薄煤层开采新技术

薄煤层开采新技术XXX学院XXX第一节我国薄煤层开采现状一、我国薄煤层开采现状我国的煤炭资源丰富，储存量大，且赋存多样化，根据我国煤层厚度划分，厚度0.8～1.3m属于薄煤层，小于0.8m属于极薄煤层。我国煤炭储量中薄煤层的可采储量约为60多亿ｔ，约占全国煤炭总储量的18%。然而据1996年统计，我国薄煤层的产量只占全国煤炭总产量的7.32%，而且这个比例还在呈逐步下降的趋势。我国薄煤层的开采经历了几个发展阶段。20世纪50年代薄煤层开采主要使用炮采工艺。60年代开始使用深截煤机掏槽，爆破落煤；70年代薄煤层机组得到较大发展，分别研制出不同类型的刨煤机，包括钢丝绳牵引刨煤机、全液压驱动刨煤机和刮斗刨煤机等。目前，我国薄煤层开采的机械化程度还比较低，大多还是采用炮采，产量低、事故多、工人的工作环境恶劣。薄煤层采煤机作为薄煤层开采机械，由于受其本身结构的限制，0.8ｍ已是其开采下限，而且维修、操作不便，工人需在极低的工作面条件下跟机作业。1974年研制成功BM-100型薄煤层滚筒采煤机。在20世纪80～90年代，我国曾研制了多种型号的刨煤机（包括滑行刨煤机和拖钩刨煤机），以解决薄煤层的开采问题，并在一些局矿的使用中取得了不俗的成绩。90年代，天府矿务局和徐州矿务局，分别从俄罗斯和乌克兰引进了螺旋钻采煤机，2003年新汶矿业集团也引进了2台三钻头的螺旋钻采煤机，用于薄与极薄煤层的开采，使一些用传统采煤工艺不能开采的薄煤层、极薄煤层得到有效开采利用。然而由于推广的力度不够大，以及用户对这种形式的采煤机种也有一个逐步认识的过程，因此国内使用刨煤机的工作面还不多。近年来，刨煤机技术的开发取得了很大的进展，国产刨煤机在一些局矿的成功使用以及采用德国DBT公司生产的刨煤机主机与国内设备配套使用，在我国铁法、晋城、西山等地取得的一些成功经验，使国内同行对采用刨煤机开采薄煤层有了许多新的认识。二、滚筒采煤机1、种类煤层的开采先后出现了多种多样形式的采煤机。如今采煤机大都向适应能力强，自动化程度高的方向发展，并取得了很大的成就。当前适合于薄煤层开采的采煤机有下列四种：第一种是MDY—150型采煤机，此机适采高为1.2~2.5m，煤质中硬（f=2-3），顶板稳定的煤层，并且煤质较软，倾角在0-25·之间；第二种为BM—100型采煤机，它的适应高度为0.9-1.3m，f≤2.5，顶板中等稳定的煤层，倾角也在0-25·之间；第三种为MLS3P—170矮型双滚筒采煤机，该机适合采高为1.2-2.2m，f=2-3之间，顶板中等稳定，底板不能过于松软，倾角在0-30·之间；第四种是K—103型爬底板式薄煤层采煤机，该机适应与0.6-1.2m厚薄煤层的开采，煤质中等稳定以下，倾角小于35·。2、滚筒采煤机的优点滚筒采煤机与其他采煤机相比具有它独特的优势：a.适应能力强，尤其是煤层厚度变化较大的工作面；b.对煤层顶、底板起伏变化适应能力强，在复杂的地质条件下，可以通过大的装机功率强行通过；c.适用于含有夹矸的煤层回采，煤层中若含有矸石滚筒采煤机可以直接切割矸石回采，不影响回采的时间和产量；d.对工作面的长度要求较低，尤其与刨煤机相比更为突出。总之滚筒采煤机具有适应能力强、切割效益高、对地质条件要求不高等特点，特别适用薄煤层自动虾工作面开采，尤其是当煤层赋存条件变化大、断层多时，滚筒采煤机的优势更为明显，它可以直接切割顶、底板强行通过，免去了搬家的工序，提高了回采效益。3、滚筒采煤机的缺点滚筒采煤机的系统复杂，一般都是采用液压控制，制造困难，造价高，维修不方便，工人不容易掌握；工作面的煤尘大，块煤产出率低，经济效益不高，同时工作面设备多，通风阻力大，严重影响着工人的身心健康。工作空间小。三、刨煤机的特点和适用范围刨煤机是以刨头为工作机构，采用刨削方式破煤的采煤机械，可用在长壁采煤工作面实现破煤、装煤和运煤。