煤矿先进生产技术发展水平.doc

煤矿先进生产技术发展水平一、煤炭行业现状中国煤炭行业取得了巨大成就做出了重大贡献，煤炭产量从1980年的6.2亿吨增加到2005年的21.9亿吨。中国煤炭行业是拥有国际领先科技成果最多的行业：放顶煤开采技术，螺旋钻开采技术，急倾斜煤层放顶煤开采技术，峰峰井下堵水技术。煤炭行业为经济发展和社会稳定做出了重大贡献。中国煤炭产量和消费占能源的70%左右，社会贡献：煤炭行业作出了重大的奉献和牺牲高能耗型产业GDP增长就业和农村人口转移社会稳定。国家队煤炭工业健康发展高度重视，2004年国家能源发展战略和方针指出要大力调整和优化能源结构，坚持以煤炭为主体、电力为中心、油气和新能源全面发展的战略。要依靠科技进步和创新，无论是能源开发还是能源节约，都必须重视科技理论创新，广泛采用先进技术，淘汰落后设备、技术和工艺，强化科学管理。要切实加强环境保护，充分考虑资源约束和环境的承载力，努力减轻能源生产和消费对环境的影响。2004年国家发展和改革委员会规划了13个煤炭基地建设。13个大型煤炭基地是神东、陕西、黄陇、晋北、晋中、晋东、鲁西、 两淮、冀中、河南、云贵、东北、宁东，涉及14个省、区， 40多个主要矿区，总面积10.34万平方公里，煤炭保有储量6908亿吨，占全国煤炭储量的70。借鉴美国对煤炭行业的重视及行业技术研发法律、法规，100的机械化促进了安全生产。二、国内外综采发展水平近年来，长壁工作面高效综合机械化开采技术取得前所未有的发展。主要体现在三方面：一、综采工作面生产能力大幅度提高，采区范围不断扩大，出现了“一矿一面”年产数百万t煤炭的高产高效集约化生产模式；二、高效综采装备和开采工艺不断完善，推广使用范围不断扩大，中厚煤层开采一次采全高综采、厚煤层一次采全厚综放和薄煤层综采等技术和工艺取得成熟发展；三、工作面装备的研制开发取得了重大技术突破，年生产能力最高可达到10Mt，并实现了综采工作面自动化生产。1、主要技术特点（1）安全高效矿井的核心就是工作面设备高可靠性和高适应性，可满足工作面高产、高效的生产要求；提高工作面成套设备的可靠性：在保证综采成套设备设计制造质量的前提下，提高其可靠性，减少机电事故，提高采面开机率是提高工作面单产的关键；（2）生产特征表现为生产高度集约化，矿井生产管理更加科学化合理化；（3）矿井生产系统简化，矿井的开拓、掘进、运输、通风、排水、供电系统更加简单，提高了生产的安全性，减少了巷道的掘进和维护，大幅度降低了生产成本；（4）矿井辅助配套装备技术得到发展和提高，如工作面顺槽巷道实现快速掘进和支护；矿井原煤运输实现长距离皮带化；材料、设备、人员运输通过柴油机胶轮车、齿轨或卡轨车可从地面或井底直接到达工作面现场；工作面设备实现快速搬迁。（5）提高采面推进速度：提高采煤机的牵引速度；减小工作面基本架的降架、移架、升架、推溜每个循环时间；两端头支护采用液压支架。（6）提高采放工艺编排水平和熟练操作：根据工作面条件科学合理的组织采放煤工艺，提高操作能力，加强管理制度，减少事故并提高处理事故的水平，减少非生产时间等。2、国内外中厚煤层综采设备发展水平 （1）国外情况国外美国、澳大利亚典型工作面情况见表41、42。表 41美国中厚煤层综采生产水平子公司煤层厚度（m）采高（m）采区宽度（m）采区长度（m）采煤机型号支架（立柱数/支撑载荷 t ）刮板输送机型号、电机功率 KW刮板输送机宽度（mm）/速度（fpm）2004年产量（Mt）Robinson Run No.952.32.23053048Joy 7LS2 DBT 2/808Longwall 42 TIB 3X8001000/3456.2Federal No.22.42.22932743Joy 7LS1A DBT /1005Joy 42 TIB 3X700890/2654.9Loveridge2.52.33052835Joy 7LS2 DBT 2/865Joy 42 TIB 3X8001000/3455Skyline No.3(idle)4.33.82621829Joy 7LS3 Joy 2/680DBT 42 TIB 2X1200988/3540.5West