大倾角俯采高架综采防倒防滑防侧翻与开采技术研究.pdf

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大倾角俯采高架综采防倒防滑防侧翻与 开采技术研究 李冬红 河北金牛能源股份有限公司东庞矿 摘要针对东庞矿2 6 0 8 及2 6 1 0 工作面大倾角、大俯采、大采高综采的开采条件,对工作 面“三机”设备改造、管理及回采技术进行了研究,提出了该条件下工作面实现高产高效 的技术措施。 关键词高架综采大倾角 俯采设备工艺 我国缓倾斜厚煤层煤炭产量占总产量的4 0 %以上,很多矿区赋存有3 .5 5 .O m 厚的煤层且均为 主采煤层,大采高综采是3 .5 5 .O m 厚煤层综采的主要发展方向之一。河北金牛能源股份有限公司 东庞矿2 号煤层赋存条件适宜采用高架综采技术,但是在局部地质条件复杂区域,在大倾角、大采 高、大俯角开采时,除倾斜方向上防倒防滑外,在开采方向上还存在设备倾倒问题,这些都将影响大 采高工作面高产高效开采。为解决这些问题,河北金牛能源股份有限公司东庞矿在2 号煤层六采区 2 6 0 8 及2 6 1 0 工作面进行了试验,成功实现了高架综采工作面大倾角俯采,取得了良好的经济效益及 社会效益。 1 地质条件 东庞矿2 号煤层为矿井主采煤层,煤层厚度3 .9 4 .6 m ,平均4 .3 m ,单向抗压强度为8 .4 8 M P a 。 直接顶为粉砂岩,厚度1 .3 2 5 .6 m ,深灰色,性脆,具泥质结核及黄铁矿,单向抗压强度为 1 7 .3 4 M P a ;基本顶为细砂岩,厚度3 .5 m ,灰色,浅灰色,致密坚硬,斜层理,层面有植物碎片,单 向抗压强度为7 6 .8 M P a 。直接底为粉砂岩,厚度3 .5 m ,深灰色,富含植物根部化石;基本底为细砂 岩,厚度1 .6 m ,浅灰色具炭质斜层理,泥质胶结,单向抗压强度为7 4 .2 N P a 。 试验区域为2 号煤层六采区2 6 0 8 及2 6 1 0 工作面,2 6 0 8 、2 6 1 0 工作面北部为2 6 0 6 工作面采空区, 南部为实体煤未采区,西侧为2 6 0 0 回风上山,东侧为D F 。断层,如图1 所示。 2 6 0 8 工作面走向长度1 4 6 8 m ,平均倾斜长1 7 2 ~1 9 5 m ,平均1 7 5 m ,煤层倾角8 0 一3 3 0 ,厚度3 .9 4 .6 m 。本工作面采高平均为4 .3 m 。工作面开切眼煤层真倾角最大3 3 0 ,最小8 0 ,平均1 6 。。开切眼坡 度平均1 6 0 ,局部区域最大2 4 。,俯采角度2 0 。~2 3 。。该面地质构造复杂,主要表现为断裂构造,工 作面中间巷以里构造复杂,D F ,、北岛、北‰.、北f l ,、f l 。5 条断层落差为2 .0 8 .5 m ,落差大,延 伸距离长,最大延伸距离沿走向4 5 0 m 。 2 6 1 0 工作面走向长度1 4 2 7 m ,平均倾斜长度2 0 8 .8 m ,煤层倾角7 0 一3 2 。,厚度4 .5 m ,工作面外 段,煤层为倾向N E 的单斜构造,倾角7 0 - 9 0 ;工作面里段,煤层为宽缓的向斜构造,由N E 倾向变 S E 倾向,工作面从初采向外推进约2 8 0 m 范围内倾角及俯采角度较大,开切眼位置煤层倾角为2 2 。, 俯角2 2 0 一2 6 0 。该面构造也较多,有2 3 条,但大多为0 .2 5 ~2 .O m 的小断层,仅有3 条落差较大, 落差为2 ~3 m ,但延伸距离都小。 一2 4 2 工作面设备配置 图l工作面伪斜设计 2 6 0 8 、2 6 1 0 工作面设备配置见表1 、表2 。 