采矿工程案例教案

1、文档编码 : CG3U6A5J5D4 HX8M1D4P3J8 ZV9G5Y1N5P8学习好资料 欢迎下载采矿工程案例教案课程名称：采矿工程案例（第三篇 采煤方法 第 11章 薄及中厚煤层综合机械化采煤工艺实例）授课老师：王方田 博士适用专业：采矿工程年级：2022编写时间：2022年 10 月 20 日教学目的：薄及中厚煤层储量占煤炭资源总储量比例 采矿工程的重要内容之一； 本课程通过榆家梁矿70%以上,如何进行薄及中厚煤层开采是 44305 自动化综采工作面 （中厚煤层）、葛亭矿 11604 短壁综采工作面 （薄煤层）及小青矿刨煤机综采 W2-713 工作面（薄煤层）详细工程案例的介绍, 使

2、同学加深对薄及中厚煤层主要开采工艺基本理论和工程实践的 熟识,补偿本科生实践环节薄弱的不足,是采矿学教材的有效补充；通过本课程学 习,增强同学的实践才能,深化学习把握自动化综采、无人工作面等智能开采技术的应 用现状,引导同学依据详细煤层地质条件, 选择合理的开采工艺、 设备选型配套的才能,从而 激发同学的创新实践才能；教学内容纲要：逐一讲解榆家梁矿 44305 自动化综采工作面（中厚煤层） 、葛亭矿 11604 短壁综采工作面（薄煤层）及小青矿刨煤机综采W2-713 工作面（薄煤层）的地质生产条件、主要综采设备选型配套、工作面自动化开采关键技术及劳动组织；教学重点：1）自动化综采工作面设备选型

3、配套、自动化工作面关键技术（采煤机记忆割煤技学习好资料 欢迎下载术、液压支架与采煤机联动技术、液压支架与采煤机的远程干预技术、工作面随机成像 系统及自动化信息通信技术） ；2）薄煤层滚筒采煤机综采工作面设备选型配套、含硬夹矸薄煤层顺槽深孔预裂爆 破技术；3）薄煤层刨煤机综采工作面主要设备选型、刨煤机无人工作面割煤方式、刨煤机 无人工作面自动化把握技术教学难点：1）自动化工作面关键技术（采煤机记忆割煤技术、液压支架与采煤机联动技术、液压支架与采煤机的远程干预技术、工作面随机成像系统及自动化信息通信技术）；2）含硬夹矸薄煤层顺槽深孔预裂爆破技术；3） 薄煤层刨煤机无人工作面割煤方式、刨煤机无人工作

4、面自动化把握技术；教学方法：PPT 讲授、板书、虚拟动画演示、现场实践表达、提出问题请同学探究、同学换位 摸索法等相结合；参考书目与资料：1 屠世浩 . 现代采矿工程案例 M. 徐州：中国矿业高校出版社,2022.2 杨景才,王继生,李全生 . 神东矿区 1.52.0m 煤层自动化开采技术方案争论 J. 神 火科技, 2022,7（2）：13-16.3 WANG Fang-tian, TU Shi-hao, BAI Qing-sheng. Practice and Prospect of Fully Mechanized Mining Technology for Thin Coal Seam

5、s in ChinaJ. Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy, 2022, 1122: 161 -170.4 王平彦,梁振宁 . 薄煤层自动化刨煤机的配套与应用 教学进程：J. 煤矿机电, 2022（1）:90-92.1. 检查复习： 以提问考查的形式回忆上节课（采煤方法及其类型）的重点内容（包括采煤方法主要分类、回采巷道布置的主要类型等）2. 讲授新课：课堂教学实施过程共分三节（一节一部分）,检查上节课布置的预习情形；以下将课程的内容逐节列入,在以下学习好资料 欢迎下载内容表达不同教学方法,并将

6、重点讲解内容以加粗和 蓝色字体 等形式区分 ；第一节 榆家梁矿 44305 工作面自动化综采实例一、工作面地质生产条件44305 工作面位于神东矿区榆家梁井田中南部,开采 4-3 煤层；工作面推动长度为2298.1m,工作面长度为 300.5m,煤层可采面积为 690579.1m 2,煤层厚度 1.72.0m,平均厚度 1.85m（引导同学回忆不同煤层厚度的分类,属中厚煤层）,倾角 1 （引导学生回忆不同煤层倾角的划分 顶为 1.5m 的泥岩,基本顶为）； 44305 工作面内上覆基岩厚度为 1238m；4-3 煤直接11m 厚的细砂岩,直接底为粉砂质泥岩；44305 工作面北部为4-3 煤集

7、中大巷,西侧为44304 工作面,南侧为4-3 煤薄基岩区,上部 17m 处有 44205 和 44206 工作面采空塌陷区；通过介绍以上条件,特别是煤层厚度、倾角及顶底板（自动化工作面对地质条件的要求）的介绍,请同学摸索该进行什么样的设备配套及开采工艺（摸索并提问沟通3min ）？二、工作面设备配套提显现场进行的设备选型配套,其中参数加粗部分跟同学一起探讨,为何设计这样的参数,有什么作用？44305工作面主要设备参数如表 3-13-7 所示；表 3-1 TAGOR1.1/2.2 液压支架主要技术特点型 式 爱惜式液压支架 单位 备注高 度 11002200 mm 中 心 距 1750 mm

8、初 撑 力 7140 kN P=31.5MPa 工作阻力 10660 kN P=47MPa 移架步距 1000 mm 表 3-2 7LS-1A 型双滚筒采煤机主要技术特点采高范畴（ m）1.5-3.021 过煤高度（ mm）-416 供电电压（ V ）3300 总装机功率（ kW ）1162 滚筒直径（ mm）1600 滚筒截深（ mm）1000 生产才能（ t/h）2022 牵引速度（ m/min ）22-32 机身尺寸：长 宽 高（ mm）15020 3394 1078 机身高度（可调）mm 1019/1078/1133 牵引功率（ kW ）290 截割功率（ kW ）2480 泵电机功率

