毕业设计（论文）-两硬特厚煤层综放工作面快速回撤工艺.doc

中国矿业大学2007届本科生毕业设计 第 20 页1 矿区概述1292 工作面开采条件1293 传统搬迁技术存在问题1304 回撤通道的提出131 4.1 回撤通道的提出131 4.2 贯通质量控制134 4.3 周期来压控制1355 回撤生产技术要求1366 生产及搬运设备136 6.1 无轨胶轮车的应用1387 设备回撤顺序1388 设备回撤1389 设备装车及卸车14010 安全技术要求14011 组织工作14512 快速回撤的优势及存在的问题14613 推广应用价值14614 结束语147参考文献148平朔矿区两硬特厚煤层综放工作面快速回撤工艺摘要：系统介绍了平朔矿区在两硬特厚煤层条件下，综采放顶煤工作面采用预掘回撤通道、利用大型支架搬运车、多功能车等设备实现工作面快速回撤工艺。关键词：两硬特厚煤层；综放工作面；回撤工艺 高产高效矿井的主要特征之一就是一矿一井一个工作面。高产高效综采设备价格较高，可靠性很强，开机率高，因此设备用工作面，以减少设备投资和资金占用，这就要求综采工作面在搬家倒面的时候，实现快速搬迁，以减少工作面非生产时间。美国综采工作面一般采取多巷制，巷道断面大，使用无轨胶轮车实行“面到面”快速搬迁，一般只用57d，最贵记录为仅用46h，即利用周末休假两天就可完成搬迁任务，几乎不影响生产。因此，能否实现综采工作面快速搬迁是实现高产高效的重要保证条件。1 矿区概述平朔矿区煤层埋藏浅，原先一直采用露天开采工艺，在露天开采过程中，留有露天矿的边帮保安煤柱和埋藏较深、采剥比不适合露天开采的区域，如何才能经济合理的采出这部分资源，实现资源的最大利用。因此，建设了安家岭地下开采矿，矿井于2004年4月开工建设，于2005年初试投产。矿井综采工作面主要设备全部国产化，实现了国产设备的最优配置，发挥了国产设备的最大效能。在开采工艺上选取综采放顶煤工艺，通过深入探索综放工作面矿压显现规律，不断优化回采工艺设计，工作面产量稳步提高。在工作面回撤工艺实施方面，大胆尝试新技术和新工艺，通过采取一系列切实可行的技术控制手段，利用大功率支架搬运车和多功能装运设备，全部运输路线路面混凝土等方法，实现了工作面快速回撤，6000t的全套综采设备，从旧工作面回撤到新工作面全部安装完毕仅需15d。现以安家岭井工矿2号井b902工作面为例介绍工作面快速回撤实施工艺。2 工作面开采条件b902工作面是9号煤第二个工作面，平均埋深230m，煤层结构复杂，煤层倾角小于5，煤的普氏系数f=3.2,煤的容重1.5t/m3，煤厚11.7514.04m，平均厚度13.14m。瓦斯涌出量几乎没有，地质条件简单，局部有淋水现象。伪顶为炭质泥岩，厚0.200.57m；直接顶为泥岩、砂质泥岩，局部为炭质泥岩，厚0.651.0m，赋存不稳定；基本顶为中粒砂岩、粗粒砂岩，厚410m,属中等坚硬岩石；底板为泥岩、砂质泥岩、炭质泥岩，厚0.76.54m。工作面布置采用倾斜长壁三巷布置方式，三巷均沿煤层底板布置，掘进断面为50003500m，锚杆、金属网、锚索联合支护。工作面长240m，上下平巷长度15201610m，可采长度1450m。移动变电站与带式输送机的启动设备分别布置于回风巷与运输巷。3 传统搬迁技术存在问题 综采工作面的搬迁是综采生产矿井的重要生产准备工作，是矿井实现高产高效安全生产的重要环节，也直接制约这综采工作面单产水平的提高。在我国，绝大多数矿井的辅助运输方式为轨道运输。