神东薄煤层综采工作面自动化开采技术研究

哈尔滨理工大学成人(继续)教育学院毕业论文哈尔滨理工大学成人(继续)教育学院毕 业 设 计 (论 文 )题 目： 神东薄煤层综采工作面自动化开采技术研究班 级：函授 电气工程及其自动化 专升本 14姓 名： 指导教师： 系 主 任： 2016 年 4 月 哈尔滨理工大学成人(继续)教育学院毕业论文1神东薄煤层综采工作面自动化开采技术研究摘 要我国煤炭工业经过了几十年的发展，中厚煤层开采技术、巷道系统布置已日臻成熟，厚煤层、特厚煤层的开采技术也在迅速发展之中，但薄煤层的开采水平仍不尽人意。同时我国薄煤层资源不仅分布广泛，且煤质较好，一些省区薄煤层储量比重很大，如：四川省占 60%，山东省 54%，黑龙江省占51%，贵州省占 37%，其它产煤省份如山西、内蒙、河北、吉林等也有丰富的薄和较薄煤层资源。因此，在煤炭资源日益紧缺、开采成本日益增高的今天，研究薄煤层开采的安全高效开采技术，对于煤炭资源保护和利用、延长矿井开采寿命、实现煤炭工业的可持续发展具有重要意义。作为全国最大的煤炭生产基地神东矿区薄煤层开采更加紧迫，本文以神东矿区石圪台煤矿 71301薄煤层综采工作面安全高效开采为研究对象，通过优化工作面设备配套，选用具有先进自动化控制功能的设备，分别介绍采煤机的自动化控制，液压支架的自动液压控制，采煤机与支架联动等技术，深入分析了薄煤层综采工作面设备自动化控制的系统组成及技术要点。并对自动化实施情况进行了跟踪统计。证明该项成套技术可有效提高薄煤层综采工作面的安全系数和生产效率。关键词 神东 薄煤层 自动化 综采Shendong thin Seam Mining 哈尔滨理工大学成人(继续)教育学院毕业论文2Automation Technology ResearchAbstractChinas coal industry after decades of development , thick seam mining technology , roadway system layout has matured , thick seams , thick seam mining technology is rapidly evolving , but the level of thin seam mining is still unsatisfactory . Meanwhile, China is not only widely distributed resources thin seams and coal quality is better, some of the provinces in the proportion of thin seam large reserves , such as: 60% of Sichuan Province , Shandong Province, 54% , 51% , Heilongjiang Province , Guizhou Province, accounting for 37 % other coal-producing provinces such as Shanxi, Inner Mongolia , Hebei, Jilin , also has rich coal resources thin and thinner . Therefore, coal resources are increasingly scarce , increasingly higher mining costs today, thin seam mining safety research efficient mining techniques for the conservation and utilization of coal resources , to extend the mine life of the mine , the coal industry to achieve sustainable development of great significance .As the countrys largest coal production base in shendong mine site , thin seam mining cutting more urgent , the paper focus on Shendong Shigetai coal mine 71301 Thin Seam coal mining face safe and efficient