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第一章 薄煤层综采综掘技术,第一节 薄煤层刨煤机综采技术 第二节 薄煤层滚筒采煤机综采技术 第三节 薄煤层螺旋钻采煤机综采技术 第四节 薄煤层巷道综合机械化掘进技术,煤层厚度分级,薄煤层开采的不利因素 （1）机械化程度低。采煤工作面空间狭小，工作条件差，给设备设计制造和井下移动带来了很多困难。 （2）产出效率低。由于煤层厚度变化、断层等地质构造，对薄煤层的影响较大，生产能力低，一般情况下薄煤层单产只为厚煤层的1/3或更少。 （3）投入产出比高。效率低、掘进率高，开采成本远高于中厚煤层，但是经济效益却不如中厚煤层。,我国薄煤层发展经历了以下发展阶段,20世纪50年代主要使用炮采工艺； 20世纪60年代开始使用深截煤机掏槽，爆破落煤，平面环行式薄煤层输送机运煤，人工装煤，木支护顶板，回柱绞车放顶； 20世纪70年代以来。鸡西、淄博等矿区在改装爬底式薄煤层的基础上，1974年开始研究新型薄煤层采煤机。,我国薄煤层发展经历了以下发展阶段,20世纪80年代以来，单体液压支柱的应用，促进了薄煤层机组的发展，BM-100,MLL-150,YRG等采煤机相续出现，并在鸡西、双鸭山、七台河、开滦等矿务局使用，取得了较好的应用效果。 近年来，我国薄煤层开采技术取得了很大的发展。特别是综采在薄煤层开采中的应用，我们已有10多矿井薄煤层实现了综合机械化开采。,第一节 薄煤层刨煤机综采技术,第一节 薄煤层刨煤机综采技术,特点：工作安全、块煤率高。 适用条件：开采厚度较小、煤层地质条件变化不大。 性能：综采工作面单产和效率都已接近或达到中厚煤层的水平。,一、刨煤机综采工艺 1、开采工艺,第一节 薄煤层刨煤机综采技术,优点：设备体积 和通风阻力小， 便于瓦斯管理， 降低粉尘浓度 工作面实现无人 作业。,落煤：刨头落煤。 装煤：刨头和犁形斜面 导轨刮板输送机转 载机胶带输送机。 移架、拉架、升架、降 架：电液控制系统自动 控制。 刨削深度：由底刨刀和 液压支架定量推进系统 控制。 调斜：由安装在液压支 架推移杆上的调斜千斤 顶实现。 端部斜切进刀。,第一节 薄煤层刨煤机综采技术,计算机远程控制无人工作面 PM4支架控制单元 电磁阀和推移测控杆 中央控制装置（MCU),第一节 薄煤层刨煤机综采技术,2、刨煤机开采方法： （1）重叠或超载方法 特点：刨头速度始终大于输送机链速。 应用范围：通常适用于坚硬的薄煤层。 刮板输送机载荷情况：输送机上载荷重叠。 （2）混合方法 特点：上行刨煤时刨头速度始终大于输送机链速，下行刨煤刨头速度小于输送机链速。 应用范围：通常只用于松软的厚煤层。 刮板输送机载荷情况：输送机上载荷分布均匀。,第一节 薄煤层刨煤机综采技术,二、刨煤机机构,第一节 薄煤层刨煤机综采技术,1、刨头,第一节 薄煤层刨煤机综采技术,主要由刨体、加高刨刀座、中心顶刨刀架、左（右）底刨刀架、顶刨刀座、刨链连接器、煤粉清扫器等部件组成。,2、刨头运行导轨 刨头运行导轨是采煤工作面运煤和刨头赖以滑动的装置。 3、无极牵引链 无极牵引链是隐藏在刨头导轨腔内，连接刨头和机头、机尾驱动装置的传动链索。 4、调斜装置 由调斜千斤顶、连接球头、球窝及液压控制阀组成。,第一节 薄煤层刨煤机综采技术,第一节 薄煤层刨煤机综采技术,第一节 薄煤层刨煤机综采技术,5、紧链装置 作用：对刨链在工作之前进行必要的预紧。 目的：使刨头安全可靠。 