我国壁式体系采煤方法概述

采矿新技术我国壁式体系采煤方法概述,1壁式体系采煤方法,(1)壁式体系采煤法,(a)走向长壁，(b)倾斜长壁（仰斜），(c)倾斜长壁（俯斜）,(2)柱式体系采煤法短壁体系采煤法,(3)旺格维利采煤方法,美国安全法规要求综采面（一侧）巷道不少于3条，工作面两端各布置3条或4条，以利于通风、行人和设备安装运输。1992年5月美国矿山安全局允许长壁工作面（一侧）使用2巷制，1994年末美国全部长壁综采面中3巷制占52%，4巷制占48%，2巷制只占2%。,中国、俄罗斯、波兰、乌克兰、英国、德国、法国、日本等国广泛采用壁式体系采煤方法。其产量均占地下采煤量的90%以上，西欧为100%。壁式体系采煤法可实现连续采煤，具有单产高、工效高、采出率高及适应性强等优点。美国、澳大利亚、加拿大、印度、南非等国广泛采用柱体式体系采煤方法，20世纪80年代中期，其产量比重分别占地下开采量的84%、80%、90%和75%。,近20年来，美国、澳大利亚、印度等国发展了壁式体系综合机械化采煤方法。2002年，美国有53座煤矿装备了57个长壁综采面，基本上是一个煤矿一个长壁工作面，有4个矿装备了2个长壁综采面。美国长壁综采矿井约占矿井数的7%，而产量约占全美总产量的48%。,1.2采煤方法,(1)普通机械化采煤工艺,普通机械化采煤工艺：简称“普采”，是用机械方法破煤和装煤、输送机运煤、单体支柱和铰接顶梁支护采空区顶板的采煤工艺。回采工序如下：1、破煤：2、装煤：3、运煤：4、支护：5、处理采空区：,单滚筒采煤机或双滚筒采煤机,截割深度，一般为0.61.0m。,弯曲刮板输送机：运煤、采煤机行驶的轨道,普采工艺对煤层地质条件的适应性较强，设备投资省，在劳动强度、安全状况、产量和效率等方面较炮采有较大改善和提高。,(2)综合机械化采煤工艺,综合机械化采煤：简称“综采”。在长壁工作面用机械方式破煤和装煤、输送机运煤和液压支架支护顶板的采煤工艺。回采工序如下：1、破煤：双滚筒采煤机2、装煤：采煤机3、运煤：可弯曲刮板输送机4、支护：液压支架5、处理采空区：与炮采同。,支撑式,掩护式,支撑掩护式,综合机械化采煤工艺机械化程度高，产量高，工作面效率高，工人劳动强度小，安全状况好，是我国机械化采煤工艺的发展方向。,自20世纪90年代以来，美国、德国、澳大利亚、英国、中国和南非等国，在长壁综采工作面技术装备上进行了重大改革，研制并形成了生产能力大、功率大、强度高、自动化程度高、运行可靠的新一代综采设备。它的应用和推广，实现了一矿一井一面的集约化高度集中生产，单产和工效成数倍增大。,近年来，我国安全高效矿井建设取得了巨大的成就。以日产万吨的大型综合机械化采煤工作面为核心的生产工艺，从根本上改变了矿井生产面貌，一批矿井实现了一矿一面、一井一面、一层一面、一矿两面及一矿多面的高产高效开采模式，其主要技术经济指标达到或超过世界先进水平。,2我国高产高效矿井(露天)发展2005年我国建成高产高效矿井197处，其中行业特级60处，行业级102处，省级35处，原煤产量6.35亿t，工效17.543t/工，百万吨死亡率0.045。,表1中国高产高效矿井(露天)发展,2005全国有9处煤矿年产量超过千万吨神华集团神东煤炭分公司补连塔煤矿1751万吨、榆家梁煤矿1626万吨、哈拉沟煤矿1297万吨、上湾煤矿1222万吨、大柳塔矿活鸡兔井1087万吨、保德煤矿1014万吨；神华集团准格尔黑岱沟露天矿1984万吨、中国中煤能源集团平朔公司安太堡露天矿1644万吨、安家岭露天矿1501万吨。,全国有3个综采队年产量超过千万吨神华集团神东煤炭分公司哈拉沟煤矿综采队1064万吨、上湾煤矿综采队1048万吨、补连塔煤矿综采一队1000万吨。神东煤炭公司上湾煤矿综采队刷新综采工作面日产世界纪录该矿综采队在工作面两次搬家及构造复杂条件下，在10月份生产原煤达到106万吨，其中10月9日在51104工作面生产原煤50944吨，刷新了大柳塔矿保持的47900吨综采工作面日产世界纪录。,神东煤炭公司大柳塔矿大柳塔井创世界单井日产原煤最高纪录该井为一井一面(一个综采队和两个连采队)生产模式，全井在4月23日共生产原煤86900吨，创世界单井日产原煤最高纪录。