山西科泰:煤礦開採設備技術,綜放技術的對外輸出

  20世紀90年代中期,綜合機械化放頂煤開採技術已經成熟,綜放工作面單產已超過100萬噸,實現了高產高效;國產的綜放工作面裝備與國外的差距逐步縮小,放頂煤開採技術和相應裝備已具備向國外落後採煤技術國家出口的條件。

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煤礦開採設備

  OMERLER礦屬於土爾其TKI(土爾其褐煤公司),CMEC(中國機械設備進出口總公司)通過國際招標中標,並與土爾其TKI(土爾其褐煤公司)簽訂商務合同,中方負責TKI下屬OMERLER和EYNEZ兩個煤礦的綜放開採成套技術與裝備輸出,並實施兩礦兩個首採工作面的技術承包和兩年的達產期。中方由當時的中國煤礦機械裝備公司總承包,工作面裝備由TKI選型,煤炭科學研究總院北京開採研究所負責兩個首採工作面的設備配套和採煤工藝總體設計。

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  2煤礦基本情況

  OMERLER礦煤層厚度8m,傾角3°,煤質為褐煤,單向抗壓強度為100kg/cm2,容重1.44t/m3,揮發分25-V30%,灰分40~42%,發熱量2000~2500大卡/kg,煤層直接頂為厚16.9m的粘土巖,單向拉壓強度為141kg/cm2,基本頂為泥灰岩,單向抗壓強度為900kg/cm2。煤層底板為厚5.15m的粘土巖。煤層結構較為複雜,在煤層中下部有三層夾矸,厚度自上而下分別為0.15m,0.75m,0.65m。巖性均為粘土巖。礦井瓦斯湧出量很少,煤層有自燃發火傾向,發火期1~2個月。開採深度為225m。OMERLER礦設計年生產能力135萬t,當時實際生產能力為45~50萬t,煤層的上部已為露天礦開採,井工部分為斜井開拓。

  OMERLER礦原有三個生產工作面。所採用的採煤方法有兩種:一是一次採全厚爆破落煤放頂煤採煤法,一是預採頂分層爆破落煤放頂煤採煤法。均採用單體液壓支柱或摩擦支柱支護。從未採用過綜合機械化開採。礦井煤的運輸全部皮帶化,輔助運輸為無極繩絞車。

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  綜採放頂煤工作面位於1~C盤區的M-1工作面:工作面的軌道巷直接與l號斜井相通。運輸順槽通過溜煤眼與礦井運輸大巷相接。為了比較預採頂分層放頂煤和一次採全厚放頂煤的效果,在工作面從切眼開始的,170m內,沿煤層頂板佈置了一個頂分層工作面,採後鋪網。該工作面的上下順槽與放頂煤工作面的順槽採用內錯式佈置。工作面上下順槽均為高3500mm,寬4600mm的半圓拱形140#工字鋼支護。巷道淨斷面為13.8m2。

  3綜放工作面設計參數

  綜放工作面長度設計為90m(兩順槽中心線距離),煤壁淨長為85.4m。走向長度設計為420m,其中,頂分層開採段180m,一次採全厚段為240m。割煤高度設計為2.8m。煤層厚度按8m計算,預採頂分層段,頂分層採高為2m,則放頂煤高度為3.2m,一次採全厚段放頂煤高度為5.2m。採放比分別為1:1.14和l:1.86。

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  礦方在標書中規定,採煤機截深為600mm,採用三刀一放,放頂煤步距為1.8m,即循環進度為1.8m。

  綜放工作面設備是TKI公司在標書中選定的。OMERLER礦放頂煤液壓支架型號確定為中國生產ZFD4000/18/32型單運輸機放頂煤液壓支架;採煤機選用德國EICKHOFF公司生產EDW-150-2L型雙滾筒採煤機;工作面輸送機選用中國生產SGZ730/264型雙中心鏈刮板輸送機;順槽轉載機SZZ730/132型40m長轉載機;順槽皮帶為TSP580/1000型可伸縮膠帶輸送機。採煤機,放頂煤液壓支架,刮板輸送機的配套關係如圖所示。

