浅谈薄煤层综采技术及发展趋势

◇科技论坛◇　科技圈向导　２０１１年第１５期　浅谈薄煤层综采技术及发展趋势　侯海江　ｆ鹤煤环保建ｌ材公司　河南鹤壁４５８０００）　【摘要】随着煤矿综合机械化程度的大幅度提高及超强度开采，原煤田中开采条件较好的煤层逐渐枯竭，薄煤层的综采成为一个研究的　重要课题。　【关键词】薄煤层；压支架；综采技术　在我国煤矿中．较薄煤层的储量占可采储量比例较大．为保证煤　炭工业的可持续性发展．薄煤层的开采是各矿山企业急需解决的问　题。综合机械化采煤是煤矿开采现代化的重要标志。近二十多年来，国　内外综合机械化开采发展迅速．对中厚煤层和厚煤层的综采已经到技　术比较成熟阶段。特别是放顶煤开采技术。在此方面＇各大局矿在中厚　煤层和厚煤层的综采也取得了很大的成果。由于薄煤层开采高度小，　工作面作业空间狭小．工人作业条件很差。因此，目前薄煤层综采一般　用于大于ｏ．８　ｍ的薄层煤层　１．国内外发展现状　薄煤层工作面对液压支架的要求之一是支架的高可靠性。液压支　架是综采设备中数量最多、投资最大的关键设备，其可靠性高低直接　影响综采工作面的产量、效率和安全川。因此，提高支架的可靠性，保　持设备的功能、性能、寿命和成本的均衡，是提高综采工作面长时间正　常运转的关键。美国长壁综采工作面的产量一直处于世界领先地位。　在美国现有的长壁综采工作面中，有巧％的工作面平均班产超过６０００　吨。相当于年产４００多万吨水平，个别工作面月产已超过８Ｏ多万吨，　所配备的液压支架工作阻力大部分在７０００—８Ｏ００ＫＮ．个别达到　９８００ＫＮ．有８７．５％的工作面配备电液控制系统。配套设备均为大功率　电牵引重型采煤机组和大功率、大运量、高可靠性刮板运输机。美国井　工开采煤层厚度不大．从最小开采厚度到０．９ｍ的占１０．４５％．０．９—　１，２ｍ的占４５％，有２６个煤厚在ｌ－３—２．０ｍ的综采工作面。说明使用大　功率综采设备在采高较小的煤层条件下。完全能够取得良好的技术经　济效果。　澳大利亚近十多年来综采技术发展很快．长壁工作面数量成倍增　长．部分工作面产量达到了３００一一４０ｏ万吨．为使综采工作面产量持续　增长．近几年来。澳大利亚采取了一系列措施。包括改革劳动制度，采　用各种新设备、新技术．综采工作面优选世界各国先进的重型高效装　备，实现一井一面、集中化生产。英国和德国是世界上综采技术装备最　先进的国家．由于受其自然煤层赋存条件的限制。其高产高效工作面　纪录不如美国和澳大利亚．但世界著名的采煤机械公司主要集中在德　国和英国。近年来。由于国际采矿业市场的不景气和激烈竞争，导致各　公司的相互兼并．形成几个大跨国公司。为占领市场，各公司不断开发　新技术、新产品。　２．薄煤层综采工艺　’　２．１采煤工艺　（１）作业方式：采面采用“三八”制作业，三班出煤，边采边准。　（２）采煤方法：走向长壁后退式，全部垮落法处理采空区。　（３）３２艺流程：割煤一降架一移架一升架—推溜。　（４）支架操作：邻架操作，从上架操纵下架。　（５）循环作业：昼夜循环作业，每进一刀移一次架、推一次刮板输　送机为一个循环．单向割煤　（６）移架方法：追机逐架前移，移架时．自上而下移架。　（７）移架要求：移架步距Ｏ．７ｍ；正常情况下及时移架，移架滞后采　煤机后滚筒３－－７ｍ．前梁前端距煤壁间的端面距不大于３４０ｒａｍ。在正　常移架时。降架量１００—１５０ｈｉｍ。顶板破碎时，采用直径２００ｒａｍ、长　５００ｍｒｎ的圆木垫在电缆架内吊起架子快速拉架：同时控制好架间距。　防止架间距过大，漏货掉矸。拉架后，应及时升起支架支护顶板，并随　时调整千斤顶的伸长量，使其顶梁保持同一水平。与顶板平稳、紧密接　触。移架后，支架要与采面煤壁保持垂直，达不到要求的须调整支架。　（８）移刮板输送机：推移刮板输送机滞后移架１０—１５ｍ，推刮板输　送机后保证刮板输送机弯曲段距离不得小于１５ｍ．弯曲度必须保证机　组能正常通行　２．２上、下安全出口的管理　（１）机头、机尾各采用４组长４．２ｍ的工字钢大梁支护。机头、机尾　每棵大梁下至少保证有３棵单体柱．每组大梁之间交错迈步前移。　