山西科泰:煤矿开采设备技术,综放技术的对外输出

  20世纪90年代中期,综合机械化放顶煤开采技术已经成熟,综放工作面单产已超过100万吨,实现了高产高效;国产的综放工作面装备与国外的差距逐步缩小,放顶煤开采技术和相应装备已具备向国外落后采煤技术国家出口的条件。

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煤矿开采设备

  OMERLER矿属于土尔其TKI(土尔其褐煤公司),CMEC(中国机械设备进出口总公司)通过国际招标中标,并与土尔其TKI(土尔其褐煤公司)签订商务合同,中方负责TKI下属OMERLER和EYNEZ两个煤矿的综放开采成套技术与装备输出,并实施两矿两个首采工作面的技术承包和两年的达产期。中方由当时的中国煤矿机械装备公司总承包,工作面装备由TKI选型,煤炭科学研究总院北京开采研究所负责两个首采工作面的设备配套和采煤工艺总体设计。

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  2煤矿基本情况

  OMERLER矿煤层厚度8m,倾角3°,煤质为褐煤,单向抗压强度为100kg/cm2,容重1.44t/m3,挥发分25-V30%,灰分40~42%,发热量2000~2500大卡/kg,煤层直接顶为厚16.9m的粘土岩,单向拉压强度为141kg/cm2,基本顶为泥灰岩,单向抗压强度为900kg/cm2。煤层底板为厚5.15m的粘土岩。煤层结构较为复杂,在煤层中下部有三层夹矸,厚度自上而下分别为0.15m,0.75m,0.65m。岩性均为粘土岩。矿井瓦斯涌出量很少,煤层有自燃发火倾向,发火期1~2个月。开采深度为225m。OMERLER矿设计年生产能力135万t,当时实际生产能力为45~50万t,煤层的上部已为露天矿开采,井工部分为斜井开拓。

  OMERLER矿原有三个生产工作面。所采用的采煤方法有两种:一是一次采全厚爆破落煤放顶煤采煤法,一是预采顶分层爆破落煤放顶煤采煤法。均采用单体液压支柱或摩擦支柱支护。从未采用过综合机械化开采。矿井煤的运输全部皮带化,辅助运输为无极绳绞车。

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  综采放顶煤工作面位于1~C盘区的M-1工作面:工作面的轨道巷直接与l号斜井相通。运输顺槽通过溜煤眼与矿井运输大巷相接。为了比较预采顶分层放顶煤和一次采全厚放顶煤的效果,在工作面从切眼开始的,170m内,沿煤层顶板布置了一个顶分层工作面,采后铺网。该工作面的上下顺槽与放顶煤工作面的顺槽采用内错式布置。工作面上下顺槽均为高3500mm,宽4600mm的半圆拱形140#工字钢支护。巷道净断面为13.8m2。

  3综放工作面设计参数

  综放工作面长度设计为90m(两顺槽中心线距离),煤壁净长为85.4m。走向长度设计为420m,其中,顶分层开采段180m,一次采全厚段为240m。割煤高度设计为2.8m。煤层厚度按8m计算,预采顶分层段,顶分层采高为2m,则放顶煤高度为3.2m,一次采全厚段放顶煤高度为5.2m。采放比分别为1:1.14和l:1.86。

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  矿方在标书中规定,采煤机截深为600mm,采用三刀一放,放顶煤步距为1.8m,即循环进度为1.8m。

  综放工作面设备是TKI公司在标书中选定的。OMERLER矿放顶煤液压支架型号确定为中国生产ZFD4000/18/32型单运输机放顶煤液压支架;采煤机选用德国EICKHOFF公司生产EDW-150-2L型双滚筒采煤机;工作面输送机选用中国生产SGZ730/264型双中心链刮板输送机;顺槽转载机SZZ730/132型40m长转载机;顺槽皮带为TSP580/1000型可伸缩胶带输送机。采煤机,放顶煤液压支架,刮板输送机的配套关系如图所示。