表12 6 0 8 工作面设备配置 设备名称型号设备额定功率/k W额定电膨V台数 采煤机 M C 4 0 0 /9 8 0 一W D /4 .59 8 03 3 0 0l 液压支架 Z Y 5 0 0 0 一2 5 /5 08 0 /1 3 6 工作面输送机 S G z 8 0 0 /2 4 0 04 0 03 3 0 02 破碎机 P C M 一1 6 02 0 03 3 0 01 转载机 S Z Z 8 0 0 /2 0 02 0 03 3 0 01 可伸缩皮带 D S P 一1 0 8 0 /1 0 0 01 6 01 1 4 01 乳化泵 M R B 一2 0 0 /3 1 .51 2 51 1 4 03 卡轨车K W G P 一9 0 /6 0 0 J 1 6 06 1 6 0l 表22 6 1 0 工作面设备配置 设备名称 型号 设备额定功率/k w 额定电肜V台数 采煤机 M G 5 0 0 /11 3 0 1 1 3 03 3 0 01 液压支架 Z Y 5 0 0 0 一2 5 /5 0 1 4 5 工作面输送机 S C Z 8 0 0 /2 5 5 05 5 03 3 0 02 破碎机 P C M 1 6 0 2 0 0 3 3 0 01 转载机S Z Z 8 0 0 /2 0 02 0 03 3 0 0l 可伸缩皮带D S P 一1 0 8 0 /1 0 0 01 6 01 1 4 01 乳化泵 M R B 一2 0 0 /3 1 .51 2 51 1 4 03 卡轨车 K W G P 一9 0 /6 0 0 J1 6 06 1 6 0l 一2 5 3 大倾角俯采高架综采开采技术措施 3 .1 工作面开采采用伪斜布置。降低工作面倾角 从资源回收和工作面矿压控制方面综合考虑,确定采用伪俯斜开采技术,2 6 0 8 工作面机尾超前 机头7 4 .7 m 布置,工作面倾角降低为1 6 0 ,俯角为2 2 。;2 6 1 0 工作面机尾超前机头1 2 9 .3 m 布置,工 作面倾角降低为2 2 0 ,俯角为2 5 0 ,如图1 所示。 3 .2 防倒防滑防侧翻技术 3 .2 .1 防倒防滑防侧翻设备改造技术 3 .2 .1 .1 采煤机改造 1 工作面俯采角度大时,采煤机重心向煤帮偏移,平滑靴受力增大,磨损加剧,且平滑靴与 溜槽铲板搭接减少,容易发生掉道故障,为此将平滑靴底部用耐磨材料加厚3 0 r a m ,加宽2 0 r a m ,减 轻机组倾斜程度,增加平滑靴的耐磨程度,使整机的重心向采空区有 一个校正,避免了掉道故障发生;在导向滑靴内表面进行喷涂强化处 理,提高其耐磨性能。 2 工作面俯采角度过大时,采煤机导向滑靴与齿条之间配合 状态发生改变,将导致导向滑靴非正常受力过大,损坏严重。为此, 采空侧改变机组导向滑靴尺寸,使采煤机原齿轨轮与输送机销排的啮合纵向 中一t L , 线,向采空区平移5 m m 。避免了机组行走齿轮与销轨煤壁侧干 涉,如图2 所示。将导向滑靴在纵向长度每侧加长5 0 r a m ,导向滑靴 胃井。.两头内外导角均加大为3 0 。和4 5 0 ;改变其材质和热处理工艺,提高 导向滑靴强度。 图2导向滑靴改进 3 电控箱、泵箱与底托架接触面增加固定螺栓;煤帮侧底托 架上加焊防电控箱、泵箱等部件下滑的挡块,减轻液压螺栓的横向载荷,如图3 所示。 a 增加固定螺栓 图3 机组加固 } /譬Q j .{ L 3陟 底托架 L b 加焊挡块 4 研制采煤机防滑千斤顶,安设在采煤机机身采空区侧,防止采煤机制动系统失灵导致设备 顺势下滑,如图4 所示。 为了保证采煤机在更换马达或液压制动器时,不发生 下滑现象,作为制动器的后备保护,研制并在齿轨轮侧安 装了自动制动器,其制动与解除和采煤机的牵引与停机实 现了同步,故称其为自动制动器,该制动器制动效果较好。 自动制动器的研制和液压制动器的改造,为大倾角条件下 采煤机的应用提供了可靠的安全保障。 5 采用加强型采煤滚筒,增加滚筒的整体强度。因 一2 6 一 换向阀 图4 采煤机防滑装置 为俯采角度大,采煤机向煤帮倾斜,造成滚筒装煤能力差,为提高滚筒的装煤效果,将叶片的螺旋升 角增加5 0 ,改善滚筒的装煤效果。 3 .2 .1 .2 液压支架改造 1 底调千斤顶改造。增大底调千斤顶活塞直径,由6 0 m m 增大到1 2 0 r a m ,增加千斤顶的顶 推力。 