（矿业工程专业论文）超长高效综放工作面提高回收率的研究.pdf

东北大学工程硕士学位论文 摘要 超长高效综放工作面提高回收率的研究 摘要 综采放顶煤工艺是在特厚煤层( 或分层) 底部布置综采工作面，采底煤同时利用矿压及辅 助措施破煤，将支架上的顶煤放出的新型煤炭开采技术。衡量高效综放优劣的关键指标是煤炭 回收率，如何提高综放回收率也是综放工艺面i 晦的基本难题。兖矿集团综采放顶煤工艺在短短 十年间经历了引进、转化、发展、成熟四个阶段，经过九五、十五科技攻关，目前已达到以电 液自动控制高强度液压支架、电牵引采煤机、大运力输送机和自动安全监测为主要标志的半自 动化阶段，年产达到6 0 0 万t 水平，井将回收率提高的8 7 以上的新水平。充矿综采综放发展 的历程有力地说明了高效综放工艺是厚煤层开采实现高产、高效、高回报率的最佳途径，比之 分层开采有着无法比拟的优越性。 当前的回收率问题也就是高效综放工艺的优化问题，即要研究项煤有控制的冒放技术及其 设备、工艺的配套问题。要提高回收率，必须建立煤炭损失的概念，分清煤炭损失的种类极其 影响因素，研究“支架一围岩”之间的相互关系，掌握顶煤的运移、破碎、冒落规律，指导支 架的选型、设计，优化综放工艺各项参数，努力探求提高回收率的各种途径。 本课题通过理论分析、模拟试验和现场监测，深入研究了顶板沿纵向和推进方向的运动破 坏规律、项煤的运移、破碎、冒落规律及支架阻力的变化特点和对支护、放煤工艺的适应性， 提出了改迸放煤工艺和支架结构性能的建议。 本课题通过理论分析和现场试验对工作面几何尺寸、采高、采煤机截深及割煤方式、放 煤步距等工艺参数进行了优化，并摸索出适用于4 3 2 6 超长工作面和高性能配套设备的高效综 放工艺，达到高效综放软件和硬件的高度统一和相互促进。 通过对提高回收率途径的深入分析，本课题提出并实践了降低初采损失的超长工作面布 置，降低端头损失的新型电液控制端头放煤支架及下端头切顶小支架，降低工艺损失的新型电 液控制中间放煤支架、端部及中间进刀方式、放煤步距、放煤顺序、后部输送机回没装置，开 展了用电磁波c t 探测技术探测地质构造、煤层裂隙发育区、煤层厚度分布的研究，结合先进 的方法和精细管理，以稳产、高产和合理的煤炭损失成功推过了落差大于3 0 m 、横贯工作面 的王楼1 # 断层。 l i 东北大学工程硕士学位论文 摘要 4 3 2 6 ：t = 业性试验实现了高回收率基础上的高产高效最高日产2 4 0 4 7 t ，平均日产2 0 3 7 6 t ： 最高月产6 3 1 6 6 8 t ，平均月产5 7 0 5 3 2 t ；最高工效3 6 9 3 9 t ，工，平均工效3 1 3 f f i ：累计回收率为 盯4 3 。工作面单产达到了年产6 8 4 万t 的水平，并具备8 0 0 万t 的生产能力，各项生产技术 指标国内领先，多项生产技术指标达到了世界一流水平，此成果将我国高效综放核心技术推向 一个全新高度，具有极强的国际竞争力，形成厚煤层开采独树一帜、与一次采全高的高效综采 技术齐头并进、平分秋色的可喜局面，具有极大的推广价值。 关键词顶煤损失因素顶煤运移规律高效工艺试验提高回收率途径 i n 东北大学工程硕士学位论文a b s l 卧c t l o n g e f f i c i e n t f u l l y m e c h a n i z e d t o p c o a l j c a v i n g f a c e i n c r e a s e i n gr e c o v e r ys t u d y a b s r a c t t h et e c h n i c so fm e c h a n i z a b l ec a v i n gc r a f ti st h en e wt e c h n o l o g yt op l a c ef a c ea tt h eb o t t o m s p e c i a lt h i c kc o a ls e a m ，u s i n gt h ep r e s s u r eo f m i n ea n da i d i n gm e t h o dt ob r e a k a n dp u to u tt h et o p c o a l t h ek e yq u o t at ow e i g h tt h em e c h a n i z a h l ec a v i n gc r a f ti st h er a t eo fc o a lr e c o v e r ) h o wt o i f l c r e a s ei ti sa l s ot h eb a s i cd i f f i c u l tp r o b l e mt h a tt h em e c h a n i z a b l ec a v i n gc r a f tf a c e dw i t h t h e m e c h a n i z a b l ec a v i n gc r a ro fy