采礦工程案例教案

1、采礦工程案例教案課程名稱：采礦工程案例（第三篇 采煤方法 第11章 薄及中厚煤層綜合機械化采煤工藝實例）授課教師：王方田 博士適用專業(yè)：采礦工程年級：2012編寫時間：2015年10月20日教學目的：薄及中厚煤層儲量占煤炭資源總儲量比例70%以上，如何進行薄及中厚煤層開采是采礦工程的重要內容之一。本課程通過榆家梁礦44305自動化綜采工作面（中厚煤層）、葛亭礦11604短壁綜采工作面（薄煤層）及小青礦刨煤機綜采W2-713工作面（薄煤層）具體工程案例的介紹，使學生加深對薄及中厚煤層主要開采工藝基本理論和工程實踐的認識，彌補本科生實踐環(huán)節(jié)薄弱的不足，是采礦學教材的有效補充。通過本課程學習，增強學

2、生的實踐能力，深入學習掌握自動化綜采、無人工作面等智能開采技術的應用現(xiàn)狀，引導學生根據具體煤層地質條件，選擇合理的開采工藝、設備選型配套的能力，從而激發(fā)學生的創(chuàng)新實踐能力。教學內容綱要：逐一講解榆家梁礦44305自動化綜采工作面（中厚煤層）、葛亭礦11604短壁綜采工作面（薄煤層）及小青礦刨煤機綜采W2-713工作面（薄煤層）的地質生產條件、主要綜采設備選型配套、工作面自動化開采關鍵技術及勞動組織。教學重點：1）自動化綜采工作面設備選型配套、自動化工作面關鍵技術（采煤機記憶割煤技術、液壓支架與采煤機聯(lián)動技術、液壓支架與采煤機的遠程干預技術、工作面隨機成像系統(tǒng)及自動化信息通信技術）；2）薄煤層滾

3、筒采煤機綜采工作面設備選型配套、含硬夾矸薄煤層順槽深孔預裂爆破技術；3）薄煤層刨煤機綜采工作面主要設備選型、刨煤機無人工作面割煤方式、刨煤機無人工作面自動化控制技術教學難點：1）自動化工作面關鍵技術（采煤機記憶割煤技術、液壓支架與采煤機聯(lián)動技術、液壓支架與采煤機的遠程干預技術、工作面隨機成像系統(tǒng)及自動化信息通信技術）；2）含硬夾矸薄煤層順槽深孔預裂爆破技術；3） 薄煤層刨煤機無人工作面割煤方式、刨煤機無人工作面自動化控制技術。教學方法：PPT講授、板書、虛擬動畫演示、現(xiàn)場實踐講述、提出問題請學生探究、學生換位思考法等相結合。參考書目與資料：1 屠世浩. 現(xiàn)代采礦工程案例M. 徐州：中國礦業(yè)大學

4、出版社，2012.2 楊景才，王繼生，李全生. 神東礦區(qū)1.52.0m煤層自動化開采技術方案研究J. 神火科技，2009，7（2）：13-16.3 WANG Fang-tian, TU Shi-hao, BAI Qing-sheng. Practice and Prospect of Fully Mechanized Mining Technology for Thin Coal Seams in ChinaJ. Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy, 2012, 112(2): 161-170.4

5、 王平彥，梁振寧. 薄煤層自動化刨煤機的配套與應用J. 煤礦機電，2010（1）:90-92.教學進程：1. 檢查復習：以提問考查的形式回顧上節(jié)課（采煤方法及其類型）的重點內容（包括采煤方法主要分類、回采巷道布置的主要類型等），檢查上節(jié)課布置的預習情況。2. 講授新課：課堂教學實施過程共分三節(jié)（一節(jié)一部分）。以下將課程的內容逐節(jié)列入，在以下內容體現(xiàn)不同教學方法，并將重點講解內容以加粗和藍色字體等形式區(qū)別。第一節(jié) 榆家梁礦44305工作面自動化綜采實例一、工作面地質生產條件44305工作面位于神東礦區(qū)榆家梁井田中南部，開采4-3煤層。工作面推進長度為2298.1m，工作面長度為300.5m，煤層

