（矿业工程专业论文）年产600万t综放工作面设备配套与技术研究.pdf

东北大学硕士学位论文 摘要 摘要 随着国民经济的不断发展，社会对能源的需求也在不断增加。煤炭在 中国一次性能源消费结构中占7 0 以上，是国民经济中具有战略地位的基 础工业。中国采煤业具有悠久的历史，但是随着现代工业的发展中国的采 煤技术已落后于国外的发展水平。近年来，以美国、澳大利亚为代表的发 达产煤国家一直在致力于矿井的现代化，矿井趋向于大型化、集约化，矿 井生产已基本实现半自动化，正向全自动化发展。“九五”期间，兖矿集 团承担的行业“九五”重点科技攻关项目，已经取得了月产4 0 0 3 6 8 t 、日 产2 0 1 6 9 t ，达到了年产4 0 0 万t 的生产水平。具备年产5 0 0 万t 的生产能 力。工作面生产能力虽获得了巨大的提高，但是与国际采矿业的发展水平 和发展速度相比，我国的工作面及矿井生产能力仍然处于落后水平，需进 一步提高工作面设备的自动化程度和可靠性。 为此，在“十五”期间，国家经贸委将有关自动化综采放顶煤工作面 相关技术的研究项目“6 0 0 万t 综放工作面设备配套与技术研究”交予一 向以振兴民族煤炭行业为己任的兖矿集团组织实施。项目完成后，其设备 配套的工作面将具备国际领先水平。 在接过这一历史时期的光荣使命后，我集团公司第一时间决定在善于 打硬仗、富有开拓创新意识的兴隆庄煤矿实施该项目。集团公司领导组织、 邀请了多名国内外知名专家，会同兴隆庄煤矿的广大工程技术人员共同奋 战、调研。在分析国内外综采设备发展现状和煤炭工业发展态势，总结兖 矿集团“九五”期间取得成就及存在问题的基础上，沦述了兴隆庄煤矿实 施“6 0 0 万t 综放工作面设备配套与技术研究”的必要性、可行性和现实 意义。根据兴隆庄煤矿综放丌采技术条件，提出了综放工作面长度突破 3 0 0 m ，年产6 0 0 力- t 的总体目标，确定了工作面设备选型和总体配套应遵 循技术先进、设备精良、系统完备和性能优异、高效的基本原则，并对工 作面设备进行系统的配套设计和选型。 为实现制定的目标，在理论研究和对采煤工艺方式、放煤作业方式、 u 东北大学硕士学位论文 割煤、移架、放煤速度、割煤高度、停机因素等进行实测分析的基础上， 对6 0 0 万t 超长高效综放工作面工艺参数和工序作业方式进行了优化，修 改完善了电液阀控制程序，以充分发挥采煤机、放顶煤液压支架、前后刮 板输送机等工作面配套设备的能力；应用系统工程理论和工序运行序列 表，对常用的综放工作面工艺模式进行了优化，从而保证了工作面r 产达 到2 万t 以上，回采率达8 6 以上。实践证明，4 3 2 6 超长自动化综放工作 面设备配套总体设计正确、采煤工艺先进、工作面参数选择合理，能最大 限度发挥配套设备的能力。 关键词：超长自动化综放工作面6 0 0 万t综放工艺 i i 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ei n c e s s a n td e v e l o p m e n to ft h en a t i o n a le c o n o m y ，t h ee n e r g y r e q u i r e m e n to fp e o p l ei s a l s oo ni t si n c r e a s e i ti sw e l l k n o w nt h a tt h e p e r c e n t a g eo f c o a lu s i n gw i t h i nt h eu n r e n e w a b l ee n e r g yr e s o u r c e su s i n gi s m o r et h a n7 0 s o ，i ti s e a s y t oc o n c l u d e dt h a t c o a l m i n i n g i sav e r y i m p o r t a n ts t r a t e g i ci n d u s t r yo ft h en a t i o n a le c o n o m y i nc h i n a ，c o a l - m i n i n gi s ac e n t u r i e s o l de c o n o m i cd e v e l o p m e n ta c t i v i t y b u tn o 、w i t ht h ei n c e s s a n t d e v e l o p m e n to ft h em o d e r ni n d u s t r y ，w ea r ei nal o w e rl e v e lc o m p a r i n gw i t h t h ed e v e l o p e dc o u n t r i e s i nr e c e n ty e a r s ，t h ed e v e l o p e dc o a l m i n i n gc o u n t r i e s ， s u c ha st h eu n i t e ds t a t e s ，a u s t r a l i a ，t o o