浅析螺旋钻机在徐州矿区薄煤层开采中的应用.doc

我国绝大多数产煤矿区薄、中厚、厚煤层并存,其中薄煤层储量较丰富。全国1.3m以下的薄煤层储量约占煤炭总储量的20。薄煤层开采难度极大,工效很低,安全性差,一直是制约煤炭企业生产接续和可持续发展的难题,以致部分矿区过早衰竭,致使我国东部煤炭资源挖潜和利用的任务日趋加重。 党中央提出坚持以信息化带动工业化,以工业化促进信息化,走出一条科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势得到充分发挥的新型工业化路子。徐州矿务集团公司坚持用高新技术对传统产业进行改造,按照做大总量、调整结构、提高质量、显现效益的要求牞全力推进环境保护和资源节约相结合的新型工业化进程,走出了煤炭企业的新型工业化发展道路。该集团的韩桥煤矿采用了BSHK-2DM型螺旋钻机无人工作面开采,为我国薄煤层开采开创了一种新的采煤方法。 1.螺旋钻机及操作 1.1用途 BSHK-2DM型螺旋钻机是解决薄煤层开采、提高煤炭资源回收率的一种新型的采煤设备,是目前解决薄煤层开采的最好方法之一。该机采用独头钻采的工艺,即螺旋钻机布置在顺槽中,向一帮煤层钻孔,钻头割煤,螺旋钻杆掏煤,煤直接落在顺槽的刮板机上运出。该机的应用实现了无人工作面独头采煤。采宽为1.9052.105m,采深可达85m。 1.2适用条件及系统配置 螺旋钻机适用于非自燃、有瓦斯和煤尘爆炸危险的煤层,其厚度为0.650.9m,煤层倾角为-1515,在减少采深的况下,可应用在煤层倾角-2525的工作面,煤层走向倾角小于8,巷道净断面不小于11.2m2,卧底量不小于0.6m。当开采不规则煤层及保安煤柱时,其煤层厚度可达1.5m。 螺旋钻机不允许应用在有煤与瓦斯突出危险和自燃的煤层,当岩石夹层硬度f6时不能应用。螺旋钻机的通风、供水、运输依赖于全矿井的通风、供水、运输系统。与螺旋钻机配套的设备有工作面刮板运输机、单轨吊、局部通风机和各类控制开关。 1.3螺旋钻机的结构及工作原理 1.3.1螺旋钻机的构成 螺旋钻机由电控系统、液压系统、主机及钻具组成;其中主机又由推进装置和底架组成。拆卸钻具用单轨吊完成,用14t回柱绞车或推移千斤顶牵引机组移动。 1.3.2螺旋钻机的主机 螺旋钻机由一些可拆离的部件组合而成。中间部分为两个液压推进部件,上部安装传动架,并配置两个驱动部,两侧为两个定向部件。这些部件用销轴和螺栓连接在一起。 在液压推进部件上装有液压千斤顶,液压千斤顶沿着导向框架移动,带动传动架等一起移动。在每个液压推进部件的框架上装有三个液压千斤顶。推进主液压千斤顶的活塞杆缸径Ф125mm杆径Ф70mm与液压推进部件的框架联接。它的缸体与两个副推进液压千斤顶缸径Ф90mm杆径Ф56mm连在一起。用螺栓连接的两个压板把这两个千斤顶对称地装在主推进液压千斤顶的两侧。在液压千斤顶的缸体上,设有两个凸环,在压板上有两个环沟,凸环可以伸进环沟里。液压千斤顶的活塞腔是相互连通的,所有的活塞杆腔同样也是连通的。两侧的副推进液压千斤顶的活塞杆与固定在传动框架上的支臂相连。压力油通过推进主液压千斤顶的活塞杆流进活塞腔内。推进时,压力油流进液压千斤顶的活塞腔内,于是主液压千斤顶的缸体就移动。压力油也流进副推进液压千斤顶的缸体内。这样主液压千斤顶的缸体移动一个行程长度后,副推进液压千斤顶的活塞杆开始移动。 推进机构的总行程为1900mm。当把工作液体送进液压千斤顶的联杆腔内时,与上述情况一样,是向相反的方向移动。在每一个液压推进装置上都装有一个导向器,它是一个直径为210mm、长度为2555mm的厚壁管。传动框架沿着导向器进行移动。 为了使液压推进部件能够沿导向器移动,在传动框架上装有可拆卸的导向器。在传动框架导向器的下面,有导向滑套,并用螺栓固定。在导向器和导向滑套的槽内安装了铜套。