9、（ kW ）211 整机重量（ t）61.5 表 3-3 刮板输送机主要技术特点型号 21000 链速（ m/s）1.72 输送量（ t/h）2022 电机功率（ kW ）2 1000 电机电压等级（V）3300 卸载方式 交叉侧卸圆环链规格 42 128/164 槽联接方式 哑铃联接中部槽：长 宽高 1750 2095 301 整机重量 T 630 溜槽内宽 mm 1000 生产厂家 JOY 公司表 3-4 转载机主要技术特点型号学习好资料375 欢迎下载2.18 链速（ m/s）输送量（ t/h）2500 圆环链规格 38 126电机功率（ kW）375 转速（ r/min ）1489 电

10、压（ V ）1140 减速器速比 19.58:1 溜槽内宽 mm 1350 整机高度 mm 1600 整机重量 T 105 整机长度 mm 257500 铰接座上表面对地高度 mm 750 上倾角度6刮板间距（ mm）756 生产厂家 JOY 公司表 3-5 破裂机主要技术特点破裂才能（ t/h）2500 破裂物最大硬度 F14 最大输出粒度（mm）300 电机功率（ kW ）375 适用槽宽（内宽 mm）2286 破裂锤头数（个）8 外形尺寸：长 宽高（ mm）4955 3655 1941 机器总重（ t）27.26 表 3-6 乳化液泵主要技术特点表型 号 K35055 生产厂商 KAMA

11、T 公司额定电压（ V）1140 电机功率（ kW ）315 额定电流（ A）185.7 额定转速 rpm 1480 流量（ L/min ）430乳化液箱总容积（L）2 8000 设计压力（ MPa）37.5 表 3-7 喷雾泵主要技术特点表型 号 K16065 生产厂商 KAMAT 公司额定电压（ V）1140 电机功率（ kW ）160 额定电流（ A）95.7 额定转速 rpm 1480 流量（ L/min ）500水箱有效容积（L ）8000 设计压力（ MPa）14.3 将以上设备选型配套的主要参数介绍后,考虑哪些因素？然后 PPT 讲解并板书：请同学摸索设备选型配套的思路是？应当学

12、习好资料 欢迎下载综采工作面设备选型与配套程序综采工作面设备选型配套内容及主要影响因素学习好资料 欢迎下载三、工作面自动化开采技术1）自动化工作面实施方案44305 工作面于 2022 年 6 月,先后试验了 采煤机随动割煤、采煤机记忆割煤、采煤机记忆割煤加有线远程干预 三种自动化采煤工艺； 经过对比, 三种工艺优缺点对比如下：（1）采煤机随动割煤是指采煤机司机操作前滚筒割顶煤,后滚筒依据设定参数自动化跟随割底煤； 该工艺必需有操作人员跟机作业,在1.8m 采高条件下,当采煤机速度超过 6m/min 时,人员跟机操作困难,安全隐患多,劳动强度大,采煤机割煤才能得 不到充分发挥 ；（2）采煤机记

13、忆割煤是指先由采煤机司机操作割煤,完成几个循环后, 设定参数,采煤机自动化割煤； 该工艺通过采煤机自动重复示范刀割煤,该方式下不能有效对工作面内的设备和巡察人员的安全状况进行监测,高,难以保证煤质要求 ；且示范刀后不能依据煤层变化自动调整采（3）采煤机记忆割煤加有线远程干预割煤工艺；该工艺通过采煤机上的摄像系统 对工作面进行远程监视, 主要解决了工作面内设备和人员的安全问题,并可通过远程干 预实时调整采高,适应煤层变化；经技术研讨和论证, 确定在榆家梁 44305工作面接受采煤机记忆割煤加有线远程干 预自动化割煤工艺；结合现场案例指出, 采矿技术的进展不是想当然的,而是在不断的实践应用中发觉问

14、题,提出解决措施,改革创新,从而不断实现新的突破；引导同学们在遇到以上问题 的时候应当怎么办？跟现场对比自己的想法,有何不足和值得炫耀之处？2）自动化工作面关键技术（该部分是重点也是难点,通过 生懂得）（1）采煤机记忆割煤技术PPT 讲授、板书、虚拟动画演示等相结合促进学采煤机通过示范刀学习, 煤机中心把握器通过监测摇臂传感器的角度变化运算滚筒位置,记录煤机在工作面内任一位置对应的滚筒高度参数,并依据左右牵引部D 齿轮上的速度传感器自动运算煤机的位置和方向；记忆割煤时,煤机依据记录的滚筒轨迹自动 调整滚筒高度实现自动割煤,且可通过参数设置对工作面规律性的变化进行补偿；在完成示范刀后, 通过激活

15、自动化切割程序, 采煤机将依据示范刀割煤过程中所储 存的切割数据,依据示范刀时的采煤机历史运行状态,反复进行自动割煤；需要在工作 面参数 中输入：工作面零点、工作面长度、慢行地段、最大速度以及采煤机当前位置；在自动化参数中输入：最大采高、最大卧底量、最小卧底量、采高限制及卧底量限制不 发挥作用地段；仍可以选择附加参数、校正、等待滚筒、采高和卧底量限制值等；完成 设定后即可启动自动化割煤功能,在工作面端头,可选择自动化或手动, 如选择手动,可用手动操作切割工作面端头；在割完三角煤后,通过激活自动化功能,进入自动化割煤程序；（2）液压支架与采煤机联动技术 通过支架与采煤机联动, 实现采煤机通过后,