a n z h o um i n i n gg r o u pd e v e l o p e df a s tu n d e rt h eb a c k g r o u n dt h a tt h e d i v i d e d e x p l o i t a t i o n o fd e e pc o a l l a y e r s f l u c t u a t e da n ds e e kr e f o r m a t i o n ，a n dw e n tt h r o u g h i n t r o d u c i n g , t r a n s f o r m ，d e v e l o p ，r i p ef o u rs t a g e sd u r i n gt h es h o r td e c a d e s , h a sa l r e a d yr e a c h e dt h e h e m i - a u t o m a t i z a t i o nc o n t r o lt a k i n gt h eh i g h a c c u r a c yh y d r a u l i cp r e s s u r es u p p o r tw i mt h ee l e c t r i c l m i d ，t h em i n i n gm a c h i n ew i t he l e c t r i c i t yd r o u g h t , b i gt r a n s p o r t a t i o nc o n v e y e ra n da u t o - m o n i t o r s y s t e ma st h em a i ns i g na tp r e s e n t ，a n dp r o d u c e d6 3 0 ，0 0 0 tp e r m o n t hm o s t h i 曲，6 - m i l l i o n ta n n u a l l y , t h er a t eo fm o r et h a n8 7 r a i s e dr e c o v e r y t h ed e v e l o p m e n tc o u r s eo ft h em e c h a n i z a b l ec a v i n g c r a f ti ny a n z h o um i n i n gp r o v e st h eh i g l l - e f f i c i e n tc r a f ti st h eb e s tw a yf o rt h i c kc o a ls e a m e x p l o i t a t i o nt or e a l i z eh i g hy i e l d ，h i g h - e f f i c i e n t ，h i g h - e f f i c i e n t r e s e a r c h i n gh i g he f f i c i e n c yi sa l s ot oo p t i m i z ea l lp a r a m e t e r so fm e c h a n i z a b l ec a v i n gc r a f t t e c h n i c s t h eh i g h - e f f i c i e n tm e c h a n i z a b l ec a v i n gc r a f tm u s tr e g a r da d v a n c e da n ds c i e n t i f i cm i n e p r e s s u r e ，s u p p o r t a n dc a v i n gt h e o r ya s g u i d e ，i ti s a l s os a i dt h a tw em u s tf u r t h e r s t u d yt h e s u p p o r t - w a l lr o c kr e l a t i o n t h ep a p e ra n a l y z e st h e r u l eo f t o pb o a r dm o v e m e n t d e s t r o ya n dd r o pi n h i g h - e f f i c i e n tm e c h a n i z a b l ec a v i n g ，i ti s o fi m p o r t a n ts e n s ef o rb r a c k e ts e l e c t i o na n do p t i m i z e d e s i g n ，a n ds e e kr a t i o n a lm e c h a n i z a b l ec a v i n g c r a f t t h e h i g he f f i c i e n tm e c h a n i