,山西焦煤集团汾西矿业公司新峪煤矿高档普采队产量夺冠该矿高档普采四队在煤层厚度16米条件下，全年生产原煤11829万吨，刷新我国煤炭工业高档普采工作面年产纪录，最高日产达到4657吨，成为我国第一个高档普采百万吨队。山东兖州矿业集团公司东滩煤矿经济效益夺冠该矿采用综采放顶煤工艺，全年生产原煤753。18万吨，实现利润1469亿元，经济效益位居全国第一名。,2007年全国已有年产量超过千万吨的煤矿14处，煤矿主要经济技术指标达到或超过了国际先进水平。目前，已通过评审的安全高效矿井219处，核定生产能力7.02亿吨，平均单井产量320.7万吨，单井利润1.65亿元，采煤机械化程度达到98%，原煤工效18.8吨/工，煤炭百万吨死亡率0.064。,2008年度煤炭工业安全高效矿井（露天）。被命名的292处煤矿中，特级安全高效矿井（露天）100处，行业一级矿井（露天）123处，行业二级矿井（露天）69处。2008年生产原煤8.62亿吨。其中，283处井工煤矿产量7.69亿吨，平均生产规模271.7万吨，绝大部分矿井实现了一井一面（两面）集中生产，综合单产14.7万吨/个月，原煤工效14.8吨/工，单井盈利2.67亿元，人均收入4.9万元，百万吨死亡率0.039；9处露天煤矿产量0.93亿吨，平均生产规模1032.6万吨，综合单产18.6万吨，原煤工效73.6吨/工，剥采比1：4.6，单矿盈利5.14亿元，人均收入6.1万元，百万吨死亡率为0。,3长壁综采发展的趋势3.1工作面参数增大美国引进长壁开采技术初期，工作面长195m，1994年，美国综采面平均长度达237m，最长为333m，平均推进长度2470m，最大推进长度达4418m。当前，综采面已增加到305m，最大推进长度为4580m。盘区最长已达3.35.5km。澳大利亚的莫兰巴北矿长壁综采面长260m，第一盘区长度达2.4km，最长为3km。,德国，300m以上综采面18个，其中435m综采面3个，最大长度为506m。工作面连续推进长度平均为30006000m我国部分矿区地质条件适宜长壁综采，其工作面参数也在增大，如表2所示。,米超长综采工作面日前在神华集团神东矿区榆家梁煤矿投产，这标志着国内煤炭行业开采技术又有重大突破。米超长综采工作面与一般米综采工作面相比较，回采率可达，每年可节约支护等各种费用万元，每年可减少搬家次数次、节约费用万元。,3.2采用功率大、强度高、可靠性高的机电一体化设备（1）采煤机采煤机以电牵引取代了液压牵引，向多电机、功率大、机电一体化方向发展。采煤机的截割速度一般为0.20.25m/s。新研制的采煤机的截割速度已增加到0.40.6m/s。牵引速度最快的是Elatra-1000型采煤机，牵引电机功率260KW（DC），最大牵引速度35m/min，实际使用为30m/min。,内置式多功能微处理机和控制系统的使用，使采煤机增加了动态控制及故障处理能力，它可根据煤层地质条件的实际变化，自动改变采煤机的运行状态参数（截割速度、截割滚筒和挡煤板的位置）。发展方向是，采煤机的控制普遍要求实现红外线监控，并具有图象及数字传输系统，以实现在地面自动控制工作面采煤机自动采煤。,（2）工作面输送机工作面输送机链的直径、槽宽也增大。德国生产的MTA-42-31000型可弯曲刮板输送机，最大功率2250KW（3750KW），中部溜槽宽已达1342mm，采用直径为423mm的双边链，运输能力可达4500t/h。选用调速型液力偶合器或CST系列代替限矩液压偶合器，以实现刮板输送机的软启动。,中煤集团自主研发的“高效矿井SGZ1000/3700型综采工作面刮板输送机成套设备”首次采用了具有自主知识产权的铸焊式高可靠性中部槽、双向对称模锻刮板和综合监控系统等多项新技术。在井下工业性试验中，该套设备取得最高日产4.23万吨、月产80.4万吨满足了我国年产800万吨以上高产高效煤炭生产矿井的应用需求。,（3）液压支架工作面液压支架操作为电液控制系统，其设计寿命可大于60000个循环。架间距已增大至1.75m，多采用二柱掩护式支架，立柱直径已增至400mm以上。支撑高度已增至46m，支护强度已达到0.80.95MPa，最大1.1MPa。可实现自动控制，移架速度一般为68s/架，最快的已达3s/架。,3.3长壁综采面两端平巷布置（1）单巷布置即综采面两端各布置一条平巷，一条为运输巷，一条为回风巷。