枣矿集团蒋庄矿极薄煤层机电一体化技术及装备安全高效开采应用情况介绍.doc

极薄煤层机电一体化技术及装备安全高效开采应用情况介绍枣矿集团蒋庄煤矿我国薄煤层资源丰富，分布广泛，已探明可采储量为61.5亿吨，约占总可采储量的20%。由于薄煤层开采单产低、生产成本高、经济效益差，缺乏适应性好、生产效率高的开采装备，致使很多煤炭企业放弃薄煤层开采，造成煤炭资源的严重浪费。提高薄煤层采出率，减少资源浪费，关键在于解决薄煤层的高效安全开采问题。蒋庄煤矿隶属于枣矿集团，是一座年设计能力150万吨的国有大型机械化矿井，后经技术改造，2006年核定生产能力为275万吨。随着近几年来的大强度开采，矿井采场已逐渐转入矿井的边界采区，受地质构造复杂、煤层厚度赋存不稳定以及村庄压煤等因素的影响，一水平可采储量锐减。同时不规则工作面数量增多，采掘工作面接续频繁，矿井产能受到极大的影响。为确保矿井厚煤层与薄煤层、一水平与二水平以及总体产量的平稳过渡，2004年矿井便已着手进行二水平薄煤层的开拓工作，并于2009年二季度末形成矿井第一个薄煤层工作面16301对拉工作面。考虑到二水平赋存煤层厚度较薄，产能低，以及极薄煤层传统采用的炮采工艺无论是生产组织形式还是工作面产能均受到较大制约的现状，根据集团公司的总体工作部署以及科学发展的要求，2009年9月，在上工作面安装了集团公司首套极薄煤层综机设备；次年1月，在下工作面安装了集团公司首套电液支架，均实现一次试运转成功。一、16301工作面概况16301工作面位于蒋庄煤矿二水平163采区西南部，其西部为柴里井田，西南部为崔庄井田，是163采区的首采工作面，周边均尚未开采。工作面地面对应位置标高3537m，井下标高-408-445m；工作面走向长683979m，单面倾斜长90m，煤层厚度为0.81.3m，平均1.25m，可采储量为19.7万吨。本工作面地质构造简单，总体呈现为向斜地质构造，掘进过程中共揭露断层17条，其中落差在1.2m以上且对生产影响较大9条断层在工作面设计中的均实施改造。工作面采用单一长壁后退式采煤法，全部垮落法管理采空区顶板，采煤工艺为综采。二、工作面设备选型1、极薄煤层综机设备的主要技术难点和问题分析受国内目前现有采煤机截割功率及配套设备适应范围的影响，0.8m及以下极薄煤层综合机械化开采实现高效开采的主要难点在于：解决大功率高可靠性采煤机机身高度与煤层厚度的矛盾；解决极薄煤层综采配套设备对薄煤层厚度变化的适应性问题；解决极薄煤层工作面安全高效开采与行人困难的问题。以上技术难点，主要通过研制大功率高可靠性矮机身采煤机、工作面设备配套技术与高效回采工艺，拓展极薄煤层综采适应范围，特别是大功率高可靠性工作面设备应用下限，形成开采下限为0.8m的极薄煤层综采高效开采技术。2、设备的配套选取工作面落煤选用MG100/238-WD型电牵引采煤机，该采煤机采用多电动机纵横布置方式，是目前国内外骑溜式采煤机机身最低、功率最大的机外载极薄煤层电牵引采煤机，属国际首创；整机机身短，过煤空间大；传动系统简单、可靠；控制系统采用先进的DSP系统为核心，可对采煤机提供完善的电气性能保护；人机操作界面为全中文显示，能够提供操作步骤提示和故障报警提示；操作方式有电控箱就近操作、左右端头站有线操作和无线遥控操作；电气系统采用模块化设计，便于井下维护和更换。工作面顶板支护选用ZY2000/6.5/13型掩护式液压支架，该支架采用整体顶梁、二柱掩护式，采用先导阀临架控制，满足了大伸缩及薄煤层作业安全上的要求，适应采高0.81.3m极薄煤层综合机械化开采。工作面运输选用SGZ630/220B型刮板输送机，该运输机整机机身低，传动系统采用行星减速器垂直布置；中部槽槽帮钢为铸造E型，与NM360耐磨板经焊接后采用等离子熔敷，具有强度高、耐磨性好等特点。工作面顺槽选取SZB630/75型边双链刮板转载机和DSJ80/40/240型胶带运输机。工作面电液支架选用PM31电液控制系统。控制在应用程序基础上进行。控制命令是操作者通过键操作发出的（或是根据采煤机位置由系统自动发出）。可以实现对单个支架动作的手动控制、对单个支架降柱移架升柱移溜等动作施行自动顺序联动、成组自动控制以及以采煤机位置为依据的支架自动控制，并具有支架立柱自动补压、联动闭锁、紧急停止以及丰富的信息显示、声光警示、操作提示等多项功能。该套极薄煤层综采机组突破了综合机械化开采1.0m煤层厚度的限制，达到了最低开采高度0.8m。