z a b l ec a v i n gc r a f tm u s tr e g a r dt h eo p t i m i z i n ge q u i p m e n t a ss u p p o r t t h i sp a p e re x p l a i n st h ee q u i p m e n tp e r f o r m a n c ea n dt h ei m p o r t a n c eo fi t sa d a p t a b i l i t yt oc r a f ta n d c o n d i t i o n o t h e r w i s et h ed e v e l o p m e n ta n dp e r f e c to fh i g h e f f i c i e n tm e c h a n i z a b l ec a v i n gc r a f t d e m a n d st h eb e t t e rd e s i g n ，p r o c e s s i n ga n dm a n u f a c t u r i n gt o o ，t h u sp r o m o t e dt h ed e v e l o p m e n to f m a n u f a c t u r i n gi n d u s 埘o f t h e c o a lm i n e e q u i p m e n t h i g h - e f f i c i e n tm e c h a n i z a b l ec a v i n gc r a f tm u s ts o l v et h ep r o b l e mt h a tt h er a t eo fr e c o v e r yi s l o w b e s i d e s ，t h e c o a l r e c o v e r y r a t ei sa n i m p o r t a n t i n d e xt o a p p r a i s e t h eh i g h - e f f i c i e n t m e c h a n i z a h l ec a v i n gc r a f tt o o t oi m p r o v et h ec o a lr e c o v e r yr a t e ，i tm u s ts e tu pt h ec o n c e p to f w o r k i n g f a c el o s t ，d e f i n et h el o s tc o m p o s i t i o n ，a n a l y s e st h er e a s o nc o n s c i e n t i o u s l y , t h u so f f e r sb a s i s f o r d e c i s i o n - m a k i n g t h ek e yo fh i g h e f f i c i e n tm e c h a n i z a b l ec a v i n gc r a f ti st h ec o m p a t i b i l i t yo ft h er a t i o n a lc r a f t a n de q u i p m e n t t h r o u g ho p t i m i z i n gm e c h a n i z a b l ec a v i n g c r o f t ，t h ep a p e rs e e k sb e s tc o n t r o lw a yo f j i v 东北大学工程硕士学位论文 a b s t r a c t t o pc o a lc a v i n g ，c o n t r o l st h ef o r m i n g , d e v e l o p m e n t ，c y c l eo f c a v i n g c o a le l l i p s es p h e r o i d ，i m p r o v e s t h ec o a l r e c o v e r y r a t et ot h em a x i m u me x t e n t ，r e d u c e sm i x t u r ow a s t er o c k ，s e e k st h eb e s t e q u a l i z a t i o np o i n t o f t h ec o a lr e c o v e r yr a t ea n dt h ec o a ln a t u r e t h es u b j e c te n c i r c l e s4 3 2 6 t h ee q u i p m e n ta n dt e c h n o l o g ys t u d yo f6m i l l i o ntm e c h a n i z a b l e c a