为了减少摩擦,导向器采用了内部进油的滴油润滑,即通过滑板壳体上的小孔进油,润滑油的容量为15L。滴油系统装在传动框架上。为调节流入导向器的油量,导向器上还有送油管和压紧板。 传动架上安装直径为Ф625mm、Ф725mm、Ф825mm的钻头,配备不同的导向器。在安装传动架上Ф725mm和Ф825mm钻头时,可拆卸导向器,应相应提高50mm或100mm。 可置换的支臂是为了在传动架上把它与传送推进液压千斤顶连接起来,直径为Ф625mm、Ф725mm、Ф825mm的钻头,在传动架上安装了不同的支臂,可置换支臂的高度增加了50mm或100mm。 定位部件安装在液压推进部件上,保证螺旋钻杆的对中找正。底座是机器的支座。每一个底座用连杆和定向部件的两个液压千斤顶连接,保证螺旋钻机沿煤层正常工作。 机组有四个支撑液压千斤顶,每个定向部件上有两个,将螺旋钻机用横向压力支撑到巷道的壁上。支撑液压千斤顶的活塞杆与定向部件框架上的支臂相连接。压力油通过高压胶管流入活塞腔,支撑液压千斤顶的缸体是活动的,安装在支臂的导向衬管上,并固定在定向部件的壳体上。支撑液压千斤顶的行程为1300mm。 在传动架上装了两个驱动部及一左一右的旋转螺旋钻杆。每个驱动部由电机、减速机、偶合器、连接罩组成。YOX-500S型偶合器将电机扭矩传到减速机上。偶合器位于电动机与减速机之间的连接罩内,一端与减速机第一级轴连接,另一端与电动机连接。 三级园锥圆柱体减速齿轮安装在铸造的壳体内,输出轴上装有止推和径向球型轴承,它给螺旋机的钻头传递扭矩。在钻头一侧轴上装有一带有定心的三爪形离合器的心轴。轴的对面一端装了一个微调轮,它与减速机上的液压千斤顶组成了可转动螺旋钻杆的微调机构。在减速机的壳体上螺旋钻头一侧安装了锁紧装置,以保证传动轴与螺旋钻杆脱离。由液压千斤顶提供卡住锁紧装置的动力。 在传动架上两减速机之间有通风筒,通过弯头把空气送到通往钻机的通风筒中。通风筒可以沿着通风筒轴线方向伸缩。它的伸缩由两个液压千斤顶来实现,伸缩长度为130mm至-120mm。 在采煤端的机器框架上有一个拉杆机构的锁紧装置,该机构由三对卡爪组成,分别夹紧左右钻杆和通风筒,靠液压千斤顶完成锁紧,不同直径的钻头在框架上安装不同长度的卡爪。 在框架上为保证执行机构的钻采,在采煤端右边和左边的螺旋钻才下面及通风筒下面安装了装卸支承。当使用不同直径的钻头时,用可拆卸不同高度的垫板来支承通风管。 1.3.3螺旋钻机的电气操作 为使电气系统处于工作状态,需要先闭合QBJ-4x315/660V DP组合开关上的隔离换相开关,操作台工况转向开关转向“停机”位置,打开调节装置上甲烷分析仪的信号设备,并将操作台上的事故急停按钮及主机上的急停按钮闭合、组合开关的第四回路闭合。闭合操作台电源箱隔离开关,在液压油的温度和高度范围内,“标准水平及标准”指示灯应指示。照上述步骤操作后,并松开所有“停机”按钮及甲烷浓度不高于标准时,机组的电气部分可以准备运行了。 在“停机”状况下机组所有的电磁阀不带电,钻头电动机的开关断开。启动油泵后,泵站在卸荷状态下工作。 转换开关在“工作”位置时,按下操作台上“信号”按钮并传递声音警告信号结束后,螺旋钻主机电动机一定要在1015秒之内开启。如果在这期间没按下启动按钮,系统要回到初始状态。经过35秒钟第一台电机启动之后,用按钮接通第二台电机或采取联动控制。操作台的面板上显示两台电机的负载电流。 浅析螺旋钻机在徐州矿区薄煤层开采中的应用江苏联合职业技术学院徐州机电工程分院孙茂来茂名学院孙健 [摘要]我国1.3m以下的薄煤层储量约占煤炭总储量的20,薄煤层开采难度极大,一直是制约煤炭企业生产接续和可持续发展 的难题,以致部分矿区过早衰竭,致使我国东部煤炭资源挖潜和利用的任务日趋加重。本文阐述了BSHK-2DM型螺旋钻机在开采 徐矿集团韩桥煤矿薄煤层时的操作方法及采煤工艺,为开采薄和极薄煤层开辟了广阔的前景,在开采厚度小的煤层中获得了较好的 技术经济效益。 [关键词]螺旋钻机薄煤层开采方案 91 启动钻头电机之后,在操作台上操作,推进方向“向前”和“往后”的指示灯就亮了。当螺旋钻机的框架到达边缘位置时,接通位置电磁传感器,工作状态就自动停止。 2.螺旋钻机采煤的开采方案 螺旋钻机采煤的开采方案主要是指螺旋钻机在平巷中的布置方式、数量和采区内、区段内的开采方式、开采顺序等。单台螺旋钻机采煤工艺可以分为单向钻进或双向钻进两种。在采用单向钻进采煤方式时,钻机沿回采平巷的一侧钻进回采,在本侧采完后钻机再后退回采平巷另一侧的煤炭;也可以向平巷的两侧钻进采煤,BSHK-2DM型螺旋钻机是单向钻进。 单机双向钻进采煤的工艺系统为回采平巷内配备一台螺旋钻机,设有输送机、转载机、单轨吊、牵引绞车。转载机把另一侧钻孔采出的煤运到位于巷道一侧的输送机上。单轨吊为接长钻杆和回收钻杆服务。牵引绞车是为BYF型螺旋钻机的移动和刮板输送机的前移服务,有时还为从钻孔中取出钻杆服务。电气设备是必不可少的,在装载站附近还需设调度绞车,为煤炭外运服务。 螺旋钻机在平巷中的布置方式有两种一种是钻架车朝向采空区方向,另一种是钻架车朝向煤体方向。两种布置方式各有特点,第一种布置方式的优点是,当设备的底座移向新位置时,不遮挡已钻过的钻孔,在条件好时,还可以从已经钻过的钻孔中取出钻杆与钻进新钻孔同时进行,在螺旋钻机的后方不超过1520m的地方需要撤掉报废巷道的支架时,可采用这种方式布置螺旋钻机。 为了运送材料和设备,也为了撤出支架的外运,简化运输系统,缩短输送距离,一般平巷内都铺设有轨道。采用螺旋钻机采煤时,采区内的通风常用局部通风机通风和依靠全矿井的负压通风。第一种方式用于无瓦斯和瓦斯涌出量很小的矿井。瓦斯涌出量大的矿井应该用第二种通风方式,这种通风方式的通风系统是最简单和最可靠的。采用这种通风系统时,为了保证风流的畅通,平巷要在区段全部采完后再报废。通风系统的形成需要在区段的边界开联络巷形成通风系统,联络巷与上下工作面的回采平巷连通,形成U形网路系统。在上下工作面的回采平巷中也同时布置螺旋钻机,相向钻进回采,增加区段内的开采强度,提高产量。由于煤层较薄,回采平巷的掘进常是卧底掘进。支架可采用拱形金属支架,支架的中心距一般为O.61.0m,支架材料一般采用特种钢。在确定支架的间距时,应考虑钻机的钻头直径和钻孔间煤柱尺寸。 图1钻孔断面形状与钻孔间煤柱尺寸 锚杆支护是一种简单易行的方法,锚杆支护避免了支护与钻进之间互相干扰,满足了尺寸匹配的要求,但锚杆支架必须为单轨吊的架设创造有利条件。学术界研究认为,钻孔间煤柱的尺寸与煤层的厚度、煤层的围岩状况、煤体的硬度等因素有关。在每一矿井的具体条件下,煤柱有其最佳宽度,这应根据具体条件通过实验和计算来确定。一般煤层厚0.50.7m时,煤柱的最窄部分的宽度为0.150.25m,此时煤损大于4045;在煤层厚度达0.8m,钻头直径应该增大,煤柱的最窄部分煤柱宽度增至0.2m,如图1所示。个别矿井煤柱尺寸稍大,为0.25 0.35m,而不管煤层厚度如何变化,这虽然在某种程度上简化了回采工作,但煤损增大。 区段内单机回采采煤工艺系统的缺点是产量较低,采区的运输设备不能充分发挥其作用。另外,单机顺序连续回采时,由于矿山压力的作用,巷道的维护时间增长,总维护量加大,维护费用增加。为了集中生产,提高劳动生产率和降低煤炭成本,可以把区段分成两个或两个以上的生产段,每个生产段布置一台螺旋钻机采煤,这样可以提高产量,并能充分发挥运输设备的能力。 3.螺旋钻机采煤的条件及评价 国外大量的研究和使用表明,螺旋钻机采煤法适用于倾角15以下、厚度0.51.5m的煤层,煤的切割阻力不大于250kN/m。同时要求煤层中不含黄铁矿和石英石结核,煤层无自然发火倾向,煤层无突出危险,无冲击地压危险。一般不适用于开采无烟煤。当煤层顶底板起伏较大时螺旋钻机采煤也比较困难。