Elk7.03.729010672743Joy 6LS2 DBT 2/980DBT 42 TIB 3X9001132/3656.5Mettiki1.982.71.982.725918292438Joy 7LS1 Joy 2/815Joy 38 TIB 2X700950/2293.1West Ridge2.12.742.42292743Joy 4LS5 Joy 2/813DBT 34 TIB 2X400880/2252.3SUFCO No.12.15.492.444.02834450Joy 7LS3 Joy 2/970DBT 42 TIB 3X10001332/3547.6Deer Creek2.13.02.42291981Joy 7LS2 DBT2/1170Joy 34 TIB 2X600940/2573.4Shoal Creek2.23.32.23.33053353Joy 7LS5 DBT 2/955DBT 48 TIB 3X10001345/2903.8Deserado2.24.263.42443353Joy 4LS5 Joy 2/910Joy 38 TIB 2X900860/4502.6Twenty Mile2.442.92.442.930536584572DBT DBT 2/925DBT 42 TIB 3X10001332/3608.6Bowie Mines No.22.743.02.443.02582134DBT DBT 2/795DBT 34 TIB 2X6001000/2803.9Elk Creek2.74.63.42452073Joy 7LS3A DBT 2/813DBT 42 TIB 3X6001132/2606.6San Juan South3.04.572.444.03053048Joy 7LS5 Joy 2/1100Joy 48 TIB 3X11501100/3507.7表42 澳大利亚部分中厚煤层开采水平 公司名称Newlands Coal Pty. Ltd.North Goonyella Coal Mines Ltd.Moranbah North Coal (Management) P/LOaky Creek Coal Pty. Ltd.BM Alliance Operations Pty.Ltd.Oaky Creek Coal Pty. Ltd.开采范围 ( m ）(45)(2.64.2)(3.84.5)(2.44.2)(3.43.6)(1.7 2.4)覆盖岩层厚度（m）8021014030012030070200145200150250长壁采区宽度（m）250250260245225/173长度（m）1965/19652,80227562885/9992124/2064采煤机型号EL30006LS3 DERDS6LS3-5 DERDSEL3000 DERDSEL 1000 DERDSSL300 DERDS采高 （m）4.5，uni-di3.54.5，uni-di3.84.5，uni-di2.42.9，uni-di2.93.6，bi-di1.92.5，bi-di采煤机电机功率 KW1494970158012408811150支架架 型两柱支撑掩护式支架两柱掩护式支架两柱掩护式支架两柱支撑掩护式两柱掩护式支架两柱支撑掩护式支架支撑载荷t91387098010409501040工作范围 m352.25.334.82.44.22.93.91.42.75控制系统DBT-PM4MS40Joy JNA2DBT-PM4Joy RS20DBT-PM4刮板输送机中部槽宽度 m13321110110010601032链规格PF4/42PF5/42PF4/42PF5/48PF4/34链速（m/s）及厂家1.49，THIELE1.33，THIELE1.671.3，ACT1.3功率 KW2X8552X8503 X 80013001044年产量( t)5,130,6002,170,7002,043,0004,073,7464,193,8004,090,100从国外中厚煤层综采工作面情况可以看出，工作面尺寸大，工作面长度225305m，工作面推进长度普遍在2500m以上，最高达到5000m。