v i n gw o r k i n gf a c e “，a r o u n d4 3 2 6 ，m a k e sg r e a te f f o r t st os e e kh i g hy i e l d ，h i g h - e f f i c i e n ta n dh i g l l r e c l a i mr a t ea n dm a k et h eg r a t i f y i n ga c h i e v e m e n t i n d u s t r yt e s t ，o b t a i n sm o s th i g ht op r o d u c e 2 4 0 4 7t o n sd a i l y , p r o d u c e2 0 3 7 6t o n sd a i l ye q u a l l y , p r o d u c e6 31 6 6 8 th i g h e s tm o n t h l y , 5 7 0 5 3 2 t so n a v e r a g ep e rm o n t h ，s u p r e m ew o r ke f f i c i e n c y3 6 9 3 9 tp e rw o r k e r , 3 1 3t w o r k e r so na v e r a g e ，i ti s 8 7 4 3 t oa d d u pt ot h er e c o v e r yr a t e w o r k i n gf a c ep e ru n i ty i e l du p t oa n n u a lo u t p u t6 ，8 4 0 ，0 0 0t l e v e l ，p o s s e s s8m i l l i o n tp r o d u c t i o nc a p a c i t y t h e4 3 2 6i n d u s t r i a lt e s tr e a l i z e sh i g hy i e l da n dh i g h e f f i c i e n c yo i lt h eb a s eo fh i g l lr e c o v e r y r a t e ，e v e r yp r o d u c et e c h n i c a li n d e xl e a d sa th o m e ，m u l t i p l ei n d e x e sh a v er e a c h e dt h ew o r l d - c l a s s l e v e l t h i sa c h i e v e m e n tp u s ho u rc o u n t r yh i g l l - e f f i c i e n tm e c h a n i z a b l ec a v i n gc r a f tt oaw h o l en e w h i g hd e g r e e ，a n d h a s v e r ys t r o n g i n t e r n a t i o n a l c o m p e t i t i v e n e s s ，t a k e s t h et h i c kc o a ls e a m e x p l o i t a t i o n o fi t s o w n ，f o r mag r a t i f y i n g s i t u a t i o nw i t ho n eh i g i l - e m c i e n tm e c h a n i z a t i o n t e c h n o l o g ys i d eb ys i d e ，i th a sg r e a tp o p u l a r i z a t i o nv a l u e 。v 声明 本人声明所呈交的论文是在导师的指导下完成的。文中取得 的研究成祭除加以标注和致谢的地方钋，不包含其他入已经发 表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用 过的材料。与我一同工作的同惠对本研究艨傲鳃任何贡献均己在 论文中作了明确的说明，并表示感谢。 本人签名：歹妻爻灞 墨 期。；、7 东北大学工程颂j ：学位论文 第一章引言 第一章引言 综采放顶煤技术是在特厚煤层( 或分层) 底部布置综采工作面，采底煤同时 利用矿压及辅助措施破煤，将支架上的顶煤放出的新型煤炭开采技术。具有生产 集中、系统简单、掘进率低、节省大量设备和人力、对煤层地质变化适应性强等 特点，主要适用于厚度5 m 以上的特厚煤层的开采。兖矿集团综采放顶煤工艺自1 9 9 2 年初次在兴隆庄矿试验成功至今的十多年时间里，已由当初的普通综采改制设备 和单产1 0 0 万吨的水平，发展到目前以电液程序控制技术为主的大功率、大运量、 高可靠性、自动监测、半自动化控制配套设备，单产水平突破6 0 0 万t 。