mining for the study, by optimizing the face ancillary equipment , use of advanced automation control devices were introduced shearer automation control, automatic hydraulic control hydraulic supports , shearers and stent linkage technology, in-depth analysis of the thin seam fully mechanized coal face equipment automation control system composition and technical points . And the implementation of the automation of tracking statistics. Prove that the set of technologies which can effectively improve the Thin Seam Mining Face the safety factor and productivity.Keywords Shendong， thin seam coal， automated， longwall mining哈尔滨理工大学成人(继续)教育学院毕业论文3目 录摘要 .1Abstract .2第 1 章 绪论 .31.1 薄煤层开采的特点 .41.2 神东矿区薄煤层开采的紧迫性 .5第 2 章 薄煤层机械化开采现状 .62.1 国外薄煤层开采现状 .72.2 国内薄煤层开采现状 .82.3 薄煤层工作面自动化开采技术现状 .92.3.1 刨煤机工作面自动化开采技术 .102.3.2 滚筒采煤机工作面自动化开采技术 .11第 3 章 神东石圪台煤矿 71301 综采面情况介绍 .123.1 71301 工作面概况 .133.2 工作面采煤方法 .143.3 工作面设备配置 .14第 4 章 71301 工作面自动化开采关键技术 .4.1 采煤机自动控制技术 .4.1.1 采煤机自动控制功能概述 .4.1.2 自动控制实现方式 .4.2 液压支架电液控制技术 .4.2.1 PM31 电液控制系统功能概述 .4.2.2 电液控制系统配置方式 .-4.3 采煤机-支架联动技术 .4.3.1 采煤机位置红外线检测装置 .4.3.2 跟机自动化设置 .4.3.3 开始跟机自动化 .4.4 71301 综采工作面自动化实施情况 .结 论 .致 谢 .参考文献 .第 1 章 绪 论我国煤炭工业经过了几十年的发展，中厚煤层开采技术、巷道系统布置已日臻成熟，厚煤层、特厚煤层的开采技术也在迅速发展之中，但薄煤层的开采水平仍不尽人意，与德国鲁尔矿区相差很远，单产效益都很低。同时我国薄煤层资源不仅分布广泛，且煤质较好，一些省区薄煤层储量比重很大，如：四川省占 60%，山东省 54%，黑龙江省占 51%，贵州省占 37%，其它产煤省份如山西、内蒙、河北、吉林等也有丰富的薄和较薄煤层资源。因此，在煤炭资源日益紧缺、开采成本日益增高的今天，研究薄煤层开采的高产高效技术，对于煤炭资源保护和利用、延长矿井开采寿命、实现煤炭工业的可持续发展具有重要意义。1.1 薄煤层开采的特点薄煤层由于其开采厚度较小，与中厚及厚煤层相比，主要存在以下特点：1、煤层薄、采高低、煤质硬、劳动效益低煤层厚度多在 1.3 m 以下，并且华南地区龙潭组、东北侏罗纪煤层多不足 1.0 m，煤层硬度系数 f 多大于 34，使得人员进入或在工作面内作业以及设备移动都十分困难，采煤机经常需要挑顶或割底，机电事故增多，工作面内的工作条件差，劳动强度大。煤质相对较硬，炸药、截齿、刨刀的吨煤消耗量较大，回采成本较高。2、采掘比例大、掘进率高，采掘接替紧张随着刨煤机、螺旋钻机等设备的投入，工作面推进加快，而回采巷道多为半煤岩巷，综掘设备难以投入，放炮也不能一次全断面爆破，煤矸分装，掘进速度很慢，造成工作面接替紧张。3、煤层的厚度、倾角变化，褶曲、断层等构造对采煤方法影响很大由于薄煤地质条件及赋存状况较复杂，一有褶曲或断层就很难布置巷道，掘进送面时提前圈切眼，致使工作面缩短，回采率降低，巷道掘进率高；或者回采时搬家重新送切眼，使得回采效率降低，很难有效益。1.2 神东矿区薄煤层开采的紧迫性神东矿区是我国目前探明储量最大的煤田，2008 年年产量达 1.3 亿 t。矿区地质条件相对简单，煤层赋存条件好，近水平，多为 2.6m 及以上的煤层。