开滦集团荆各庄矿1.2Mt-a新井设计【120万t-a含6张CAD图带专题部分+外文翻译】
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开滦集团荆各庄矿1.2Mt-a新井设计【120万t-a含6张CAD图带专题部分+外文翻译】
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专题部分大倾角工作面的开采与应用摘 要：近年来由于荆各庄矿业公司煤碳剩余可采储量越来越少，布置综采工作面越来越困难，导致生产衔接特别紧张，为了缓解这种矛盾，进一步挖潜煤碳资源，该矿对大倾角煤层进行了综采工作面的布置。通过技术人员大胆探索实践，在 1225D 大倾角工作面第一次成功实施综采放顶煤工艺，提高了煤炭资源回收率，取得了良好的经济效益。关键词：探索 厚煤层 综采放顶煤 防倒防滑装置 Abstract: Because my mining industry company coal surplus recoverable resources more and more were in recent years few, the arrangement synthesis picked the working surface is more and more difficult, causes the production to link up specially intense, in order to alleviate this kind of contradiction, further dug dives the coal resources, my ore carried on the synthesis to the great inclination angle coal bed picks the working surface the arrangement. Boldly explores the practice through the technical personnel, picks in the 1225D great inclination angle working surface first success implementation synthesis puts goes against the coal craft, enhanced the coal resources returns-ratio, obtained the good economic efficiency. Keyword: Explores the great inclination angle coal bed synthesis picks puts goes against the coal guards against but actually the non-skid device 1 前言煤炭是我国的主要能源, 目前已探明的储量达 9000 亿 t , 煤炭在我国 21 世纪前 50 年的能源结构中将稳居 50 %以上。然而 , 煤炭开采过程中的高效和安全问题, 一直是困扰我国煤炭企业的两大难题。20 世纪 80 年代中期, 在我国厚煤层矿井试行并逐步推广的综采放顶煤技术(简称综放) ,较好地解决了厚煤层矿井的高效和安全问题, 使这一技术以惊人的速度发展 , 并逐步完善, 成为当前我国厚煤层开采的主要方法。综放开采技术之所以在中国发展迅速, 普及广泛, 主要原因有三点: 一是技术先进, 具有强大的生命力; 二是由于中国整体国力的提高, 设备加工制造业的整体水平提高,使配套设备的可靠性进一步增强, 为综放开采技术的发展提供了强有力的保证; 三是有一大批高素质的管理人才、科技人才和职工队伍, 成为综放开采技术不断发展和完善的动力。1.1 综采放顶煤技术发展的现状综合机械化放顶煤开采技术,于1964 年首先在法国中南煤田的布朗齐矿试验成功。