国家技术 创新“十五攻关”项目6 0 0 万吨综放工作面设备配套与技术研究以兴隆庄煤矿 4 3 2 6 工作面为试验地点，以年产6 0 0 万t 为目标，对工作面相关设备和外围保障系 统行研究，通过3 个月的工业性试验，取得了最高日产2 4 0 4 7 吨，平均日产2 0 3 7 6 吨；最高月产6 3 1 6 6 8 t ，平均月产5 7 0 5 3 2 t ；工作面单产达到了年产6 8 4 万t 的水 平，并具备8 0 0 万t 的生产能力；最高工效3 6 9 3 9 t 工，平均工效3 1 3 t 工；累计 回收率为8 7 4 3 ，超过厚煤层分层开采工作面综合回收率水平，成功解决了综放 开采的回收率难题，综合防尘、防灭火及通风瓦斯管理等方面关键技术也实现了 多项突破，保证了综放开采的先进、安全、高效，各项指标居世界领先水平。 本文以十五攻关项目试验工作面4 3 2 6 为重点，结合兖矿集团多年来综放工艺 的探索实践，就高效综放提高煤炭回收率的方法和途径进行了深入探讨。 1 1 研究背景 综放技术研究的主要内容包括：顶板、顶煤运动规律及地表移动与岩层移动 控制技术，顶煤冒放性规律及提高可放性技术，综放采区及工作面提高回采率技 术，综采放顶煤成套装备( 主要包括放顶煤支、后部刮板输送机、可放煤端头支 架等) ，综采放顶煤工作面主要尘源防降尘技术与装备，综放采区与工作面瓦斯防 治技术与装备，综放防灭火技术与装备等。 “九五”期间，充矿集团承担的行业“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，已经取得了多项突破，实现最高月产 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；回采工效1 7 7 9 t i ， 最高回采工效1 8 8 i t i ；回收率在灰分为1 7 8 时达到8 1 4 2 ，在灰分为2 1 8 8 东北人学工程硕士学位论文第一章引言 时达到8 5 1 7 。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，特别是 回收率未达到合理灰分下的高水平，需进一步提高工作面设备的自动化程度和可 靠性，进一步研究综放工艺，总结出科学合理的综放工艺及其有关参数。 我国的煤炭工业技术平均水平还远远落后于发达国家的水平，煤炭工业的技 术落后，不但导致煤炭成本高，经济效益差，不少煤炭企业长期处于亏损状态。而且 由于技术落后导致资源回收率低，造成不可再生煤炭资源极大的浪费，引发自然发 火，对通风安全构成巨大威胁。而且，煤炭是不可再生能源，就具体矿区而言资 源是有限的，随着开采强度的加大和有限资源的消耗，大部分中老矿区面临资源 匮乏的巨大压力。特别是兖矿集团目前可供综放开采的厚煤层可采储量极其有限。 到2 0 0 1 年末，兖州矿区九座矿井全部达到精查程度，总资源量为4 0 6 3 9 2 5 万吨， 其中，暂不能利用储量( 厚0 6 加7 m ) 7 4 3 6 1 2 万吨，能利用储量3 3 2 0 3 1 3 万吨。 在能利用储量中，工业储量3 0 9 3 9 5 5 万吨，可采储量1 9 6 2 8 7 4 万吨，远景储量( d 级) 2 2 6 3 5 8 万吨。可采储量中“三下”压煤1 1 8 0 9 0 万吨，占总可采储量的6 0 2 ， 矿区4 5 4 9 平方公里范围内分布有2 7 2 个村庄，平均1 6 7 平方公里就有一个村庄。 可采储量中小于1 3 m 煤层的可采储量6 9 1 7 0 1 万吨：1 3 3 5 m 煤层的可采储量 3 8 4 2 9 1 万吨；大于3 5 m ，适合综放开采的厚煤层储量8 8 6 8 8 2 万吨，不到9 亿吨。 兖矿集团现有煤矿设计生产能力2 2 7 5 万吨，2 0 0 2 年实际生产能力4 1 0 0 万吨。按 这一生产方式计算，每年矿区煤炭生产所消耗的煤炭储量为； q = 矿区年产量( 万吨) 产量系数k = 4 1 0 0 万吨x1 6 7 = 6 8 5 0 万吨，年 由此计算出储采比为r q = 9 0 0 0 0 - 6 8 5 0 = 1 3 年。综放回收率低是当初阻碍综放 发展的主要因素之一，提高回收率就是在有限的资源条件下增加绝对生产量，就 是延长矿井的寿命，提高综合效益。近年来，尽管综放综合回收率达到8 0 以上 的水平，但放煤回收率依然偏低，仅达到7 0 左右，提高放煤回收率迫在眉睫。 1 2 国内外综采技术发展现状 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长3 3 5 m ，采高3 o m 的工作面，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 - 4 5 0 1 0 0 0 l 型电牵引 东北大学工程硕士学位论文 第一章引言 采煤机，截深1 o m ，牵引速度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 1 t 的欧洲记录。