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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流_三软_厚煤层一次采全高综采工作面设计_设备选型配套及实践(1).精品文档._三软_厚煤层一次采全高综采工作面设计_设备选型配套及实践(1) 第 4 期 东 北煤 炭技 术 1998 年 8 月 C oal Techn ol ogy of Nort heast C hina Au g. 1998 No. 4 “三软”厚煤层一次采全高综采工作面 设计、设备选型配套及实践 谢海峰 郭俊生 (煤炭部济南设计研究院 济南 250031) 摘 要 介绍和分析了龙口矿务局梁家煤矿综采工作面设计、设备选型及配套中 的大断面回风巷、运输巷布置与支护、液压支架
2、架型的选择及主要参数的确定、端头支 架的设备、应用及改进情况。同时,结合矿井投产后的生产实践,对上述有关问题进行 了探讨。 关键词 “三软”厚煤层 一次采全高 综采工作面 龙口矿务局 梁家矿井设计生产能 力为 180 万 t / a, 综采工作面设计生产能力为 60 万 t / a。工作面长度为 135m, 装备国产成套 设备。1991 年 12 月开始试生产, 1992 年 12 月矿井正式投产, 试生产当年综采工作面即 达到设计生产能力。近几年来矿井产量稳步 提高, 1996 年综采工作面年产突破了百万吨 大关, 最高月产达 13 万 t。 下为 5. 2MPa , 水浸 6h 后降低到
3、2. 14MPa, 18h 后降低为 0. 99MP a。煤层普氏系数 f = 0. 88, 属典型 “三软”厚煤层。投产采区内 构造简单, 断层走向与煤层走向基本一致。本 矿井属低瓦斯矿井, 煤尘有爆炸性危险, 煤 层自然发火期 11. 5 个月。 2 工作面运输巷与回风巷布置与支护 1 开采技术条件 本矿井含煤地层为第三系, 地层倾角 5 。 6 10一般 7。投产初期主要开采 2 煤 2. 1 布置方式 运输巷与回风巷布置方式目前在我国有 多种类型。由于梁家矿井围岩松软, 运输巷 与回风巷支护是综采工作面设计考虑的重点 问题之一。在满足掘进施工, 设备运输与安 装、通风、工作面超前支护及
4、端头支护的条 件下, 要求尽量缩小运输巷与回风巷断面。按 此原则, 运输巷与回风巷内设备布置采用分 开布置方式, 即运输巷铺设吊挂式带式输送 机 ( 适应巷道底鼓的特点) , 设备列车 ( 移动 变电站等) 布置在回风巷。 为使设备列车上的诸多设备处于新鲜风 层, 埋深 300450m。投产采区 2 煤厚度 2. 755. 15m, 平均 4. 29m。直接顶板以含油 泥岩为主, 部分为泥岩、粉砂岩, 单向抗压 强度 一般在 30MP a 左右, 抗拉强 度 0. 6 1. 3MP a。直接底板为炭质泥岩、泥岩及粘土 岩、粉砂岩、中粗砂岩, 岩相变化较大, 砂 岩多为泥质胶结。底板容许比压在自
5、然状态 收稿日期 9 流中, 减少煤尘的污染。另外, 综采工作面 采用下行通风方式, 它具有以下优点: ( 1) 煤流方向与风流方向一致, 可减少 煤尘量; ( 2) 有利于采场防灭火; ( 3) 运送大件设备的通道无风门设施, 有利于现场通风管理。 2. 2 断面及支护 经过详细的分析论证, 设计考虑断面形 状为半圆拱形, 采用锚网喷支护方式。具有 节省工程投资、简化超前支护、缩短建井工 期、预防自然发火等诸多优点。 运输巷净宽 4. 0m, 净高 3. 8m ; 轨道巷 净宽 3. 6m、净高 3. 5m。锚杆间排距 600mm 600mm, 采 用快硬水 泥锚杆, 锚杆规 格 5 14,