因此，综采设备的运输只能采用轨道运输的方式，工作面搬迁普遍采煤机自做回撤空间的方法，在工作面停采线附近进行最后几刀煤的截割时，通过采煤机与输送机整体前移实现正常截割，而液压支架则保持不动，以形成足够的设备调向及回撤空间。传统搬面由于受回撤工艺、辅助运输方式等因素的制约，难以实现快速搬迁。一般的，一个综采工作面每搬一次家停产2530d，平均用工6500工时。 由于传统的综采工作面回撤安装在工艺上没有实现新的突破，所以很难实现快速搬面，极大的制约了综采工作面单产水平的提高。 1、综采工作面末采期间，不仅需要铺设钢丝绳和金属网，而且需要预留综采设备的回撤空间，在液压支架不动的前提下，采煤机与刮板输送机需整体前移进行煤炭的落、装、运，且需增加悬露顶板空间的支护工作，工作环节多、进度慢。安全管理难度大，无法实现末采快速搬面。 2、因采用轨道运输的方式进行综采设备的装运工作，需设置设备的装车平台，设备的撤、装、运环节较多，耗时多，辅助设备多，安全性差，无法实现快速回撤。4 回撤通道的提出回撤通道是指在工作面终采线位置，为实现设备快速回撤而提前预掘的回撤空间。该工艺适用预煤层赋存比较稳定、顶板比较坚硬的条件，与传统的采煤机扩帮留设回撤空间工艺相比，简化了工序，回撤设备前期的准备工程充分，为工作面快速回撤创造了条件。4.1 回撤通道支护设计回撤通道的设计规格为3.75.5m，要求破底板200mm，在铺设完200mm厚混凝土底板及支设工字钢梁后净高达到3.3m，在停采后支架的端面距（支架前梁端部到回撤通道煤壁的距离）控制在3.54.0m之间。合理的设计高度，可以使工作面具有良好的回撤空间，确保支架及单体液压支柱因增阻活柱下缩后仍控制在一定的高度内，仍有足够的活柱行程，使回撤的液压支架可以在邻架下顺利通过；合理的设计宽度及停采后端面距的控制宽度，一方面提高回撤通道支护的稳定性，另一方面确保大型支架搬运车有足够的活动空间。回撤通道设计如图1。采取合理的支护方式是确保回撤通道支护质量的关键，确保支护强度均匀分布，避免因支护阻力分布不均匀在顶板周期来压时造成顶板局部破碎而使支架受力加剧的现象发生。回撤通道顶板采用锚网、工字钢联合支护，顶板锚杆间排距为800800mm，打7排锚杆，最后一排距巷帮350mm，锚杆规格：202400的螺纹钢，左帮顶锚杆向左15斜打。护帮锚杆只护左帮，打三排护帮锚杆，间排距：8001000mm，最上一排距顶板500mm，锚杆规格：181700mm圆钢锚杆。锚索布置三排距左右两帮距离分别为1250mm，550mm,布置三排，另外一排布置在巷道中央，间距w为1600mm，锚索加工字钢梁支护，锚索规格：15.247300mm钢铰线，锚深不小于7m。巷道顶板和左帮锚网、网片规格：长宽50001500mm，8铁丝制作，网格：5050mm的菱形经纬网，网片搭接100mm，搭接处每300mm用一道12铁丝联接。工字钢梁与单体液压支柱一梁三柱支护，单体液压支柱为3.5m和4.0m两种。支护设计如图2。回撤通道布置如图3。图1 回撤通道断面图图2 支护设计图图3 回撤通道布置图4.2 贯通质量控制贯通质量的好坏是直接影响快速回撤的主要因素之一。在b902工作面的回撤中，通过强化现场管理，采取有效的贯通质量技术控制手段确保了贯通质量。1、保证工作面在贯通前与回撤通道保持平行，以确保工作面在采通时能够实现全线一次性贯通。这就要求工作面在调平后，在距贯通前810m时就严格控制上、下两巷的进刀量，同时通过合理调整采煤机截深来实现工作面与回撤通道保持平行。