ku pw i t h t h em o d e r n i z a t i o no ft h e c o a l - m i n i n g ，a n dt h et e n d e n c yo ft h ec o a l m i n i n gf a c ei sn o wh i g h l ye f f i c i e n t a n di n t e n s i v e ，a u t o m a t i c h a l f - m e c h a n i z e dm i n i n gf a c ei sa c h i e y e db ya n d l a r g en o w , a u t o m a t i o nf u l l ym e c h a n i z e dm i n i n gf a c ew i l lc o m et ot r u eb e f o r e l o n g d u r i n gt h ep e r i o do f “t h en i n t h - f i v ep r o j e c t ”，t h ec o a lp r o d u c t i o no fy a n z h o u m i n i n gg r o u p sh a sr e a c h e dt h el e v e l4 0 0 3 6 8 tm o n t h l y 2 0 1 6 9 td a i l ya n d4 m i l l i o nt o n sa n n u a l l yw h e nh a v i n gt h ea b i l i t yt op r o d u c e5m i l l i o nt o n s a n n u a l l y e v e ns o ，o u rc o a l - m i n i n gi n d u s t r y i si nam u c hm o r el o w e rl e v e l t h a nw h i c hi nt h ed e v e l o p e dc o a l - m i n i n gc o u n t r i e s ，f r o mt h i sp o i n to fv i e w ， w en o ws h o u l dd e v e l o po u rc o a l m i n i n gi n d u s t r yi n t oah i g ha u t o m a t i ca n d c r e d i b l el e v e l s o ，d u r i n gt h ep e r i o do f “t h e1o t h f i v ep r o j e c t ”，y a n z h o um i n i n gg r o u p s r e c e i v e dt h ep r o j e c t t h et e c h n o l o g yo ff o r m i n gac o m p l e t es e to fe q u i p m e n t u s e di nt h ef u l l ym e c h a n i z e dm i n i n gf a c ew i t ht o p c o a ld r a w i n g ，6m i l l i o n t o n sp r o d u c e da n n u a l l y ”w h e na c c o m p l i s h i n g ，w ec a nr e a c ht h ea c h i e v e m e n t i nt h eh i g h e s ti n t e r n a t i o n a lf l i g h t r e c e i v e dt h ei n n o v a t i v ea n dc r e a t i o n a r yp r o je c tg l o r i o u s l y ，l e a d so f y a n z h o um i n i n gg r o u p si n v i t e da n do r g a n i z e dal o to ff a m o u se x p e r t sa n d t e c h n o l o g i s t so fx i n g l o n g z h u a n gc o a lm i n et od oag r e a td e a l o fs u r v e y s r e s e a r c h e s b a s e do na n a l y z i n gt h ed e v e l o p m e n to ft h ee q u i p m e n tu s e df o rf u l l y m e c h a n i z e dm i n i n ga n dt h ec o a li n d u s t r ya l lo v e rt h ew o r l da sw e l la so n s u m m a r i z i n gt h eg r e a ta c h i e v e m e