6、驱动装置 机头和机尾驱动装置。 由刨煤机的电动机、链轮和减速器组成。 7、锚固装置 由锚固连接板、液压千斤顶机固定连接部件组成。 作用：防止支架座与刨头运行轨道下滑或弯曲。 工作原理：利用锚固连接板及液压千斤顶，将液压支架与刨头运行轨道通过挡煤板给予固定个连接。,三、配套设备,第一节 薄煤层刨煤机综采技术,1、配套原则 （1）设备生产能力满足高产高效的要求。 （2）相关配套设备能实现自动化控制。 （3）配套设备安全性、可靠性高。 （4）国产设备能给与引进设备实现可靠连接。,第一节 薄煤层刨煤机综采技术,2、配套设备的主要技术特征 1）刨煤机 刨煤机主要技术特征。（P6页） 2）刨煤机工作面液压支架 液压支架、采煤机、刮板输送机并称为“三机配套”，是综采工作面安全高效得以实现的关键设备。 （1）ZZ系列支撑式支架： 工作阻力为200010000kN，高度0.94.7m，工作面倾斜15以上时配防倒、防滑装置。 结构特点：呈X、V型布置，两柱支顶、两柱支撑式或四柱支顶；顶梁为整体、楔体或铰接型；底座由整体分体、半钢性分离底座，可设抬底座结构。,第一节 薄煤层刨煤机综采技术,（2）ZY系列掩护式支架 优点：支架采高范围大，支架长度短，相对成本 低，操作灵活。 性能： 工作阻力18006000kN,高度为0.753.8m。 结构特点：两立柱支顶，个别有一柱支撑掩护梁代替平衡千斤顶；整体或铰接顶梁；整体分布、半刚性分离底座，设抬底座机构；本架或邻架操作。,第一节 薄煤层刨煤机综采技术,（3）薄煤层刨煤机工作面刮板输送机,第一节 薄煤层刨煤机综采技术,机头架的作用：卸载；支承装配（对传动装置、链轮组件、盲轴和其它附属部件）。 传动装置：电动机、减速器、液力联轴器。其中，电动机均采用三相异步防爆电动机；减速器采用大功率行星减速器。 我国近年来，将用于重型刮板输送机的铸造槽帮整体组焊式中部槽的成熟技术移植到薄煤层输送机上，并且获得了成功，研制出高可靠性的薄煤层输送机。其中，薄煤层铸造槽帮输送机性能特点及参数如下。 特点：整体中部槽高度较小；不增加输送机头的卸载高度；配置结构更加紧凑的行星减速器；刮板链的安全裕度增大；生产能力增强；更高的可靠性、更低的设备故障率；广泛的适应性；有利于煤矿的安全生产。,第一节 薄煤层刨煤机综采技术,第一节 薄煤层刨煤机综采技术,薄煤层铸造槽帮输送机性能参数,（5）四、刨煤机系统的核心技术 全自动化刨煤机系统的核心技术是薄煤层采煤工作面实现“采、运、移”自动化的技术关键。由刨煤机、刨头运行轨道、电液控制系统和电气自动化控制系统4大部分组成。 1、刨煤机和刨头运行轨道 刨煤机的工作是刨削煤壁、装煤。 刨头运行轨道既是刨头的运行导轨，又是工作面煤块着落、连续运煤的装置，沿工作面铺设，与桥式转载机首尾搭接。,第一节 薄煤层刨煤机综采技术,2、电液控制系统 优点：安全、高效、实用。 原理：综合运用了电子、计算机、通信、液压和自动控制等技术。 类型：全工作面自动化控制系统、双向邻架控制系统和双向成组控制系统等。 组成：PM4控制单元、电液控制阀组、电缆、电源、电气控制元件等。,第一节 薄煤层刨煤机综采技术,第一节 薄煤层刨煤机综采技术,支架自动控制程序,电液控制系统原理：由设在工作面运输巷的主控台（MCU）控制，主控台不但控制全工作面，而且还能够在图形显示屏幕上监控工作面，并可向支架控制器PM4输入程序指令，控制PM4，使之执行各种自动控制功能；PM4接收压力传感器传输的信号并且判断支架是否达到初撑力，如达不到初撑力，将不执行自动控制功能。