2、是从综采工作面开始铺网起便严格打前探钻孔，即在贯通前，沿回撤通道煤壁距底板1.5m处均匀向工作面打设4个直径108mm，长8000mm钻孔，依上下两平巷为参照严格控制工作面采高及贯通质量，并利用煤层夹矸等作标志层，每进一刀煤在工作面测量一次顶底板的相对位置，随时调整，确保贯通质量。3、是在工作面全线贯通并停采后，所有的支架都升足劲，所有单体都进行二次补液，确保回撤通道的支护强度。4、保证采通后工作面的顶底板与回撤通道的顶底板尽量水平。便于多功能的行驶及设备的快速回撤，为了实现这一目标，通常采用探巷和地测引导的方法来实现。目前所使用的方法是施工小断面探巷、工作面与回撤通道对应标高实测及采用明显地质标志层（如稳定的夹矸）引导等方法来具体指导工作面与回撤通道的最后贯通。4.3 周期来压控制b902工作面基本顶初次来压步距为41m，来压动载系数为1.43，基本顶的周期来压步距为1215m，平均为13.5m，来压动载系数为1.3。工作面超前支承压力作用范围约为工作面前方30m左右，峰值位置为工作面前方5m左右，应力集中系数为1.20。且其规律：来压步距和矿压显现强弱与放煤放出率有关，顶煤放出率越高，来压步距越小，来压强度越大。来压步距和矿压显现强弱与工作面推进速度有关，推进速度越快矿压显现约稳定，来压步距越小矿压显现约规律，来压强度小；推进速度越慢矿压显现越不稳定，来压步距越大矿压显现越不规律，来压强度大。根据矿压观测资料分析推断，工作面最理想的回撤位置是将最后1次周期来压调整到液压支架推进到距回撤通道5m左右的位置。也就是说，要使周期来压在工作面没有采完前发生，且工作面超前支承压力全部作用在实体煤柱上，从而在工作面采通前使压力得到了充分释放，采通后液压支架基本处于减压区。因此，在距回撤通道50m左右（约4次周期来压）时加强矿压观测工作，通过人为控制推进速度和放煤量来控制周期来压步距，将最后一次来压位置准确地控制在预定位置，为工作面快速回撤创造良好的作业空间。5 回撤生产技术要求1、距离停采线20m时工作面进入回收程序，必须严格加强工程质量，工作面采高严格控制在3.53.6m之间，严禁超高或不够高，支架初撑力在24mpa以上。控制好顶板层位，坚持正规循环作业，片帮处及时打超前支架，将整个工作面的液压系统逐架检查，发现问题立即采取措施进行处理，确保液压系统完好。工作面底板必须跟到煤层底板砂岩回采，底板上下调平，大线要调直。2、工作面距拆除通道10米时上双层金属网，工作面距拆除通道8m开始上钢丝绳。钢丝绳的具体上法：在双层金属网下，用事先截好每根长260m的7分钢丝绳，沿工作面倾向拉开，在双层网下，每隔200mm用双股16#铁丝联一道，使钢丝绳和双层网联成一个整体，机头、机尾钢丝绳固定在两道钢梁上，并用卡子卡牢固。沿工作面走向每隔1m上一道钢丝绳，收面共上8道钢丝绳。3、当工作面煤机割透拆除通道时，工作面煤机将煤扫干净，停到机尾，准备拆除，收面的双层金属网和拆除通道的经纬顶网，用16#铁丝每隔200mm联成一个整体，要求网拽平直。4、当工作面煤机割透拆除通道后，支架进入拆除通道12m后，将前运输机推出，收后运输机前，后溜至支架段清理干净，即可开始回撤设备。5、收面时，必须加强两道超前支护和上下出口支护，并严格按作业规程和补充措施要求架设，确保支护质量和单体初撑力。6、回撤通道上下出口煤帮处要抹角。工作面拆架支护示意图如图4。