我国从1982 年开始引进这一技术, 首先在辽宁沈阳矿务局蒲河矿试验成功。通过20 年的试验、发展与推广提高, 目前中国综放工作面的单产与效率已达到国外高产高效单一长壁工作面的先进水平。而综放开采技术的发源地法国, 由于资源匮乏, 早在1992年就关闭了最后一个综放开采矿井。 2000年,法国全国的煤炭产量只有340万t , 而且法国煤炭局已决定 , 将于2005 年关闭所有煤矿。可以说,包括法国在内的西欧主要产煤国家, 由于资源的枯竭, 煤炭工业正处在每况愈下的状态, 煤炭产量逐年下降。与此相反, 中国的煤炭工业正处在蒸蒸日上的发展时期, 部分矿井的集约化生产规模已经达到或超过发达国家的先进水平。如神华集团大柳塔井一井一面, 2000年生产原煤920 万t , 矿井全员工效达93. 3 t/工,工作面直接工效达543. 68 t/工。兖矿集团兴隆庄煤矿首次装备1个300 m长的综放工作面, 采用电液控制放顶煤液压支架 , 工作面单产达61 万t/月, 实际年生产能力已达700 万t 。20 年的实践证明, 综放开采技术的引进推广和应用提高, 为我国厚煤层开采方法带来一次历史性的巨大变革, 也为高产高效矿井建设和不少矿井的扭亏增盈、增加经济效益, 保持国有煤矿可持续发展做出重大贡献。之所以如此, 是因为综放开采和传统的厚煤层开采方法相比, 在技术和经济上都有不可比拟的优势, 主要表现在以下几个方面:(1) 综放开采实现了缓倾斜特厚煤层的一次采全厚开采和急倾斜特厚煤层的水平分段开采, 质条件的适应性较分层综采和单一煤层综采更强。适应于煤层厚度变化大, 顶底板起伏不平, 断层构造多, 以及其它地质条件变化的不稳定煤层。(2) 综放开采一次开采厚度大幅度增加, 煤层开采强度加大, 实现了垂直集中生产, 而且低位放顶煤支架工作面有两个出煤点, 在同样工作面长度和工作面推进速度的情况下, 综放开采较分层综采和单一煤层综采工作面的单产可以成倍的增长。(3) 综放开采较分层综采的巷道掘进率低, 工作面寿命长, 搬家次数少, 吨煤设备投入费用少;工作面材料、电力等消耗少, 因而工作面直接成本大大降低。综放开采的吨煤成本可比分层综采的成本降低10 元/ t 以上, 因而矿井的经济效益可以明显提高。实践证明, 综放开采是一种高产、高效、安全、低耗、经济效益好的采煤方法, 已成为我国高产高效矿井建设的重要技术途径。1.2 问题的提出在国内外大倾角条件下开采有许多成功的先例，但他们除工作面地质条件不同外，在技术管理上都遇到过同样的难题：煤层倾角大，上、下两巷落差大，易造成工作面支架和工作面运输机的下滑、支架的倒架和挤架；采煤机割煤时产生的大块易滚落伤人，包括工作面在安装和收尾时，在工作面运送各种材料和设备时，也存在这样的问题；在工作面调斜时，工作面支架易发生挤掐现象；在工作面放煤时，因工作面支架和顶板没有充分接顶，工作面支架易发生倾倒现象。输送机的上窜及下滑。工作面前部运输机的上窜，造成前部运输机仅抵风巷上帮，推溜及移架困难，不得不撕上帮，撕帮最大 3 m。当工作面设备下滑时，也造成工作面下付巷撕邦和运输的搭接不合理，向上移动设备相当不易。由于工作面正常用水量为 120 m3/h，设备一旦下滑，支架、运输机更加难以上移严重时造成工作面停产局面。为此，提出厚煤层大倾角综放工作面防倒防滑研究。 目前,综合机械化采煤设备一般适用于煤层倾角小于 15的缓倾斜煤层条件。随着煤炭开采的时间推移和开采强度的不断扩大,在全球范围内 ,可供综合机械化采煤的煤层条件不断减少,大倾角综合机械化采煤作为综合机械化采煤技术的发展方向和目标, 成为煤炭行业世界性研究的课题。大倾角综采技术研究主要包括两个方面: 其一是适合大倾角综采工作面生产的设备的研制,主要是为了提高综采设备在大倾角煤层条件下的工作性能和适应能力;其二是开采技术的实践研究,主要是控制综采设备在大倾角煤层开采时的工作状态。