良好的地质条件与双巷快速掘进技术和先进综采开采技术相结合，促进了矿区的高产高效建设。同时，根据神东矿区煤炭资源统计，煤层厚度在1.36-2.20m 的薄煤层(美国等西方国家标准)保有资源储量达 99955 万 t，占总资源量的 10.76%，其中：榆家梁矿厚度在 1.36m2.20m 之间的储量为 3443 万 t(均为能利用储量)；哈拉沟厚度在1.36m2.20m 之间的储量为 6431 万 t(均为能利用储量)；石圪台矿厚度在 1.36m2.20m 之间的储量为 18637 万 t(能利用储量 14703 万 t)。随着矿区开采强度的加大和开采时间的延长，上述条件的薄煤层开采直接关系到神东分公司的资源回收。如何安全高效高回收率地开采 1.36m2.20m 的煤层，直接关系到神东分公司的高产高效矿井建设和持续发展，是神华集团及神东矿区面临的新的技术问题。目前，公司所属的榆家梁、哈拉沟、石圪台等矿已逐渐遇到了薄煤层开采问题。依据神东矿区的地质和开采条件，神东分公司已通过多方调研和技术论证，确定采用滚筒采煤机进行薄煤层开采。由于利用滚筒采煤机进行薄煤层开采在神东矿区尚属首次，未有成功经验可以借鉴，因此，公司决定对矿区的薄煤层开采进行技术研究，从而为矿区薄煤层的高效开采提供可靠的技术保障，以期在总结成功经验的基础上，在公司内其他矿井大面积推广应用，达到以点带面的辐射、示范带动作用。第 2 章 薄煤层机械化开采现状薄煤层与中厚和厚煤层相比，在赋存条件、开采方法和开采效果等方面均有较大的差异：薄煤层工作面工作面空间狭小，给机械化装备的设计制造和使用带来许多困难；由于薄煤层生产能力低，机械化程度不高，单产一般为中厚及厚煤层的 1/31/5，甚至更低；薄煤层巷道掘进率高，效率低，开采成本高；作业空间小，作业条件差，机械化程度低，致使工人劳动强度大，操作困难。目前针对薄煤层主要采用滚筒采煤机开采、刨煤机开采、螺旋钻机开采、连续采煤机开采以及炮采等开采方法。2.1 国外薄煤层开采现状国外薄煤层高效开采主要有两种技术途径：采用刨煤机、刮板输送机和液压支架配套的综采机组：采用滚筒采煤机、刮板输送机和液压支架配套的综采机组。美国、英国、德国等主要采煤国，薄(0.81.3m)和较薄煤层(1.32.0m)开采均占有较大的比例。美国长壁综采工作面的产量一直处于世界领先地位，其井工开采煤层厚度不大，煤厚在 1.3-2. 0m 的综采工作面年产达到 2.86Mt，工作面效率 411t/工。英国和美国主要采用滚筒采煤机进行长壁式开采和连续采煤机进行房柱式开采，德国、法国、俄罗斯和比利时等国广泛采用刨煤机，尤其是德国研制和使用刨煤机的时间最长，技术水平最高。从各国的使用情况来看，两种技术均能取得较好效果。刨煤机综采设备工作面安全、块煤率高，适于开采厚度较小且地质条件变化不大的煤层；滚筒采煤机综采设备对地质条件适应能力强，适应于硬煤以及煤层厚度变化较大的薄煤层开采。上世纪 80 年代以来，德国 Eickhoff 公司研制了 SL-300LN、美国 JOY 公司研制了 4LS、英国Anderson 公司研制了 Electra550 等电牵引采煤机，并在生产中取得很好的使用效果。1999 年在全美69 个综采工作面中，约有 27 个薄和较薄煤层工作面，日平均产量达到 5-7kt。20 世纪 90 年代初，德国 DBT 公司开始研究电液控制系统。目前，该公司已经研究开发的以液压支架 PM4 电液控制系统为基础的全自动化无人刨煤机综采工作面成套设备，实现了薄煤层综合机械化采煤向综合自动化无人工作面采煤的飞跃，使薄煤层开采达到了高产高效的目的。如：德国鲁尔公司佛德利希莱茵兰特矿，煤厚 1.3m，面长 310m，(采用刨煤机，电液控制系统)平均日产煤 12653t，最高日产 16500t；该公司的罗伯特矿，煤厚 11.16m，面长 308m，平均日产原煤 13500t。美国煤钢联BW50#煤矿，煤厚 1.38m，工作面长度 330m，采用刨煤机综采，创下了日产原煤 22310t 的记录。英国Long-Airdox 公司、美国 Joy 公司也研究开发了具有自动化功能的滚筒采煤机综采工作面计算机控制系统，取得了较好的效果。为适应“一矿一面”的高度集中化生产模式和集约化管理模式，先进采煤国家研制开发了矿井自动化监控系统，实现了对综采工作面和矿井主要生产环节(运输、通风、排水等设备和矿井瓦斯、煤尘等安全参数)的全自动化监测和控制。代表性产品有美国 MSA 公司生产的 DAN6400 系统、德国 BEBRO 公司的 PROMOS 系统等。