6、 l= 1900mm, 喷射混凝土厚 100mm。矿 井的生产实践表明, 运输巷与回风巷断面及 支护方式的选择是合理的, 满足了初期工作 面生产的要求。但是近几年来, 沿空掘进的 回风巷 ( 留 5m 小煤柱) 施工后, 其变形破坏 明显大于两侧均为实体煤的巷道。施工成巷 后 1 个月左右, 靠近采空区一侧的巷帮明显 内移, 变形量达 3050mm, 不待巷道贯通就 需返修。主要原因是: 邻近工作面回采后, 靠 近边缘附近的煤体在顶板压力作用下形成裂 隙、煤壁压松, 强度削弱, 并易使采空区边 缘与巷道之间顶板形成较长的悬臂岩梁。 1995 年矿方与山东矿业学院 合作进行 了巷道注浆加固试验,
7、 取得了理想的效果, 综 采工作面注浆前 3 个月平均月产 6. 57 万 t , 注浆加固后 3 个月平均月产达到 9. 47 万 t , 提高了 44% 。 注浆加固的主要机理是: 利用泵压向煤 层裂隙中压注掺了水玻璃的水泥浆, 脱水后 使原本胶结松散的煤体与水泥浑然一体, 注 浆改变了煤体结构, 提高了围岩的整体性, 煤 体强度提高了 35 倍, 因此大大改善了巷道 支护状况。 3 液压支架的选择 3. 1 架型选择 许多矿区的实践表明: 综采设备选型中 架型选择是第 1 位的。在我国综采发展过程 中, 即有成功的经验, 也有过失败的教训。鉴 于当时我国在厚煤层一次采全高综采技术尚 处于
8、探索阶段, 特别是 “三软”厚煤层采用 一次采全高综采技术尚无成功的先例, 因此 于 1988 年 12 月由上级主管部门组织召开了 “三软”综采技术研讨会。在这次会议上, 经 过专家认真讨论和论证后认为: 梁家矿井 2 煤层采用综采一次采全高技术是可行的。根 据这次会议的精神, 济南设计研究院与龙口 矿务局共同提出了 “梁家矿井综合机械化采 煤设备设计基础资料及技术要求”, 并依此对 综采设备进行议标采购。 关于支架架型选择, 有两种代表性意见, 一是选用插腿两柱掩护式液压支架; 二是选 用四柱掩护式液压支架。两柱掩护式支架具 有保持主动水平力的能力。由于支柱斜向煤 壁后产生水平分力, 对于
9、维护高裂隙和松软 直接顶板的稳定性是非常有利的, 它向煤壁 施加一种压力, 可以抑制裂隙发展和维持松 软顶板于原位。但是也存在以下缺点: 1 底 座对底板压分布不均匀, 前端峰值比压大, 拉 架困难; o 平衡千斤顶易损坏, 使支架失去 稳定状态; ? 插腿式支架与刮板输送机、采 煤机等配套复杂, 刮板输送机及采煤机需特 殊设计, 且装煤效果差。因此考虑采用四柱 掩护式支架。 四柱掩护式支架是将两柱掩护式支架的 两个平衡千斤顶从顶梁移至底座而成。后柱 支撑在底座与掩护梁之间, 后立柱直径小于 前立柱直径。四柱掩护式支架基本保持了两 柱掩护式支架的支撑力和水平力, 但水平推 力稍弱于两柱掩护式支
10、架, 克服了两柱掩护 式支架平衡千斤顶易拉坏、支架对底板比压 分布不均、峰值大的缺点, 同时使支架安装、 际, 支架支护强度考虑有一定的富裕量, 同 时又不至因支护强度过大, 造成支架过于笨 重, 加大管理难度。 根据梁家矿井 2# 煤层顶板类型, 经计算 支架支护强度应不小于 0. 6MP a。考虑后期 跳采及受断层构造应力等不利条件影响, 设 计要求支架支护强度为 0. 65MPa。同时根据 实测 2 煤层的抗压入强度, 要求支架对底板 拆卸更容易、方便, 适应了梁家矿井 2 煤底 板松软的特点。两种支架的底板比压分布情 况见图 1。 图 1 两种支架底板比压分布 a - 两柱掩护式 b-