n t sy a n z h o um i n i n gg r o u p sh a dr e a c h e da n d t h ep r o b l e m se x i s t e di nt h e md u r i n gt h ep e r i o do f “t h en i n t h f i v ep r o j e c t ”，t h e p a p e rh a sd i s c u s s e dt h en e c e s s i t y ，t h ef e a s i b i l i t ya n dt h eg r e a ts i g n i f i c a n c eo f c a r r y i n go u tt h ep r o je c to f “t h et e c h n o l o g yo ff o r m i n gac o m p l e t es e t o f e q u i p m e n tu s e di nt h ef u l l ym e c h a n i z e dm i n i n gf a c ew i t ht o p - c o a ld r a w i n g ，6 m i l l i o nt o n sp r o d u c e da n n u a l l y ，i nx i n g l o n g z h u a n gm i n e ” a c c o r d i n gt ot h et e c h n i c a lc o n d i t i o n so fx i n g l o n g z h u a n gm i n e sf u l l y 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t m e c h a n i z e dm i n i n gw i t ht o p - c o a ld r a w i n g ，t h ep a p e rp u t sf o r w a r dt h eo v e r a l l a i m st h a tt h el e n g t ho ff u l l ym e c h a n i z e dm i n i n gf a c ew i t ht o p c o a ld r a w i n g t o p s 3 0 0 ma n dt h ea n n u a lo u t p u t6m i l l i o nt o n s f u n d a m e n t a l ss u c ha s a d v a n c e d t e c h n o l o g y ；w e l l e q u i p p e df a c i l i t i e s ，p e r f e c ts y s t e m ，e x c e l l e n t p e r f o r m a n c ea n dh i g he f f i c i e n c yt h a tt h ee q u i p m e n ts e l e c t i o na n ds e tf o r m i n g s h o u l db ef o l l o w e da r ea l s od e t e r m i n e dh e r e i nt h em e a n t i m e t h em o d e l s e l e c t i o no fe q u i p m e n ta n dt h ed e s i g no ff o r m i n gac o m p l e t es e to fe q u i p m e n t a r ew o r k e do u ts y s t e m a t i c a l l y i no r d e rt or e a l i z et h ea i m sd r a w nu pa b o v ea n dt ob r i n gt h ef o r m i n ga c o m p l e t es e to fe q u i p m e n ti n t of u l lp l a ys u c ha st h es h e a r e r ，t h eh y d r a u l i c s u p p o r tw i t ht o p c o a ld r a w i n g ，f r o n tc o n v e y o ra n db a c kc o n v e y o r ，t h ep a p e r a l s oa n a l y s e sm a n yf a c t o r st h e o r e t i c a l l ya n do n - t h e - s p o ts u c ha sc o a lw i n n i n g t e c h n o l o g y ，t o p c o a ld r a w i n g ，c o a lc u t t i n g ，a d v a n c i n g ，v e l o c i t yo ft o p c o a l d r a w