当煤层底板坚硬时,回采平巷卧底施工困难,限制了螺旋钻机采煤法的使用。螺旋钻机采煤法对开采围岩不稳定的薄和极薄煤层是一种有效的方法,在这种条件下用综采很困难。螺旋钻机还可以用来开采边角煤和回收各种煤柱。螺旋钻机采煤法采区沿倾斜多为300600m,沿走向可达15002000m,个别达3000m。螺旋钻机的单产为3万t/a左右。前苏联曾有80个生产矿井、124个煤层使用了180套螺旋钻机采煤,每年采煤540万t。为了采煤而准备的巷道达31700m。 螺旋钻机采煤法为开采薄和极薄煤层开辟了广阔的前景,在开采厚度小的煤层中获得了较好的技术经济效益。在极薄煤层中,其他机械化采煤很困难,劳动条件和工人的工作环境、安全问题都较突出。尽管螺旋钻机采煤巷道掘进效率高,丢煤较多,但用人少,效益较好,同时还可以使一些平衡表外的储量得到开采,提高了工业储量,多回收了地下资源,延长了矿井的服务年限。螺旋钻机采煤随着扩孔钻头的应用和完善,必将有一个较大的发展。 参考文献 [1]冯少春,管佩先,于民兴.TS-22型长螺旋钻机及其应用[J].探矿工程岩土钻掘工程,2003年S1期194-19. 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[4]宇通重工YTZ系列步履式长螺旋钻机[J].地质装备,2005年04期 33. 度和ARP9600集成电路模块的工作模式的设置。 1、人体传感器的灵敏度调节 由于人体传感器的热释电材料极性是随着温度变化的,为了提高传感器的工作稳定性,我们采用双灵敏元互补的方法抑制温度变化产生的干扰。灵敏度高容易被干扰,灵敏度低装置又不可靠,在实际应用过程中,通过调节电阻R2调节人体传感器的灵敏度,一般控制方法是人距离传感器2m左右传感器动作。本装置将其感应距离调整为1m左右。 2、APR9600工作模式的设置 APR9600的工作模式是由芯片24脚M SEL1、25脚MSEL2、9脚/M8的设置来实现,本装置中采用并行控制方式,分二段,每段录放时间最长为30秒,设置24脚、25脚为01,9脚为0或1。APR9600的内置麦克很适合本系统的使用,27/RE脚置低电平0为录音状态,置高电平1为放音状态,录音时需要同时按住对应的有效段控制键/M1或/M2。 模式置好后开始录音,将拨码开关的第1位置向上拨,压住/M1即听“嘀”一声,板上红色的LED指示灯亮起即开始录音第一段,松键时又听到“嘀”一声,LED指示灯熄灭即录音停止,压住/M2录第二段。录音时可以不按顺序,不满意可重新录音。将拨码开关的第1位置向下拨即是放音状态,按一下M1即放音第一段,放音期间再按一下/M1即停止放音,如果压住/M1键不放即循环放音第一段直到松键。压住/M2、控制播放第二段,/CE键为停止键,放音期间按一下它也能停止放音。在本装置研究中,用红外传感器屏蔽其按键,实现开关功能。 五、研究的成果 1、本装置在电路设计时采用计算机辅助设计软件进行设计,同时在计算机上进行模拟调试,通过计算机调试后,再搭试具体电路,进行元件参数调整。通过本装置的研究与实践,让学生有一个动手平台,将平时所学知识应用于实际,真正达到“学有所用”,促进了学生的思维发展,提高了学生解决实际问题的能力,使学生更加“乐学、会学、想学”。 2、基于本装置的模块化设计思想,为学生今后的科学研究提供一种思路,即一个比较复杂的问题可以通过分解成为几个比较简单的问题,对这些比较简单的问题可以分别进行解决。 3、本装置还可以扩展应用到景点介绍、被动式红外防盗报警、自动开关等各种系统中。 参考文献 [1]王南阳主编.单片优质语音录放集成电路应用手册.机械工业出版社,2006.1 [2]孟凡勇.热释电红外传感器.无线电,2005.09 [3]苗玲玉主编.传感器应用基础.机械工业出版社,2008.3 [4]高文焕,李冬梅.电子线路基础.高等教育出版社,2006.06 上接第90页 92