浅析安徽省采煤机械化技术装备发展趋势.doc

浅析安徽省采煤机械化技术装备发展趋势江选友 王 勇 （煤炭工业合肥设计研究院 安徽 合肥 230041）摘要:介绍了安徽省煤炭资源赋存情况以及采煤机械化装备的发展、现状及先进采煤技术装备情况,预测了安徽省采煤机械化技术装备发展趋势。关键词:两淮矿区;采煤;机械化一、煤炭资源概况安徽是我国的重要产煤省之一，其成煤时代较多，主要含煤地层有石炭系、二叠系和侏罗系；煤系分布较广，含煤总面积约占省域面积的12.9%；煤类发育齐全，主要为气煤、1/3焦煤和肥煤，尚有一定数量的焦煤、瘦煤、贫煤和无烟煤；煤炭品质优良，以低中灰、特低低硫、特低低磷、低高挥发份和中等高发热量为主；煤炭资源丰富，资源/储量位居华东第一，全国第七。我省煤炭资源开采条件南北有别。其中皖北地区的淮南、淮北煤田除局部地段有煤系零星出露以外，其余均为厚度小于800m的新生界松散层覆盖；皖南地区的沿江、江南煤田一般煤系出露良好，新生界松散层厚度多在50m以下。皖北地区的淮南煤田总体构造形态为一轴向北西西的复向斜，其南缘断层较多，构造较复杂；其余地段多发育一系列宽缓的次级褶曲，仅局部有岩浆岩分布，构造较简单。地层倾角除中部的南缘较陡以外，其余多较平缓，一般在520。淮南煤田含煤地层为石炭二迭系，其中二迭系山西组、石盒子组为主要含煤地层，可采煤层段煤系厚340m左右，共含有可采煤层918层，可采煤层总厚度2534m，平均30m。13-1、11-2、8、6、4、1等煤层为主采煤层，单层厚度一般为26m，主采煤层的总厚度占可采煤层总厚度的70%左右，多大部可采和全区可采，并以稳定较稳定型为主。淮南煤田共有煤炭保有资源/储量374.64亿吨，约占两淮矿区煤炭保有资源/储量的76.2%。煤层顶板多为泥岩和砂质泥岩，其次为粉砂岩和砂岩；底板以泥岩为主，粉砂岩和砂质泥岩次之。煤层的瓦斯含量总体为东部高于西部，但属高瓦斯矿区。各可采煤层均有煤尘爆炸危险，且局部爆炸性强。煤的自然发火倾向介于很易自燃不自燃之间。水文地质条件简单中等。该煤田分为潘谢和新集二矿区，煤类较丰富，煤质优良，多为低中中灰、特低低硫、特低低磷、中高高挥发份和中等中高热值的气煤和1/3焦煤，并有少量肥煤、焦煤和瘦煤。皖北地区的淮北煤田总体呈由一系列近东西向和北北东向的断层相互交织的网状构造格局，并发育一系列的褶曲，岩浆岩多分布在煤田的北部，构造中等复杂。地层倾角多1030，局部达6070。二叠系共含煤525层，平均总厚7.1027.72m。共有可采煤层13层，平均总厚21.01m；其中72、82和10为主要可采煤层，平均总厚6.41m，煤层分布较连续，多局部可采和大部可采，并以较稳定型为主。淮北煤田共有煤炭保有资源/储量117.09亿吨，约占皖北地区煤炭保有资源/储量的23.8%。煤层顶板多为泥岩和砂质泥岩，其次为粉砂岩和砂岩；底板以泥岩为主，其次为粉砂岩和砂质泥岩。可采煤层的瓦斯含量东高西低，其中东部为高瓦斯地段。各可采煤层均有煤尘爆炸危险，煤的自然发火倾向介于很易自燃不自燃之间。水文地质条件除局部复杂以外，其余大部分中等。该煤田自成矿区，煤类丰富，煤质优良，多为低中灰、特低低硫、特低低磷、低中高挥发分和中等中高发热量的肥煤、气煤和焦煤，另有一定数量的1/3焦煤、贫煤、瘦煤和无烟煤。皖南地区的沿江、江南煤田地质构造条件较复杂极复杂；含不稳定极不稳定的可采煤层12层，平均煤厚12m，煤炭保有资源/储量仅5.30亿吨，约占全省煤炭保有资源/储量的1.1%。煤层顶、底板以砂岩、砂质页岩和泥质页岩为主，少数为石灰岩；煤层瓦斯含量东高西低；煤层自然发火倾向介于不自燃自燃之间；除宣泾矿区以外，其余矿区的煤尘均无爆炸危险；矿井水文地质条件简单中等。尽管我省煤炭资源/储量比较丰富，但客观存在的南、北差异却十分明显。