i n g ，h e i g h to fc o a lc u t t i n ga n ds t o p p i n gm i n i n g t h ep a r a m e t e r so fc o a l w i n n i n gt e c h n o l o g ya n do p e r a t i n gw a yo fah i g he f f i c i e n c yf u l l ym e c h a n i z e d m i n i n gs u p e r - - l o n gf a c ew i t ht o p - c o a ld r a w i n gw i t h 6m i l l i o nt o n so ft h e a n n u a lo u t p u ta r eo p t i m i z e da n dt h ec o n t r o lp r o g r a mo ft h ee l e c t r o h y d r a u l i c v a l v ei si m p r o v e d t h et y p eo fc o a lw i n n i n gt e c h n o l o g ym o s ti nusei nf u l l y m e c h a n i z e dm i n i n gf a c ei so p t i m i z e da c c o r d i n gt os y s t e m se n g i n e e r i n gt h e o r y a n da l i g n m e n tt a b l eo fp r o c e s s ，w h i c he n s u r e st h a tt h eo u t p u td a i l yc a nr e a c h m o r et h a n2 0t h o u s a n dt o n sa n dt h er e c o v e r yc o e f f i c i e n tc a nb eh i g h e rt h a n 8 6 i th a sb e e np r o v e np r a c t i c a l l yt h a tt h eo v e r a l ld e s i g no fac o m p l e t es e t f o r m i n gi sc o r r e c t ，t h a tt h ec o a lw i n n i n gt e c h n o l o g yi sa d v a n c e d ，t h a tt h e p a r a m e t e rs e l e c t i o ni sr e a s o n a b l ei n t h e4 3 2 6s u p e r - l o n ga u t o m a t i o nf u l l y m e c h a n i z e dm i n i n gf a c ew i t ht o p c o a ld r a w i n g ，t h a tt h eo v e r a l ld e s i g ncan b r i n gt h ef o r m i n gac o m p l e t es e ti n t of u l lp l a y ， k e yw o r d s ：s u p e r l o n ga u t o m a t i o nf u l l y m e c h a n i z e dm i n i n gf a c ew i t h t o p c o a ld r a w i n g ； 6m i l l i o nt o n s ；c o a l w i n n i n gt e c h n o l o g y i n f u l l y m e c h a n i z e dm i n i n g v 声明 本人韩纪志所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中 取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表 或撰写的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中做了明确 的说明并表示谢意。 本人签名 同 觏：鸸j7 j | 3 7 东北大学硕士学位论文第一幸概速 第一章概述 随着国民经济的不断发展，社会对能源的需求也在不断增加。煤炭在 中国一次性能源消费结构中占7 0 以上，是国民经济中具有战略地位的基 础工业。中国采煤业具有悠久的历史，但是随着现代工业的发展中国的采 煤技术己落后于国外的发展水平。近年来，以美国、澳大利亚为代表的发 达产煤国家一直在致力于矿井的现代化，矿井趋向于大型化、集约化，矿 井生产已基本实现半自动化，正向全自动化发展。“九五”期间，兖矿集团 承担的行业“九五”重点科技攻关“缓倾斜厚煤层高产高效综放开采成套 装备与工艺研究”项目，已经取得了月产4 0 0 3 6 8 t 、日产2 0 1 6 9 t ，达到了 年产4 0 0 万t 的生产水平。