6 生产及搬运设备 生产设备配备如下：采煤机： mgty400/930-3.3d液压支架： zfs8000/23/37端头支架： zfg8000/23/38前部刮板输送机： sgz1000/2700后部刮板输送机： sgz1200/2700转载机： szz1200/400破碎机： pcm400带式输送机机尾自移装置： zy2300转载机自移装置： zy1100图4 拆架支护示意图喷雾泵站： ehp-3k150/70乳化液泵站: ehp-3k200/53可伸缩带式输送机： s1600负荷控制中心： chp11/8；chp33/126.1 无轨胶轮车的应用 无轨胶轮车主要用途是综采工作面液压支架回撤、运输和安装，综采设备的拆解、运输和安装以及电气材料运输等。 无轨胶轮车由于无轨道限制，因此，其适应性强、机动灵活、运输速度快、连续、效率高等诸多优势。而且车型多，应用范围广，可实现一机多用，并可集拆装、运输和卸载多功能于一体。爬坡能力强，最大载重下可爬坡14，不受大巷和近水平煤层上下坡度的限制，完全可以满足在水平煤层与近水平煤层种使用。无轨胶轮车运输在美国、英国、澳大利亚等产煤大国广泛使用。平朔矿区地质构造简单，煤层倾角小（只有35），有利于无轨胶轮车的使用。目前矿区使用的无轨胶轮车有：搬运设备有mh-40多功能车1台，fbl-10支架搬运车2台（外形长宽高966524501452mm，自重19t，最大载重10t）。采用进口大型支架搬运车、多功能车和绞车配合使用，大部件整体拆除搬运。7 设备回撤顺序工作面的拆迁顺序是刮板机（转载机、破碎机） 采煤机 液压支架（移变列车）。1、先拆前、后部输送机机尾，接着拆采煤机，依次拆除前后部刮板输送机中部槽及机头。2、拆除完前后部刮板输送机后，从机尾往机头依次拆除转载机。3、支架从下端头往上端头逐架拆除。4、拆除完转载机后拆除移动变电站。5、带式输送机拆除与工作面“三机”拆除平行作业，从机尾往机头依次拆除。8 设备回撤1、 前、后部输送机拆除刮板与链条由机尾整体“分离”。中部槽和挡煤板不分解，绞车每次拖出十节中部槽，多功能搬运车每次搬运两节中部槽。机头机尾电机、减速箱拆下后单件运出。机头机尾机架解体成单件后分别回收。 2、采煤机的拆除停采后将采煤机停至机尾并分解为左、右摇臂及滚筒和机身三部分，机身用两台支架搬运车运走，其余部分由绞车配合多功能车搬运。3、转载机、破碎机的拆除刮板与链条由机头整体分离，中部槽从机尾往机头逐节拆除，转载机、破碎机电机和大箱拆下后单件分别用支架搬运车运走。4、移动变电站的拆除拆除完采煤机、前后部输送机和转载机后，拆除移动变电站连接头及各种管线连接头、设备与平板车整体捆绑搬运。根据具体情况，移变列车可与工作面设备平行回撤，在设备回撤过程中，应尽可能整机整件整体搬运，以减少设备拆分工序，加快拆迁速度。5、支架的拆除拆架前分别对回撤通道上端头四角门处架抬棚加强支护，抬棚料4根9米的工字钢或型钢梁，在上端头四角门处沿走向布置一边两根,钢梁成对使用，间距0.2m，抬棚料与原锚网钢梁搭接0.20.3m，抬棚梁下两帮各载三根单体支柱，抬棚单体紧靠煤帮和不影响拆架空间和行车，单体初撑力大于90kn并拴牢防倒绳。为便于拆除端头第一架和机头、机尾，拆架前在支架进回撤通道距6米处在支架的上方均匀布置5根6米的工字钢梁，钢梁间距1.5m，一端在端头第一、二架上，与第二架搭接长度为0.30.5m，另一端支到上下顺槽的另一帮的煤帮，用dz-40或dz35型单体“一梁三柱”架抬棚，抬棚单体紧靠煤帮，不影响拆除空间打设，单体初撑力大于90kn并拴牢防倒绳，待工作面推进够打木垛的空间后，分别在钢梁的两端用1501501500mm的方木打木垛，间距1.5m,木垛最上一排要与钢梁正交并在正对钢梁下的木垛下加三根与钢梁平行的木料,以防钢梁下的木料被切断。