当PM4接收到刨头位置信号、压力传感器信号时，PM4指令电液控制阀组动作，从而使支架完成降架、推移输送机、拉架、升架等功能。,第一节 薄煤层刨煤机综采技术,3、电气自动化控制系统 包括：PROMOS控制系统和PM4液压支架控制系统。,第一节 薄煤层刨煤机综采技术,刨煤机自动控制系统示意 图,五、刨煤机综采技术发展趋势 （1）向大功率、快速度、高强度方向发展。 （2）提高了刨硬煤的能力、刨头调向装置的灵敏度。 （3）可应用于中厚煤层的开采。 应用矿井：德国在1.51.8m的煤层中使用刨煤机开采，评价日产原煤23121899 t。我国新汶矿业集团华丰煤矿在大倾角厚煤层倾斜分层开采中使用国产刨煤机，平均采高2.1m，煤层平均倾角为31,5个月共产煤118400 t，平均月产超过20000 t。 全世界已经有20多个国家的煤矿在使用刨煤机。刨煤机的总使用台数已超过1000台。,第一节 薄煤层刨煤机综采技术,回顾： 1、 ZZ系列支撑式支架： 工作阻力为 2、刨煤机系统的核心技术由哪些部分组成？,一、薄煤层采煤机 薄煤层开采遇到的问题：工作面断层、矸石等地质构造复杂，煤层厚度变花大，操作空间小，工作环境差等问题。薄煤层开采的核心在于薄煤层采煤机。 重点：薄煤层对滚筒采煤机的要求？ 1、机身要矮、短（以适应起伏）； 2、功率高（较强破岩）; 3、能自开切口进刀； 4、有足够的过煤空间高度； 5、结构简单、可靠、强度高。,第二节 薄煤层滚筒采煤机综采技术,第二节 薄煤层滚筒采煤机综采技术,国内外薄煤层采煤机的基本情况比较,1、MG200/456WD(450BWD)型薄煤层采煤机 性能：多电机驱动，电机横向布置，非机载交流变频调速的无链牵引。适用厚度1.12.4m，煤质中硬，斜切进刀，双向穿梭式采煤。 主要技术指标：最高日产可达到6600t。 2、MG100/238WD型薄煤层采煤机 性能：多电机驱动，截割电机纵向布置，牵引调高电机横向布置，非机载交流变频调速的无链电牵引采煤机。适用厚度0.751.3m，倾角小于25，斜切进刀，双向穿梭式采煤。 主要技术指标 特点,第二节 薄煤层滚筒采煤机综采技术,二、薄煤层滚筒采煤机综采面液压支架 1、薄煤层液压支架特点 2、薄煤层液压支架主要参数 3、薄煤层液压支架发展趋势 （1）大功率：单电机250300kw，多电机达550kw； （2）向无链和电牵引方向发展； （3）整体机构动态优化：多电机横向布置、截割电机横向布置在摇臂上，简化传动，缩短机身； （4）提高采煤机自动化及遥控操作水平； （5）提高采煤机的装煤能力。,第二节 薄煤层滚筒采煤机综采技术,螺旋钻采煤法是前苏联顿巴斯矿区顿涅茨矿业研究院开发的一种开采薄煤层的采煤方法，于1979年在顿巴斯矿区马斯宾克煤矿实验成功，并进行了推广使用。 该采煤法是一种新型的无人工作面采煤法，工人可在支护条件良好的巷道中工作，彻底改变了薄煤层回采工人在工作面爬行的工作状况，并将煤层可采厚度由0.60.6m下降到0.4m。它是一种开采缓倾斜极薄煤层的新型采煤方法，广泛应用于开采围岩较稳定的薄煤层和极薄煤层，并且可以用来开采边角煤、三下压煤和回收各种煤柱。因此具有广泛的发展前景。,第三节 薄煤层螺旋钻采煤机综采技术,一、开采工艺 1、螺旋钻布置 2、钻采工艺 螺旋钻采煤工艺是在巷道内布置一台或多台钻机，由钻头旋转落煤，螺旋叶片旋转将落煤导入刮板输送机运出，具体钻采工艺分为7个步骤。 