具备年产5 0 0 万t 的生产能力。工作面生产能 力虽获得了巨大的提高，但是与国际采矿业的发展水平和发展速度相比， 我国的工作面及矿井生产能力仍然处于落后水平，需进一步提高工作面设 备的自动化程度和可靠性。 1 i国外高产高效综采现状 1 1 1 矿并集中化生产概况 自1 9 5 4 年第一个综合机械化采煤工作面在英国诞生以来，经过6 0 年 代的完善提高，综采技术装备日益成熟，7 0 年代后期各先进产煤国家不断 创出高产高效新已录。有关专家在2 0 世纪8 0 年代曾提出9 0 年代将出现闩 产3 0 k t 4 0 k t 的高产综采面，并预言一矿一面是今后矿井发展的主要方 向，这一目标已在2 0 世纪末实现。 进人2 0 世纪9 0 年代，高产高效世界记录不断刷新，且多向一矿一面 发展。德国萨尔公司的恩斯多尔夫矿在氏3 3 5 m ，采高3 o m 的1 ：作面，用 德国艾柯夫公司生产的s l 5 0 0 型电牵引采煤机，日产商品煤1 1 5 6 0 t 。 法国洛林矿区拉鸟弗矿用英国a s 公司生产的e i 一2 0 0 0 型采煤机，最 高日产达2 2 2 4 9 t 。 澳大利亚新南威尔士尤兰矿工作面长为2 5 0 m ，平均采高2 9 m ，用艾柯 夫公司产的e d w 一4 5 0 1 0 0 0 l 型电牵引采煤机，截深1 o m ，牵引速度 。1 一 东北大学项士学位论文第一幸概速 l o m m i n ，1 9 9 5 年8 月创综采面日产煤3 4 1 3 0 t 的高产记录。 英国塞尔比矿1 9 9 5 年产煤1 0 m t ，用a m 5 0 0 型电牵引采煤机创综采面 周产1 0 9 1 9 l t 的欧洲记录。 美国塞浦路斯公司2 0 英里矿在2 5 0 m 5 2 8 0 m 长壁综采面用朗艾道公司 安德森e l 3 0 0 0 型电牵引采煤机( 1 4 2 6 k w ) ，截深0 9 m ，用2 8 5 6 6 k n 电液 控制两柱掩护式支架，3 7 3 4 k w 强力刮板输送机，1 9 9 7 年6 月产商品煤 9 9 8 0 6 4 t 的世界记录。 国外高产高效矿井现阶段的特点是： 矿井高度集中生产，井型为3 m t a 4 m t a ，一矿一面，年工作r 2 5 0 d ，两班生产一班检修。工作面平均月产3 0 0 k t 以上，日产l o k t 以上。 工作面生产班7 9 人，采煤队在籍3 0 4 0 人。工作面效率3 0 0 4 0 0 t 工， 全矿3 0 0 4 4 0 0 人，矿井全员工效3 0 t 工以上； 广泛采用大功率高效能重型成套机电设备，采煤机总功率在1 0 0 0 k w 以上，采高已达5 m ，大修周期2 a 3 a ，可采煤量4 m r6 m t 。工作面刮板 输送机装机功率已达2 2 5 0 k w ，槽宽达1 2 0 0 m m ，最大输送能力4 k t h ，过煤 量6 m r 以上。平巷带式输送机装机功率( 2 4 ) x ( 4 0 0 k w 5 0 0 k w ) ，最大 输送能力达3 5 k t h ，铺设长度2 0 0 0 m 以上。液压支架普遍采用电液控制 和高压大流量供液系统，架型向两柱掩护式方向发展，最大工作阻力已达 9 8 m n ，移架速度已达6 s 8 s 架。 工作面推进长度一般2 0 0 0 3 0 0 0 m ，最长已达5 2 8 0 m ，美国西部某矿 设计工作面推进长度已达6 7 0 0 m 。 工作面可靠性高。采、装、运和支护设备综合开机率达9 0 以上。 美国高产高效设备可用率已达9 7 。 一作面设备配套合理。美国综采而刮板输送机、转载机、平巷带式 输送机的生产能力一般大于采煤机最大生产能力的2 0 ，以便形成由工作 面往外生产能力越来越大的煤流，为保持i ：作面稳定高产创造条件。 ：l ：= 作面设备监测监控设旋齐全，自动化程度高，工作面安全设施齐 全，安全状况良好，百万t 死亡率接近于零。 矿井生产系统，包括煤炭运输、辅助运输、通风、排水、供电、供 水、供热、安全生产监测监控及通信等系统先进町靠，能满足高产高效t 、2 一 东北大学项士学位论文第一章概速 作面要求。 工作面直接生产成本和矿井吨煤生产成本低，经济效益好。 由于采用了现代化的综采设备，美国从1 9 9 3 年开始，生产矿井个数、 综采面个数呈减少趋势，工作面单产和工效不断提高，一矿一面的矿井数 不断增加，1 9 9 3 年美国共有长壁综采面8 5 个，其中一矿一面矿井6 5 个， 占8 7 。综采面平均班产2 2 9 0 t 班，平均工效2 4 8 t 工。1 9 9 4 年有8 0 个综 采面，其中一矿一面矿井6 3 个，占8 8 ，综采面平均班产2 9 8 0 t 班，平均 工效2 8 1 t 工。1 9 9 5 年综采面减少到7 2 个，1 9 9 6 年减少到6 9 个。 l - l - 2高产高效综采工作面参数及工作面配套设备 国外长壁工作面从一般综采发展到当今的高产高效综采约经历了1 5 年，这一发展过程说明，由于综采设备不断更新换代，采用重型化、强力 化、自动化和机电一体化的装备，走生产集中化的道路，才使工作面的单 产和工效大幅度提高。 