机头、机尾的后部各打四个木垛，作为拆架的加强支护，木垛要打在实底上，四角成线，压茬100mm，木料顶部用木楔打紧，确保支撑有力。支架拆除由下端头至上端头逐架进行回撤。在被拆架前方的第2025号支架位置，用“四压两戗”法稳设一台绞车作为支架拆除时抽架、调向之用；在支架搬运车装车位置再稳设一台绞车作为支架拖动装车之用。支架被拉出后，立即在原来位置用半圆木配合3.5或2.8m液压支柱单体“一梁四柱”设2排走向棚，棚距0.75m，单体液压支柱间距1m进行支护，回柱时“见五回二”由采空区向煤帮逐架拆回。为确保拆除时工作面有足够的新鲜风，每拆5架，在煤帮侧用1501501500mm的方木打一木垛，以维护拆除通道的空间，同时每拆1架用一根半圆木斜立在拆除通道的煤帮，形成通风三角区，以便给迎头提供足够的新鲜风。拆架维护示意图如图5、图6。端头木垛加强支护示意图如图7。支架回撤示意图如图8。9 设备装车及卸车1、设备装车必须由专人指挥，指挥人员要负责装车的安全，装车次序、方向和数量。2、吊装设备的所用的吊具、卡具都必须符合安全要求，所有人员必须位于安全地点，严禁在起吊物下作业。3、设备的装车，必须按有关规定执行，严禁多装、超高、超重和不稳固。4、装车时，要掌握好设备的重心，必须尽量使用设备的重心靠近车辆的载物中心。5、设备装好后在运输前，司机及跟车人员必须对紧固、捆绑情况、装车次序和方向、装车数量、装车高度和宽度进行一次全面的检查，确认安全无误后，方可进行运输。6、支架装车、卸车前，装卸人员必须站在支架立柱后面的脚踏板上，待支架车停稳后，再进行装车或卸车。10 安全技术要求1、为减小拆除通道受采动的影响，拆除通道透窝后，及时在锚网梁下打三根单体支柱，均匀布置，支柱初撑力满足要求，单图5 拆架维护示意图图6 拆架维护示意图图7 端头加强支护图图8 支架回撤示意图体栓好防倒绳。2、为确保工作面支架、前后部刮板运输机的正常拆除，收面时，工作面确保顶割平、底割平、支架移直、前后部刮板运输机推移直。3、为确保收面时工作面的安全顺利进展，割煤时，煤机一定要放慢速度，严格控制采高，支架工、煤机手要配合好，确保煤机滚筒不打网、不割网，割煤前15米范围内的网必须吊挂好，移完架后，将网挂紧、挂平、挂牢。4、上网、联网、上绳时，有专人观察顶板和煤壁，及时撬掉松动的顶板和煤壁，防止片帮，掉顶伤人。前部运输机必须停机，专人看管闭锁，煤机必须停电，并将隔离开关拉掉，待所有作业人员回到支架内安全位置后，再送电开煤机和前后部刮板运输机。坚持谁停电、谁送电制度。5、收面结束后，两道和工作面内浮煤、浮矸、杂物清理干净，运输系统开空。不用的电气设备从开关上停电挂牌、闭锁。工作面及两道低凹点正常排水。6、收面结束后，两道超前支护，抬棚单体，支架设专人补压确保单体和支架的初撑力达到规定要求，液压系统检修完好，无跑、冒、滴、漏现象。7、收面结束后，上下出口沿放顶线挂好、挂严导风帐、挡风帐，同时保护好两道工艺巷及联络巷的临时风墙和风门，确保工作面通风系统正常。8、收面作业，严格按作业规程要求作业，确保安全生产。11 组织工作工作面回撤工作是多方合作、任务繁杂的系统工程，任何一个环节出现问题，都将影响和制约整个工程的进度。为此要做好以下几方面的组织工作：1、回撤的运输线路、混凝土路面的强度、坡度、转弯半径，都要符合特种车辆运输要求。2、加强运输车辆的维护与保养，确保回撤期间支架搬运车及其它辅助运输车辆的完好。3、加强地面及井下的