6、可采面積為690579.1m2，煤層厚度1.72.0m，平均厚度1.85m（引導學生回顧不同煤層厚度的分類，屬中厚煤層），傾角1°（引導學生回顧不同煤層傾角的劃分）。44305工作面內上覆基巖厚度為1238m。4-3煤直接頂為1.5m的泥巖，基本頂為11m厚的細砂巖，直接底為粉砂質泥巖。44305工作面北部為4-3煤集中大巷，西側為44304工作面，南側為4-3煤薄基巖區(qū)，上部17m處有44205和44206工作面采空塌陷區(qū)。通過介紹以上條件，特別是煤層厚度、傾角及頂底板（自動化工作面對地質條件的要求）的介紹，請學生思考該進行什么樣的設備配套及開采工藝（思考并提問交流3min）？二、

7、工作面設備配套提出現(xiàn)場進行的設備選型配套，其中參數加粗部分跟學生一起探討，為何設計這樣的參數，有什么作用？44305工作面主要設備參數如表3-13-7所示。表3-1 TAGOR(1.1/2.2)液壓支架主要技術特征型 式掩護式液壓支架單位備注高 度11002200mm中 心 距1750mm初 撐 力7140kNP=31.5MPa工作阻力10660kNP=47MPa移架步距1000mm表3-2 7LS-1A型雙滾筒采煤機主要技術特征采高范圍（m）1.5-3.021過煤高度（mm）-416供電電壓（V）3300總裝機功率（kW）1162滾筒直徑（mm）1600滾筒截深（mm）1000生產能力（t/

8、h）2000牽引速度（m/min）22-32機身尺寸：長×寬×高（mm）15020×3394×1078機身高度（可調）mm1019/1078/1133牽引功率（kW）2×90截割功率（kW）2×480泵電機功率（kW）2×11整機重量（t）61.5表3-3 刮板輸送機主要技術特征型號2×1000鏈速（m/s）1.72輸送量（t/h）2000電機功率（kW）2×1000電機電壓等級（V）3300卸載方式交叉?zhèn)刃秷A環(huán)鏈規(guī)格42×128/164槽聯(lián)接方式啞鈴聯(lián)接中部槽：長×寬×高1

9、750×2095×301整機重量T630溜槽內寬mm1000生產廠家JOY公司表3-4 轉載機主要技術特征型號375鏈速（m/s）2.18輸送量（t/h）2500圓環(huán)鏈規(guī)格38×126電機功率（kW）375轉速（r/min）1489電壓（V）1140減速器速比19.58:1溜槽內寬mm1350整機高度 mm1600整機重量 T105整機長度 mm257500鉸接座上表面對地高度mm750上傾角度6刮板間距（mm）756生產廠家JOY公司表3-5 破碎機主要技術特征破碎能力（t/h）2500破碎物最大硬度F14最大輸出粒度（mm）300電機功率（kW）375適用槽寬

10、（內寬mm）2286破碎錘頭數（個）8外形尺寸：長×寬×高（mm）4955×3655×1941機器總重（t）27.26表3-6 乳化液泵主要技術特征表型 號K35055生產廠商KAMAT公司額定電壓（V）1140電機功率（kW）315額定電流（A）185.7額定轉速rpm1480流量（L/min）430乳化液箱總容積（L）2×8000設計壓力（MPa）37.5表3-7 噴霧泵主要技術特征表型 號K16065生產廠商KAMAT公司額定電壓（V）1140電機功率（kW）160額定電流（A）95.7額定轉速rpm1480流量（L/min）500水箱有

