帮程度的一个因素,同时对综采设备选型也有影响。煤层顶底板条件是影响采煤工作面安全生产最重要的因素之一,其稳定性影响到采煤工艺的选用以及采煤机截深、割煤速度和开机率。 22 主要设备选型应考虑的因素 工作面的主要设备包括采煤机、刮板输送机、平巷输送机和支架。这些设备的选取直接影响到工作面的生产能力及生产效率。支架选型主要考虑以下因素根据矿压观测结果及工程类比选择初撑力、工作阻力及支护强度;根据顶板冒落选择顶梁长度及前探梁长度;根据底板特性选择推溜力、拉架力、底座面积及比压;根据煤厚选择支架最大、最小高度;根据倾角选择放倒、防滑结构;根据通风要求选择支架断面。 采煤机选型主要考虑以下因素根据工作面生产能力要求选择采煤机类型;根据煤厚、工作面空间、支架空间选择机身尺寸;根据煤的硬度选择截割功率;根据工艺要求选择滚筒及截深。 输送机选型主要考虑以下因素根据采煤机选择输送机宽度、能力;根据拉架力选择强度;根据工作面长度选择输送机长度。根据最大割煤量及巷道断面选择平巷输送机。 除了考虑以上因素外,设备之间的性能参数、结构参数、工作面空间尺寸以及相互连接部分的形式、强度和尺寸等方面,必须保证互相匹配协调和适用。工作面输送机能力应该大于采煤机的落煤能力,液压支架的移架速度应该大于采煤机的运行速度,采煤机截深应该与支架推移步距相适应等。 3 实例分析 在考虑工作面设备选型配套时,在考虑以上原则的前提下,还应结合矿井的开采地质条件对设备提出更全面的要求。 文章结合兴林矿2101薄煤层工作面开采条件进行综采设备选型配套研究。 31 2101试验工作面概况 2101工作面为综采工作面,布置在2号煤层。2号煤层位于山西组中部,属大部可采的稳定煤层。煤层厚060270m,平均144m,煤层平均倾角为8。煤层含夹矸02层,在中东部分叉,其中上分层零星可采,下分层局部可采。顶板多为细粒砂岩、粉砂岩,底板多为泥岩,中砂岩。根据2号煤层赋存特征、开采条件及矿井规模,生产初期确定2101综采工作面长度为150m。 32 主要设备选型 321 液压支架选型 1选型原则。液压支架是工作面装备中对生产能力影响最大的设备,因此必须把支架的可靠性放在首位。工作阻力及支护强度等参数要满足顶底板坚硬条件下的薄煤层矿压要求,最低采高实现12m,同时要保证三机配套的合理参数和最小过机空间。支架顶梁应选用高强度材板,以便减小支架重量和顶梁厚度,满足薄煤层综采设备的配套及支架强度的要求,并增加工作面的通风断面要求。 2架型选择。在液压支架的选型上,应充分考虑薄煤层开采时的技术特点及空间狭小的实际情况,结合地质条件,以重点降低整体配套高度为目标,同时满足三机配套 技术要求。 该矿为新建矿井,回采工作面顶板压力尚无实测数据,参考邻近矿区回采工作面周期来压步距初定为20m左右,设计采用老顶周期来压步距来计算液压支架工作阻力。 P -3658M 14L36LmF 式中 P预计液压支架设计工作阻力, kN/架; M采高, m; L老顶周期来压步距, m; Lm控顶距, m; F支架支护面积, m2。 代入数据计算得P3139kN/架。 依据液压支架工作阻力计算数据,结合本井田2号煤层厚度,综采工作面液压支架选用ZZ3600/14/28型,支撑高度为1428m,工作阻力3600kN,支架重量1285t。工作面端头支护选用ZT7840/17/35型端头支架。 322 采煤机选型 1 选型原则。 ① 要求采煤机除了对采煤机机身厚度有特别的要求以外,还要有一定强度和生产能力及功率要足够大,同时要尽可能机身短,以适应煤层薄及地质条件复杂等;同时也是为了保证实现采高在12m时三机配套高度的需要,也是保证在这种地质条件下过断层的能。 ② 薄煤层开采,存在着采煤机在过断层时带来的强烈的震动和冲击。因此,对整机的功率和重量以及强度和稳定性都有很高的要求。 ③由于煤层较薄,架内空间小,行人极为不便,为了便于采煤机司机的操作和开采时采煤机有一定的牵引速度,实现高产,要求薄煤层采煤机必须具有离机控制的特点。 2机型选择。 根据本矿的地质条件,结合其他矿的经验,选用型号为MG200/500-AWD型无链交流变频电牵引滚筒式采煤机,该采煤机切割功率达到了480kW。整机为多电机横向布置,机身由三段组成,无底托架,三段机身采用液压拉杠联结。采用弯摇臂,加大了装煤空间。摇臂行星头采用四行星轮结构,行星头的外径小,适合与小滚筒配套。该机电气系统具有四象限运行的能力,可用于大倾角工作面;采用水冷式变频器,技术领先,可靠性高,体积小;具有简易智能监测,系统保护功能齐全,查找故障方便。 323 刮板输送机选型 1 选型原则。 