16、 支架滞后确定距离依据设定的程序完成自动移架和自动推移刮板输送机；并在工作面两端头, 支架协作采煤机实现斜切进刀； 支架与采煤机联动的基本条件；采煤机和支架之间的信息传输、电液系统的控制功能是实现支架与采煤机联动的关键；即实现煤机支架联动需保证能精确猎取采煤机位置信号、支架电液系统工作与信号传输正常和主把握运算机参数配置正确 3 个基本条件：学习好资料 欢迎下载采煤机与液压支架的信息传输方式；采煤机与液压支架的信息传输,目前接受红 外线传输方式和脉冲码传输方式；红外线方式相对简洁,但受环境如煤尘状况、设备状 态、底板变化等影响较大；脉冲码方式不受使用环境影响,但技术要求较高,传递过程 较复杂；

17、电液把握系统功能的实现；要实现液压支架与采煤机的联动作业,需将支架电液把握装置在全工作面形成网络系统；在该网络系统中, 工作面支架上都装有支架把握器,工作面机头安设主控装置；主控装置可把握整个工作面设备的运行,并形象化地显示支 架在工作面的位移情形、系统的主要参数、采煤机行走方向和位置等；电液把握系统具有全自动、成组工作、邻架操作和手动操作等工作方式；支架把握 装置通过把握电磁阀来操作功能阀,实现支架的各种操作功能；红外线接收器接收来自 采煤机的红外线信号,检测采煤机的位置和方向,供应支架与采煤机联动信息；通过控 制系统实现支架与采煤机的联动；（3）液压支架与采煤机的远程干预技术 为进一步优化

18、采煤自动化的方式,确保支架自动移架时的人员安全,减小工人劳动 强度,在实现记忆割煤的前提下,在工作面把握系统中加装一套远端把握系统,通过光 缆将采煤机遥控器移至把握台处,将人员从工作面移至把握台处,操作者可以依据主控制台视频监视运算机及JOS和支架主把握器供应的数据和相关信息,对采煤机和支架实施远程干预；采煤机远程操作技术；通过采煤机摄像系统传输的工作面图像,操作人员依据煤 层变化情形、滚筒截割情形、支架状态等信息,必要时对采煤机进行远程干预,干预操 作功能与操作人员跟机作业时操作范畴相同,可实现采煤机全部动作的干预；液压支架远程把握技术；为实现对工作面支架的手动远程操作,在液压支架主控 机上

19、设置一个把握器,通过采煤机摄像系统图像信息,支架主控器上支架状态等信息,操作人员可实现对支架的远程干预；有效解决了支架拉架不到位、推溜不到位、顶梁倾 角过大、初撑力不足等问题显现时需要操作人员进入工作面操作的问题,大大提高了自 动化工作面安全高效运行,保证采煤机正常割煤；（4）工作面随机成像系统 在煤机上安装高清晰低光摄像头,随机监视煤机滚筒位置,并将视频信号通过随机光缆传至顺槽把握台监视运算机,煤机割煤情形 ；（5）自动化信息通信技术操作人员在工作面运输机机头通过监视运算机监视采煤机与 JOS 之间的通讯： 有二套通信系统, 其中一套为煤机主控运算机将全部煤机运行状态信息经过处理后通过煤机随

20、机电缆,以载波方式传输至JOS把握运算机并显示；其次套是通过工作面随机多模光缆,传输煤机视频及煤机远程遥控信号,此系统有 效解决了载波传输时间推迟的问题,可快速实现采煤机远程干预,防止意外事故显现；JOS 与支架主控运算机之间通过4 芯通讯电缆传输信号、视频监视运算机；支架主控运算机与支架之间、相邻两架之间通过 4 芯通讯电缆传输信号；视频监视运算机之间通过单模光缆组成局域网络；全部信号通过数据上传系统传输至地面调度室；讲解完以上内容后,请同学准时回忆,并说出实现自动化的要求、设备的功能、如 何实现？四、工作面劳动组织学习好资料欢迎下载6h 检修, 2h 生产；44305 自动化综采工作面劳动

21、组织接受“ 三八制” 作业,早班四点班、零点班 8h 生产；循环图表如图3-8 所示；班别891011检修班1415161718生产一班2122232412生产二班5678时间1213192034工作面长 /m300.5270 240 210 180 150 120 90 60 30 0图例割煤移架推移输送机检修图 3-8 榆家梁矿 44305 工作面循环作业图表 结合工作面循环图表讲解工作面如何进行劳动组织？结合现场说明“ 三八制” 与“ 四 六制” 的优缺点,请一两位同学到前面大致画出循环作用图表,并说明各区域要说明的 内容；通过该节的介绍,与同学探讨,请同学置身为煤矿治理人员换位摸索,激

22、发同学向 自动化、智能化开采努力学习实践创新；其次节 葛亭煤矿 11604工作面含硬夹矸薄煤层短壁综采实例淄博矿业集团葛亭煤矿 11604 工作面煤层 平均厚度 1.22m（典型薄煤层） ,采区地 面有村庄等建筑物, 且底板岩层内含奥灰水, 存在突水危险； 为爱惜地表建筑物免受采 动破坏和防止底板突水 （对薄煤层开采的制约,指出短壁工作面的缘由）,设计工作面 长 34 m；在煤层含有 硫化铁结核硬夹矸 条件下 （对开采有什么影响和要求？）,对采煤机等综采设备进行了改进,并实行 矸薄煤层安全高效综采；一、工作面井上下开采条件顺槽深孔预裂爆破技术 （关键技术） 实现了含硬夹1）煤层顶底板条件 11

23、604工作面所采 16 号煤层, 煤层厚度 1.21.4m,平均 1.22m,属稳固煤层；煤层 倾角 017.5,平均 12.0 ；煤层顶板为十 下灰岩石,平均厚度为 5.35m,灰岩抗压强度平均为 82.3MPa,最大达 98.4 MPa,属坚硬顶板； 底板以泥岩和粉砂岩为主, 次为细砂岩,岩体强度较低；2）地面建筑物 11604工作面所在 1160采区地面有 4 个村庄、2 个造纸厂及 1个中学等地面建筑物,在工作面尺寸设计时需保证地表建筑物免受采动破坏；3）底板奥灰水学习好资料 欢迎下载16 号煤层底板岩层内含有奥灰水,水压较大, 水文地质条件较复杂, 存在底板突水危险； 11604 工