11、效容積（L）8000設計壓力（MPa）14.3將以上設備選型配套的主要參數介紹后，請學生思考設備選型配套的思路是？應該考慮哪些因素？然后PPT講解并板書：綜采工作面設備選型與配套程序綜采工作面設備選型配套內容及主要影響因素三、工作面自動化開采技術1）自動化工作面實施方案44305工作面于2008年6月，先后試驗了采煤機隨動割煤、采煤機記憶割煤、采煤機記憶割煤加有線遠程干預三種自動化采煤工藝。經過對比，三種工藝優(yōu)缺點對比如下：（1）采煤機隨動割煤是指采煤機司機操作前滾筒割頂煤，后滾筒根據設定參數自動化跟隨割底煤。該工藝必須有操作人員跟機作業(yè)，在1.8m采高條件下，當采煤機速度超過6m/min時，

12、人員跟機操作困難，安全隱患多，勞動強度大，采煤機割煤能力得不到充分發(fā)揮。（2）采煤機記憶割煤是指先由采煤機司機操作割煤，完成幾個循環(huán)后，設定參數，采煤機自動化割煤。該工藝通過采煤機自動重復示范刀割煤，該方式下不能有效對工作面內的設備和巡視人員的安全狀況進行監(jiān)測，且示范刀后不能根據煤層變化自動調整采高，難以保證煤質要求。（3）采煤機記憶割煤加有線遠程干預割煤工藝。該工藝通過采煤機上的攝像系統(tǒng)對工作面進行遠程監(jiān)視，主要解決了工作面內設備和人員的安全問題，并可通過遠程干預實時調整采高，適應煤層變化。經技術研討和論證，確定在榆家梁44305工作面采用采煤機記憶割煤加有線遠程干預自動化割煤工藝。結合現(xiàn)場

13、案例指出，采礦技術的發(fā)展不是想當然的，而是在不斷的實踐應用中發(fā)現(xiàn)問題，提出解決措施，改革創(chuàng)新，從而不斷實現(xiàn)新的突破。引導同學們在遇到以上問題的時候應該怎么辦？跟現(xiàn)場對比自己的想法，有何不足和值得夸耀之處？2）自動化工作面關鍵技術（該部分是重點也是難點，通過PPT講授、板書、虛擬動畫演示等相結合促進學生理解）（1）采煤機記憶割煤技術采煤機通過示范刀學習，煤機中央控制器通過監(jiān)測搖臂傳感器的角度變化計算滾筒位置，記錄煤機在工作面內任一位置對應的滾筒高度參數，并根據左右牽引部D齒輪上的速度傳感器自動計算煤機的位置和方向。記憶割煤時，煤機根據記錄的滾筒軌跡自動調整滾筒高度實現(xiàn)自動割煤，且可通過參數設置對

14、工作面規(guī)律性的變化進行補償。在完成示范刀后，通過激活自動化切割程序，采煤機將根據示范刀割煤過程中所儲存的切割數據，按照示范刀時的采煤機歷史運行狀態(tài)，反復進行自動割煤。需要在工作面參數中輸入：工作面零點、工作面長度、慢行地段、最大速度以及采煤機當前位置。在自動化參數中輸入：最大采高、最大臥底量、最小臥底量、采高限制及臥底量限制不發(fā)揮作用地段。還可以選擇附加參數、校正、等待滾筒、采高和臥底量限制值等。完成設定后即可啟動自動化割煤功能，在工作面端頭，可選擇自動化或手動，如選擇手動，可用手動操作切割工作面端頭。在割完三角煤后，通過激活自動化功能，進入自動化割煤程序。（2）液壓支架與采煤機聯(lián)動技術通過支

