采矿工程案例教案

1《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）授课教师：王方田博士适用专业：采矿工程年级：2012编写时间：2015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70%以上，如何进行薄及中厚煤层开采是采矿工程的重要内容之一。本课程通过榆家梁矿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）具体工程案例的介绍，使学生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认识，弥补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，增强学生的实践能力，深入学习掌握自动化综采、无人工作面等智能开采技术的应用现状，引导学生根据具体煤层地质条件，选择合理的开采工艺、设备选型配套的能力，从而激发学生的创新实践能力。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配套、自动化工作面关键技术（采煤机记忆割煤技2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控制技术教学难点：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、刨煤机无人工作面自动化控制技术。教学方法：PPT讲授、板书、虚拟动画演示、现场实践讲述、提出问题请学生探究、学生换位思考法等相结合。参考书目与资料：[1]屠世浩.现代采矿工程案例[M].徐州：中国矿业大学出版社，2012.[2]杨景才，王继生，李全生.神东矿区1.5～2.0m煤层自动化开采技术方案研究[J].神火科技，2009，7（2）：13-16.[3]WANGFang-tian,TUShi-hao,BAIQing-sheng.PracticeandProspectofFullyMechanizedMiningTechnologyforThinCoalSeamsinChina[J].JournaloftheSouthernAfricanInstituteofMiningandMetallurgy,2012,112(2):161-170.[4]王平彦，梁振宁.薄煤层自动化刨煤机的配套与应用[J].煤矿机电，2010（1）:90-92.教学进程：1.检查复习：以提问考查的形式回顾上节课（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），检查上节课布置的预习情况。2.讲授新课：课堂教学实施过程共分三节（一节一部分）。以下将课程的内容逐节列入，在以下3内容体现不同教学方法，并将重点讲解内容以加粗和蓝色字体等形式区别。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。工作面推进长度为2298.1m，工作面长度为300.5m，煤层可采面积为690579.1m2，煤层厚度1.7~2.0m，平均厚度1.85m（引导学生回顾不同煤层厚度的分类，属中厚煤层），倾角1°（引导学生回顾不同煤层倾角的划分）。44305工作面内上覆基岩厚度为12～38m。4-3煤直接顶为1.5m的泥岩，基本顶为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，请学生思考该进行什么样的设备配套及开采工艺（思考并提问交流3min）？二、工作面设备配套提出现场进行的设备选型配套，其中参数加粗部分跟学生一起探讨，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3-1～3-7所示。表3-1TAGOR(1.1/2.2)液压支架主要技术特征型式掩护式液压支架单位备注高度1100～2200mm中心距1750mm初撑力7140kNP=31.5MPa工作阻力10660kNP=47MPa移架步距1000mm表3-27LS-1A型双滚筒采煤机主要技术特征采高范围（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生产能力（t/h）2000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）mm1019/1078/1133牵引功率（kW）2×90截割功率（kW）2×480泵电机功率（kW）2×11整机重量（t）61.5表3-3刮板输送机主要技术特征型号2×1000链速（m/s）1.72输送量（t/h）2000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φ42×128/164槽联接方式哑铃联接中部槽：长×宽×高1750×2095×301整机重量T630溜槽内宽mm1000生产厂家JOY公司表3-4转载机主要技术特征4型号375链速（m/s）2.18输送量（t/h）2500圆环链规格φ38×126电机功率（kW）375转速（r/min）1489电压（V）1140减速器速比19.58:1溜槽内宽mm1350整机高度mm1600整机重量T105整机长度mm257500铰接座上表面对地高度mm750上倾角度≥6刮板间距（mm）756生产厂家JOY公司表3-5破碎机主要技术特征破碎能力（t/h）2500破碎物最大硬度F14最大输出粒度（mm）300电机功率（kW）375适用槽宽（内宽mm）2286破碎锤头数（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征表型号K35055生产厂商KAMAT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rpm1480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喷雾泵主要技术特征表型号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rpm1480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，请学生思考设备选型配套的思路是？应该考虑哪些因素？然后PPT讲解并板书：5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6三、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2008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，后滚筒根据设定参数自动化跟随割底煤。该工艺必须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，采煤机割煤能力得不到充分发挥。（2）采煤机记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视人员的安全状况进行监测，且示范刀后不能根据煤层变化自动调整采高，难以保证煤质要求。（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工作面采用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，采矿技术的发展不是想当然的，而是在不断的实践应用中发现问题，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该怎么办？跟现场对比自己的想法，有何不足和值得夸耀之处？2）自动化工作面关键技术（该部分是重点也是难点，通过PPT讲授、板书、虚拟动画演示等相结合促进学生理解）（1）采煤机记忆割煤技术采煤机通过示范刀学习，煤机中央控制器通过监测摇臂传感器的角度变化计算滚筒位置，记录煤机在工作面内任一位置对应的滚筒高度参数，并根据左右牵引部D齿轮上的速度传感器自动计算煤机的位置和方向。记忆割煤时，煤机根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，通过激活自动化切割程序，采煤机将根据示范刀割煤过程中所储存的切割数据，按照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。还可以选择附加参数、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，支架滞后一定距离按照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，支架配合采煤机实现斜切进刀。①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准确获取采煤机位置信号、支架电液系统工作与信号传输正常和主控制计算机参数配置正确3个基本条件：7②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，目前采用红外线传输方式和脉冲码传输方式。红外线方式相对简单，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。③电液控制系统功能的实现。要实现液压支架与采煤机的联动作业，需将支架电液控制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控制器，工作面机头安设主控装置。主控装置可控制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况、系统的主要参数、采煤机行走方向和位置等。电液控制系统具有全自动、成组工作、邻架操作和手动操作等工作方式。支架控制装置通过控制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，提供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，在工作面控制系统中加装一套远端控制系统，通过光缆将采煤机遥控器移至控制台处，将人员从工作面移至控制台处，操作者可以根据主控制台视频监视计算机及JOS和支架主控制器提供的数据和相关信息，对采煤机和支架实施远程干预。①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，操作人员根据煤层变化情况、滚筒截割情况、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围相同，可实现采煤机所有动作的干预。②液压支架远程控制技术。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设置一个控制器，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