荆各庄矿随着开采深度的增加, 倾斜煤层所占的开采比例不断加大,根据实际生产情况, 荆各庄矿从 2003年起在倾斜煤层进行了综采放顶煤的生产实践,目前已成功开采了三个大倾角工作面, 其开采煤层的平均倾角 22,最大倾角 42。利用现有设备采用综放开采工艺，取得了比较理想的效果。2 大倾角厚煤层综放技术2.1 1225D工作面概况1225D 综采工作面倾斜长度 120m，走向长度 330m，可采储量 138513 吨，煤层平均厚度 4.58m,煤层倾角平均 19，最大可达到 32，采煤机型号为 MG-375，支架选用 G320-13/32 掩护式支架，最大采高 3.2m，最小采高 1.3m，适宜高度为 2.2-2.6m，进刀方式采用端部斜切进刀割三角煤的方式，CH4 和 CO2 含量较低，满足放顶煤的要求，但煤的普低系数较大，在放煤过程中容易造成大块现象。工作面水文地址条件较简单，由于受 12#煤层底板砂岩承压裂隙水影响，可能有少量底板裂隙水。正常涌水量：2 m3min，最大涌水量：3.4 m3min。工作面设备配备情况 表 1序 号 名 称 型 号 容量(kw) 数 量 安装地点2.2 大倾角条件下实施综放开采的工艺特点及技术要求大倾角煤层综采的核心是工作面支护系统的稳定性，支护系统失稳的因素主要归纳为以下几种：支架设计的缺陷对于倾角较大的煤层, 支架设计中应当重点考虑支架的防倒防滑机构和重心位置支架的下滑由图1 , 当支架下滑力大于支架与顶、底板之间的摩擦力时, 支架便会产生侧向移动, 即下滑。 支架的倾倒一般来说, 随着工作面倾角的增大, 支架重力与顶板压力合力作用线超出支架底座边缘时, 支架就会倾倒, 倾倒的支架与下侧支架咬合, 互相影响, 移架困难。支架尾部下滑对于放顶煤开采, 由于后部需要放煤, 因此支架后部的介质相对于前部更为松散, 力的传递能力更低。根据对一般缓倾斜煤层放顶煤工作面支架工作阻力的统计, 前柱工作阻力超过后柱约16 %左右；而在大倾角倾斜煤层, 支架前柱的工作阻力远大于后柱的工作阻力。由于后部载荷较小, 加之支架重心在后部, 容易造成后部尾梁下滑。1 采煤机 MG-375 350 1 台 工作面2 液压支架 G320-13/32 99 组 工作面SGD-630/180 902 1 部 工作面40 1 部 1420 运煤上山3 刮板运输机 SGW-40T40 1 部 1449 里皮带大巷横管4 转载机 SQZ-40 402 1 部 下运1 部 下运第二部皮带机 SDJ-150 7521 部 1420 运煤上山5皮带机 SDJ80 402 1 部 下运第一部6 组合开关 QJZ-4315/1140D 1 台 风道7 馈电开关 BKD-630/1140 1 台 风道8 乳化液泵 MRB-110/31.5 752 2 台 风道9 变压器 THEB-5893 630KVA 2 台 风道1 台 工作面上出口JH-8 131 台 工作面下出口JH-14 17 1 台 下运JD-40 40 1 台 1420 轨道上山上披头JD-25 25 8 台 风道10 绞车JD-11.4 11.4 2 台 风道支架顶部全封闭能力不足由于顶煤相对破碎, 因此对放顶煤支架护顶能力的要求较高。该支架在顶梁与掩护梁之间存在有2 个100 200 mm 左右的缺口, 无法对顶板实施全封闭, 造成大量顶煤由缺口流入工作面, 形成空顶, 支架失去相当大的上部载荷, 导致支架下滑；同时, 支架伸缩梁与顶梁宽度差较大, 伸缩梁伸出后在端面附近形成较大的长方形缺口, 侧护板打开越大, 则缺口越大, 造成端面漏煤, 支架自稳能力下降, 造成倒架。 侧护千斤顶能力小支架的侧护板是为了减少支架间的漏顶。在倾角较小的煤层, 侧护千斤顶能力的大小与漏顶的关系不明显, 但在大倾角煤层则不然 , 上方支架倾倒后, 往往将下部支架的侧护千斤顶全部压回, 侧护板被压死 , 结果是: 在工作面下部, 支架挤死而无法移架； 在上部, 由于支架间空隙加大 , 漏顶煤导致倒架。其它原因除了支架设计的原因外, 顶板管理、岩层移动及设备配套等方面也存在一些问题, 加重了支架的倾倒、下滑、咬架等。