2 支架侧护板单独操作液压系统改造。支架的顶梁、掩护粱、后连杆活动侧护板,具有密封 防矸和调整架间距的性能。但是在原支架的液压系统中,掩护梁与后连杆侧护板由同一片操纵阀控 制,在此两侧护板收回时,由于受一双液控单向阀的作用,顶梁侧护板也要收回;相反,掩护梁、后 连杆侧护板打出时,顶梁侧护板也要跟随打出,这将给调架工作带来极大的不便。为了适应大倾角条 件下的调架需要,顶梁、掩护梁、后连杆的活动侧护板设计为分别由3 片操纵阀控制,在调架过程 中,既可实现侧护板的整体动作,又可实现单独操作。 3 工作面中间架防倒装置的改进。在每台支架顶梁的前端焊接了两个千斤顶支承座,千斤顶 支承座焊在前梁回转千斤顶的支承座上,每个支承座配有立轴、千斤顶连接耳座、销轴等,通过一个 Q 1 3 B - 4 5 3 7 0 型千斤顶将两台相邻支架连接起来,如图5 所示。当移架时,可将被移支架与上方支 架相连的横拉防倒千斤顶拉紧,即可起到支架防倒作用。 2 3 4 1 一前梁回转千斤顶支承座;2 一顶连横拉防倒千斤顶支承座;3 一连接耳座;4 一立轴;5 一横拉防倒千斤顶 图5前梁防倒装置改进 3 .3 防倒防滑开采技术 3 .3 .1 支架纵向稳定技术 1 机头 机尾 顶锚。在工作面推进过程中,机头、机尾支架顶梁和护帮装置发生偏斜,造 成支架间隙大,发生掉渣。因此用顶锚系统使机头、机尾第一架护帮装置保持平行前移。机头、机尾 顶锚采用千斤顶、双耳链环卡、圆环链销铀在机头、机尾第一架和第三架顶梁防倒座之间连接。 2 中间架防倒。架间安装支架顶梁横连千斤顶;在开切眼倾角较大处每架安装一套斜拉防倒 千斤顶,其他每5 架安装一套,斜拉防倒装置如图6 所示,利用液压支架底座前方的防倒防滑座通过 连接头防滑千斤顶、双耳链环卡、蛳x 9 2 圆环链与下方支架顶梁防倒座相连,实现防倒目的。中间 环节用6 4 0 销轴固定。 3 下端头支架防滑。通过锚固千斤顶将1 号及3 号架尾部连接,移3 号架时通过安装的底侧推 千斤顶调整其下滑,移l 号架时操作此尾部锚固千斤顶控制l 号架下滑,如此使下端头三架形成一个 稳固的“锚固站”,控制工作面中间架的下滑。 4 工作面中间架防滑。中间支架均安装底侧推千斤顶,在升架的同时操作底侧推千斤顶以调 整支架的下滑。 5 另一种防滑系统的连接方式和防倒相同,只是犯6 9 2 圆环链与上方刮板机中部槽推移座 实现连接,移架时,拉紧千斤顶,防止支架下滑。 一2 7 图6 斜拉防倒装置 3 .3 .2 输送机和采煤机防滑防侧翻技术 1 刮板输送机防滑。输送机每隔1 0 架安装一组刮板输送机防滑千斤顶 型号为Q 1 3 B 一1 2 5 / 7 0 5 0 0 ,用锚链一端固定于输送机挡煤板上,另一端固定在上方支架的底座上,用单向液压锁控 制,始终处于拉的状态。 工作面每1 0 架安装一组刮板输送机防滑千斤顶。 2 机组、刮板机中部槽的防倒翻。在支架底座上安装压溜千斤顶,选用6 3 0 刮板机的拉后溜 千斤顶 6 1 0 0 t 6 7 0 8 0 0 ,推力2 4 6 k N ,在支架调底千斤顶座上安装连接装置、连接十字头、千斤 顶。千斤顶作用在与支架连接的中部槽上。支架推移中部槽时人工操作液控阀组使千斤顶压住中部 槽,防止由于采煤机大角度俯采导致中部槽和采煤机侧翻,如图7 所示。每套压溜千斤顶和中部槽在 垂直方向上最大角度约3 0 。,向下压力约1 2 3 k N 。每三架安装一套压溜千斤顶装置。 平衡千斤顶 推移千斤项 推移耔压涸千斤顶工作面输送机 图7中部槽和采煤机防侧翻装置 在采煤机机身上安装制作一套可拆卸的防倒支承架,和采煤机一起在工作面内移动。支承架本身 有5 套液压千斤顶装置,机组司机可以根据现场俯采角度的大小操作阀组。使支承架支承住工作面煤 柱壁。 一2 8 3 .3 .3 合理留设工作面下端头三角煤 经计算留设三角煤长度为1 5 m ,高度为1 m ,可有效解决下部支架挤架问题,可有效防治支架、 刮板输送机的下滑。 