3、采煤工艺 螺旋钻采煤法最大特点是仅在巷道中用螺旋钻采煤机即可将两侧5070m范围内的煤采出。 单台螺旋钻采煤工艺可以分为单向钻进和双向钻进两种。,第三节 薄煤层螺旋钻采煤机综采技术,第三节 薄煤层螺旋钻采煤机综采技术,第三节 薄煤层螺旋钻采煤机综采技术,钻采工作面设备布置示意图,4、钻采工作面钻孔布置 （1）钻孔尺寸 钻孔间煤柱的尺寸与煤层厚度、围岩状况、煤体硬度等因素有关。 （2）扩孔形式 目的：提高煤炭的采出率，降低煤炭损失。 1）同心扩孔。2）沿煤层厚度扩孔。3）沿煤层层面扩孔。 5、钻采工作面通风系统 局部通风机和全矿井负压通风。,第三节 薄煤层螺旋钻采煤机综采技术,二、螺旋钻开采技术装备 1、螺旋钻采煤机,第三节 薄煤层螺旋钻采煤机综采技术,BSHK-2DM型,1通风管；2锁紧装置 3减速器；4液压耦合器 5电动机；6传动部件 7滑撬；8支撑液压缸 9底托架；10液压推 进部件；11传动框架 12螺旋采煤机,螺旋钻采煤机是螺旋钻采煤法的关键设备，由钻机式采煤机主机、组合开关、液压泵站3部分组成。 适用条件：可用于有瓦斯和煤尘爆炸危险的薄煤层开采，也可用于不规则煤层和保护煤柱的开采，但不允许在有突出危险和自燃的煤层中应用。,第三节 薄煤层螺旋钻采煤机综采技术,螺旋钻具,1螺旋钻杆；2中间通风管；3轴承座；4钻头；5变速器；6控制箱,2、组合开关 3、液压泵站 4、单轨吊：起吊质量2t,起吊速度3m/min，运行速度20m/min，起吊高度3m，爬坡能力8；体积小，吊钩上极限距巷道顶板不大于800mm。 5、局部通风机：钻采巷道内风速不得小于0.25m/s；采用前进式采煤时，必须使用局部通风机代供风；后退式采煤时，可采用局部通风机和全负压通风，但必须安装风电闭锁装置；必须采用双风机、双电源。 6、回转绞车：巷道中移动螺旋钻机组时提供动力的重要设备，配合螺旋钻机组滑撬对整个设备进行移机。 7、除尘装置：采用喷雾的方法来除尘，其中在钻头上可开多个喷雾孔，一起喷雾。 8、机组电力装置：作用：用电线控制机组的一些机器，以提供照明、警告信号和必要的闭锁；检查机器的运行和钻头电动机的负荷，检查和纠正执行机构的状况以及多种电力保护的完成情况。,第三节 薄煤层螺旋钻采煤机综采技术,三、螺旋钻机组及工作原理 1、机组组成,第三节 薄煤层螺旋钻采煤机综采技术,1、螺旋钻机组主机 2、托架 3、操作台 4、液压系统 5、动力装置 6、CYB-350AB型控制站 7、矿用接线开关APDH.1型 8、采用BMCH-4.5型风机的 通风系统 9、钻具,2、机组工作原理 螺旋钻采煤机组传递扭矩和钻压给螺旋钻及钻采条带里的煤，并完成采煤国产的送钻和退钻。螺旋钻由一个左旋、一个右旋的两节钻杆和它们之间的风管组成。钻头的切割部分是一个执行机构，由三个钻头组成。右边的螺旋钻通过减速箱传递扭矩给中间钻头。 为锁紧和开启钻杆的连接，需把钻杆连接用的带有凸轮的离合器调整到合适的位置，用有旋转传动装备的翻转机构来对正。 用固定在传动架上的传动装置进行液压推进，机器下面有滑板，滑板支撑在底板上，利用滑板在巷道内移动机器。,第三节 薄煤层螺旋钻采煤机综采技术,定向机构保证机器的传动架沿着煤层角度进行钻进。 机组对巷道壁的水平侧推力是用液压缸来保证的，机组机械化接钻杆和撤钻杆时有一个找正位置。 钻杆的安装、拆卸、储存是由安装在巷道的单轨吊完成的。 机组采下的煤时靠放置在巷道里的刮板输送机运出的。螺旋钻机、操作台和动力装置连接在一起，沿巷道一起移动。