11、 四柱掩护式 比压不大于 1. 5MP a, 平均值 1. 0MPa。 现场使用及矿压观测表明: 该支架经受 住了初次来压及周期来压的考验, 工作状态 良好。基本顶初次来压时, 实测平均支护强 度为 0. 605MPa, 占额定支护强度的 94. 8% 。 基 本顶周期来压时, 实测平均支护强 度为 0. 561MPa。占额定支护强度的 87. 9% 。该支 架底座在底板遇水潮解、泥化的情况下, 能 保证不钻底、不下沉, 保证了顺利移架。因 此, 梁家矿井支架架型选择是正确的, 支护 强度的确定是合理的。 结合综采设备总体设计, 支架采用 “半 插腿”式结构。即底座前端伸入输送机档板 下面但不
12、插入整个输送机下边, 这样就加长 了底座长度, 降低了支架对底板的比压, 并 减少了梁端距, 避免了插腿式支架本身固有 的配套复杂、装煤效果差的缺点。 3. 2 支架支护强度的确定 据统计, 工作面液压支架的购置费在综 采成套设备中约占 70% 左右。在不同的原则 指导下, 支架支护强度的确定有两种不同的 观点。一种在够用即可的原则指导下, 适当降 低支架的支护强度, 发展轻型( 经济型) 支架, 以求降低支架重量, 减少投资; 另一种观点主 张向重型化发展, 通过加大支架的支护强度, 提高支架的可靠性, 亦就是走一条高投入, 高 产出、高效益的路子。以美国为例, 近年来液 压支架有明显向重型
13、化发展的趋势。 在考虑支架支护强度时, 根据本矿井支 架高度大、稳定性差、要求可靠性较高的实 设备名称 液压支架 端头支架 ( 上端头) 端头支架 ( 下端头) 采煤机 刮板输送机 可伸缩带式输送机 设备型号 4 综采设备选型及配套 根据梁家矿井 2# 煤层开采条件以及采 用一次采全高后出现的一系列困难因素 ( 诸 如设备大型化、复杂化、机动性差、管理难 度加大) , 结合当时国内采煤机装备水平及能 力, 认为工作面年产在 60 万 t / a 比较符合实 际, 同时具备实现年产 100 万 t 的能力。经过 议标最终确定主要设备型号见表 1。 结合 “三软”厚煤层大采高工作面的特 点, 对设
14、备配套提出了以下要求: ( 1) 采煤机能切割到刮板输送机机头、 生产能力/ th - 1 表 1 综采工作面设备配备 功率/ kW 700 700 800 300 2160 160 11 机尾端部, 以便处理端部底煤、并能自开缺 口。 ( 2) 上端头处设置三架排头支架。因排 头支架比相邻工作面中部支架滞后, 故顶梁 加长 600mm。 ( 3) 工作面刮板输送机采用的是侧卸式 机头, 双速电机、封底溜槽。 ( 3) 两架组合迈步前进, 避免了端头区 大面积空顶移架现象; ( 4) 拉架容易、速度快, 节省了大量的 生产准备时间; ( 5) 与转载机和刮板输送机配套更加合 理, 可以实现带拉
15、刮板输送机头部, 减少生 产环节。 5 端头液压支架 综采面下端头因运输巷高度大 ( 3800mm) 、端头设备体积大等原因, 配套设 计确定设置端头支架。支架设主、副两架。主 架顶梁宽 1. 932. 1m, 长 8. 0m, 支护高度 2. 04. 0m; 副架顶宽 1. 131. 3 m, 二者互 为基点交替前移。 在实际使用中, 因受采动影响, 顺槽收缩 变形, 致使主、副架不能同时使用。因此被迫 拆除了副架, 只保留主架支护端头。为了解决 端头支架移动问题, 现场将副架置于工作面 前方 80100mm 的顺槽 内作为锚固支架, 通过圆环链及液压千斤顶拉主架。经过上述 改进, 明显缩短
16、了移架的时间。在试采及初期 开采期间, 端头支架使用效果比较理想。但仍 存在以下问题: 重量大、体积大, 移架时需先 将端头支架前的超前支护撤除, 形成空顶拉 架, 且拉架过程中频繁升降, 容易破坏顶板, 造成漏顶。 随着采深加大, 回风巷沿空送巷, 工作面 回采时, 巷道变形加大, 端头支架拉移变得比 较困难。有时需投入大量的人力、物力, 进行 扩帮、挑顶、卧底等超前处理。可以说, 端头支 护成为影响生产的主要因素。 经反复论证、调研, 梁家煤矿试制了轻 型组合端头支架, 见图 2。经过现场实践证明 它具有以下特点: ( 1) 支架重量轻, 使用灵活方便; ( 2) 对端头巷道高度和宽度变化