为满足这一要求，盘区和工作面的几何尺寸必须作相应改变。所以必 须对长壁工作面生产系统进行科学合理的设计，使各部分之间能相互配 套，以确保能形成一个安全生产条件好、生产效率高、经济效益好的系统。 长壁采煤工作面的几何尺寸变化见表卜1 。 表1 1长壁开采盘区几何参数发展变化趋势 t a b l e l 一lt h ec h a n g eo ft h es i z eo fl o n g w a i lf a c ei nt h ep a s tf e wy e a r s 工作面宽 长壁开采盘 回采巷 掘进出煤量与 截割深 时期区走向长度 道条数 回采煤量的比 度m 度日 m值 1 9 7 0 1 5 0l2 0 042 0 2 57 5 0 1 9 8 0 1 9 8 0 2 2 51 8 0 0415 2 09 0 0 1 9 9 0 1 9 9 0 3 3 0 3 0 0 039 1 5 9 0 0 2 0 0 01 2 0 0 减少盘区的丌拓准备工作量，对提高矿井生产效率具有十分重要的作 用。l9 7 0 年时，准备一个面长1 5 0 m 、走向艮度1 2 0 0 m ，具有4 条回采巷道 的工作面时，全部巷道掘进的出煤量占盘区总采出煤量的2 0 2 5 。而今， 随着采煤方法的改革，大型盘区长擘采煤工作面般只有3 条回采巷道。 3 一 东北大学硕士学位论文第一章概速 准备盘区长壁工作面回采巷道时，掘进出煤量占盘区总采出煤量一般不足 1 0 ，盘区采出煤量中9 0 以上来自长壁工作面开采过程。现在1 个面长 3 3 0 m ，采煤机截割深度为1 0 7 0 m m 的长壁工作面，所采出的煤量是原先面长 为15 0 m 、采煤机截割深度为7 5 0 m m 的长壁工作面的3 倍以上。单纯将工作 面采煤机的截深由7 5 0 m m 改成i 0 7 0 m m ，工作面的采出煤量就可增加4 0 。 当然长壁工作面生产系统的其他组成部分也必须要与加大采煤机的截深、 增加产量的能力相互配合相互适应，否则，就不可能实现增加工作面产量 的目的。 澳大利亚的高产高效长壁开采也取得了突出的成绩，澳大利亚长壁工 作面平均长度为1 9 2 m ，最长的达2 7 0 m ，在克瑞努姆( c r i n i u m ) 矿，盘区 平均长度为l7 5 9 m ，戈登斯敦( g e r d o n s t o n e ) 矿有最长的盘区，达3 0 1 0 m 。 例如，澳大利亚予然巴禾北煤矿( m o r a n b a hn o r t hc o a l m i h e ) 是1 9 9 9 年 1 月中旬投产的一座现代化大型煤矿。工作面标准长度2 6 0 m ，第1 个采区 长度2 4 k m ，最大的采区长度为3 k m 。 国外高产高效综采工作面的装备正朝着大功率、高寿命、机电一体化 的方向发展，表卜2 列出了美国长壁工作面的设备与产量的参数。 表卜2美国长壁t 作面的设备与产量参数 t a b l e l 一2t h ep a r a m e t r e so ft h ee q u i p m e n ta n dt h eo u t p u to fl o n g w a l1f a c e i na m e r i c a 项目名称 参数项目名称 参数 工作面长度3 3 0 m 液压支架使用寿命 4 5 0 0 0 ( 循环) 煤层厚度 2o m 采煤机截割功率 7 4 0 8 9 0 k w 刮板输送机宽度 1 0 0 0 m m 采煤机滚筒直径 i 4 2 0 m m 刮板输送机速度 1 5 m s 采煤机藏割深度 1 0 7 0 1 2 2 0 m m 4 1 6 0 v ，二相交 刮板输送机圆环链 o4 2 m m 烈中链 工作面供电电压 刮板输送机装机功 1 8 0 0 k w 工作面的平均日进度 7 6 m 塞 工作面的平均班净产 液压支架宽度 1 5 1 7 5 m5 0 0 0 t 量 液压支架支撑能力 9 4 0 t 盘区胶带输送机宽度 17 3 0 m m 美国煤时代杂志刊文预测，今后1 0 年综采面产量将逐年增加，普 遍达到日产商品煤万t 以上，到2 0 0 5 年，综采矿井年产商品煤6 m t ，只配 4 一 东北大学硕士学位论文第一章概速 备一个长壁综采面和一套连续采煤机掘进系统。 今后1 0 年采煤机最大装机功率将增至1 5 0 0 k w 2 0 0 0 k w ，牵引速度达 3 0 4 0 m m i n ，将实现自适应水平控制煤岩分界面的滚筒自动调高；工作面 输送机最大装机功率将达3 1 0 0 0 k w 以上，运力达4 k t h 以上，液压支架 绝大多数用两柱式，架宽将达2 m 以上，每架工作阻力达l o m n 以上，移架 时间不超过5 s 。由于工作面自动调直系统、机电设备遥控遥测系统和工况 数据信息图像( 实时实地工业电视) 传输系统的成功应用，将实现由地面 调度室直接遥控指挥的少人工作面。人们梦寐以求的全自动化采煤工作面 有可能在本世纪初出现。 1 2 我国高产高效综放开采现状 1 9 8 2 年以前，我国厚煤层的丌采基本上采用分层开采或整层开采法。 从1 9 8 2 年开始进行缓倾斜特厚煤层一次采全厚综采放顶煤采煤工艺和装 备的试验研究工作。