2.2.1 工作面适当调斜，科学控制下运超前量从几何原理可以清楚的知道，同样垂高的两个直角三角形，斜边越长，垂高边所对的内角越小，也就是说，人为加大采煤工作面的斜长，可以减小工作面的视倾角，同时增大工作面与下顺槽的夹角（伪斜角） ，根据以往的经验伪斜角随煤层的倾角增加而增加，当煤层倾角增加 8 度10 度时，工作面与下顺槽的夹角增加 2 度3 度。现在我们计算一下引起输送机和支架因自重下滑的最小摩擦角 （视倾角） ，根据综采设备配套图册提供的数据（其实与这些数据无关）：刮板输送机（SGD730 320）的重量 M1 为 92 吨，液压支架（G320-13/32）的重量 M2为 11 吨 /组，采煤机（ MG-375）的重量 M3 为 35 吨。假设工作面是一个摩擦系数为 0.35-0.40 的大斜面，刮板输送机和液压支架是一个在大斜面上放着的重量为 m=（M1+ M2）滑块，如左图，根据物理学物体平衡原理得： 1935.0cossintgmg在干躁条件下，煤层底板对金属的摩擦系数 为 0.35-0.40，相对应的摩擦角为 18 度-20 度，由于工作面常有淋水以及洒水降尘，可使摩擦系数进一步降低。iu计算出引起输送机和支架因自重下滑的最小摩擦角 （视倾角） ，我们就可以从理论上推导出输送机和支架刚好不下滑时下运应有的超前量，如左图：AD 为输送机刚好不下滑时下运应有的超前量BD 为工作面实际斜长CD 为工作面两顺槽落差（1225D 综采工作面最大落差为 41 米）AB 为切眼实际长度CBD 为工作面输送机和支架因自重引起下滑的最小摩擦角 （取 19度）BC 为 1225D 工作面煤层底板等高线图上量出的切眼长度AD 调整合适时，输送机推移的上移量和下滑量正好相抵消，计算过程如下：因为工作面两顺槽落差随着地质条件变化而变化，所以下运应有的超前量也不是固定不变的。但要注意超前量必须掌握适度，否则会造成输送机上窜和煤壁片帮。DBCA下125下mCDB93.125sin4iABC09.1268132541522 mD2614856209.123.52 3 综放工作面设备的防倒防滑控制3.1 防止工作面输送机下滑大倾角综采工作面输送机下滑是工作面日常技术管理中最常见的，也是最影响生产的问题，输送机下滑往往牵动支架下滑，损坏移架移溜千斤顶、推移廓架和大杆，同时造成输送机机头与转载机机尾不能正常搭接，煤滞溜于工作面端头，导致工作面机头条件恶化。大倾角综采工作面防止输送机下滑除科学控制下运超前量以外应采取以下措施：安装防滑千斤顶，防滑千斤顶的安装形式如左图，每隔 10m 装设于支架底座一个拉曳千斤顶 3 锚固输送机机槽，防滑顶子一端通过大链 4 固定在刮板输送机槽 2 上，另一端固定在支架的架脚 1上。大链的长度要松紧合适，保证千斤顶收回时，两端能绷紧。推移输送机时，千斤顶处于拉紧状态，但推移千斤顶拉力大，仍能使输送机前移但不下滑，移架时防滑千斤顶松开，移架后仍处于拉紧状态。在使用防滑装置的过程中，链子绷紧前人员要躲开大链弹动或断链不能波及到的安全地点，防止因某处卡、刮大链或断链伤人。防滑千斤顶的作用从实际操作过程来看中，应该只是辅助作用，它能够在一定程度上阻止刮板输送机的下滑。在 1225D 回采过程中，采面经常出现刮板输送机发生小幅度的上下窜动的现象，就是由于防滑千斤顶失去作用或未使用造成的。安装防滑千斤顶，会增加操作工序、降低移架速度，要求支架工的操作水平要高。输送机机头比转载机机尾要稍高 200-300mm，防止煤、矸进入底槽，以减小底链运行阻力。严格把握移输送机顺序，下滑421严重时可采取双向割煤、单向移输送机，或单向割煤、从工作面下端向上端推移输送机，这样采煤机跑空刀的时间比较长。用单体液压支柱顶住机头，推移时，先将移完的机头锚固后，用单体支柱斜支在底座下侧，然后在继续推移。在移输送机时不能同时松开机头的锚固和防滑装置，移完后应立即锚固。3.2工作面液压支架防倒防滑当煤层倾角变大时，工作面液压支架的稳定性问题通常表现以下几种情况：由于煤层倾角较大，支架重力沿煤层倾向的分力大于支架底座和底板间的摩擦力，便可向下产生侧向滑动。