采煤机功率大部分在1000KW以上；支架工作阻力在850011700之间；刮板输送机功率在260031150KW之间。美国全部采用两柱掩护式支架，澳大利亚大部分采用两柱掩护式支架。大部分工作面采用自动化控制系统。采用高工作阻力、大功率、高可靠性的设备保证工作面高效安全生产。（2）国内情况2004年，神东公司大柳塔矿（一矿两井）创造煤矿全年产量2109.5588万t，刷新煤矿年产世界纪录。工作面全部为引进设备，主要装备：液压支架JOY（2*8670KN）/141架、采煤机6LS-5型、刮板输送机JOY2*700KW。神东公司榆家梁矿（一井两面）创造煤矿单井全年产量1480 万t，刷新煤矿单井年产世界纪录。工作面全部为引进设备，主要装备：液压支架JOY（2*7625KN）/141架、采煤机SL500型、刮板输送机SDAFC9-3*700KW。神东公司上湾矿综采工作面生产原煤1075万t，刷新综采工作面年产世界纪录。工作面全部为引进设备，主要装备：液压支架DBT4319/142架、采煤机SL500型、刮板输送机JOY3*700KW。2004年，淮南矿业集团公司张集矿生产原煤633.78万t，一井两面，两个综采队产量全年分别达到310万t、278万t。回采工作面效率达到99.1t/工，矿井原煤工效为16.8t/工。全矿实现销售收入17.36亿元，t煤成本143.18元，利润达到10.2亿元，是我国目前经济效益最好的矿井。工作面全部使用国产设备，主要装备：液压支架ZZ6000/21/42型（136架/162架）、采煤机MG400/920-WD型、刮板输送机SGZ800/800（1000/1400）型。西山煤矿总公司屯兰煤矿工作面装备全本土化，年产能力400万t以上，工作面主要装备： 液压支架ZY8000/25/50型、采煤机MGTY500/1200-3.3D型、刮板输送机SGZ900/1050。山西晋城寺河矿的一次采全高工作面，利用国产液压支架，配备进口大功率采煤机和运输机，创下了最高月产60万t的全国纪录。工作面主要装备：液压支架ZY8640/25.5/55型、采煤机SL500型、刮板输送机SGZ1000/1400型。（3）小结从国内外高产高效工作面配套设备可以看出，技术装备的大功率、高可靠性是主要方向发展方向，具体表现有以下几个方面：A.采煤机的模块化设计技术使机器的维护和监测更加简便，可靠性更高。交流变频调速或直流调速电牵引，牵引速度不断提高，最大牵引速度已达到35m/min；大功率、高电压。采煤机总装机功率可达15002000kW。现行1140 V工作电压已不适应大功率采煤机的要求，美国煤矿工作面设备常用电压为2300V，现已开始使用4160 V电压；英国、澳大利亚使用3300 V电压；法国使用5000 V电压；波兰使用6000 V电压；多电机驱动，横向布置，积木式结构，各单元之间没有机械动力传动，简单可靠；采用光电和传感技术，可实现自动识别，滚筒自动导向，其实质是煤岩界面探测技术，它能自动识别煤岩界面，并据此自动调节滚筒截割高度；煤尘控制和故障诊断系统。B.工作面刮板输送机最大工作长度可达到430m，最大输送能力达5000t/h，最大功率超过2000kW。结构上采用整体铸造或组合焊接封底溜槽，减少了螺栓联接，提高了可靠性，使用寿命达到6001200万t过煤量；采用42mm、46mm大断面刮板链，并发展椭圆或扁平紧凑型刮板链；采用CST软启动技术或双速电机技术，大大改善了刮板输送机的工况、提高了输送机的可靠性，使链子和链轮的寿命加倍；故障诊断和工况监测技术，可以连续监测输送机各部件的运行状态，进行故障诊断和报警。C.顺槽转载机装机功率最大已达到525kW，具备自移功能。D.顺槽胶带输送机普遍采用液粘差速或变频调速及多电机功率均衡驱动技术，输送能力达到20003500t/h，输送距离达到20004000m，胶带运行速度不断提高，驱动功率超过2000kW。E.液压支架工作阻力达70009000kN，个别达到12000kN，中心距1.75m，最大达2m，支架整机寿命大大提高。