6.5ｍ大采高综采工作面设备配套及开采技术（工艺）研究.DOC

6.5ｍ大采高综采工作面设备配套及开采技术（工艺）研究 李冬红 （冀中能源股份有限公司东庞矿 河北 邢台054201） 摘 要东庞矿2612工作面煤层夹矸厚度最大达2.1m，且工作面面临大倾角俯、仰采。通过与国内外科研院所开展广泛合作，进行6.5ｍ大采高综采工作面设备配套研究，研发了世界上第一套6.5m大采高综采设备；通过设备改进与创新、开采技术创新、加强现场安全技术管理等工作，实现了6.5m大采高综采设备在工作面大倾角俯、仰采等复杂地质条件下的夹矸特厚煤层一次采全高的安全高效开采技术，为我矿三水平区域夹矸煤层的开采乃至国内外相近条件的矿井提供了成熟的配套设备及开采技术。 关键词6.5ｍ大采高综采 设备配套 开采技术 研究 东庞矿2煤层为矿井主采煤层，煤层厚度3.9～5.0m，平均4.5m，采用高架综采技术，使用的支架为ZY5000/25/50（中心距1.5m）。但当前遇到地质条件变化，2600采区下部区域及三水平区域2煤层中间含夹矸1层，夹矸厚度为0～2.1m（见图1），即煤层厚度变厚，如果采用分层开采，工作量大，产量较低，回采功效也较低。经公司、矿多次调研及研讨，决定在2612工作面进行开采试验，采用一次采全高的方法将全厚煤层（6.3m）采出。 一、地质条件 东庞矿2612工作面开采煤层为2煤层，埋深-380～-520m。煤层厚度4.4～6.1m，储量206万吨。工作面直接顶为3.1m厚的粉砂岩，深灰色，可见植物化石，含菱铁质；老顶为2.05m厚的细砂岩，灰色，含有菱铁质透镜体及条带，全层发育，波状层理；直接底为2m厚的粉砂岩，深灰色，上下部致密，含有植物根部化石。 工作面范围内探明夹矸厚度为0.1～2.1m，影响巷道长度为1400m。夹矸厚度0.7m以上的走向长620m，影响采线最大长度110m；夹矸厚度1m以上的走向长450m，影响采线最大长度100m，其中走向长200m范围内夹矸厚达2m。 工作面回采过程中采线倾角变化较大，切眼处倾角为25，随着回采推进，采线倾角逐渐变小，最小角度为5。工作面自切眼向外300m范围内为俯采，俯采角度为8～17； 工作面自切眼以外300～800m（共500m）范围内为仰采，仰采角度为5～14。（见图2） 图2 二、工作面设备配套研究 1、大采高综采设备发展水平及现状 目前大采高综采工作面最大采高国外已达6.5m，我国最大设计采高为6.3m。2006年6月10日，我国第一套6.2m大采高设备在晋城寺河矿2307工作面正式投入使用，最高日产达到30125t，年产可达1000万吨以上，这标志着我国已经成功掌握了6m以上一次采全高综采技术。2007年11月6日，在第十二届中国国际煤炭采矿技术交流及设备展览会上郑州煤机厂展出了ZY15000/30/65大采高液压支架，山西平阳重工展出了ZY12000/32.5/72大采高液压支架。目前，美国久益公司已开始研制7m以上超高工作面综采设备，我国神华也已开始研究7m以上超大采高工作面综采技术。 国内6m以上大采高工作面主要配套设备 工作面长度 年产量 液压支架 采煤机 刮板输送机 寺河矿 219.5m 800万吨 ZY9400/28/62 SL500 JOY AFC/1332/2*700 上湾矿 301.5m 1000万吨 ZY10800/28/63 7LS7 DBT PF6/1342/3*1000 补连塔矿 301.5m 1000万吨 ZY10800/28/63 SL1000 DBT PF6/1342/3*1000 根据东庞矿地质条件，按我国现行采煤发展水平及该矿设计水平，包括采煤设备、运输设备、矿井提升能力及现代化装备水平，通过多方调研及与国内外科研专家交流，认为东庞矿应当采用6.5m液压支架一次采全高开采技术，这样更能发挥综采设备的效能，大幅度提高煤炭产量，节约煤炭资源，全面提高矿井经济技术水平。 2、工作面设备配套技术要求 根据东庞矿发展规划，结合东庞矿煤层赋存的条件，在目前国内、外综采设备技术水平的基础上，其设备选型和总体配套中，遵循技术先进、设备可靠、能力有余、投资适度、立足国内、实现高产高效、低耗、安全的基本原则。 