（２）机尾、机头的大梁分别距上端头第一架（尾架）上边缘和下端　头第一架（首架）下边缘不大于０．７ｍ；若大于０．７ｍ，采用ＤＺ２２－３０／１００　型单体柱配合ＨＤＪＡ一１２００型铰接顶梁的错粱齐柱式支护，柱距Ｏ．６ｍ．　排距０．６ｍ。用铰接顶梁支护时，严禁出现单梁单柱；大梁组间距０．７ｍ，　组内间距０．２ｍｏ对顶板破碎带．大梁后方采用１．２ｍ金属铰接配合单体　支柱进行加强支护。　２－３劳动组织　（１）工作面内专业工作组定岗追机作业。　（２）上、下端头为专业工作组定岗定点作业。　（３）检修班为专业工作组定岗定额作业　２．４较薄煤层综采设备配套尺寸　较薄煤层工作面综采设备研制的最大难点在于过煤空间、机面高　度、安全过道空间、设备结构强度与高效开采要求的设备必须具备的　大功率、高可靠性等要求难以同时得到保证。除此之外，其研制难点还　在于综采设备研制的特殊性。众所周知，工作面综采设备由采煤机、工　作面输送设备、液压支架等组成．这些设备的设计与制造隶属于不同　生产厂家与科研单位．而每个研制单位都拘泥各自的研究领域．对整　个配套系统缺乏系统性、全局性的考虑，使得所研制的配套设备难以　完全满足各方面的要求。为此，本文提出了先由ＡＮＮＥＳ确定基本设计　参数（包括配套尺寸参数），然后再根据这些参数进行具体结构设计的　综采设备配套方法。由于该方法是对整个配套系统进行分析处理．从　理论上讲．可以最大限度地避免目前综采设备配套方法的缺陷。　３．薄煤层综采开采技术效果　３．１优点　（１）在倾斜面进行薄煤层综采实践中，所设计的支架具有针对性，　可适合于煤厚１－－１．６ｍ完整性较好的顶板（采面煤层厚度小于１．２ｍ　时需要割底）　（２）支架轻巧．安装方便。　（３）与其他型号支架相比，该型支架的操作空间较大。　（４）与高档普采相比，支护较安全。　３．２不足　（１）无伸缩梁、侧护板，不利于破碎顶板支护和调架工作。　（２）底调油缸长度不够．无法调架。　（３）推移油缸双向锁流量不够，推移慢。　（４）顶推油缸不是常闭状态。　（５）邻架操作片阀组的固定位置不合理。　（６）顶板不平时，机组摇臂会撞到支架顶梁，机组滚筒割煤挑不到　顶．采煤机配套性欠差。　（７）支架“８”字头销子为横销，无垫圈，易上下蹿动，采面溜子联接　耳座因受力不均出现损坏　（８）在倾角大于３０。的倾斜工作面，架间漏货掉矸不易控制，易造　成不安全隐患　４．未来发展趋势　近几年来。随着综采工作面装备技术水平的不断提高．国内对国　产液压支架的靠性的研究也取得了长足的进步。薄煤层开采高度小、　顶板压力小的特点，决定了薄煤层高产高效采煤方法的发展方向主要　是提高长壁工作面自动化程度。由于薄煤层工作面内（下转第２５６页）

　２０１１年第１５期　科技嚣向导　◇科技论坛◇　传动效率高于８５％。因此电机功率也可以按（１．２—１．４）Ｐ计算。　４．２胶带安全系数选用　根据ＤＩＮ２２１３１规定．钢绳芯胶带的可用安全系数为６．７，如不考　虑动态载荷．胶带的可用安全系数为４．８。选用ＣＳＴ后，动载荷系数　Ｋａ：１．０５．基本上没有动载荷冲击，几乎可以不考虑动态载荷，因此采　用ＣＳＴ后胶带安全系数储备约为６．７－４．８＝１．９。　根据ＭＴ／Ｔ４６７｛煤矿用带式输送机设计计算》．胶带强度应满足：　ｍ≥［ｍ］＝ｍｏｘＫａｘＣｗ／ｎｏ＝３．Ｏｘ１．０５￣１．８／０．８５＝６．．６７　（４）　式（４）中，ｍ一胶带安全系数；【ｍ］—胶带许用安全系数；ｒｎ　一钢绳　芯胶带基本安全系数，取２．８～３．２；Ｋａ－－一动载荷系数，取１．０５；Ｃｗ一胶带　附加弯曲伸长折算系数，取１．８；　一输送带接头效率，Ｉ＞７５％。　对于变频调速系统．其动载荷系数基本小于１．０５。因此胶带动安　全系数大于６．６７可满足使用要求　５．应用实例设计方案经济对比分析　下面是贵州林华矿主斜井胶带输送机在选择方案时对ＣＳＴ和变　频调速传动两种系统进行了对比分析。　５．１胶带机主要技术参数　该带式输送机主要参数如下：　’　带宽：１２００ｍｍ，运量：７５０ｔ／ｈ顺角：０￣－２４＇，，机长：１１００ｍ，功率：２×　８００ＫＷ，带速：３．１５ｒｒｄｓ　５．