  工作面三機配套圖

  工作面下端頭運輸順槽裡安設一架三架一組的端頭支架,順槽轉載機置於主架的中央。端頭支架上有兩個千斤頂可以推移轉載機向前移動,端頭支架的尾部有一個掩護梁,必要時可以將轉載機尾伸向端頭支架後部進行放頂煤。在端頭支架與基本架之間有兩架過渡支架。在工作面上端頭(迴風順槽一端)沒有端頭支架,有三架過渡架安裝在機尾部分。

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  乳化液泵站由兩泵一箱組成,泵的型號為MRB125/34B型,泵站經與OMERLER礦商定,設在工作聯絡巷靠運輸順槽一端的繞道里由泵站到工作面的輸液管和回液管,分別為Φ30×3和Φ40×3的無縫鋼管,每10m一節,鋪設在運輸順槽裡。變壓器和高壓開關均置於專用的峒室裡,工作面所有設備的開關,均佈置在運輸順槽的單軌吊下面,隨工作面推進而移動,需由礦方準備10個長2m寬lm的懸吊平臺。工作面噴霧泵和鑽機液壓泵放在轉載機側的巷道底板上。

  工作面兩順槽均為半圓拱工字鋼棚子支護,隨著工作面的推進,需超前工作面10~15m替換棚子,即由拱形棚子換為矩形棚子,以適應端頭支架的支撐。矩形棚子為木樑和單體液壓支柱或摩擦支柱支撐。在工作面前方順槽超前支承壓力區內,應對順槽棚子進行加強支護,即在每架巷道棚子中央加設一根單體液壓支柱。工作面的正規作業循環應是割三刀煤放一次頂煤,其各工序完成的順序如下:採煤機割第一刀煤→移架→推溜→割第二刀煤→移架→推溜→割第三刀煤→移架→放頂煤→推溜。

  4綜放工作面回採工藝

  工作面採用端部斜切進刀單向割煤往返割一刀的進刀方式。進刀端可以在運輸順槽端(下端),也可以在迴風順槽(上端),在工作面有一定的傾角情況下,一般都從工作面下端開始進刀。工作面實行追機作業,順序移架。滯後採煤機5m進行。移架時要保證支架的直線性。移機尾支架時,應先移倒數第二架,而後同時移其相鄰兩架。移端頭支架在輸送機頭推移以後進行。其順序是先移主架,連同轉載機一起前移一個步距,而後前移副架。

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  第一、二個割煤循環推溜工作,應是先在採煤機割煤離開進刀段後將機頭推移至煤壁,其餘部分將在採煤機返空刀至進刀端後,從機頭開始順序推移。第三個割煤循環的推溜工作在放頂煤結束後進行。推溜工作應做到:輸送機彎曲段長度不小於20m;至少有2~3個千斤頂同時動作;推溜時,輸送機應開起來。

  工作面用單輪順序放煤的放煤方式。這種放煤方式每架(除首架外)放煤口上方的待放頂煤均受鄰架放煤過程的影響,鄰架的放煤增加了本架頂煤的自由度,並隨著鄰架的放煤而進一步破碎,使放出前的破碎度加大,有利於頂煤的回收。同時,每架放煤量基本均等,使工作面放煤均勻。當工作面進入一次採全厚放頂煤時,應採用雙輪順序放煤方式,即第一輪先放出頂煤的一半,第二輪再將頂煤放完。

  工作面採用的是單運輸機放頂煤液壓支架,放頂煤工作應按以下要求進行:放煤門操作在鄰架進行;放煤時要嚴格控制煤流量(通過控制放煤槽的坡度來實現),以免壓死輸送機;)打開放煤口時,要將放煤槽緩慢放下,以防放煤槽砸壞電纜槽;遇大塊煤卡住放煤口時,要反覆運動放煤板將大塊擠碎;必須順序放煤,嚴禁隔架放煤,要避免漏放;同時打開放煤口的數量視煤流量而定,一般可同時打開2~3個;在頂分層網下進行放頂煤,應將放煤口上方的煤全部放淨,直到見到金屬網為止;當工作面進入一次採全厚階段,放煤時要觀察煤流中的矸石情況,當矸石含量達到20%以上時,應立即關閉放煤口,停止放煤。