因此，在总体配套上，设备配套生产能力应确保日产10000t即年产300万t，并有较大的增产潜力。配套技术要求如下 1）、配套设备应满足工作面局部倾角25、走向17仰俯采要求。 2）、液压支架梁端距 627mm。 3）、采煤机中部卧底量450mm，滚筒截深为800mm，铲间距357mm，机面高度2708mm。 4）、输送机中部槽推移耳为单耳，耳厚120mm, 销轴孔Φ73mm，铲板宽345mm。 5）、中部槽带防滑耳板、支架带防滑装置。 6）、输送机机头、机尾推移采用横梁结构（左右可调，双向各不少于2个位置）。 7）、刮板输送机的销轨为锻造销轨节距为147mm，保证与采煤机齿轨轮啮合良好。 8）、机头第三架、第四架、第五架及机尾第四架、第五架与运输机连接采用过渡推移座，要求推移座横向有调节量，推移座与运输机为销连接方式。 9）、刮板输送机中部槽长度为1750mm，铲板槽帮调质硬度为HB230-280，输送机伸缩机尾外形尺寸为5200X2460X1400 mm。 10）、刮板输送机、采煤机、支架在运行过程中不得出现相互干涉现象。 11）、为保证采煤机切透三角煤，输送机机头、尾各采用六节变线槽，总变线量210mm，伸缩机尾挡铲板继续采用变线设计。机尾采煤机摇臂与输送机间隙为47mm。（采煤机摇臂外移40mm、输送机外型压缩10mm）。 12）、输送机机头应有采煤机运行机械限位。所有设备单件重量小于14吨，下井装车尺寸不超过1500X2800X5000 mm（特殊件尺寸商议另定）。 13）、转载机与顺槽皮带机采用行走部小车搭接配套形式，转载机机头配套小车式挡煤板，挡煤板长度不小于1500 mm。 3、工作面配套设备的确定 公司、矿经多次与专家研讨，根据设备配套技术要求，最终确定了6.5ｍ大采高综采工作面设备配套为 中部支架ZY10800/30/65D 125台； 过渡支架ZYG10800/30/65D 1台； 端头支架ZYT10800/28/55D 2台； 采煤机 MG900/2210-GWD 1台； 输送机 SGZ1250/3855 1台。 4、工作面配套设备的主要技术特征 4.1输送机的技术特征 输送机的技术特征单速电机驱动，机头双传动装置、机尾单传动装置、搭接侧卸机头。 输送机的性能特点卸载高度低，可节约井下空间，配套简单，井下支架支护相对简单；从结构上可有效减少底链回煤，有利于输送机顺利达到使用寿命。 4.2采煤机的技术特征 1）、采煤机型号的组成及意义 MG900/2210-GWD M采煤机 G滚筒式 900截割电机功率（KN） 2210总装机功率（KN） G高机身 W无链 D电牵引 2）、采煤机的主要技术特征 ①适用煤层 采高范围3.2-6.1m；煤层倾角≤25；煤质硬度硬或中硬。 ②整机主要参数 机面高度 2708mm 滚筒直径 ф3000mm 最大采高 6100mm 下切量 450mm 过煤高度 1153mm 装机功率 2*9002*15040150KW 摇臂摆动中心距 8550mm 截深 800mm 3）、液压支架技术参数 支架最小支撑高度 3000mm 支架最大支撑高度 6500mm 支架液压调整高度 3500mm 移架步距 800mm 推移千斤顶行程 900mm 立柱中心距 960mm 包括侧护板顶梁宽度 1650mm 顶梁长度（含伸缩梁） 4830mm 掩护梁与水平面夹角 支架最小支撑高度 9.79 支架最大支撑高度 56.4 包括侧护板掩护梁宽度 1650mm 底座宽度 1650mm 底座总面积 5.66m2 支架中心距 1750mm 工作阻力（P43Mpa） 10800 KN 初撑力（P31.5Mpa） 7916 KN 支护强度（f0.2） 大于1.12Mpa 三、工作面开采技术（工艺）研究 东庞矿2612工作面倾角最大25，俯采角度最大17、仰采角度最大14。为了更好的适应工作面大倾角俯、仰采工况，我们进行了工作面开采技术（工艺）研究，通过设备改进与创新、开采技术创新、加强现场安全技术管理等工作，保证工作面安全高效回采。 