其中皖南地区的沿江、江南煤田沉积环境不稳定，煤层数量少，厚度小，分布零散，煤炭资源储量贫乏，只适于小煤矿开采，机械程度较低；皖北地区的淮南、淮北煤田沉积环境比较稳定，煤层赋存条件较好，分布较连续，厚度及间距变化不大，煤炭资源储量丰富，煤质优良，且优质炼焦煤比重大，外部条件也十分优越。相比之下，皖北地区煤炭资源条件总体是比较好的，尽管瓦斯、煤尘、煤的自燃、地温和煤层顶（底）板等条件对煤炭资源开发有所不利，但因二煤田内各矿区均有生产矿井，只要根据这些矿井的实践经验，有针对性地采取一系列可行的措施，瓦斯爆炸的危险基本可以避免，煤尘爆炸与煤层自燃等灾害能够得到有效遏制，高温热害可以得到有效治理，巷道支护与顶板管理也能取得良好的效果，因而，对煤炭资源的开发影响不大。由此可见，皖北地区的煤炭资源条件显然要比皖南地区的好得多，有丰富的适宜综采与综放的煤炭资源；皖北地区的淮南煤田则因总体地质构造条件中等，煤层数量多，含煤系数高，煤层厚度大且分布稳定，资源/储量丰富，煤炭资源条件要比同属皖北地区的淮北煤田更好。二、采煤机械化发展及现状我省自1974年开始引进综采、综掘设备，至今已有34年的综合机械化开采历史，经过几十年的实践和研究,开采技术及机械化有了飞跃性的发展。进入21世纪后,我省按照建设现代化煤炭生产基地发展战略,采掘设备向大功率、高强度、智能自动化方向发展,并逐步对综采设备进行技术改造和升级。综合研究了适应矿区近距离煤层群,复杂地质条件下开采机械化。 先进、适用技术及相关装备在不同井型中推广得到应用：1、在缓倾斜、倾斜厚及中厚煤层采用大功率采煤机、大功率重型刮板输送机、高工作阻力电液控制综采支架,一次采全高,年产突破400万吨，实现安全高效。2、特厚煤层综合机械化放顶煤开采技术得到巩固发展。通过对综采放顶煤工艺进一步研究创新，在工作面设计与施工、支架选型与设备配套、回采过程中的顶煤控制等方面积极开展技术攻关，从根本上解决了煤壁片帮漏顶、超前管理工作量大、煤壁作业存在安全威胁的问题，综放单产水平成倍增长。3、大倾角中厚煤层开采技术取得有效进展。在煤层平均倾角30以上，中厚煤层、高地压、破碎顶板，煤层走向起伏大、水患严重、瓦斯含量高等复杂地质条件下，试用综合机械化开采。通过工艺研究、装备配套、运输机防滑、支架稳定性控制等方面进行了一系列技术创新，取得了较好的效果。我省目前在不同煤层赋存条件下使用的先进、适用的采煤机械化装备技术参数详见下表1表3。我省既有较先进的煤矿安全高效的开采技术和装备，也有相当安徽省先进采煤机械化装备技术参数一览表表1生产技术相关装备技术名称类别技术名称内容适用条件名 称技术特征井(矿)型其它适用条件采煤方法缓倾斜厚煤层走向(倾向)长壁一次采全厚综采垮落式管理顶板大近水平、缓倾斜厚稳定煤层煤层硬度：软、中等顶板：、类底板：中等煤层容易自燃瓦斯等级：高、煤与瓦斯突出、低地质构造类型:较简单大采高强力电液控制液压掩护式支架采高(4.55.0m)最大工作阻力(9200kN)大功率电牵引滚筒采煤机牵引速度(10m/min以上)截割功率(900kW以上)电压(3300v)装机功率(1750kW以上)截深(800mm以上)双链重型刮板输送机铺设长度(200240m)电压(3300v)电机功率(1400kW)采煤方法缓倾斜中厚煤层走向(倾向)长壁综采垮落式管理顶板大近水平、缓倾斜中厚稳定煤层煤层硬度：中等顶板：、类底板：中等煤层容易自燃瓦斯等级：高、煤与瓦斯突出、低地质构造类型:较简单强力电液控制液压掩护式支架采高(2.53.5m)最大工作阻力(8800kN)大功率电牵引滚筒采煤机牵引速度(10m/min以上)截割功率(1200kW以上)电压(3300v)装机功率(1400kW以上)截深(800mm以上)双链重型刮