3 .3 .4 输送机纵向位移的控制 采用下行割煤、上行推刮板输送机的单向割煤方式;工作面伪斜布置,上巷超前下巷3 5 m ;输 送机防滑技术的落实应用;加强现场管理等,控制输送机不发生上窜下滑现象,提高工作面推进 速度。 4 大倾角俯采高架综采开采安全技术措施 1 工作面综采支架管理按公司和矿的有关规定严格执行,必须使用支架防滑、防倒,必须使 用机头、机尾锚同和顶锚。 2 开始俯采时,每3 架增加一组压溜千斤顶,压溜千斤顶安装在支架的底座上,另一端压住 输送机槽帮处的推移耳座。防止输送机和采煤机的侧翻。 3 进行压溜操作时,应注意压溜千斤顶与溜槽电缆槽的角度,做到压正溜槽,不可压偏。 4 俯采拉支架时,注意先收回压溜千斤顶扭放在一侧,然后再进行拉架操作;大角度俯采时, 只要支架与刮板输送机允许,就及时操作阀组,用压溜千斤顶压住输送机,同时操作抬底千斤顶压住 推移杆。 5 为使采煤机适应大倾角俯采的地质条件,采用加宽型平滑撬和耐磨型导向滑靴,使用中要 加强采煤机的维护与保养,每班注意检查并测量平滑撬和导向滑靴的使用磨损量,并作为现场交接班 的内容。 6 为适应大倾角俯采的地质条件,防止机组侧翻,采煤机另增一套辅助支承装置,采煤机司 机根据俯采角度的大小及时操作该装置的千斤顶,使支承装置支承住煤帮。 7 当采煤机在零位保护不起作用的情况下启动时,牵引手把要向机尾侧偏转1 0 。,给采煤机以 向上牵引趋势,防止采煤机一启动就出现下滑;启动完成后,再根据实际情况调整牵引方向。 8 工作面倾角大时,应使用采煤机齿条侧的防滑千斤顶,采煤机停机后及时操作防滑千斤顶 卡住输送机齿轨销。防止出现抱闸失灵采煤机顺势下滑事故。 9 当工作面出现轻微下滑时,在机头超前可调范围内调机头,严重时顶溜方向全部改为自下 而上,并用好防滑,或采用下行单向割上煤,上行空刀顶溜的方式予以解决。 1 0 严格执行班端头进尺交接班制度,每刀进7 0 0 m m ,不得出现多进或少进现象。 1 1 采面支架采用及时支护方式,移架在采煤机后3 ~5 架进行,移架跟不上割煤时,机组必 须停止割煤。 ‘ 1 2 支架要移成一条直线,支架要一步三调,不能出现倒架、咬架现象,保证支架达到良好支 护状态。 1 3 顶溜时,要使用好防滑,支架接过后及时收紧防滑。 1 4 移架后升架时,及时调整平衡使顶板与顶梁平行支设,并使支架初撑力达到2 5 M P a 以上, 并升紧支架护帮板。 1 5 拉架时要利用好侧护板千斤顶,斜拉千斤顶,排排调整,班班交接支架与刮板输送机度 数,使支架角度 刮板输送机坡度在9 2 0 一9 8 。范围内,保证支架具有良好支护状态。 5小结 1 迄今为止,2 6 0 8 及2 6 1 0 工作面大倾角俯采段已安全回采完毕,累计采出原煤6 1 .2 1 0 4 t , 其经济效益及安全效益显著。 一2 9 2 由于采用了有效的防倒防滑防侧翻技术及安全技术措施,工作面实现了高产高效月推进 度平均为l O l m ,最大为1 0 5 m ,月产量平均为1 8 6 0 4 0 t ,最大为2 0 4 7 2 5 t ,工效平均为6 6 .7 ∥工。最大 为7 3 .3 8 ∥工,最高日产为l l M 3 2 t 。 3 2 6 0 8 及2 6 1 0 工作面开采的成功,标志着大倾角俯采高架综采防倒防滑防侧翻与开采技术的 研究是行之有效的,丰富了综采设备在大倾角俯采情况下的设备改造及回采工艺技术,为东庞矿乃至 国内外相近条件的矿井提供了成功的经验及数据。 作者简介 李冬红.男,汉族,现年2 9 岁,河北望都人,毕业于河北工程大学采矿专业,2 0 0 3 年至今工作 于河北金牛能源股份有限公司东庞矿技术科,主管工程师。 一3 0 大倾角俯采高架综采防倒防滑防侧翻与开采技术研究大倾角俯采高架综采防倒防滑防侧翻与开采技术研究 作者李冬红 作者单位河北金牛能源股份有限公司东庞矿 本文链接 下载时间2009年10月21日
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