15、架與采煤機聯(lián)動，實現(xiàn)采煤機通過后，支架滯后一定距離按照設定的程序完成自動移架和自動推移刮板輸送機；并在工作面兩端頭，支架配合采煤機實現(xiàn)斜切進刀。 支架與采煤機聯(lián)動的基本條件。采煤機和支架之間的信息傳輸、電液系統(tǒng)的控制功能是實現(xiàn)支架與采煤機聯(lián)動的關鍵。即實現(xiàn)煤機支架聯(lián)動需保證能準確獲取采煤機位置信號、支架電液系統(tǒng)工作與信號傳輸正常和主控制計算機參數配置正確3個基本條件：采煤機與液壓支架的信息傳輸方式。采煤機與液壓支架的信息傳輸，目前采用紅外線傳輸方式和脈沖碼傳輸方式。紅外線方式相對簡單，但受環(huán)境如煤塵狀況、設備狀態(tài)、底板變化等影響較大。脈沖碼方式不受使用環(huán)境影響，但技術要求較高，傳遞過程較復雜。

16、電液控制系統(tǒng)功能的實現(xiàn)。要實現(xiàn)液壓支架與采煤機的聯(lián)動作業(yè)，需將支架電液控制裝置在全工作面形成網絡系統(tǒng)。在該網絡系統(tǒng)中，工作面支架上都裝有支架控制器，工作面機頭安設主控裝置。主控裝置可控制整個工作面設備的運行，并形象化地顯示支架在工作面的位移情況、系統(tǒng)的主要參數、采煤機行走方向和位置等。電液控制系統(tǒng)具有全自動、成組工作、鄰架操作和手動操作等工作方式。支架控制裝置通過控制電磁閥來操作功能閥，實現(xiàn)支架的各種操作功能。紅外線接收器接收來自采煤機的紅外線信號，檢測采煤機的位置和方向，提供支架與采煤機聯(lián)動信息。通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)支架與采煤機的聯(lián)動。（3）液壓支架與采煤機的遠程干預技術為進一步優(yōu)化采煤自動化的

17、方式，確保支架自動移架時的人員安全，減小工人勞動強度，在實現(xiàn)記憶割煤的前提下，在工作面控制系統(tǒng)中加裝一套遠端控制系統(tǒng)，通過光纜將采煤機遙控器移至控制臺處，將人員從工作面移至控制臺處，操作者可以根據主控制臺視頻監(jiān)視計算機及JOS和支架主控制器提供的數據和相關信息，對采煤機和支架實施遠程干預。采煤機遠程操作技術。通過采煤機攝像系統(tǒng)傳輸的工作面圖像，操作人員根據煤層變化情況、滾筒截割情況、支架狀態(tài)等信息，必要時對采煤機進行遠程干預，干預操作功能與操作人員跟機作業(yè)時操作范圍相同，可實現(xiàn)采煤機所有動作的干預。液壓支架遠程控制技術。為實現(xiàn)對工作面支架的手動遠程操作，在液壓支架主控機上設置一個控制器，通過采

18、煤機攝像系統(tǒng)圖像信息，支架主控器上支架狀態(tài)等信息，操作人員可實現(xiàn)對支架的遠程干預。有效解決了支架拉架不到位、推溜不到位、頂梁傾角過大、初撐力不足等問題出現(xiàn)時需要操作人員進入工作面操作的問題，大大提高了自動化工作面安全高效運行，保證采煤機正常割煤。（4）工作面隨機成像系統(tǒng)在煤機上安裝高清晰低光攝像頭，隨機監(jiān)視煤機滾筒位置，并將視頻信號通過隨機光纜傳至順槽控制臺監(jiān)視計算機，操作人員在工作面運輸機機頭通過監(jiān)視計算機監(jiān)視采煤機割煤情況。（5）自動化信息通信技術煤機與JOS之間的通訊：有二套通信系統(tǒng)，其中一套為煤機主控計算機將所有煤機運行狀態(tài)信息經過處理后通過煤機隨機電纜，以載波方式傳輸至JOS控制計算