板输送机铺设长度(240m以上)电压(3300v)电机功率(1400kW)采煤方法缓倾斜中厚煤层走向(倾向)长壁综采垮落式管理顶板大近水平、缓倾斜中厚稳定煤层煤层硬度：软、中等顶板：、类底板：中等、软煤层容易自燃瓦斯等级：高、煤与瓦斯突出、低地质构造类型:较简单高阻力液压掩护式支架采高(1.52.2m)最大工作阻力(5000kN)大功率电牵引滚筒采煤机牵引速度(10m/min以上)截割功率(960kW以上)电压(3300v)装机功率(1100kW以上)截深(800mm以上)双链重型刮板输送机铺设长度(180220m)电压(3300v)电机功率(800kW)安徽省先进采煤机械化装备技术参数一览表表2生产技术相关装备技术名称类别技术名称内容适用条件名 称技术特征井(矿)型其它适用条件采煤方法缓倾斜薄煤层走向(倾向)长壁综采垮落式管理顶板大近水平、缓倾斜薄稳定、较稳定煤层煤层硬度：软、中等顶板：、类底板：中等、硬煤层容易自燃瓦斯等级：高、煤与瓦斯突出、低地质构造类型:较简单高阻力电液控制液压掩护式支架采高(1.11.5m)最大工作阻力(5000kN)大功率电牵引滚筒采煤机牵引速度(9m/min以上)截割功率(600kW以上)电压(3300v)装机功率(700kW)截深(800mm)双链重型刮板输送机铺设长度(180200m)电压(3300v)电机功率(800kW)采煤方法大倾角厚煤层走向长壁综采垮落式管理顶板大大倾角厚稳定煤层煤层硬度：软、中等顶板：、类底板：中等煤层容易自燃瓦斯等级：高、煤与瓦斯突出、低地质构造类型:较简单双链重型刮板输送机铺设长度(4050m)电压(660v)电机功率(315kW)高阻力液压支撑掩护式支架采高(3.54.3m)最大工作阻力(6400kN)采煤方法缓倾斜厚煤层走向(倾向)长壁一次采全厚综采垮落式管理顶板大近水平、缓倾斜厚稳定煤层煤层硬度：软、中等顶板：、类底板：中等、软煤层容易自燃煤尘具有爆炸性瓦斯等级：高、煤与瓦斯突出、低地质构造类型:较简单电牵引滚筒采煤机牵引速度(8m/min以上)截割功率(1000kW)电压(3300v)装机功率(1130kW)截深(800mm)双链重型刮板输送机铺设长度(150200m)电压(3300v)电机功率(1050kW)大采高强力液压支撑掩护式支架采高(3.54.5m)最大工作阻力(6400kN)安徽省先进采煤机械化装备技术参数一览表表3生产技术相关装备技术名称类别技术名称内容适用条件名 称技术特征井(矿)型其它适用条件采煤方法缓倾斜中厚煤层走向(倾向)长壁综采垮落式管理顶板大近水平、缓倾斜中厚稳定煤层煤层硬度：软、中等顶板：、类底板：中等、软煤层容易自燃煤尘具有爆炸性瓦斯等级：高、煤与瓦斯突出、低地质构造类型:较简单强力液压支撑掩护式支架采高(2.53.5m)最大工作阻力(8800kN)大功率电牵引滚筒采煤机牵引速度(10m/min以上)截割功率(1200kW以上)电压(3300v)装机功率(1500kW以上)截深(800mm以上)双链重型刮板输送机铺设长度(240m以上)电压(3300v)电机功率(1400kW)采煤方法缓倾斜中厚煤层走向(倾向)长壁综采垮落式管理顶板大近水平、缓倾斜中厚稳定煤层煤层硬度：中等顶板：、类底板：中等、软煤层容易自燃煤尘具有爆炸性瓦斯等级：高、煤与瓦斯突出、低地质构造类型:较简单高阻力液压支撑掩护式支架采高(1.52.2m)最大工作阻力(4000kN)电牵引滚筒采煤机牵引速度(7.5m/min以上)截割功率(500kW)电压(1140v)装机功率(601kW)截深(600mm)双链刮板输送机铺设长度(150180m)电压(3300v)电机功率(630kW)采煤方法缓倾斜厚煤层走向(倾向)长壁一次采全厚综采放顶煤垮落式管理顶板大近水平、缓倾