  工作面三机配套图

  工作面下端头运输顺槽里安设一架三架一组的端头支架,顺槽转载机置于主架的中央。端头支架上有两个千斤顶可以推移转载机向前移动,端头支架的尾部有一个掩护梁,必要时可以将转载机尾伸向端头支架后部进行放顶煤。在端头支架与基本架之间有两架过渡支架。在工作面上端头(回风顺槽一端)没有端头支架,有三架过渡架安装在机尾部分。

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  乳化液泵站由两泵一箱组成,泵的型号为MRB125/34B型,泵站经与OMERLER矿商定,设在工作联络巷靠运输顺槽一端的绕道里由泵站到工作面的输液管和回液管,分别为Φ30×3和Φ40×3的无缝钢管,每10m一节,铺设在运输顺槽里。变压器和高压开关均置于专用的峒室里,工作面所有设备的开关,均布置在运输顺槽的单轨吊下面,随工作面推进而移动,需由矿方准备10个长2m宽lm的悬吊平台。工作面喷雾泵和钻机液压泵放在转载机侧的巷道底板上。

  工作面两顺槽均为半圆拱工字钢棚子支护,随着工作面的推进,需超前工作面10~15m替换棚子,即由拱形棚子换为矩形棚子,以适应端头支架的支撑。矩形棚子为木梁和单体液压支柱或摩擦支柱支撑。在工作面前方顺槽超前支承压力区内,应对顺槽棚子进行加强支护,即在每架巷道棚子中央加设一根单体液压支柱。工作面的正规作业循环应是割三刀煤放一次顶煤,其各工序完成的顺序如下:采煤机割第一刀煤→移架→推溜→割第二刀煤→移架→推溜→割第三刀煤→移架→放顶煤→推溜。

  4综放工作面回采工艺

  工作面采用端部斜切进刀单向割煤往返割一刀的进刀方式。进刀端可以在运输顺槽端(下端),也可以在回风顺槽(上端),在工作面有一定的倾角情况下,一般都从工作面下端开始进刀。工作面实行追机作业,顺序移架。滞后采煤机5m进行。移架时要保证支架的直线性。移机尾支架时,应先移倒数第二架,而后同时移其相邻两架。移端头支架在输送机头推移以后进行。其顺序是先移主架,连同转载机一起前移一个步距,而后前移副架。

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  第一、二个割煤循环推溜工作,应是先在采煤机割煤离开进刀段后将机头推移至煤壁,其余部分将在采煤机返空刀至进刀端后,从机头开始顺序推移。第三个割煤循环的推溜工作在放顶煤结束后进行。推溜工作应做到:输送机弯曲段长度不小于20m;至少有2~3个千斤顶同时动作;推溜时,输送机应开起来。

  工作面用单轮顺序放煤的放煤方式。这种放煤方式每架(除首架外)放煤口上方的待放顶煤均受邻架放煤过程的影响,邻架的放煤增加了本架顶煤的自由度,并随着邻架的放煤而进一步破碎,使放出前的破碎度加大,有利于顶煤的回收。同时,每架放煤量基本均等,使工作面放煤均匀。当工作面进入一次采全厚放顶煤时,应采用双轮顺序放煤方式,即第一轮先放出顶煤的一半,第二轮再将顶煤放完。

  工作面采用的是单运输机放顶煤液压支架,放顶煤工作应按以下要求进行:放煤门操作在邻架进行;放煤时要严格控制煤流量(通过控制放煤槽的坡度来实现),以免压死输送机;)打开放煤口时,要将放煤槽缓慢放下,以防放煤槽砸坏电缆槽;遇大块煤卡住放煤口时,要反复运动放煤板将大块挤碎;必须顺序放煤,严禁隔架放煤,要避免漏放;同时打开放煤口的数量视煤流量而定,一般可同时打开2~3个;在顶分层网下进行放顶煤,应将放煤口上方的煤全部放净,直到见到金属网为止;当工作面进入一次采全厚阶段,放煤时要观察煤流中的矸石情况,当矸石含量达到20%以上时,应立即关闭放煤口,停止放煤。