当工作面局部地段倾角增大，液压支架的重力作用线超出支架底座宽度的边缘时便会倾倒；还有支架顶底所受力的合力偏心，产生力矩而使支架倾倒。煤层倾角较大时，采空区及上顶顶板岩石的移动方向偏离煤层顶底板的法线方向，采空区岩石在冒落的过程中，在工作面倾斜方向上也会给支架一斜向下的分力使支架倾倒。支架前后端下滑特性不同以及矸石沿底板的下冲作用，也会使支架在煤层平面内错动。针对以上几种情况防止支架失稳应采取以下措施：工作面适当调斜，科学控制下运超前量，人为减小视倾角，使支架重力沿煤层倾向的分力小于支架底座和底板间的摩擦力。煤层倾角较大时，在靠近上下平巷处即工作面机头和机尾分别增设防倒防滑装置。防倒防滑装置的安装形式如下图，防倒防滑千斤顶 2 一端通过大链 6 在支架回转千斤顶 1 上缠绕一圈后用特制沙勾和带满扣锣丝 7 固定，另一端通过大链 6 和固定在支架的架脚 3 上的龙门架 5 连接。支架防倒防滑千斤顶如何使用及注意的问题同输送机防滑千斤顶。为防止工作面支架和顶板没有充分接顶，或移支架后支架处于初撑力阶段与顶底板的摩擦力小可能产生下滑，应采取间隔移架，并使支架保持适当迎山角，以抵消顶板下沉时的水平移动量。稳定工作面下端头排头支架，要采取特殊的支护措施，在第一组支架机头侧加一块 3 米方木托梁，一梁三柱，靠支465架用，不得前窜，确保排头支架的稳定。采面机头 10 组支架不放顶煤，防止工作面支架和顶板没有充分接顶，采空区滚动矸石从支架顶部、尾部和侧面冲击支架。4 大倾角条件下采煤机割煤时注意事项煤矿安全规程规定，煤层倾角大于 16 度时，无链牵引采煤机装备有可靠的制动器，采面出现的大块煤矸或物料不能通过采煤机，防止在机身下卡住，在输送机刮板链带动下推动采煤机下滑，采面不许出现割不平不直的现象，当采煤机两滚筒行至距采面其他人员 10m 范围内时，其他人员停止移架或其它工作，躲到安全地点，防止采煤机两滚筒甩出大块伤人或大块从机身上滑落伤人，在工作面刮板输送机运转时，要设专人看护好电缆槽的电缆，防止采煤机在往返割煤的过程中，其拖拽的电缆从电缆槽中脱落到刮板输送机上拉伤损坏。4.1 如何管理工作面机尾出现的小面随着工作面煤层倾角变大，要求工作面的伪斜程度加大，这样工作面的实际长度比工作面切眼长度变长了，这样工作面在安装期间的支架数量不能全部支护工作面，机尾会出现长度不等的小面，这是由煤层倾角变化所决定的，是不可避免要出现的问题。小面支护技术要求小面支护形式为 1.2m 双楔铰接顶梁和 DZ25/25-100 单体液压支柱配套支护，柱距 600mm，梁间距为 45050mm，正悬臂错梁布置，当顶板压力大时，在双楔铰接顶梁梁空加打 3 米 型钢梁，随推采及时往前串。小面始终超前煤壁一排梁，上顶用小板背实。小面及时回柱，始终滞后大柱 0.6m 的距离，回柱顺序为先下后上，先里后外。小面落煤方式为响炮和人工手搞落煤方式。由于采面刮板输送机尾达不到小面，小面的煤全面由人工攉入刮板输送机内。 小面支护安全技术措施1.人员进入煤壁侧作业时，上顶找好掉，并有专人观山。找掉范围为上顶及上出口下帮。进入刮板输送机机尾范围内作业时，刮板输送机要拉闭锁。2.随着工作面的向前推进，采面在变长过程中，当小面梁间距超过500mm 时，要及时加梁。3.挂梁时，梁要挂平挂直，上顶插严背实。在无支护的梁下要用好扁肖，所有椭圆肖必须肖上劲。单体液压柱必须迎山有劲，否则必须二次注液。4.移机尾时，小面的单体液压支柱不得提前回撤，先打好临时支护。当机尾移过后，应立即补齐柱子。5.当拉末组支架时，所有人员躲开离末组支架 5m 以内的范围，老塘不许有人。当用 8T 绞车拉机尾和回水柱时，人员躲开绳道及三角区，绞车打牢压戗柱。6.当机组运行到机尾时，小面人员全部撤到离采煤机机尾滚筒 5m 以外的地点，防止滚筒甩出煤矸块伤人。7.机尾架子边卧的 3
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