斜厚稳定煤层煤层硬度：软、中等顶板：、类底板：中等、软煤层容易自燃煤尘具有爆炸性瓦斯等级：高、低地质构造类型:较简单高阻力液压支撑掩护式放顶煤支架采高(4m以上)最大工作阻力(4000kN以上)电牵引滚筒采煤机牵引速度(6m/min以上)截割功率(600kW)电压(3300v)装机功率(700kW)截深(600mm)双链刮板输送机铺设长度(150180m)电压(3300v)电机功率(630kW)一部分工艺落后、高耗、低效技术与装备，从总体上看，我省煤炭生产技术和装备的平均水平还比较低，与世界先进水平还有很大差距。大部分中小煤矿特别是江南矿区的小煤矿，仍采用非机械化采煤，一些煤矿选用与煤层条件不相适应的机械设备，造成顶底煤丢失严重，如薄煤层回采率低等。由于我省煤炭赋存条件及其复杂，复杂的煤田地质条件给煤矿安全生产带来了严重的高地应力、瓦斯、水、火、尘毒、热害等灾害。因此，整体提高我省煤炭工业技术装备水平必须采取综合措施、多管齐下，继续推进煤矿整顿关闭、资源整合，支持大型煤炭企业兼并改造中小煤矿，提高产业集中度，同时选择先进的适合各煤矿煤层赋存条件的采煤技术和装备。三、采煤机械化技术装备发展趋势1、国内外采煤机械化技术装备发展趋势高产高效综采技术的核心是工作面综采设备，近十几年来，工作面三大配套设备采煤机、刮板输送机和液压支架，在设计方法和结构上都有了重大发展，主要是提高设备生产能力和可靠性，改进操作性能。形成了以大功率、高可靠性为主；支护设备以大流量、高支护强度为主；运输设备以大功率、调速启动为主的趋势，整个系统呈现了系统简单化，向大型化、集约化、自动化、无人工作面发展。新型电牵引采煤机总功率达15002000kW，装备以微型电子计算机为核心的电控系统，采用先进的信息处理技术和传感技术，实现机电一体化，牵引电机功率90110kW，最大牵引力达到800kN以上，最大牵引速度达到30米/分以上，设备生产能力达到3000t/h以上；工作面刮板输送机向着大运量、软启动、高强度、重型化和高可靠性方向发展，其输送量达6000t/h；液压支架为高工作阻力的支架，支护工作阻力600010000kN，最大12000kN，支架结构为整体顶梁，支架控制方式为环形供液及电液阀控制，支架的寿命试验高达50000次以上；顺槽带式输送机已向长距离、大运量、高带速的主要方向发展，目前装机功率达4970 kW，运输能力达5500t/h，带速5米/秒以上；综采工作面的自动化生产技术发展到基于振动信息或采高位置自学习控制的采煤机滚筒自动调高技术、液压支架电液控制技术和利用位置红外传输、速度监测和计算机集中控制软件程序，实现工作面的自动化生产；综采工作面的设备的供电电压已从1140V等级分别提高到2300、3300、4160、5000V等级，大大改善采区电网和工作面大功率电气设备的运行工况。2、安徽省生产技术与装备发展趋势(1)高效、安全、集约化生产是煤炭工业发展的方向,也是提高煤炭企业生存发展和市场竞争能力的重要技术手段。两淮矿区因总体地质构造条件中等，煤层数量多，含煤系数高，资源/储量丰富，煤层厚度大且分布稳定，近年来我省在缓倾斜、倾斜厚及中厚煤层采用大功率采煤机、大功率重型刮板输送机、高工作阻力电液控制综采支架应用已取得较大的进步,今后应继续探索采用“一矿一面”的高度集中化生产模式、采用技术性能先进、生产能力和工作可靠性高的新型煤炭开采和安全技术装备，在矿区地质条件复杂，在地温地压大、瓦斯升级、突出危害加剧的特困条件下，实现单面年产500-700万t的开采技术和设备。（2）两淮矿区均为煤层群开采，厚薄煤层相间，薄煤层储量丰富。对于两淮矿区这样一个主要可采煤层瓦斯含量高，而次要可采煤层瓦斯含量较低的煤层群而言，薄煤层回采在保证矿井安全和产能的情况下及时开采解放层，不