刮板输送机的输送能力必须等于或大于采煤机的生产能力,并留有一定的备用能力以满足工作面出现片帮、过载等特殊情况下的运输能力;刮板输送机的结构形式及附件必须与采煤机相配套,输送机槽的结构应与工作面底板条件相适应,并应考虑能与采煤机底托架和行走结构尺寸相匹配;刮板输送机的溜槽长度要与液压支架的宽度相匹配,并且溜槽结构要坚固耐磨,具有可弯曲性。 2机型选择。 对于薄煤层开采来说,为了减少设备故障,结合本矿地质条件,决定选用SGZ-730/320W型刮板输送机,该型输送机性能优越,强度高,可以实现三机的整体配套,满足薄煤层的安全生产。 324 其它主要设备选型 根据煤层赋存特点,结合采煤机的生产能力和工作面刮板输送机的运输能力,确定其它主要设备选型见表1。 表1 工作面主要设备配备表 设备名称 设备型号 功率/kW 双滚筒采煤机 MG200 /500-AWD 500 可弯曲刮板输送机SGZ-730 /320W 320 破碎机 PCM110 110 转载机 SZB-764 /132 132 可伸缩胶带输送机 SSJ1000 135 液压支架 ZZ3600 /14 /28 端头支架 ZT7840 /17 /35 单体液压支架 DW22 乳化液泵站 WBR200 /315A 132 喷雾泵站 WPZ320 /6345 5 作者简介吴亚安1983-,男,陕西绥德人, 2006年毕业于中国地质大学北京,现从事煤矿地下水环评工作。 大梁湾井田保水采煤经济开采方法分析 吴亚安,葛光荣煤炭科学研究总院西安研究院环境保护研究所,陕西西安 710054 摘 要在保水采煤基础上,通过对长壁限高开采、长壁留煤柱支撑开采和“采12留8”条带开采三种采煤方法的比较,得出经济开采方案,并对其稳定性进行了数值模拟研究,从而确定大梁湾合理开采方案,为榆阳区煤炭经济开采研究提供了参考依据。 关键词保水采煤;经济开采;数值模拟 陕北榆阳区大梁湾井田煤层顶板基岩薄,随着井田大规模的开发,以及不合理的采煤方法将有可能导致采动裂隙带直接波及到含水层,造成水源地的直接破坏,并导致原来接受该含水层补给的井泉、河流和水库干涸,使该区域生态环境面临严重危险。因此,如何在“保水”前提下最大程度的开采煤炭资源,得到最大的经济效益是当前煤矿面临的问题。 文章通过对大梁湾井田浅埋煤层不同开采方案的分析,确定合理的经济开采方案。 1 工程地质及主采煤层概况 11 含隔水层 孔隙潜水之上多被第四系风积沙覆盖,厚度变化不大,一般为14002000m,岩性为中细砂夹粉砂质粘土,局部夹有含泥及腐植质粉砂条带。水位埋藏一般为500800m,富水性中等。潜水大多隐伏于萨拉乌素组地层之下,局部地段偶见小面积黄土出露,厚度为3055m。含水层岩性主要为粉土质黄土,厚度一般为7446404m。水位埋深靠近滩地区较浅,一般小于10m,靠近黄土梁峁区较深,一般1030m,富水性弱。隔水层为直罗组连续分布的泥岩、粉砂质泥岩以及延安组的泥质粉砂岩、粉砂岩等。 12 主采煤层 井田的主采煤层为3号煤层,分布范围广,厚度较大,在538735m之间,平均厚度652m。3号煤层直接顶板岩性为泥岩,局部相变为粉砂岩,厚约060200m;基本顶为延安组第四段底砂岩真武硐砂岩中粒长石砂岩,厚度不大,为矿坑直接充水含水层;底板岩性局部地段为粉砂岩,局地段为泥岩,厚约100200m,其下伏为厚层状细粒长石砂岩。顶底板稳固性较好,煤层中硬,裂隙不发育。 2 采煤方法分析 21 长壁限高开采 根据矿井水文地质规程上三带发育规律,若要保证顶板水不透入到工作面内,需满足下列关系式HliHb≤H隔水岩段 式中 Hli导水裂隙带, m; 33 应用效果分析 根据以上选型配套的分析及生产系统的优化, 2101工作面经过6个月生产运行考察,所选配套设备各项参数符合设计要求,具有配套合理、质量可靠、性能稳定、高产高效等优点,并取得了预期的效果,工作面月产达到4万t,比之前采用普采时的产量翻了一翻。 4 结 语 薄煤层属于地质条件较复杂煤层,在满足设备选型一般性的准则上,主要应该针对薄煤层这一特点对工作面设备进行合理的选型配套。通过以上分析,薄煤层应用综合机械化开采的可行性得到了验证,而且经过生产实践取得了较好的效果,同时也为条件相似的矿井采用综采技术提 供了借鉴经验。 参考文献 [1] 陶维忠.采煤工作面设备选型配套的分布式系统及其生产过程动态模拟的研究[M].徐州中国矿业大学出版社, 2001. [2] 中煤国际工程设计研究总院.煤炭设计推荐设备选型目录[M].郑州郑州大学出版社, 2005. [3] 连向东,李学来,胡敬东.高效综采发展趋势与重大装备关键技术分析[J].煤, 2005, 143 15, 26.