美国塞浦路斯公司2 0 英里矿在2 5 0 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o 9 m ，用2 x 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 4 9 t a ，一矿一面。 广泛采用大功率高效能重型成套机电设备。 工作面推进长度一般2 0 0 0 m 3 0 0 0 m ，最长己达5 2 8 0 m 。美国西部某矿设计工 作面推进长度甚至己达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 。 工作面设备配套合理。美国综采面刮板输送机、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，为保持工作面稳定高产创造条件。 工作面设备监测监控设施齐全，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可靠，能满足高产高效工作面要求。 工作面直接生产成本和矿井吨煤生产成本低，经济效益好。 国内综采一次采全高技术以神华集团为主要代表，单产水平处于世界领先地 位，。2 0 0 2 年，神华集团神东公司大柳塔矿大柳塔井和榆家粱矿采用进口设备， 原煤产量分别达到1 0 8 5 万吨和1 0 5 9 万吨，大柳塔井综采工作面年产量达到8 7 4 万吨，榆家梁矿综采工作面年产量达到8 6 2 万吨，双双超过了美国2 0 英里矿保持 的年产7 7 7 8 1 万吨、综采工作面年产6 4 9 4 3 万吨的世界先进水平。 东北大学工程硕：b 学位论文第一章引言 1 3 国内外综放技术发展历程 1 3 1 国外综放发展历程及其效果评价 放顶煤开采法由来已久，法国、前苏联、南斯拉夫、匈牙利、罗马尼亚、捷 克等近十个国家与本世纪4 0 年代末至5 0 年代初即开始使用放顶煤技术。1 9 5 7 年， 苏联研制出k t y 型放顶煤支架：1 9 6 3 年法国研制出香蕉型放顶煤支架，于法国布 朗齐矿获得了成功，之后英国、德国、南斯拉夫等国相继引进了这一技术。1 9 7 7 年法国利用f b s - 4 3 4 0 放煤之家。1 9 8 7 年匈牙利生产制造了v a p 7 3 2 型顶煤开天 窗支架。由于国外的房顶美开采大多用于非正规工作面，因此工作面单产始终没 有超过分层开采。8 0 年代中期以后，国外房顶煤开始萎缩，到9 0 年代初期，只有 极少数矿井使用综放开采。1 9 9 2 年全世界( 中国除外) 只有十多个综放工作面。 平均日产均不超过2 7 0 0 吨。 1 3 2 国内综放发展的四个阶段 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。国内综放主要技术经济指标：条件较好的工作面 达到年产2 5 0 3 0 0 万t ，九五攻关项目的试验工作面达到4 0 0 万t ，条件复杂的工 作面达到年产1 0 0 万t 以上；生产成本比一般分层综采降低1 0 ：工作面回采率达 到8 5 ；采区回采率达到7 5 ；粉尘含量不超过同等条件分层综采工作面的指标， 有效控制了重大瓦斯、火灾事故。其发展历程可分四个阶段： 8 2 年8 6 年为研发阶段。1 9 8 2 年以前，我国厚煤层的开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。放顶煤液压支架是由北京 开采所和沈阳煤研所联合设计，郑州煤机厂制造。该项目于1 9 8 6 年9 月进行了鉴 定。与此同时，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，该项目由北京开采所承担，窑街矿务局和郑州煤机厂 协作，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，1 9 8 6 年7 月 进行了技术鉴定，1 9 8 8 年和1 9 9 0 年该项目分获煤炭工业部和国家科技进步二等奖。 东北人学t 程硕士学位论文第一章引言 8 6 年 9 2 年为转化阶段。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 放顶煤采煤法；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，都取得了良好的技术经济效果。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，1 9 9 1 年阳泉一矿首先刨下综放 工作面单产1 4 万t 月的记录，使人们看到了综放工作面实现高产高效的前景。此 后，各矿区均在不断更新装备，朝着高产高效的方向努力，自1 9 9 1 年以后，综放工作 面最高单产和年产不断被刷新。在1 9 9 1 年一年内潞安漳村矿综放工作面月产又突 破1 5 万t ：晋城凤凰山矿综放最高单产达1 8 万t 月；潞安五阳矿综放工作面单 产突破2 l 万t 。 