24、作面下距奥灰含水层 63.3568.76m,平均 65.8m,其间主要由泥岩、粉砂岩及少量薄层灰岩和煤层组成,11604工作面奥灰最大突水系数0.060MPa/m；综上所述,由于既要爱惜地表建筑物免受采动地表沉陷破坏,又要防止底板突水,因此,设计 11604 工作面走向长度为 工作面 ；863m,倾斜长度为 34m,是 典型薄煤层短壁综采结合自己在煤矿的见闻介绍以上条件,请同学摸索该进行什么样的设备配套及开采工艺（摸索并提问沟通3min ）？二、工作面综采设备配套及改进1）主要综采设备配套 依据 11604 工作面地质条件,对采煤机、液压支架及刮板输送机等综采设备进行选型配套,主要配套设备及技

25、术参数见表3-8表 3-11；参数表 3-8 MG200/456-QWD型沟通电牵引采煤机技术参数表项目参数项目截割高度（ m）1.12.4 滚筒转速（ r/min ）44.4 煤层倾角（ ）35截深（ mm）600 总功率（ kW）455.5 摇臂长度（ mm）1943 截割功率（ kW ）22 100 机面高度（ mm）853 牵引功率（ kW ）225 摇臂摇摆中心距（mm）5170 泵站功率（ kW ）5.5 调速方式沟通变频调速电压等级（ V ）1140 牵引方式齿轮销轨式最大截割高度（mm）2262 牵引力（ kN ）440/220 滚筒直径（ mm）1100 牵引速度（ m/mi

26、n ）0610 表 3-9 综采面液压支架主要技术参数表序号项目型式参数附注两柱爱惜式1 ZY2800/09/18 型中部液压支架高度（ mm）900-1800 P=31.5MPa 中心距（ mm）1500 宽度（ mm）1400 初撑力（ kN ）15572116 工作阻力（ kN）2800 P=40.4MPa 2 ZTZ4800/16/26 端头液压支架支护强度（ MPa）0.350.46 平拉, f=0.2 对底板比压（ MPa ）底座前端最大1.2 泵站压力（ MPa）31.5 操纵方式本架把握两架一组端头支型式架高度（ mm）16002600 单架宽度（ mm）440 P=31.5M

27、Pa 整架宽度（ mm）1900-2520 初撑力（ kN ）3786 学习好资料欢迎下载4800 P=39.8MPa 工作阻力（ kN）支护强度（ MPa）0.28 P=39.8MPa 底板比压（ MPa ）1.06 泵站压力（ MPa）31.5 表 3-10 SGZ730/2 132 型刮板输送机主要技术参数表项目 技术参数 项目 技术参数输送才能（ t/h）600 刮板链型式 中双链供货长度（ m）60 刮板链中心距（mm）120 装机功率（ kW ）2 132 中部槽型式 整体铸焊封底结构刮板链速（ m/s）1 中部槽规格 1500 690（内宽）263 电动机型号 KBY550-13

28、2A 槽间联接 哑铃电压（ V）1140/660 牵引方式 齿轮销轨式减速器型式 圆锥 -圆柱齿轮行星减速 卸料方式 单速、端卸传动比 1:30 槽间联接强度（kN ）1800 表 3-11 SZZ-630/75 型转载机主要技术参数表项目 技术参数 项目 技术参数输送才能（ t/h）600 刮板间距（ mm）640 供货长度（ m）30 中双链规格（ mm）18 64 装机功率（ kW ）75 最小破断负荷（kN ）850 链速（ m/s）0.86 中部槽规格 1500 630 190 以上设备关键是采煤机和液压支架,其中采煤机的截割才能最为重要；请同学摸索为什么、应该怎么做？（ 2min

29、）2）综采设备技术改进（1）采煤机改进对 MG200/456-QWD 型电牵引采煤机主要改进的部件为： 采煤机截齿、采煤机滚筒；滚筒接受凯南麦特镐型齿强力滚筒、加强型截齿,截齿头是碳化钨合金,截齿的材质是 42CrMo 合金,直径是 19mm,能够高效截割含硫化铁硬结核薄煤层,截齿为加强型截齿,增强了电控和滚筒的抗冲击才能,滚筒增加了截齿数量,削减了滚筒线速度,以保证采煤机能在煤层中含硬度大的硫化铁结核条件下仍具有较强的截割才能,由于夹矸及部分煤质较硬,截深不宜过大,接受 0.6m 截深；凯南麦特采煤机滚筒具有强度大、牢靠性高、耐久性好、截齿消耗低的特点,其叶片、齿座、截齿的设计与制造能够适应

30、各种地质条件,特别是在煤质较硬和地质构造变化较大的煤层中使用,优越性更为突出,经济效益更加显著；（2）液压支架改进对 ZY2800/09/20 爱惜式液压支架的改进设计主要包括：接受整体顶梁结构,前端下侧设有可拆卸的翻转挡板装置；支架底座为前端开底式,底座后端设有内藏式底调千斤顶；支架推移机构接受正装短推杆形式,便于拆装更换；（3）刮板输送机改进学习好资料 欢迎下载对 SGZ730/2 132 型刮板输送机的改进设计为： 削减了过渡槽,降低了机头、机尾、中部槽的高度；详细介绍采煤机等设备的改进设计,为什么要这么改？改后会有什么成效？请同学摸索自己遇到类似的问题该怎么办？三、采煤工艺11604

31、工作面接受后退式综采采煤法,全部垮落法治理顶板；工作面采高为1.3m,沿顶破底回采,循环进尺为0.6m,移架步距为 0.6m；双滚筒采煤机单向割煤,在工作面端部斜切进刀,来回一次进一刀；斜切进刀段长 度 25m 左右,截深 0.6m；工艺过程如下：采煤机自上向下下行正常割煤到割透机头煤壁后,返机上行割三角煤； 距离采煤机不小于于 15m；采煤机进刀方式如图A3-9 所示；A a 15m 顶溜,使得刮板输送机弯曲段为不小A-AB-BB B b C-CC C c D-DD D d 图 3-9 采煤机进刀方式示意图2）采煤工作面正规循环生产才能 工作面正常生产时,每天生产 20 个循环,循环进尺0.