,第三节 薄煤层螺旋钻采煤机综采技术,四、螺旋钻的核心技术 1、叶片与钻杆设计技术 （1）倾斜系数 随着倾斜角度增大，输送能力下降。倾斜角度的大小还会影响充填系数。煤的充填系数值为0.20.25。,第三节 薄煤层螺旋钻采煤机综采技术,（2）叶片内径 （3）钻杆工作钻速 （4）螺旋叶片升角 螺旋钻杆的叶片内缘升角一般在25-45范围内比较合适，螺旋叶片外缘升角一般为8-22。,第三节 薄煤层螺旋钻采煤机综采技术,2、钻具的组装连接、定向与稳定控制技术 影响钻具钻进的因素主要有：煤层地质条件；钻具结构因素；钻进工艺参数。 五、螺旋钻机采煤法的适用条件及评价 螺旋钻机采煤法适用于倾角15以下，厚0.5-1.5m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。 螺旋钻机还可以用来开采边角煤和回收各种煤柱。 缺点：巷道掘进率高，丢煤较多。 优点：用人少，效益好，提高了工艺储量，延长服务年限。,第三节 薄煤层螺旋钻采煤机综采技术,一、掘进机主要机构,第四节 薄煤层巷道综合机械化掘进技术,悬臂式掘进机的总体结构,1、纵轴悬臂式掘进机 采用纵轴式截割方式，截割头主要由截割头体、截齿座和截齿等组成，一般有大小两种截割头，小截割头破岩过断层能力强，主要用于半煤岩巷的掘进，大截割头适用于煤巷掘进。 2、横轴悬臂式掘进机 截割头轴线与悬臂轴线相垂直，工作时先进行掏槽截割，最大掏槽深度为截割头直径的2/3.掏槽时，截割头需做短幅摆动，以截割位于两个截割头中间部分的煤岩，因而操作较为复杂。掏槽可在工作面上部或下部进行，但截割硬岩时应尽可能在工作面上部掏槽。,第四节 薄煤层巷道综合机械化掘进技术,二、掘进机技术的发展趋势 1.截割技术 （1）圆盘截割刀：采用滚压破岩原理，不仅可以提高掘进机截割硬岩的能力，而且还可以增加截割头的寿命；体积小、重量轻、操作容易。 （2）两种辅助截割技术：高压水辅助截割合成岩石破碎技术、冲击振动辅助截割技术。 （3）恒功率双速截割电动机：采用电动机调速，在高、低速时电动机功率恒定不变，低速时单刀力增大一倍。,第四节 薄煤层巷道综合机械化掘进技术,2、履带内藏式行星减速器技术 具有占用空间小、效率高、机器通过性好等优点；在性能上具有传动比大、传动效率高、输出转矩大等优点；在结构上具有体积小、重量轻等优点。 3、工况监控技术 掘进机工况监测和故障诊断两方面。 4、配套技术 （1）配套转载技术：目前，国内掘进机通过采用桥式转载机与带式输送机的配套使用，实现了掘进机的连续工作。 （2）配套锚杆支护技术：机载锚杆支护技术能从根本上解决掘进、支护不同步问题，提高掘进生产率。,第四节 薄煤层巷道综合机械化掘进技术,（3）配套机械除尘技术 除尘方式：喷雾除尘60%70% 干式综合降尘系统90%以上 三、掘进机综合作业 综掘：综合机械化掘进作业线主要是用悬臂式掘进机、桥式转载机和可伸缩带式输送机组成的作业线，简称综掘。 与炮掘相比：优点、缺点 综掘作业线就是在一条掘进机掘进的巷道内，将测量定向、掘进、运煤、通风、降尘、材料运输、巷道支护、供电系统等设备配套，形成一条效率高、相互配合、生产连续均衡的掘进系统，达到掘进过程全部机械化，从而得到较高的掘进速度和较好的经济效益。,第四节 薄煤层巷道综合机械化掘进技术,1、煤及半煤岩巷道施工特点 （1）掘进时破煤容易，可采用多种方法掘进，但空顶距要小，并要及时地采取合理支护，防止冒顶。 （2）有煤与瓦斯爆炸危险的矿井，在施工中要严格遵守煤矿安全规程中对防止煤与瓦斯突