  工作面采用三八工作制,二班生产,一个班检修。劳动组织形式为以正规循环作业为基础,以采煤机的作业为中心,采用割煤、放煤、爆破分开作业,生产班进行割煤,移架、推溜、放顶煤等工作,检修班进行机电检修,顶煤预爆破,在工作面打眼探煤厚和工作面端头处理。工作面出勤人数两个生产班每班18人,检修班26人,总计62人。

  5安全保障措施

  为了准确计算工作回采率,必需做到两点:如果煤层厚度有较大的变化,则必须准确地探测煤厚。一般在工作面上下顺槽内每隔10m向顶煤打钻,在工作面内每10m打一顶眼探测煤厚,以此绘出煤层厚度变化图;为了取得精确的工作面产量,应在工作面皮带上安装电子称或核子称,并经常进行校核。

  为了保证工作面的顶煤在一开始能随支架前移而冒落,以减少顶煤的初次垮落步距或使初次垮落步距等于零,可以采取如下措施:将工作面切眼布置在断层线或采空区边缘,使顶煤在工作面离开切眼时就能冒落;在工作面支架安装好以后,在支架后方向顶煤和后部煤柱打眼放炮,将顶煤和煤柱崩下,以便在工作面起动时即可放煤。

  为了改善顶煤的冒放性,注水软化是一项行之有效的措施,即在工作面运输顺槽内向顶煤打眼注水,也可在顶分层的顺槽内向下分层工作面的顶煤内打眼注水。煤层注水可以带来降低工作面粉尘的好处。对防火也有利。

  当注水效果不好时,也可以采用顶煤预爆破松动的方法来改变顶煤的冒放性。打眼放炮工作在放顶煤工作面的上下顺槽里超前工作面进行。每组炮眼共2个,呈扇形沿走向每3.6m布置一组炮眼,孔径50mm。为了不破坏工作面支架上方顶煤的稳定性,炮眼的封孔长度应保证支架上有0.8~1m的顶煤不被破碎。

  顶煤预松动爆破也可以在顶分层工作底板进行。眼深2.0m,沿工作面每2m一个炮眼,每眼装药800~1000g,在放顶煤工作面局部地方如顶煤不冒落,可以在架间进行打眼(注:国内煤矿安全规程已经不允许此种做法),眼深3m向后倾斜70~80°,也可以用手持煤电钻打眼。

  为了保证放顶煤工作面的回采率和煤的质量,要求顶分层铺网时要保证网的强度和联网质量(网结距离不应大于200mm),在放顶煤工作面放煤时,不应出现破网漏矸现象,否则会严重影响放顶煤工作面的回采率和煤质。本工作面仰采3~5°对顶煤回收率不利。

  要防止自燃发火就要在防止漏风和加快工作面推进速度方面下功夫,要防止采空区漏风,就要设法增大风阻和降低负压。在放顶煤工作面两端,由于顶煤垮落的不充分,往往在支架后方形成空洞,成为采空区漏风的主要通道,当工作面每前进一段后(一般为l0m)就要在端头支架后部构筑密闭墙,在墙后进行水-粉煤灰(或水-砂)充填。密闭墙由木柱,金属网和塑料纺织布组成。如不用水-粉煤灰(或水-砂)进行充填,可在构筑密闭墙以后,在墙上喷涂一层泡沫塑料以防止漏风。通过采空区气体监测,一旦发现采空区有火情,则可采用液氮进行灭火。即将容积为50升的液氮罐直接送到工作面下口,用钢管插人采空区,通过管子向采空区注氮,直到火情消失为止。

  在放顶煤支架的架间和放煤口,都设有自动喷雾装置,即当支架移架和打开放煤口时能自动进行喷雾。喷雾用的压力水,由设在顺槽里的喷雾泵提供,要求矿方提供经过滤的清洁水源至工作面。


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