32、6m,日推动度 12m；循环产量 33t,正规循环率 95%,日产量 627t,月产量 18810t,年产量 20.7 万 t；3.3.2.4 含硬夹矸薄煤层顺槽深孔预裂爆破技术 详细讲解含硬夹矸薄煤层开采的现状,请同学摸索更先进的技术,提问 24 位同学,听听他们的解决思路,结合自己的思路赐予点评（多勉励、少批判）；目前,含硬夹矸薄煤层开采主要有采煤机组、机炮联合开采、采煤机组与截煤机机头部连接组成联合机组及打眼放炮落煤开采技术；其中接受顺槽深孔预裂爆破技术协作 强力采煤机可实现含硬夹矸薄煤层高效综采；依据 11604 综采面现场探测结果,薄煤层内的硫化铁结核硬夹矸,多分布在煤层上 部,严肃

33、影响了工作面正常开采； 此外,煤层顶板强度高, 与泥岩等岩性较弱顶板相比,受爆破影响较小；因此,工作面含硫化铁结核硬夹矸较多区段,必需接受预裂爆破技术 以降低采煤机滚筒及截齿的消耗；学习好资料 欢迎下载葛亭煤矿原接受工作面内钻孔爆破方法,钻孔参数为 40mm 1200mm；工作面硫化铁夹矸及顶底板变化严肃时, 须沿工作面倾斜方向打大量爆破钻孔,最多达 40 个；该方法虽然降低了采煤机滚筒和截齿的消耗,工作面产量有了确定提高,但照旧存在以 下不足：（1）工作面钻孔作业空间小,工人操作不便,钻孔耗时较多,劳动强度大；（2）钻孔时采煤机无法连续正常割煤,造成工作面推动速度较慢,制约了工作面 产量；（

34、3）崩落的矸石或煤体易对设备造成确定损坏,安全隐患多；鉴于上述工作面钻孔爆破方法的不足,为充分发挥改进后的滚筒采煤机优势,实现采煤和钻眼爆破平行作业,加快推动速度,在含硫化铁结核硬夹矸较多区域接受顺槽深 孔预裂爆破技术,可有效促进综采工作面安全高效生产；依据自己在现场实践基础上的总结,提出有效的解决思路；同时启示同学,采矿工程是个系统工程,需要把握的学问和技能很多,比如爆破工程等, 依据遇到的问题进行学习提高（问题驱动型） ,在实践中发觉新问题、学习新学问、提出新学问、解决新问题、总结新理论；1）爆破工艺设计 在顺槽内实施薄煤层硬夹矸深孔预裂爆破技术,打钻与成孔工艺、装药与封孔工艺直接关系到深

35、孔预裂爆破的安全和成效；在实施深孔预裂爆破技术时,为取得预期爆破成效,保证爆破过程中不造成顶板大 面积破裂失稳,依据现场情形布置爆破孔,并且要求其成孔质量好、定向精确和达到设计深度；钻机接受 ZDY1200SMK-4 型全液压钻机,钻机具用解体性好、 自动化程度高、工作效率高、安全性能好等优点；装药工艺是深孔预裂爆破的重要问题,为此在钻孔后接受抗静电阻燃 PVC 管快速 装药,雷管为煤矿许用毫秒延期电雷管,使用该类电雷管,有利于提高炮孔利用率、降 低炸药和电雷管的消耗、减小地震和提高爆破效率等优点；接受反向爆破,装好药后,用炮泥封孔,封泥长度为 5m,且要捣实封孔段,防止靠顺槽处煤岩体爆出；炮

36、眼装药 结构如图 3-10 所示；放炮母线炮泥炮孔煤层药包雷管图 3-10 炮眼装药结构示意图2）爆破参数确定（1）炮眼间距 通过应力波模拟运算及裂隙区半径运算,可确定炮眼间距在5.5m 左右；炮眼间距越大,回采单位煤体的钻孔工作面量越小,但是爆破产生的预裂成效越差；在现场进行了 6m 炮孔间距试验,实践结果较好验证了前述理论分析,因此最终确定的炮眼间距为 6m；（2）炮眼深度 综合考虑工作面长度、硬夹矸状况及钻眼效率和良好的爆破成效,以及施工设备和施工技术水平、劳动组织等因素,工作面倾斜长34m,为便于施工组织和治理,削减对生产班的影响,确定在检修班实施两顺槽内钻孔爆破,炮眼深度为 18 m

37、 左右,装药段长 13m；（3）炮眼装药量运算学习好资料 欢迎下载预裂爆破必需把握药量,以达到既能松动好岩体,又不致于破坏顶板的成效,装药 量与待爆破的体积、岩体的可爆性、炸药的类型、炮眼填塞情形等因素有关；爆破炸药 选用二级煤矿许用乳化炸药, 每孔装药量在 8.4kg 左右；详细爆破参数设计见表 3-12 所 示；表 3-12 爆破设计参数表炮孔名称孔深装药长封孔长装药孔径药卷长药卷直药卷/m 度/m 度/m 量/kg /mm 度 /mm 径/mm 质量 /g 轨道巷1、3、5 13 5 8.4 230 27 150 18 75 胶带巷2、4、6 18 13 5 8.4 75 230 27