三、作业方式及劳动组织选取工作面采用正规循环、“四六”制作业方式，每天由三个生产班和一个检修班组成，每班作业6h；正规循环率约为85、资源回收率97%，日割煤量约为1069t，月单产约为3.2万吨。工作面每班有2名工长负责组织生产，配有质量验收员、采煤机司机、支架工、维修工、三机工等相关工种的操作人员若干名，生产班定员19人，检修班定员22人，全区在册126人，日出勤95人。四、顶板支护方式选取工作面采用追机移架的方式对顶板进行及时支护。工艺为移架割煤移刮板输送机。两端头迎头支护采取一棵密集一棵戗柱支柱方式，机头尾使用ZY2400-17/30型液压支架配合工作面液压支架对端头及安全出口实施全断面支护。四、设备应用中的技术改进及创新作为极薄煤层机电一体化技术及装备的首次试验与应用，生产初期遇到了较多困难，除新设备、新技术应用初期作业人员操作技术水平的因素制约外，设备三机配套、内部设计缺陷、单机故障率高以及现场适应能力差等成为影响工作面产能的主要和直接原因。主要表现为采煤机的牵引力不足易出现过载，采煤机卧底量不足及装煤效果差，工作面面溜刮板易断裂及移溜过程中容易出现上飘，面溜机头尾与巷道衔接处缺少调节垫架，运输顺槽转载机与胶带输送机机尾自移装置应用效果差，工作面支架对巷道端头及安全出口形不成有效支护，工作面防尘效果差等。针对以上存在问题，我们一方面在厂家技术人员的帮助下，对全区所有井下作业人员分工种进行了为期一周的生产前业余培训，二是与集团公司装备公司及生产厂家积极配合，分析、查找设备应用过程中出现问题的症结，先后对设备进行了9个方面、16次的较大技术改进与创新，班循环次数也有生产初期的平均不足2个提升为平均5个，综机设备的产能优势得以充分发挥。五、取得的成效1、极薄煤层综机设备应用取得的成效极大地改善了现场的作业环境，工作面机械化程度达到了100%，职工的体力劳动强度大大降低；同时在各类综合防尘设施的作用下，粉尘浓度仅为炮采工作面的26%，作业人员身体健康得到了保障；现场支护强度较传统的单体支柱支护工艺提高了30%，顶板管理得到了加强，作业人员安全系数大幅提高；与传统的单体支柱支护工艺相比，现场作业人员减少50以上，工作面产能及原煤生产工效提高3.2倍，工作面月平均单产3.22万吨，最高月单产达3.5万吨。2、极薄煤层液压支架电液控制技术应用取得的成效液压支架实现了自动控制。通过在支架上安装的PM31控制器、压力传感器、行程传感器、电液控制阀，实现液压支架的自动移架、自动推溜等成组或单架控制。大幅度地提高井下生产效益，改善井下作业人员的劳动条件。电液控制系统的采用，反应速度快，最大限度地发挥机械设备的最大能力。可以对支架进行编组运行，同时对多个支架进行操作，大幅度提高采煤机械的利用率和生产效率。改善工作面顶板支护状况，有利于生产安全。电液控制系统集监测与控制于一体，合理地解决了在工作面支护中，液压支架初撑力达不到额定阻力和带压移架问题。同时，由于操作人员可远程控制、成组自动控制，保证了人员的安全。电液控制系统的使用为实现井下无人工作面提供了可能性。五、应用结论通过对采场周围的地质勘测及分析，结合周围矿井的开采经验，蒋庄煤矿对二水平极薄煤层首采工作面的顶板管理设计、回采工艺、设备选型、推采方案等进行了充分、系统的探讨、研究、优化，确保了集团公司首套极薄煤层综机设备及电液支架工作面一次试运转成功和成功开采。为矿区及省内薄煤层开采提供了理论依据和实践经验。1、极薄煤层机电一体化高效开采关键技术与装备的研制成功，突破了综合机械化开采1.0m煤层厚度的限制，达到了最低开采高度0.8m。成功解决了骑溜式采煤机装机功率、机面高度和过煤空间三者之间的高度方向尺寸关系；2、MG100/238-WD型采煤机适用于煤层厚度0.751.25m、煤层倾角025（两象限变频器+能耗制动电阻）或045（两象限变频器+能量回馈单元）、煤质中硬的薄煤层综合机械化工作面，完成落煤与装煤。它的研制成功满足了薄煤层高产高效生产的需要，大大提高薄煤层工作面生产效率；3、采煤机总体设计采用了多电机纵横布置方式，从而充分利用了刮板输送机铲板与槽帮间的空间，既避免了截割电机、牵引电机和齿轮传动系统对过煤空间的影响，又有效降低了机面高度。4、研究了综采工作面采煤机定位等自动化控制技术，开发了嵌入式系统和网络控制功能的极薄煤层采煤机自动化系统；解决了在极薄煤层开采条件下交流变频调速系统、电气控制系统和元部件的防尘、防潮、防震性能；5、ZY2000/6.5/13型掩护式液压支架采用整体顶梁、二柱掩护式，满足了大伸缩的要求，适应采高0.81.2m