1 9 8 4 年6 月，由北京开采研究所和沈阳煤研所共同设 计的第一个综放工作面在沈阳矿务局蒲河矿投入了试验。1 9 8 6 年3 月在窑 街矿务局二矿进行了急倾斜特厚煤层水平分段综采放顶煤采煤法的工业 性试验，试验取得圆满成功，为急倾斜特厚煤层机械化开采开辟了新途径。 综合机械化放顶煤开采技术，经过十几年的发展，在综放开采工艺，综放 工作面顶煤运动规律及矿山压力观测，放顶煤液压支架，综放开采的防火、 防尘、防治瓦斯等安全技术，提高综放工作面采出率等方面，进行了大量 的试验研究和科技攻关工作，取得了一大批科研成果。 1 9 8 6 年以后，放顶煤采煤法在我国得到迅猛的发展，先后在辽源矿务 局，乌鲁木齐矿务局，平庄矿务局推广了急倾斜特厚煤层水平分段放项煤 采煤法；在平顶山、阳泉、潞安、晋城、郑州、兖州等矿务局推广了缓倾 特厚煤层综放采煤法，都取得了良盘：f - 的技术经济效果。急倾斜综放工作面 的月产超过6 万t ，缓倾斜综放工作面的单产：纪录一破再破，2 0 0 0 年兖州东 滩矿综采一队综放工作面年产量达到5 12 万t 。1 9 9 3 年以来我幽综放工作面 历年产量纪录如图卜1 所示。综放开采成为我国实现高产高效矿井建设， 进行采煤工艺改革的有效途径。 一5 东北大学项士学位论文第一章概速 放顶煤综采面摄高年产咖t ) ? 1 9 9 3 年1 9 9 4 年1 9 9 5 年1 9 9 6 年1 9 9 7 年1 9 9 8 年1 9 9 9 年2 0 0 0 午 图卜1 我国综放t 作面历年产量纪录 f i g 1 1 t h ea n n u a lo u t p u tr e c o r do ft h ef u l l ym e c h a n i z e dm i n i n gf a c e w i t ht o p c o a ld r a w i n gi n c h i i l a 1 3 年产6 0 0 万t 综放工作面实施可行性及意义 1 3 1 年产6 0 0 万t 综放工作面实施可行性 2 0 世纪9 0 年代，随着世界煤炭工业的飞速发展和我国高产高效矿井建 设目标的提出，兖州矿区普通综采装备、传统的技术工艺和生产管理模式 已不能适应现代化矿井建设和生产发展的需要，突出表现在：( 1 ) 工作面 高产问题。1 9 8 0 1 9 9 2 年的l3 年间，矿区厚煤层开采一直采用分层开采工 艺，这种一贯制的传统工艺和生产方式难以突破年产1 5 0 2 0 0 2 - t 大关， 综采年产最高水平为1 4 0 2 - t ，与f l 产万t 工作面的差距是相当大的。( 2 ) 分层开采工艺问题。传统的分层开采工艺存在诸多1 i 利因素的影响，长期 制约着矿区综采生产进一步发展。 根据国内外厚煤层开采经验及矿区生产实践，兖州矿区针对自己的条 件，确定了一次采全高综采放顶煤工艺作为矿区厚煤层工艺改革的主攻方 向和今后生产发展的主体模式。自1 9 9 2 年矿区第一个综放卜作面( 兴隆庄 矿5 3 0 6 i 作面) 试验成功之后，综放工艺技术得到迅速推广，在短短几年 时削内，即先后在兴隆庄、鲍店、南屯和东滩四对综合机械化矿井得到应 6 6 5 4 3 2 1 o 东北大学项士学位论文第一幸概述 用，并在综放工作面生产规模、单产水平和高产高效采煤队建设等方面取 得突破性进展。 特别是国家“九五”攻关项目“缓倾斜特厚煤层高产高效综放丌采成 套技术与装备研究”的完成，使兖州矿区的综放开采技术水平又达到了新 的高度，处于全国领先水平。1 9 9 8 1 9 9 9 年兖矿集团综放工艺总产量见表 卜3 ，年产超过2 0 0 万t 综采队的产量见表卜4 。 表1 3 充矿集团1 9 9 8 1 9 9 9 综放总产量 t a b l e l 3t h e0 u t p u to fy a n z h o um i l q i n gg r o u p sf r o m1 9 9 8t o1 9 9 9 年度综放总产量( 万t )单产( t 月)平均采煤队个数 超9 0 0 万t 队数 1 9 9 81 4 7 6 82 5 6 5 1 84 8 1 9 9 92 2 2 2 52 6 1 7 8 l7 0 5 2 0 0 0 表1 41 9 9 9 年兖州矿业集团超2 0 0 万t 综采队 o fy a n z h o um i n i n gg r o u p si n1 9 9 9 年产量工效工作面长推进长煤厚 队名 ( 万t )( t t )( 皿)( m )( m ) 南屯矿综采队3 0 0 21 4 8 41 9 02 2 5 03 3 5 6 兴隆庄综一队 4 0 3 ，11 9 7 7 5 61 8 01 6 0 08 5 兴隆庄综二队 2 0 0 29 9 0 9 71 7 68 8 08 5 鲍店矿综二队 3 5 061 6 4 7 4 11 9 21 0 0 05 8 东滩矿综采队 5 0 5 82 3 0 2 42 0 02 2 0 05 8 济二矿综一队 2 8 39 5 7 41 8 08 0 060 由表中可以看出，兴隆庄矿在工作面长1 9 7 7 m ，采用全套国产设备的 情况下，尚能达到年产4 0 3 万t 的水平，在工作面加长到3 0 0 m ，采用进n 采 煤机、电液控制放顶煤液压支架和采用人功率、大运量刮板输送机及顺槽 运输设备，定能达到年产6 0 0 万t 的目标。 