17、均有较 强的适应性; 图 2 轻型组合端头支架 a- 平面布置 b- 结构 6 结语 ( 1) 龙口矿务局梁家矿井在 “三软”厚 煤层条件下, 成功地采用综采一次采全高技 术, 工作面单产突破了百万吨大关, 属国内 首次。1996 年全矿井产煤 166 万 t , 实现利润 4545 万元, 取得 了显 著的 技术 经济 效 益。 1992 年与分层开采进行了对比分析, 仅巷道 工程及铺网费用每年即可节约 1451 万元。 ( 2) 液压支架及其配套设备经受住了基 本顶初次来压和周期来压的考验, 各配套设 备的单机性能、配套性能适应了矿井的实际 生产条件。 ( 3) 综采运输巷与回风巷采用锚网
18、喷支 护, 较好地解决了 “三软”大断面支护的难 题, 矿井在生产中进一步试验了注浆锚杆, 使 沿空回风巷支护取得了较理想的效果, 为综 采工作面的连续、正常和安全生产创造了良 好条件。 参考文献 煤炭技术, 1995 ( 4) 2 张传国等. 软岩高架综采轻型端头支架的研制. 山东煤 炭科技, 1997 ( 1) 1 谢海峰. “三软”大断面综采顺槽采用锚网喷支护. 东北 FACE DISIGN AND EQUIPMENT CHOICE FOR MINING FACE IN CONDITI ONS OF WEAK SEAM INCLUDING WEAK ROOF AND FLOOR Xie
19、H aifeng Guo Junsheng Abstr act Discussed about how to lay out fully mechanized mining face and choose e- quipment of Liangjia in longkou Coal Mine bureau and how t o choose the equipment s of plicat ion and improving situat ion. Combined wit h pr oduct ion sit uation, aft er put out produc- tion, s
20、t udied some questions as ment ion above about it . Keywords mechanized mining face ( 上接) 风系统、运输系统分立, 互不干扰。我国多 数采用中央并列采区上山, 采掘风流分配依 靠大量风门, 可靠性较差。这些做法上的差 异实质上是理论上的差距, 因而导致了我国 煤矿与先进国家安全生产方面的较大差距。 两种思想, 两种结果, 是很发人深省的。 RELIABILITY OF COAL MINE PRODUCTION SAFE MONITORING SYSTEM Q iu Zhenxian Abstr act Di
21、scussed about t he coal mine production safe monit oring t heory and the pr in ciple, ananlysed t he reliabilit y of t he safe monit oring syst em, point ed out some suggestion for inceasing t he reliabilit y of safe monit oring system . Keywords coal mine product ion safe, monit oring syst em, reliabilit y 13