9 3 年- - 9 8 年为快速发展阶段。1 9 9 3 年潞安王庄矿达3 1 1 万t 月，年产达到2 5 3 万t ；1 9 9 4 年兖州兴隆庄矿综放队年产达2 7 2 万t ：1 9 9 5 年又达3 0 0 万t 。1 9 9 6 年兖州东滩矿综采一队综放工作面年产量达到3 5 0 万t ，1 9 9 7 年又创年产4 1 0 万t 的新水平。 9 9 年至今为成熟阶段。主要以九五、十五攻关项目的巨大成功为标志，将综 放工艺推进到年产6 0 0 万吨的世界领先水平。至此，综放开采不仅只是不稳定厚 煤层开采的最好方法，而且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。 1 3 3 兖矿集团高效综放技术现状 兖矿集团自1 9 9 2 年究州矿区第一个综放工作面( 兴隆庄矿5 3 0 6 工作面) 试验 成功之后，综放工艺技术得到迅速推广，在短短几年时间内，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。综采放顶煤技术在较好地解决 了煤尘、瓦斯、防灭火以及设备配套和回收率问题之后，以其低掘进率、低成本、 高产量、高效率、高效益等多方面的绝对优势，突破分层开采单产、效率徘徊不 前的局面，在国内获得突飞猛进式的发展。特别是充矿集团兴隆庄煤矿承担的国 家”九五”攻关项目”缓倾斜特厚煤层高产高效综放开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，高效综放的雏形已经形 成。液压支架为z f s 6 2 0 0 1 8 3 5 型放煤液压支架，额定工作阻力6 2 0 0 k n ，采煤机 为m g t y 4 0 0 9 0 0 3 3 d 电牵引采煤机，总装机功率9 0 0 k w ，截深0 8 m ；工作面刮 东北大学工程硕士学位论文第一章引言 板输送机为s g z 9 0 0 2 3 7 5 刮板输送机，设计长度2 0 0 m ，输送能力1 5 0 0 t h ，电 机功率2 3 7 5 k w ，内槽宽9 0 0 r a m ，顺槽转载机为s z z l 0 0 0 3 7 5 型转载机，设计 长度6 0 m ，输送能力2 2 0 0 t h ，电机功率3 7 5 k w ，内槽宽1 0 0 0 m m 胶带输送机为 s s j l 2 0 0 3 2 0 0 可伸缩胶带输送机，设计长度1 0 0 0 m ，胶带宽度1 2 0 0 m m ，带速 3 5 5 m s ，电机功率3 2 0 0 k w , 实现机尾自动前移和胶带自动张紧。设备运行状态良 好，工业性试验3 个月，共产煤1 0 6 6 1 0 4 ，平均日产1 2 1 1 4 ，最高日产2 0 1 6 9 t ，平均 月产3 5 5 3 6 8 t ，最高月产4 0 0 3 6 8 t ，实现年产4 2 6 万t ，具备年产5 0 0 万t 的生产能力， 回采率达8 5 1 7 ，工作面平均回采工效1 7 7 9 8 t ，工，最高工效2 8 8 1 2 9 v i ，总体 开机率达到6 6 3 8 ，能够满足高产高效需要。2 0 0 0 年，兖矿综采队年产量全部达 到3 0 0 万t 以上水平，最高产量达到5 1 2 6 1 万t ，进入国际领先行列。2 0 0 2 年，兖 矿集团兴隆庄矿综放一队和东滩矿综放一队，双双刷新综放工作面年产纪录，兴 隆庄矿综采一队通过十五科技攻关，不仅圆满完成了攻关项目的各项指标、任务， 而且实际创出年产6 3 9 9 2 万吨的全国综放最高纪录，回收率达到8 7 4 3 ，接近分 层开采的综合回收率水平。兖矿集团的综放核心技术居世界领先水平。 高效综放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、实现矿井集约化生产。该 项目的实施将为充矿集团其他矿井提供成功的范例；另外，该项目的实施也将带 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。 1 4 本课题目标和主要内容 1 4 1 课题目标 ( 1 ) 设备配套性能 以液压支架采用电液自动控制、采煤机采用大功率电牵引方式、大运力高强 度软启动自动紧链工作面输送机等高性能设备配套为硬件保证，全面适应高效综 放工艺需要。 ( 2 ) 单产、工效水平：日产2 万t ，月产达到5 7 万t ，年产水平达到6 0 0 万t ， 工作面效率达到3 0 w 工。 ( 3 ) 回收率指标：达到8 6 以上。 东北人学t 程硕1 ：学位论文第一章引言 1 4 2 提高综放回采率相关技术的研究内容 ( 1 ) 高可靠性电液控制放顶煤液压支架的研制 包括端头和中间放煤液压支架，要求支架具有良好的放煤效果和可靠性，尽 量减少自身故障的产生，简化结构，便于使用维护，适应于厚及特厚煤层低位放 煤开采，满足放煤、拉移和与中间放煤支架衔接的需要，特别是在增大放煤空间， 提高放煤效率，减少放煤损失，提高设备可靠性方面效果显著；为了能与中间放 煤支架快速循环相适应，其支架循环操作时间( 1 2 秒，实现程序控制和自动操作； 提高支架的工作可靠性，减少故障时间，并尽量简化结构，便于安装、拆除和大 修；充分考虑支架的排矸能力。 ( 2 ) 顶煤运移规律研究 研究顶煤运移规律和顶板冒落规律包括工作面中部和端头顶煤运移规律，直 接顶板冒落规律及其综放工艺的影响：综放成套装备条件下工作面矿压显现规律 与支架适应性，新综放成套装备下支架受力状态测定分析，端头放煤支架的矿压 显现特征，对新支架的适应性评价。 ( 3 ) 高产高效综放工作面回采工艺研究 新综放成套装备的高产高效综放工艺及参数研究，如采放比、循步步距，割 煤方式、放煤方式；综放工作面端头放煤技术的研究，包括端头支护方式、端头 放煤工艺及有关技术试验；新综放成套装备的高产高效综放作业方式，包括作业 方式及合理参数，工艺组织等研究。 ( 4 ) 后部输送机回收煤炭装置的研制 由于放顶煤工作面的特殊性，以往后部输送机中部槽老塘侧的浮煤大量丢失， 为了提高煤炭的回收率，专门设计研制一种安装在中部槽老塘侧的浮煤回收装置， 当支架前移时，冒落的顶煤直接落在回收装置上，使输送机后部的浮煤得以回收。 ( 5 ) 断层的c t 探测与过断层控制技术 随着开采工艺和技术的不断发展提高，对工作面内隐伏构造的探测精度越来越 高。工作面内小构造常规探测方法有槽波地震法、电磁波透视法等，对落差大于1 2 煤厚的小构造探测精度一般较高，但对于落差小于煤厚1 4 构造的探测准确度较低。 本项目利用电磁波c t 技术对工作面地质构造进仔细探测，力争满足高产高效生产 的要求。 东北大学工程硕士学位论文第一章引言 1 5 课题难点及创新点 综放回采涉及一系列复杂艰深的技术难题，比如对各种不同赋存条件下煤层、 煤质的分析判断、实现煤层控制冒落的技术及装备支持，安全监测技术装备与支 持等等，而要提高综放回收率，必须要在解决好以上各类问题的基础上，寻求最 佳综放回采工艺流程和控制方式。 1 5 1 项目攻关技术难点 在6 0 0 万t 高效综放工作面总体配套技术条件下提高回收率的研究，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 2 s 架，并实现程序控制放煤，这些要求在国 内外均无经验可以借鉴，因而难度很大，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，液压系统元部件的选型，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 ) 快速推进超长综放工作面煤岩层运移及控制技术。对于工作面长度在 3 0 0 m ，采煤机截深l m ，推进速度快( 日进6 8 m ) 条件下的综放工作面岩层控制、 放煤控制在国内外均无先例。 ( 4 ) 6 0 0 万t 综放工作面地质保障技术。地质保障是6 0 0 万t 综放工作面 顺利运行的基础，煤层顶板赋水性的探测，工作面地质异常的高精度、高分辨 率探测，煤层厚度的电磁波c t 成像数据采集技术和数据处理、解释技术等， 均是地质保障系统的难点。 ( 5 ) 多学科、多专业领域攻关技术集成。以上各种多学科、多专业领域攻关 技术集成的本身构成了本课题整体实施的难度。 1 5 2 项目的创新点 可以归纳为以下几个方面 东北人学工程硕士学位论文 第一章引言 ( 1 ) 6 0 0 万t 综放工作面总体配套 首创国内外第一个长3 0 0 m 的综放工作面； 采用国内外先进技术、先进设备相结合，软、硬件技术相结合，机电一体 化，具有故障诊断和智能控制系统的电牵引采煤机，大功率大运量前后部刮板输 送机，电液控放顶煤液压支架，自移式转载机，强力可控软启动胶带输送机等国 内首次研制并使用的大型设备一体化总体配套技术。 ( 2 ) 高产高效综放工作面采煤工艺 1 o i i l 大截深，一刀一放，单向割煤，全方位采煤、放煤平行作业的采煤 工艺为国内外首创； 电液阀程序控制自动放煤工艺，在世界上第一次实现智能化+ 人工干预的 放煤自动化。 ( 3 ) 智能化放顶煤支护设备 电液控放顶煤液压支架及排头支架，移架速度8 1 2 s 架，耐久性试验 3 5 万次，为国内首创； 国内外第一套放煤电液控系统； 超长综放工作面大流量双路供液系统设计，采用定量化液压系统设计方 法，实现大吨位液压支架的快速移动，在国内外均属首次； 首次在综放工作面采用跟机自动控制，实现以采煤机位置控制移架、推溜、 放煤、拉后部输送机等工序的运行，极大的提高了工作面的自动化程度； 第一次实现放顶煤液压支架支护状态、支架一围岩相互作用关系以及矿山 压力显现数据的自动采集与传输处理； ( 5 ) 地质保障技术 在国内外首次实现3 0 0 i 长工作面电磁波c t 成像，并首次实现在特厚煤 层条件下，准确探测出落差小于1 5 煤厚的小断层。 1 6 试验工作面概况 1 6 1 工作面位置 4 3 2 6 工作面位于四采区下部，其