（2）双巷式布置即综采面两端各布置两条平巷。如大柳塔矿的12605综采面就是双巷布置，以满足通风、运输等的需要。（3）多巷式布置即综采面两端各布置三条或四条平巷布置，以满足风量大、排除瓦斯的需要。,3.4长壁综采面单产不断提高，生产高度集中化美国20英里矿1994年生产商品煤526万吨，152人，全人工效100t/工以上。2001年的产量为777.81万吨，创造了世界先进水平。2002年，我国神华集团的大柳塔矿和榆家梁矿采用进口设备，原煤产量分别达到1085万吨和1059万吨。大柳塔井综采面产量达到874万吨，榆家梁矿综采面产量达到862万吨。兖州兴隆庄矿采用国产综采放顶煤设备，产量达到639.92万t/a。发展趋势是一矿一井一面或两面保证矿井年产量。,4长壁综采高产高效实例4.1无人工作面刨煤机自动化采煤技术(1)刨煤机无人工作面简况小青矿W1E703刨煤机无人工作面位于该井西部的W1E采区。工作面走向长度905m，倾斜长150m，回采推进625m后，倾斜长变为195m。煤层厚度1.001.58m，平均厚度1.3m，煤层倾角580，局部起伏变化比较频繁，回风平巷近邻F6断层（H=18m，60度）。回采巷道为单巷布置，巷道为描杆支护。,(2)工作面主要设备及技术特征按设备自动控制的隶属关系，工作面设备基本可分为两大类：第一类为自动化控制系统设备，即PROMOS系统和VRT32系统，分别由德国PROMOS公司、德国DBT公司制造并提供。它们分别与所对应的受控设备有着复杂的智能联系。在人工指令下或在接受受控设备反馈信息的过程中，自动监控采场设备的工作状况。,第二类为受控设备，即在PROMOS系统和VRT32系统的控制下自动工作，并分别向所对应的控制系统连续反馈工作状态及条件信息。受控主要设备术特征见表3所示。,(3)自动化采煤工艺工作面采煤由刨煤机完成，采煤工作面工作参数为：刨煤机采用Z型进刀方式，刨煤机上行刨深120mm，刨速1.76m/S。下行刨深70mm，刨速0.88m/S；采高1.3m；输送机溜槽刮板速度为0.66m/S；工作面控顶距680mm；支架与输送机推移步距同刨深。,刨煤机在PROMOS的控制下，沿刨头的滑行道自动往返刨煤，刨削的煤块自然落进溜槽运走；工作面运输机的推移和支架的动作分别受PROMOS和PM4控制，尾随刨煤机同步向煤壁方向推移，推移量等于刨煤机刨深。其中支架每三架被一套PM4控制，PM4接PROMOS传输的刨头当前位置信息，结合自身传感元件使支架实现推溜、降柱、拉架、升柱等功能。刨煤机工作期间的电动机、减速机的冷却及跟踪刨体定长喷雾，由PROMOS系统监控。,刨煤机工作面在正常工作状态下，采面实现了无人作业。操作人员在控制室对MCU主控台、PM4服务器、PROMOS控制器及控制盘进行监控，操作现场作业，实现工作面刨运移自动化。在设备出现故障和遇到设备不能适应条件时，须人工停机，并派人到工作现场处理，及时调整刨削参数使之符合采、运、移自动化条件。自动化采煤工艺系统如图1所示。,(4)技术经济效益分析全自动刨煤机无人工作面采煤，在试采时共采煤60.5万t，平均日产3417t，最高日产5300t，达到120150万t/a的水平。,4.2年产1000万t大采高单一长壁综采技术（1）工作面地质概况大柳塔煤矿12608综采工作面长239.6m，推进长度5889.12m。回采2-2煤层，煤层厚度4.85.4m，平均4.92m。煤层稳定，结构简单。煤层硬度系数f=35。煤层发育平缓，倾角小于50。低瓦斯，煤尘爆炸指数38.77%，有自燃发火倾向，发火期13个月，最短发火期30天。,（2）采煤方法.采煤工艺方式及配套装备单一长壁采煤法，综采工艺方式。全部垮落法管理顶板。12608综采面采用全部引进设备，主要设备技术特征如表46所示。.回采巷道布置回采巷道（机巷、风巷）为双巷布置，锚网支护。,表4采煤机主要技术特征,表5刮板运输机主要技术特征,表6液压支架主要技术特征,（3）12608综采面主要技术经济指标12608综采面长239.6m，推进长度5889.12m，采煤机截深0.865m，循环产量1224t，日产量为28764t，月产量862920t，已具备年产千万吨的能力。工作面采出率93%，回采工效639.2t/工。,4.3年产6