２主要部件设计选型对比如下表　方案　方案　方案　方案　—　序　项　分类　电动　电动　序　项　分类　电动　电动　号　目　机＋减　号　目　机＋减　机＋　机＋　Ｃ　ｒ　速器＋　ＣＳＴ　速器＋　可控　变频　可控　变频　启动　传动　启动　传动　最大张力　５９５　５９５　型号　ＫＺＰ一　ＫＺＰ一　由２３０　击２３０　（、ｋＮ）　０　Ｏ　运行安全系　制　制动力矩　．　３９０　３９０　胶　数　７．０５　７．０５　动　ｍ｝　１　带　４　器　带强（Ｎ，ｍｍ）　ＳＴ３５　ＳＴ３５０　数量　２　２　００　０　总价（万元）　４２０　４２０　总价（万元）　５６　５６　轴功率（Ｋｗ）　１１８０　ｌ】８０　型号　１ｌ６５　ｌ１６５　ＮＲＴ　ＮＲＴ　电机功率　２ｘ　数量　ｌ　１　（ＫＷ１　８ｏｏ　２ｘ８　ｑ００　逆　５　止　器　逆止力矩ｆＮ．　４６８８３　４６８８３　电　服务系数　１．３６　１－３６　Ｏ　０　２　动　机　ＹＢ６３　电机型号　０Ｍ１　ＹＢ６３　总价（万元）　７６　７６　ＯＳ＿４　－４　电源　电源电压　１　电压　３３０ｏ　电　供电类别　高压　中压　）　６　控　部　总价历元１　９１　５１　分　总价（万元）　６０　２ｏｏ　ＭＬ３Ｐ　ＳＦ１２０　总　型号　ＣＳＴ１　ＡＣＳ１　７　估　总价（万元）　ｌ１４３　１２０３　１２０Ｋ　价　０ｏ０　变频　变　器　３　速　投　部　速比　３４，９　４０．５　８　资　总价比　１　１．０５　分　比　强制　空冷　冷却方式　空冷　总价（万元）　４４０　４０ｏ　从上表可以看出．虽然采用变频调速传动比采用ＣＳＴ总估价要高　６０万元，但考虑到ＣＳＴ后期维护费用较高（如每年至少一次要换掉全　部专用润滑液）、备品备件价格昂贵、存在易漏油隐患、占地面积大等　缺点，而变频调速具有智能运行，可节能，维护费用低、备件通用，易获　得，接口标准化程度高、具有旁路功能等优点，最终用户选用了变频调　速传动。　６．ＣＳＴ与变频调速传动的简单比较　下面就ＣＳＴ和变频调速传动性能作简单比较，如下表。　序　项目　ＣＳＴ　变频　序　号　调速　号　项目　ＣＳＴ　变频调速　１　技术先进性　较先进　先进　７　技术先进性　８５％　高　２　使用可靠性　较高　高　８　使用可靠性　较高　低　３　调速范围　１Ｏ％一　大于　１ｏｏ％　１：１００　９　调速范围　较高　较低　对电网有一定　４　调速性能　较高　高　１０　调速性能　污染大　谐波影响　功率平衡精　≤　功率平衡精　大　小　５　度　±２％　１１　度　２％　６　系统效率　８５％　高　１２　系统效率　较高　高　７．结束语　ＣＳＴ和变频调速传动是目前煤矿大型带式输送机可控传动性能　最优的传动系统，它们各自具有不同的特点，在选型时要系统考虑资　金、场地、使用、维护等综合因素，选择经济、适用的传动方式，才能更　好地使用它们。　．　【参考文献】　［１］宋伟刚．散状物料带式输送机设计叫．沈阳：东北大学出版社，２０００　（上接第２８３页）作业困难，所以应提高薄煤层工作面采、支、运工序的　自动化程度，减少工作面内的操作人员。薄煤层工作面刨煤机、螺旋钻　采煤比采煤机落煤易于实现自动化。由计算机控制的定量割煤刨煤机　与采煤．是实现薄煤层工作面自动化开采重要的发展方向之一。　５．结语　综合机械化采煤是煤矿开采技术现代化的重要标志，近二十多年　来．世界各主要产煤国家如美国、澳大利亚、南非等为了提高工作面的　自动化程度、降低生产成本，都在积极发展适应各自地质条件的高产　高效综采设备．使工作面产量纪录不断刷新，取得了举世瞩目的成就。　对于我国资源储量比较大的薄煤层来说．随着国内外采矿设备制造水　平的提高，在采用大功率、高可靠性工作面设备的基础上，根据当地的　煤层赋存情况，因地制宜地选择采煤机械，采用上述采煤方法均可以　实现薄煤层高效高产开采。　【参考文献】　［１］胡万吕，曾明胜，韩纪志．高产高效综放作面设各配套实践与探讨们．煤炭科学　术，２００Ｚ，．０３．　［２］赵衡山．我国煤矿高产高效开采技术装备的发展与展望叫．煤炭学报，２００３，０２．　［３］罗恩波．国内外液压支架现状及我国的发展趋势叨．煤矿机电，２０００，１２．