38、150 3）炮眼布置方式设计 炮眼布置方式的确定,应考虑钻眼效率和良好的爆破成效,考虑施工设备和施工技术水平、劳动组织等因素,仍要便于施工组织和治理,考虑到工作面超前支护 20m,一 般把爆破作业点设在 20m 外,如超前支护对爆破影响较小,也可在工作面煤壁前方 1015m 设置深孔预裂爆破；因此,依据实际情形,将松动爆破炮眼布置在 11604 综采 工作面轨道顺槽和胶带顺槽薄煤层中,各布置一层炮眼,3 孔一组,且紧贴夹矸带；炮 眼高度随夹矸带的变化而变化,顺槽深孔预裂爆破炮眼布置方式如图 3-11 所示,剖面图如图 3-12 所示；一次引爆 破坏影响；3 个炮眼,削减了单孔爆破作业时间,同时

39、削减了对顶板 m图 3-11 两顺槽预裂松动爆破炮眼布置图5.65m1.22m0.4m3m3m3m23m6.5m图 3-12 炮眼布置剖面图学习好资料 欢迎下载结合虚拟仿真动画给同学讲解炮孔的设计、爆破成效等,加深同学的懂得,激发同学学习新知识的欲望；4）爆破成效分析通过在综采工作面两顺槽实施深孔预裂爆破,实现采煤机连续化运转,有利于工作面安全高效生产；顺槽爆破时工作面的正规循环图表见图3-13；中班夜班班时早班面长/m顺槽预裂爆 破、通风作业循环与早班检修后相同图例28刀,进尺 16.8 m；说明工作面顺槽深孔预裂爆破,钻孔作业与工作面采煤平行作业；每天割煤图 3-13 顺槽深孔预裂爆破循环

40、图表从图 3-13 可以看出,接受顺槽预裂爆破削减了工作面打眼时间,提高了采煤机的开机率,削减了工作面的工序,简化了工作面的开采工艺；在顺槽深孔预裂爆破硬夹矸后,采煤机运转及截齿消耗情形统计见表 3-13；表 3-13 采煤机运转情形及截齿消耗情形记录表爆破地点采煤机走向推动平均采煤机割煤速度平均 /m.min-1 滚筒截齿消耗 率/个.kt）-1平均 /度/m.d-1/m.d-1/m.min-1个.kt）-1非爆破区 夹矸8.4 13.7 12.6 2.0 8.8 9.0 2.5 2.3 12.1 较薄 9.0 2.4 11.9 工作面爆破区9.6 10.0 3.8 1.8 1.7 10.2

41、 3.9 4.0 1.7 夹矸较厚 10.2 4.2 1.5 顺槽爆破区 夹16.2 16.6 3.5 2.2 2.0 17.4 3.7 3.6 1.8 矸较厚 16.2 3.6 2.1 接受顺槽深孔预裂爆破后,松动了硬夹矸,降低了煤岩体抗压强度,使得采煤机得以安全高效运转；依据现场观测统计,顺槽预裂爆破区采煤机走向推动度分别是工作面爆破区的和薄夹矸非爆破区的 1.7、1.9 倍；采煤机割煤速度是薄夹矸非爆破区的 1.6 倍；顺槽预裂爆破区截齿损耗较工作面薄夹矸非爆破区削减了 84%；由统计可知, 顺槽深孔爆破后工作面日推动度达 17.4m,日产量达 981.6t,平均日推动度为 16.6m,

42、平均日产为 936.5t；请同学认真消化吸取顺槽深孔预裂爆破硬夹矸这部分内容,促进同学把握并激发创新意识；谈谈同学自己的想法和改进思路等,学习好资料 欢迎下载请同学回忆已学薄煤层开采工艺（要的工艺就是刨煤机综采采煤工艺；采矿学已讲过） ,除了刚讲过的滚筒采煤机,仍有一种重第三节 小青矿 W 2-713 工作面刨煤机综采采煤工艺实例铁法矿区探明煤炭储量 22.59 亿 t,其中薄煤层储量为 6.2 亿 t,占矿区煤炭储量的26% ,接受传统的炮采工艺,不仅产量低、工人劳动强度大,而且不易保证安全,接受薄煤层长壁机械化开采难度大,投入产出比高,经济效益差；假如舍弃不采,又造成资源的极大铺张,缩短矿

43、井的服务年限；为了安全、高效开采薄煤层资源,铁法矿区积极寻求高产高效的薄煤层开采途径,在广泛调研、科学论证的基础上,以实现薄煤层全自动化无人工作面安全高效开采为目标,接受多种先进技术集成和配套整合创新,成功实施了从德国 DBT 公司引进核心技术与国产配套技术相结合的方案；对国内无法加工制造的刨头及驱动系统、电气把握系统等核心技术及装备进行了引进,而与之相配套的液压支架等设备均由国内设计配套,试验成功了我国第一套薄煤层刨煤机组,并于 2022 年领先在小青矿 W-703 工作面成功投入使用； 这使我国成为继德国、 美国之后, 世界上 第三个拥有这种先进开采技术的国家, 小青矿 W-703 工作面

44、也成为我国第一个薄煤层全自动开采工作面,填补了国内薄煤层高产高效机械化开采的空白；经过 进展,铁法矿区薄煤层开采技术水平有了进一步的提升,本章以小青煤矿10 余年的不断 W2-713 工作面为例,主要介绍薄煤层全自动化工作面的采煤方法、设备选型及无人化把握技术；一、工作面概况小青矿 W 2-713 工作面位于 -447m 水平的西二采区,地表标高 +67.8+69.1m,井下 标高 -440-410m,南部为西二期集中轨道运输巷、西二期集中运输巷、西二期集中回风巷；北部为小青矿井田与大明矿井田技术边界；西侧为 F76 断层；东侧为 W2-712 工作面；W2-713 工作面走向长度 1775m