刨头由安装在采煤工作面两端的驱动装置通过刨链在工作面全长上往复牵引，刨刀以给定的刨削深度将煤从煤壁上刨落下来，通过刨头的犁形斜面将刨落下来的煤装入输送部，然后由输送部将煤运出采煤工作面。刨煤机通常可分为6个基本部分，即：刨煤部、输送部、液压系统、喷雾系统、电气控制装置和辅助装置。1、刨煤机的特点近年来，刨煤机得到了不断改进和发展，性能日益完善。归纳起来，现代刨煤机具有以下的特点：1）结构简单，操作和维护方便；2）人员不必跟机移动作业，改善了工人的安全条件及劳动强度，这对于薄煤层开采尤其重要；3）采出的原煤块率较高，粉尘量少；4）充分利用地压采煤，能耗较低；5）采用浅截深开采，煤层中的瓦斯释放均匀，尤其适用于有瓦斯突出可能的煤层开采；6）易于实现工作面自动化管理。2、刨煤机的适用范围在比较稳定的地质条件下，开采薄煤层或1.8～2.0ｍ以下煤层，刨煤机是一种相当经济和有效的采煤机械。这一点，无论从西德、美国等国外经验，还是根据我国使用刨煤机的情况来看都得到了充分的证明。比较稳定的地质条件，是指煤层中没有较大的断层构造，煤层的倾角一般在25°以下，工作面没有太大起伏，煤不粘顶等。刨煤机不仅可以成功地用于薄煤层开采，而且中厚煤层的开采也有不少高产的例子。例如德国在1.5～1.8ｍ的煤层中使用刨煤机开采，平均日产原煤在2312～4899ｔ之间。在较厚的煤层中，刨煤机工作面的最高工效可达37ｔ/工。我国的新汶矿业集团华丰煤矿在大倾角厚煤层倾斜分层开采中采用国产刨煤机开采，平均采高2.1ｍ，煤层平均倾角31º，5个月共产煤11.84万ｔ，平均月产超过2万ｔ。目前，全世界已经有20多个国家的煤矿在使用刨煤机，刨煤机的总使用台数已超过1000台，日产万吨的刨煤机工作面也不乏其例。近年来，随着刨煤机功率的不断增大，以及大规格、高强度矿用圆环链的采用，刨煤机刨削硬煤的能力得到不断提高。德国的刨煤机功率已达2×400ｋＷ和2×800ｋＷ，刨链直径可达Φ38ｍｍ和Φ42ｍｍ，这就使得刨煤机的适用范围不断扩大，随着技术的进步，刨煤机开采硬煤和极硬煤层已不再是困难的事情。3、刨煤机的发展现状近年来，国外刨煤机技术有了较大的发展。刨煤机的主要结构型式有拖勾刨、滑行刨、拖勾滑行刨、紧凑式刨煤机等。（1）工作面向自动化和无人化方向发展目前，国外全自动刨煤机工作面最高日产原煤已达万吨以上，全自动刨煤机生产系统与传统的刨煤机生产系统相比，开机率提高到70%以上，产量增加约60%。4、刨煤功率朝大功率的方向发展目前，德国DBT公司研制刨煤机的刨煤功率一般可达2×315KW和2×400KW，新型的GH42型滑行刨，刨煤功率达到了2×800KW，目前正在德国一个煤矿400m长的工作面开采硬煤。刨煤机刨头的重量也在增加，由原来的2t增加至5～6t，最重的可达9t。功率的提高还带来了刨速的提高。目前，德国刨煤机基本上都采用快速刨，刨头速度可达2.25～2.4m/s，3m/s刨速也已经出现。刨链的直径也在相应增大，由Φ38mm增大到Φ42mm。四、选择实现薄煤层安全高效的开采，关键在于装备自动化设备的高低程度，历年来的经验证明，综合机械化采煤是薄煤层长壁工作面高效高产的唯一途径。目前，薄煤层自动化综采成套设备主要有两种较为成熟：一种就是滚筒采煤机配套机组；另一种就是刨煤机配套机组。这两种设备在不同的环境下所产生的经济效益也是大不相同的。德国通过多年来的实践经验得出了他们各自适用的条件（如图3—所示）。第二节无人工作面采煤概述及分类一.无人工作面采煤概念什么叫无人工作面采煤工人不长时间在工作面跟机操作，而是在巷道或其它地点控制或操纵工作面机械，完成采煤、装煤、运煤、顶板管理及采空区处理等工序的一种采煤方法。简称无人采煤或无人开采。二、发展无人工作面采煤技术的必要性1．生产的需要综采对采煤工艺和煤炭生产技术发展起了很大的推动作用。但煤层厚度小于0.7m时，工人很难操作，故障很难排除，炮采、普采工人的劳动条件也十分艰苦，因此必须把工人从繁重的体力劳动和恶劣的作业环境中解放出来，发展了人不进工作面的无人采煤法2．