1 3 2 研究的意义 “6 0 0 万t 综放工作面设备配套与技术研究”的攻关对丁我国综放开采 技术的发展和提高及高产高效矿井建设具有十分重要的意义。 一7 一 末北大学硕士学位论文第一章概速 首先，通过该项目的研究，可以促进煤炭工业的健康有序发展。当前 我国煤炭工业的形势严峻，除了受国民经济整体运行状况影响以外，更重 要的是由于煤炭工业的无序发展，原因就在于由于历史的原因造成煤炭生 产矿井井小量多，煤炭市场集中度过低( 我国煤炭市场集中度仅为l o 2 0 ，而美国煤炭市场集中度约为4 0 5 0 ) 。该项目的实施，为我国煤炭 生产企业发展提供了一个样板，将带动其他煤炭生产企业的高度集约化发 展，相应地也将逐渐提高煤炭市场集中度。在五年时间内，如果神华集团 达到6 0 0 0 万t 的生产规模，兖矿集团达到4 0 0 0 万t 的生产规模，那将使煤炭 市场集中度有较大的提高，煤炭市场的混乱、无序将逐渐得到缓解和治理， 煤炭工业将逐渐走向一个健康有序的发展道路。 其次，可以促进煤炭行业的科学技术进步。“九五”期间，工作面生 产能力获得了巨大的提高。但是与国际采矿业的发展水平和发展速度相 比，我国的工作面及矿井生产能力仍然处于落后水平。近年来，美国、德 国、澳大利亚等发达国家采用长壁综合机械化开采工艺，大功率、重型化 采矿设备，工作面单产水平获得大幅度提高，平均月产已达到5 0 万t ，1 9 9 8 年1 0 月，美国塞普路斯二十英里矿月产商品煤1 0 2 万t ，日产达到了4 3 1 1 5 t 的水平。1 9 9 8 年，在德国费力特里西海因罩希煤矿的杰兰德矿井，工作 面面长4 3 0 m ，煤层厚度2 8 m ，用s l 3 0 0 艾柯夫采煤机、双柱掩护式支架， 日产商品煤达2 0 2 6 2 t 。从国内外情况的对比看，要改变我国煤炭工业的落 后局面，一方面要及时跟踪国际采矿业的发展趋势；另一方面，要坚决依 靠科学技术进步，特别要提高我国煤机企业的制造水平。该项目的实施将 国内最先进的技术与装备系统合理组合应用于兴隆庄煤矿，这将极大地提 高我国采矿业的技术装备水平，提高科研单位及现场工程技术人员的理论 与技术水平。同时，该项目的实施，将为煤炭科学技术进步，做出巨大贡 献，将我国煤炭工业的技术水平摊i 司一个更高的层次。 第一- ，就兖矿集团本身的利益而言，l 玎以促进兖矿集团的高速发展。 兖矿集团的战略目标是在2 叭0 年实现产值5 0 0 亿，进行跨地区、跨行业、 跨所有制、跨国经营，其中关键一点是要不断地适时适地参股、控股，通 过资本运营进行低成本扩张，这就要求兖矿集团公司的综合实力再上几个 新台阶。高效示范矿井项目的关键技术是年产6 0 0 万t 工作面的配套设备与 技术，它的主要目标是减人提效、大幅度降低原煤生产成本、矿井集约化 生产。该项目的实施将为兖矿集团其他矿井提供成功的范例；另外，该项 一r 一 东北大学碛士学位论文第一章概速 目的实施也将带来企业内部组织结构、管理方式的创新，特别是思维方式 的创新，真正实现高科技、高投入、高风险、高回报率的企业模式，逐步 与国际接轨，扩大企业整体规模，为兖矿集团公司的高速发展打下良好的 经济基础。 第四，通过该项目的实施，可以为企业创造巨大的经济效益。项目的 成功实施，将使工作面单产达到6 0 0 万t a 并使矿井年产达到7 0 0 力- t ，减少 工作面安撤费用，降低煤岩巷万t 掘进率，减少掘进费用。同时实现一井 一面高度集中生产，减少通风、运输、供电环节，减少整个矿井的原煤生 产人员，从而达到减人提效，降低原煤生产成本，提高经济效益之目的。 另外，通过洁净矿井生产，减少矸石生产量、降低运输费用；提高水、土 资源利用率，减少相应费用；矿区环境综合保护体系的建立运行，间接促 进社会的经济发展。综合分析测算吨煤成本可由8 2 5 元降到7 0 元左右。 1 4年产6 0 0 万t 综放工作面技术难点 6 0 0 万t 综放工作面总体配套技术，在国内外均属首次，因而项目实 施的技术难点很多，主要包括： ( 1 ) 6 0 0 万t 综放工作面设备配套技术。6 0 0 万t 综放工作面为高产 高效工作面，工作面装备的规模大，设备多，技术复杂，是一个庞大的系 统工程。各设备的相互配套关系不能有任何疏忽，从井巷工程到机电设备 都必需按预先的设计有序的进行。 ( 2 ) 高可靠性电液控制放顶煤液压支架研制。要求支架在型式试验中 的耐久性试验达到3 5 万次，在国内液压支架试验中属首次；支架第一次 配套电液程序控制系统，实现移架速度1 2s 架，并实现程序控制放煤， 这些要求在围内外均无经验i j 以借鉴，冈而难度很大。其中支架结构的设 计，工作面和支架液压系统的分析与设计，液压系统兀部件的选型，控制 网络系统方案设计，自动放煤控制机构的设计与实施等项内容，均属电液 控制放顶煤液压支架设计、制造、运行试验之关键。 ( 3 ) 综放工作面大功率高可靠性刮板输送机研制。小时生产能力在 2 0 0 0t h 以上的前后部刮板输送机是6 0 0 力t 综放工作面的大型设备，装 机总功率都在1 0 0 0