45、,倾斜长度 225 m,开采的 7 煤层厚度 1.11.70m,平均 1.39m,煤层倾角 210,平均 4；工作面布置情形如图 3-14 所示；图 3-14 W2-713 工作面布置W2-713 工作面顶板发育一层灰色、 灰黑色泥岩伪顶,其厚度最小 0.10m,最大 1.4m,平均 0.8m,水平层理,松软易碎,易冒落；工作面直接顶为中、 粉砂岩互层,夹泥岩层；基本顶为粉砂岩、粗砂岩、砂砾岩为主的砂岩互层；直接底为 5m 以上的粉砂岩；煤层 顶底板情形见表 3-14；学习好资料 欢迎下载表 3-14 煤层顶底板情形顶底板 岩石名称 厚度 /m 岩性特点粉砂岩、粗砂岩、砂砾岩为主的砂岩 灰白色

46、,泥质间隙型胶结,弱含水,基本顶 20m 以上互层,及 4-1、4-2 煤层 石英、长石为主灰白色、灰黑色,泥质孔隙型胶结,直接顶 中、粉砂岩互层,夹泥岩层 平均 5m 石英、长石为主伪顶 泥岩 0.11.4m 松软易碎, 易冒落, 节理、 裂隙发育松软易碎, 节理、 裂隙发育, 吸水性伪底 泥岩 0.10.6m 强直接底 粉砂岩 5m 以上 石英长石为主,泥质孔隙型胶结工作面正常涌水量 36 m3/h,最大涌水量 40 m3/h；瓦斯相对涌出量 15m3/t,确定涌出量 33m3/min,煤层属自燃煤层,自然发火期为 36 个月；本工作面有五条断层,其中W2F25 小断层位于本工作面回风顺槽

47、侧,在本工作面回风顺槽 P47 点前 30m47m 范畴内实见含水裂隙带；本工作面接受走向长壁后退式一次采全高全部垮落法的刨煤机机械化采煤方法；简要介绍薄煤层的地质生产条件,请同学摸索提出自己的选型配套方案（ 3min）；二、工作面主要设备选型1）刨煤机本着“ 降低创新成本、缩小国内外差距、争取投资收益最大化” 的原就,能国产化的设备坚决国产化,首次提出“ 引进德国刨煤机核心技术与国产设备相配套” 的投资方案；国产刨煤机与国外刨煤机主要差距：部分元部件的牢靠性低；过载爱惜装置落后；刨头调向装置的灵敏度不高；刨头终端限位装置的牢靠性不高；国内刨煤机刨硬煤的才能差；主要国产刨煤机技术参数见表 3-

48、15；表 3-15 主要国产刨煤机技术参数型号参数煤层厚煤层倾角 /o工作面产刨链规格刨速 /m s-1刨头功率度/m 长度 /m /mm /kW BT24/2 40 0.71.3 25 200 0.42 24 86 2 40 BT24/2 75 0.71.7 25 200 24 86 0.67 2 75 BH26/2 75 0.81.5 25 200 26 92 0.67 2 75 BH30/2 90 0.81.8 25 200 30 108 0.79 2 90 BH30/2 132 0.71.8 25 200 30 108 1.52 2 132 国产刨煤机与国外相比存在的差距是我国综合装备

49、制造与世界先进国家差距的一个表现,在此与同学一起探讨差距的表现、产生的缘由、改进的途径、突破的思路 刨煤机刨头如图 3-15（a）所示,建立刨煤机刨头受力分析模型,如图 3-44（b）；学习好资料 欢迎下载（ a） 刨头实照（b） 刨头受力图 3-15 刨煤机刨头受力分析模型斜度角； 刨刀楔角； Sp 刨刀刨面（接触煤壁）；Fr刨刀空面； S 刨头截深；PH牵引链拉力； PA刨头横向反力；PR 液压千斤顶推力；PS 刨煤阻力；PL 刨刀的浮煤阻力经运算,选取 9-38Ve/GH5.7 型号刨煤机,刨煤机的主要技术特点见表 3-16；表 3-16 刨煤机主要技术参数刨煤机型号 9-38Ve/GH

50、5.7 滑行刨 额定生产才能 /t h-1 735 刨头导轨型号 9-38/Ve 刨体类型 单刨头刨体几何尺寸 长度 /mm 2700 高度 /mm 800-1585 中心顶刨刀架最大调整高度 /mm 250 底刨刀调整水平 /mm 位置 1, +12；位置 2,-10；位置 3,-28；位置 4,-34 机头驱动 功率 双速水部 /kV 400/200 电压 /V 1140 冷 频率 /Hz 50 驱 机尾驱动部 与机头驱动部相同动减速比 21：1 电动机 /台 2 装置 机头架型号 MR25/30 机尾架型号 MR25/30 机头减速器配置 P-30UEL-R 型正齿轮减速箱机尾减速器配置

51、 P-30UEL-R 型正齿轮减速箱无极链 链环规格 /mm mm 38 137 链速 /m s-1 0.96/1.92 2）刮板输送机考虑刨头运行速度、工作面输送机链速和刨深的协作,工作面选用 PF3/822刮板输送机；总长度230 表 3-17 PF3/822 刮板输送机技术参数7 水平弯曲度 /5 垂直弯曲度 /m 溜槽类型中间标准型变线特别型调剂备用型分类规格 /mm mmmm 1505 822 549 无755 822 549 天窗载货板厚度 /mm 30 封底板厚度 /mm 20 每隔五个溜槽安装一个带天窗的溜槽位置机头电动机型号400/200 双速水冷电压 /V 1140 频率

52、/Hz 50 驱动部机架型号KSKR1000 型（端卸式）减速器型号学习好资料欢迎下载减速比33 KP25/35 （行星伞齿轮减速器）机尾驱动部34 126 与机头驱动部相同/kN 1.32 链条规格 /mm mm 链速 /ms-1刮板间距 /mm 756 链中心距 /mm 150 连接销破断力 /kN 2022 哑铃式连接销破断力2022 3）液压支架（1）支架型号本工作面接受两柱爱惜式液压支架支护工作面顶板,支护设备型号及其参数见表 3-18、3-19；中间液压架用端头支架支护工作面两端头,项目表 3-18 中间液压支架主要技术参数参数参数项目中间架型号ZY4800/06/1.65 使 用