安全的需要工作面顶板裸露面积大,顶板事故多，难处理，人不进工作面对安全有利。3．科技发展的趋势无人采煤目前已发展到中厚煤层和厚煤层，程控采煤机、支架、闭路电视监测，机器人处理机械故障已在发达国家开始研制和开发。因此无人采煤技术是标志一个国家煤炭发展技术的尺度，是技术密集型的产物，是代替劳动力密集型的好方法之一，世界各国都十分重视，并相继投入了大批的人力、物力、财力来从事这一领域的研究。美国、前西德、在50年代初就开始研制有关设备前苏联50年代末开始研制，70年代以后大力发展无人采煤技术，目前也正在不断提高，89年召开了全苏无人开采的全国性学术大会，对中厚、厚煤层都有方案，对设备也有很好的想法。三、我国无人采煤技术现状和发展新技术的迫切性及趋势1．我国现状60年代我国在江西、徐州、广东等地试验过煤锯采煤，原始的无人采煤。由于设备可靠性差，顶板管理问题没有解决，仃止了。2.我国发展无人采煤技术的迫切性无人开采目前主要适用于薄煤层中，重点解决工人的劳动环境问题，我国薄煤层约占总储量的20%左右，而产量只占10.4%，而且产量有逐年下降的趋势。我国的薄煤层开采一直不景气。全国86个统配矿务局586处矿井中，有80个局455处赋存有薄煤层。双鸭山局、鸡西、七台河、淄博比重较大，峰峰、焦作、西山也有相当比重，徐州、兖州、大同、新汶、枣庄及华北、华东的许多地区都赋存有薄煤层。研究薄煤层开采是具有战略意义的课题，我们在这方面应赶上世界发展水平，也是每个采矿工作者的义不容辞的任务。四.无人工作面采煤方法的分类采煤方法是回采巷道布置和回采工艺的组合，分类应考虑各种因素在内，包括落煤、运煤、支护、矿压控制，工作面推进方向，开采方式和有无改变煤的聚集状等，这样比较全面。第三节煤锯无人工作面采煤一.煤锯采煤及其装置（一）、煤锯的产生及发展1910年首先在德国出现，开采急倾斜煤层，获得成功30年代末前苏联第一次实验，50年代扩大应用我国50年代末60年代初先后在四川鱼田堡煤矿、京西大台煤矿、广东曲仁煤矿、江西乐平矿务局、徐州的旗山等地进行了实验，取得了一些经验（二）、煤锯的结构煤锯种类繁多，但工作原理大致相近。一般都是由双向割煤的碎煤刀组成，碎煤刀每0.5~1m安装一组，碎煤刀上有截齿、截齿钳有合金钢片，在钢丝绳或钢链的牵引下，由上下绞车驱动，往复切割煤壁破煤。一般在煤壁下方拉出一个横沟，随横沟的加深，在矿山压力和自重的作用下垮落，靠自重遇运出工作面。如图2-3所示,煤锯结构图分为：走向长壁—工作面较长40~130m倾斜长壁—工作面较短10~40m（三）、煤锯采煤法的种类二.走向长壁煤锯无人工作面采煤（一）．巷道布置：如图2-1所示特点：①采区布置同急倾斜的上山采区，布置大致相同。②上山也一般为三条：溜煤、运料、行人、也可四条③区段高（斜长）40~130m④区段巷道可采用单巷或双巷布置，运输巷一般有超前平巷⑤采用U型通风系统（二）．回采工艺系统如图所示2—21.设备布置:上下平巷各一部绞车，在10m外，并有导向滑轮;工作面安装煤锯，由钢丝绳牵引，或链牵引,煤锯长3~7m。2．回采工艺过程①先锯工作面下方1~3m，再锯上端1~3m，使工作面成弧形；②正常割煤；③采空区不支护；④当工作面推进到接近顶板垮落步距时，仃采留下2~3的小煤柱，搬到新开切眼内采煤，顶板管理采用刀柱式管理。(三)实例江西乐平矿务局涌山矿煤锯采煤条件：α=55～62°，平均56°，m=1.8～2.4m,不粘顶，顶板10m厚的细砂岩,瘦煤,煤中有夹矸0.2m，高沼气，有煤和瓦斯突出危险。上下2~5m开有辅助平巷，解决瓦斯超限，工作面长33~38m，每20~25m开一新开切眼，煤锯长7m，碎煤刀为六角十二刃形式，小煤柱为3m，上下平巷安装有电声讯号，三班出煤。工作面主要经济技术指标为：采高2m倾角58°工作面