  工作面採用三八工作制,二班生產,一個班檢修。勞動組織形式為以正規循環作業為基礎,以採煤機的作業為中心,採用割煤、放煤、爆破分開作業,生產班進行割煤,移架、推溜、放頂煤等工作,檢修班進行機電檢修,頂煤預爆破,在工作面打眼探煤厚和工作面端頭處理。工作面出勤人數兩個生產班每班18人,檢修班26人,總計62人。

  5安全保障措施

  為了準確計算工作回採率,必需做到兩點:如果煤層厚度有較大的變化,則必須準確地探測煤厚。一般在工作面上下順槽內每隔10m向頂煤打鑽,在工作面內每10m打一頂眼探測煤厚,以此繪出煤層厚度變化圖;為了取得精確的工作面產量,應在工作面皮帶上安裝電子稱或核子稱,並經常進行校核。

  為了保證工作面的頂煤在一開始能隨支架前移而冒落,以減少頂煤的初次垮落步距或使初次垮落步距等於零,可以採取如下措施:將工作面切眼佈置在斷層線或採空區邊緣,使頂煤在工作面離開切眼時就能冒落;在工作面支架安裝好以後,在支架後方向頂煤和後部煤柱打眼放炮,將頂煤和煤柱崩下,以便在工作面起動時即可放煤。

  為了改善頂煤的冒放性,注水軟化是一項行之有效的措施,即在工作面運輸順槽內向頂煤打眼注水,也可在頂分層的順槽內向下分層工作面的頂煤內打眼注水。煤層注水可以帶來降低工作面粉塵的好處。對防火也有利。

  當注水效果不好時,也可以採用頂煤預爆破鬆動的方法來改變頂煤的冒放性。打眼放炮工作在放頂煤工作面的上下順槽裡超前工作面進行。每組炮眼共2個,呈扇形沿走向每3.6m佈置一組炮眼,孔徑50mm。為了不破壞工作面支架上方頂煤的穩定性,炮眼的封孔長度應保證支架上有0.8~1m的頂煤不被破碎。

  頂煤預鬆動爆破也可以在頂分層工作底板進行。眼深2.0m,沿工作面每2m一個炮眼,每眼裝藥800~1000g,在放頂煤工作面局部地方如頂煤不冒落,可以在架間進行打眼(注:國內煤礦安全規程已經不允許此種做法),眼深3m向後傾斜70~80°,也可以用手持煤電鑽打眼。

  為了保證放頂煤工作面的回採率和煤的質量,要求頂分層鋪網時要保證網的強度和聯網質量(網結距離不應大於200mm),在放頂煤工作面放煤時,不應出現破網漏矸現象,否則會嚴重影響放頂煤工作面的回採率和煤質。本工作面仰採3~5°對頂煤回收率不利。

  要防止自燃發火就要在防止漏風和加快工作面推進速度方面下功夫,要防止採空區漏風,就要設法增大風阻和降低負壓。在放頂煤工作面兩端,由於頂煤垮落的不充分,往往在支架後方形成空洞,成為採空區漏風的主要通道,當工作面每前進一段後(一般為l0m)就要在端頭支架後部構築密閉牆,在牆後進行水-粉煤灰(或水-砂)充填。密閉牆由木柱,金屬網和塑料紡織布組成。如不用水-粉煤灰(或水-砂)進行充填,可在構築密閉牆以後,在牆上噴塗一層泡沫塑料以防止漏風。通過採空區氣體監測,一旦發現採空區有火情,則可採用液氮進行滅火。即將容積為50升的液氮罐直接送到工作面下口,用鋼管插人採空區,通過管子向採空區注氮,直到火情消失為止。

  在放頂煤支架的架間和放煤口,都設有自動噴霧裝置,即當支架移架和打開放煤口時能自動進行噴霧。噴霧用的壓力水,由設在順槽裡的噴霧泵提供,要求礦方提供經過濾的清潔水源至工作面。


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