53、 编 号4#153# 最大高度1650mm 最 小 高 度600mm 中 心 距1500mm 最大推移行程750mm 初 撑 力3344kN 工 作 阻 力4800kN 供液压力31.5MPa 支 护 强 度0.5 0.66MPa 支架重量11.6t/架使 用 数 量150 架 端头液压支架表 3-19 工作面端头液压支架主要技术参数项目参数项目参数端头液压架型号ZT6200/18/32 使 用 数 量5 组最大高度3200mm 最 小 高 度1800mm 架宽1500mm 最大推移行程7500mm 供液压力31.5MPa 工 作 阻 力6200kN （2）液压支架支护强度验算 运算支护强度

54、P0=K H cos=9.8 8 1.39 2.5 cos3 = 272 kN /m 式中： P0顶板载荷, kN /m 2；2542kN /m2；K 冒落高度影响系数,取8；H 采高,取 1.39m； 直接顶岩石容重,取2.5t/m 3； 参照同煤层顶底板条件极相像的矿压观测资料,最大平均支护强度 选择工作面支护强度 272 kN /m2542 kN /m2,因此工作面支护强度符合要求； 支护设备选择 工作面选用 ZY4800/06/16.5D 型支架,从机头到机尾依次编号 1151 号支架；端头 支架选用 ZT6200/18/32 型支架,运输顺槽 3 组支架,回风顺槽 2 组支架；3-2

55、0 可以看出,选用 ZY4800/06/16.5D 型支 依据工作面条件与支架适应条件对比表 架,在中意顶板支护强度需要的同时,也能中意底板比压值要求；学习好资料 欢迎下载表 3-20 工作面条件与支架适应条件对比项目工作面条件支架适应条件采高1.39m 0.61.65m（可加 200 mm 柱帽）倾角415煤厚11.70m 0.61.65m（可加 200 mm 柱帽）煤硬度2 最大 3 底板比压18.5MPa 14.2MPa 支护强度490kN/m2647kN/m2顶板种类二级二类通过对比、验算,证明选用 4）转载机、破裂机ZY4800/06/16.5D 式液压支架能中意要求；结合矿上实际使

56、用情形,工作面选用 SZZ-800/315 型转载机、 PCM-160 型破裂机；转载机、破裂机等技术特点见表 3-21 和表 3-22；表 3-21 转载机技术参数项目 参数 项目 参数型号 SZZ-800/315 链条规格 /mm mm 34 126 运输才能 /t h-1 1200 刮板间距 /mm 1210 链速 /ms-1 1.52 电动机功率 /kW 315（双速水冷）表 3-22 破裂机技术参数项目 参数 项目 参数型号 PCM-160 最大输入块度 /mm mm 800 800 破裂才能 /t h-1 2022 主轴转速 /r min-1 370 破裂方式 锤式 锤头冲击速度

57、/m s-1 20 锤头数 /个 8 电机功率 /kW 160 5）乳化液泵站（1）泵站选型、数量本工作面选用 LRB400/31.5 型乳化液泵 （2 台）、RX-400/25 型乳化液箱串联供液,乳化液泵站到工作面接受 32（回液）、 25（进液）的高压胶管；工作面内接受双回路向支架供液,一路位于支架内,另一路安置在电缆槽内,进回液分别接受 25、32的高压胶管,两路每隔 9 个支架用 25 的高压胶管连通一次；表 3-23 乳化液泵主要技术参数项目 参数 项目 参数乳化液泵型号 LRB400/31.5 公称流量 /L min-1 400 电机功率 /kW 250 公称压力 /MPa 31

58、.5 （2）泵站位置乳化液泵站置于运输顺槽变电列车中,随列车一起移动；（3）泵站使用规定加强泵站设备、管路的修理和保养,保持液压系统完好,杜绝跑、冒、滴、漏、窜现象；保证泵站压力不小于30MPa,乳化液配比浓度为35,接受自动配液的方式配制,乳化液配比浓度每班必需检测一次,经常清洗泵箱；6）工作面设备汇总工作面所用采煤设备为学习好资料欢迎下载PRT-GH-PF3/822 型端卸9-38Ve/GH5.7 滑行刨,运输机为式运输机,SZZ-800/315 型转载机,PCM-160 型破裂机和 ZY4800/06/16.5D 型液压支架,全自动刨煤机工作面设备配备见表3-24,布置情形如图 3-16

59、 所示；序号运输顺槽表 3-24 全自动刨煤机工作面设备配备备注名称规格型号1 液压支架ZY4800/06/16.5D 国产端头支架ZT6200/18/32 2 刨煤机9-38Ve/GH5.7 进口3 运输机PRT-GH-PF3/822 进口4 转载机SZZ-800/315 国产5 破裂机PCM-160 国产6 带式输送机SDJ/150；DSJ/160 国产7 乳化液泵站BRW400/31.5 国产8 喷雾泵站BPW-320/63 国产9 移动变电站KBSGZY-500/6/0.69 国产10 刨煤机馈电KE1004 进口11 三机馈电KBZ-630 国产运顺巷道回顺巷道回风顺槽变电列车皮带转

60、载机破裂机液压支架AAA运输机刨煤机A图 3-16 工作面设备布置同？刨煤机综采工作面与一般滚筒采煤机综采工作面不同,请同学摸索主要存在哪些不三、采煤方法1）巷道布置 W2-713 工作面运输顺槽设计高度为 3.3m,宽度为 5.6m,断面 16.8m 2；接受钢带、锚杆、金属网联合支护,在断层破裂带邻近及顶板淋水段为 T 型棚支护；用于进风、运学习好资料 欢迎下载煤及帮忙运输；工作面回风顺槽为矩形断面,设计高度为 2.8m,宽度为 5.0m,断面为14.0m 2,接受钢带、锚杆、金属网联合支护,在断层破裂带邻近及顶板淋水段为 T 型棚支护；工作面开切眼为矩形断面,为矩形上帮抹角形断面；设计宽