目前，世界各国主要采煤国家相继研制成功且技术先进的薄煤层滚筒式采煤机有：德国 Eickhoff公司的 EDW-170LN、EDW-300LN，英国 Anderson 公司的 AM420、AS270 薄煤层电牵引采煤机，前苏联的K103 和日木三井三池的 MCLE300-DR7575M 等采煤机，基本上满足了采高 0.6-1.7m 煤层开采需要。其中 EDW-300LD、Elcctra 电牵引采煤机、MCLE300-DR7575M 型采煤机总装机功率都在 300kW 以上。2.2 国内薄煤层开采现状我国薄煤层的开采经历了几个发展阶段。20 世纪 50 年代薄煤层开采主要使用炮采工艺；60 年代开始使用深截煤机掏槽，爆破落煤；70 年代以来薄煤层机组得到较大发展，分别研制出不同类型的刨煤机，包括钢丝绳牵引刨煤机、全液压驱动刨煤机和刮斗刨煤机等。1974 年研制成功 BM-100 型薄煤层滚筒采煤机。90 年代，天府矿务局和徐州矿务局，分别从俄罗斯和乌克兰引进了螺旋钻采煤机，2003 年新汶矿业集团引进了乌克兰 2 台三钻头的螺旋钻采煤机，经试验和改进，现已广泛应用于薄与极薄煤层的开采，使一些用传统采煤工艺不能开采的薄煤层、极薄煤层得到有效开采利用。多年来，我国薄煤层机械化开采经历了引进消化、改装、革新机组和自行研制开发的发展过程，研制并生产了多种类型的薄煤层采煤机、刨煤机、液压支架和工作面输送机等配套设备，现在国产薄煤层采煤机械基本上可以满足薄及中厚偏薄煤层、煤质中硬以下的缓倾斜薄煤层开采需要。在生产中业绩不断创新，采煤机及配套技术、管理水平已逐渐趋于成熟，已产生了不少成功的范例。1、由煤炭科学研究总院上海分院和大同矿务局联合研制的新一代骑输送机薄煤层采煤机MG200/450-WD，样机 1997 年出厂，在大同矿务局晋华宫矿截高 1.31.5m，煤质较硬的条件下进行了工业性试验，平均月产 7.33 万 t，最高月产 9.55 万 t，创造了国产机组在同类条件下的最好成绩，2003 年在晋华宫矿实现了年产原煤 100 多万 t。该套设备的成功研制，为薄煤层高效开采研究工作注入了活力，说明了国产薄煤层综采设备是能够实现安全高效开采的。2、在兖州矿区，兖矿集团与国内科研院所生产厂家进行联合攻关、论证并实施了较薄煤层高产高效综采工作面的开采技术。提出了工作面配国产设备，采用电液控制系统追机顺序移架，设备生产能力达到月产 8.3 万 t，年产 100 万 t 水平的目标。3、枣庄矿业集团公司与辽源煤机厂等单位合作，采用 MG200-BW2 型采煤机配套 ZY2400/08/19 液压支架和 SGZ630/220 输送机，该套设备于 2003 年 10 月投入井下使用，创造了最高日产 3504t、最高月产 83660t 的新纪录，具备了年产百万吨的能力。4、今后，国内薄煤层长壁开采技术的主要研究领域主要集中在开发体积小、功率大、高可靠性的薄煤层采煤机、刨煤机；研制适合刨煤机综采的液压支架；研究开发薄煤层工作面的总体配套技术和高效开采技术。5、因此，提高薄煤层采出率，减少资源浪费，关键在于解决薄煤层的高效安全开采问题。我国高产高效矿井建设经验表明，综合机械化是实现高效安全开采的重要途径，而薄煤层实现综合机械化首要的问题是提高工作面开采系统的自动化程度，实现高度自动化的综采无人或少人工作面。2.3 薄煤层工作面自动化开采技术现状目前，国内外薄及中厚煤层长壁开采技术应用比较成熟的主要有：一是采用刨煤机、刮板输送机和液压支架的刨煤机综采机组；二是采用滚筒采煤机、刮板输送机和液压支架配套的综采机组。刨煤机综采工艺简单、安全、块煤率高，适于开采厚度较薄、硬度较低且地质条件变化不大的煤层；滚筒式采煤机综采对煤层硬度、厚度及地质条件适应能力强。2.3.1 刨煤机工作面自动化开采技术刨煤机采煤是利用带刨刀的煤刨沿工作面往复落煤和装煤，煤刨靠工作面输送机导向。刨煤机结构简单、工作可靠，便于维修；截深小，仅刨落煤壁压酥区表层，故刨落单位煤量能耗少；刨落煤的块度大，煤粉及煤尘量少。刨煤机回采方法自 1941 年在德国依本比伦矿进行首次试验，并取得成功，紧接着在 50 年代刨削式回采在德国得到迅速推广，至 60 年代末刨煤机的开采已占原西德煤炭总产量的 70%。在 1.31.9m采高的煤层中，以刨煤机开采为主。由于高效刨煤机和支架电液控制技术的发展，工作面自动化程度不断提高，在一定的条件下，刨煤机的生产能力已接近一般滚筒采煤机的生产能力。德国 Friedr ich Heinr ich 4 矿在 1.5m 采高工作面使用刨煤机，日产达到 16000t， Prosper 5 矿在 1.3m 采高工作面日产达到 6000t。20 世纪 90 年代初，德国 DBT 公司开始研制电液控制系统。19