结构件材料越来越多地采用高强度钢材，例如屈服极限690MPa以上的钢板，支架的耐久性试验循环次数达50000次，寿命达14年以上；液压缸的密封材料采用聚氨脂，使用寿命比橡胶密封圈能提高一倍以上。三、井巷支护理论与技术1、二次支护原理（1）深部软岩巷道产生大范围的破碎区、塑性区难以避免，一次支护为让压支护，巷道围岩达到较小变形速度下的力学平衡，充分释放围岩变形能、发挥围岩承载力；二次大刚度、高强度支护减少巷道围岩偏应力，促进围岩应力向长时强度和稳定的流变状态转化，避免围岩在高应力状态下及再次应变软化与蠕变劣化导致的围岩状态恶化、承载力降低。（2）建立深井、软岩巷道二次支护控制围岩稳定原理的大刚度高强度二次支护的粘弹、粘塑性力学模型，应用该模型计算得到了二次支护围岩应力状态的解析解和二次支护的工作阻力计算式，为深部软岩巷道二次支护的确定提供了理论依据。2、巷道稳定与支护技术（1）“关键承载圈”的概念 围岩在开挖（卸压）后的破裂有形成“承载圈”的趋势，最终的形式将根据压力大小、变形大小、支护迟早等决定。“承载圈”对巷道稳定有重要作用，深埋巷道“三锚”耦合与动态叠加支护技术，利用“关键承载圈”承载能力和稳定特性是“三锚”耦合与动态叠加支护的关键-使承载圈具有一个可挤压、变形有限、稳定的巷道“外壳”（2）锚杆形成承载基础既然锚杆支护无法阻止围岩的松动，那么也无需特别提高顶板支护体强度，只需把短锚杆的延展性、高抗拉强度、抗剪强度的优越性发挥出来。短锚杆锚固厚度小，锚固体扩容变形量相对较小，扩容应力也较小，利用全长锚固等强螺纹钢锚杆支护，可满足复合顶板底层锚固体的扩容变形和扩容应力，形成初期支护阶段的顶板挤压加固拱平衡状态，形成强度很高的次生承载圈（层）。(3)锚注增强破坏松动体强度其一是提高松动圈内破裂岩体强度。利用注浆锚杆内浆液充填大松动圈内的破裂面，将破裂岩体固结起来，使松动圈内块体黏结成整体结构，同时使原松动圈块体由单向或者双向受力变为三向受力状态，从而大大提高破裂岩体残余强度和改善其力学性能，注浆锚杆本身由于向围岩中注浆，使得普通锚杆也变成全长锚固锚杆，提高了锚杆的锚固力及锚固体（组合拱）的强度，从而增加围岩自身承载能力，提高了支护结构的整体性，保证围岩松动圈的稳定性. 3、锚索减小巷道跨度，继续强化承载体(1)利用钢绞线锚索对岩体挤压加固作用，使锚索之间相互促进、相互补强，而且与短锚杆、长锚杆所加固的承载体相互补强。锚索有很好的延展性和抗拉强度，使锚索形成的锚固岩体在巷道顶板中部形成一条强度大、塑性强、结构稳定的承载体。(2)锚索锚固点处在松动圈之外，增加了顶板承载体的稳定性。(3)锚索布置在两排锚杆之间，增加了支护的密度，锚索与长锚杆相同的高延展性、高强度，进一步提高了承载体的强度、塑性和抗弯曲破坏能力，提高了承载体的自稳能力。4、支护材料的开发应用（1）高强锚杆及锚固剂 为适应深部巷道支护的需要，研制了KMG600型无纵肋左旋螺纹钢高强锚杆及新型树脂锚固剂，无纵肋螺纹钢锚杆采用高强度优质钢材，杆体屈服强度达到600MPa，抗拉强度达到815MPa，采用自动化生产线，滚压工艺制造，强度比全螺纹等强锚杆提高了30以上，其设计结构合理，非常适用于深井巷道和压力大的地点。其与新型锚固剂配套，具有预紧力高、锚固效果好、安装可靠、不退丝等特点。 （2）开发了厚钢带 针对深部支护W及M钢带易引起撕裂现象，开发了适应深部支护的BHW-280-5.00型厚钢带，厚钢带的强度比普通钢带提高50以上，与高强锚杆配套使用，大大提高支护的整体性及围岩控制效果，避免了钢带撕裂、锚杆失效的问题。 （3）推广应用了美国捷马锚杆引进了美国捷马让压锚杆，该锚杆的特点是在高强锚杆的基础上，增加了让压环，让压环的强度根据巷道矿压及变形情况调整。在华丰矿1611上下巷、1410综放切眼及潘西矿831运输巷等地点进行了试验应用，取得了较好的效果，使困难条件下的巷道围岩得到了有效控制。 （4）开发了高预紧力注浆锚索 新矿集团泰安清大机械开发公司研制的高强度预应力注浆锚索，由注浆嘴、预应力锚头、多根7mm的钢丝、支撑骨架、中空注浆管、搅拌头等部分组成，长58米，最小直径31mm，最大直径35m