1、设备改进与创新 1）、采煤机 ①平滑靴和导向滑靴结构的改进 设计两种平滑靴支撑腿及导向滑靴，分别适用于大倾角俯、仰采两种工况；另外在平滑靴外侧，安装分煤装置，改善平滑靴的工况。 ②防滑装置 设计防滑装置，其主要组成部分为防滑架、油缸等，当油缸收缩时，防滑架上的防滑齿头可插入运输机销排中，防滑架、采煤机和运输机形成一三角形，可支撑采煤机机身，实现防滑功能。 2）、支架 ①提高工作面支架防倒、防滑可靠性 端头安装防倒、防滑装置排头三架组成锚固站，以作为全工作面横向稳定性的基础。 中间架安装防倒、防滑装置工作面支架设置调底千斤顶，在拉架时可进行调整，同时防止支架横向下滑，调整与邻架的间隙；支架顶梁上安装防倒装置。 运输机防滑装置支架底座安设运输机防滑装置。 2、开采技术创新 1）、大倾角俯采 ①工作面开采采用伪斜布置，降低工作面倾角2612工作面里段煤层真倾角为32，采用伪斜布置，即机尾超前机头145m布置后，工作面倾角降低为25，俯角为17。 ②工作面回采时采用伪斜布置，上巷超前下巷3-5m。 ③采用下行割煤、上行空刀的单向割煤方式。采煤机在空刀上行的过程中，面对局部27倾角，爬不上去，经矿方与厂家共同研究，采取各种方法进行试验，最后把3.0m滚筒更换成2.5m滚筒，减轻机身自重7t，实现了采煤机顺利的空刀上行。 ④顶溜采取自下而上的方法，控制运输机不发生上窜下滑现象。由于首次使用新设备，出现了运输机、支架上窜现象，上窜达到了3m，我矿技术人员及时提出了按31比例调采机尾的方案，待运输机、支架下滑2m后及时调采机头，实现了运输机、支架的正常移进。 ⑤坚持带压擦顶移架，边移架，边调整，保持支架对顶板的有效支护。 2）、大倾角仰采 ①工作面采用先割顶刀，再割底刀的割煤方式。 ②工作面运输机的控制是整个仰采过程中的最难点。必须掌握好仰采角度，严格按技术要求进行回采，割好顶刀和底刀。 ③及时吊架适应运输机上起的要求。 ④拉架时必须拉尽，不得落后，以免挤架造成倒架事故。 ⑤加强支架前梁顶端顶板及煤壁的管理。 ⑥坚持追机作业，支架初撑力达到规定要求，减少工作面顶板离层、破碎等情况。工作面片帮时，及时支护，保证有效控制顶板。 ⑦煤壁发生片帮时，煤壁超前注化学浆液的方法加固煤壁。 顶板发生冒顶时，顶板超前注化学浆液，然后人工背顶，保证支架顶梁不空顶。 3、安全技术管理措施 1）、针对6.5m大采高综采配套设备，矿编写了现代化煤矿综采成套设备安装调试、操作规范与维护保养实用手册，矿相关人员必须熟悉此手册，区队人员经培训，熟练掌握各设备的操作方法及维护保养措施。 2）、严格回采作业规程的编写、审批工作，并上报公司进行审查。 3）、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、机尾锚固和顶锚。 4）、工作面及两巷必须达到支护质量要求。 5）、上下巷安全出口必须满足要求高度不低于1.8m，宽度不低于0.7m。 6）、加强工作面初次来压、调采、过断层及老巷期间的顶板安全管理工作。 7）、加强上下端头及两巷的超前支护。 四、小结 1、通过与国内外科研院所开展广泛合作，东庞矿进行了6.5ｍ大采高综采工作面设备配套研究，研发了世界上第一套6.5m大采高综采配套设备，工作面装机容量达到了7000KW。 2、通过设备改进与创新、开采技术创新、加强现场安全技术管理等工作，实现了6.5m大采高综采设备在工作面大倾角俯、仰采等复杂地质条件下的夹矸特厚煤层一次采全高的安全高效开采技术。 3、2612工作面现已安装、调试完毕，进入了试生产阶段，在大倾角俯采阶段采取单向割煤的工艺下达到了日产原煤6500t（推进5刀），这标志着该项目的研究是成功的，为我矿三水平区域夹矸煤层的开采乃至国内外相近条件的矿井提供了成熟的配套设备及开采技术。 个 人 简 介 李冬红男，汉族，1979- ，河北望都人，毕业于河北工程大学采矿专业，2003年-至今工作于河北金牛能源股份有限公司东庞矿技术科，采掘技术主管。