19、機并顯示。第二套是通過工作面隨機多模光纜，傳輸煤機視頻及煤機遠程遙控信號，此系統(tǒng)有效解決了載波傳輸時間延遲的問題，可快速實現(xiàn)采煤機遠程干預，防止意外事故出現(xiàn)。JOS與支架主控計算機之間通過4芯通訊電纜傳輸信號、視頻監(jiān)視計算機；支架主控計算機與支架之間、相鄰兩架之間通過4芯通訊電纜傳輸信號；視頻監(jiān)視計算機之間通過單模光纜組成局域網絡；所有信號通過數據上傳系統(tǒng)傳輸至地面調度室。講解完以上內容后，請學生及時回顧，并說出實現(xiàn)自動化的要求、設備的功能、如何實現(xiàn)？四、工作面勞動組織44305自動化綜采工作面勞動組織采用“三八制”作業(yè)，早班6h檢修，2h生產；四點班、零點班8h生產。循環(huán)圖表如圖3-8所示。

20、圖3-8 榆家梁礦44305工作面循環(huán)作業(yè)圖表結合工作面循環(huán)圖表講解工作面如何進行勞動組織？結合現(xiàn)場說明“三八制”與“四六制”的優(yōu)缺點，請一兩位同學到前面大致畫出循環(huán)作用圖表，并解釋各區(qū)域要說明的內容。通過該節(jié)的介紹，與學生探討，請學生置身為煤礦管理人員換位思考，激發(fā)學生向自動化、智能化開采努力學習實踐創(chuàng)新。第二節(jié) 葛亭煤礦11604工作面含硬夾矸薄煤層短壁綜采實例淄博礦業(yè)集團葛亭煤礦11604工作面煤層平均厚度1.22m（典型薄煤層），采區(qū)地面有村莊等建筑物，且底板巖層內含奧灰水，存在突水危險。為保護地表建筑物免受采動破壞和防止底板突水（對薄煤層開采的制約，指出短壁工作面的原因），設計工作面

21、長34 m。在煤層含有硫化鐵結核硬夾矸條件下（對開采有什么影響和要求？），對采煤機等綜采設備進行了改進，并采取順槽深孔預裂爆破技術（關鍵技術）實現(xiàn)了含硬夾矸薄煤層安全高效綜采。一、工作面井上下開采條件1）煤層頂底板條件11604工作面所采16號煤層，煤層厚度1.21.4m，平均1.22m，屬穩(wěn)定煤層。煤層傾角017.5°，平均12.0°。煤層頂板為十下灰?guī)r石，平均厚度為5.35m，灰?guī)r抗壓強度平均為82.3MPa，最大達98.4 MPa，屬堅硬頂板。底板以泥巖和粉砂巖為主，次為細砂巖，巖體強度較低。2）地面建筑物11604工作面所在1160采區(qū)地面有4個村莊、2個造紙廠及1

22、個中學等地面建筑物，在工作面尺寸設計時需保障地表建筑物免受采動破壞。3）底板奧灰水16號煤層底板巖層內含有奧灰水，水壓較大，水文地質條件較復雜，存在底板突水危險。11604工作面下距奧灰含水層63.3568.76m，平均65.8m，其間主要由泥巖、粉砂巖及少量薄層灰?guī)r和煤層組成，11604工作面奧灰最大突水系數0.060MPa/m。綜上所述，由于既要保護地表建筑物免受采動地表沉陷破壞，又要防止底板突水，因此，設計11604工作面走向長度為863m，傾斜長度為34m，是典型薄煤層短壁綜采工作面。結合自己在煤礦的見聞介紹以上條件，請學生思考該進行什么樣的設備配套及開采工藝（思考并提問交流3min）

23、？ 二、工作面綜采設備配套及改進1）主要綜采設備配套根據11604工作面地質條件，對采煤機、液壓支架及刮板輸送機等綜采設備進行選型配套，主要配套設備及技術參數見表3-8表3-11。表3-8 MG200/456-QWD型交流電牽引采煤機技術參數表項目參 數項目參 數截割高度（m）1.12.4 滾筒轉速（r/min）44.4煤層傾角（°）35截深（mm）600總功率（kW）455.5 搖臂長度（mm）1943截割功率（kW）2×(2×100) 機面高度（mm）853牽引功率（kW）2×25 搖臂擺動中心距（mm）5170泵站功率（kW）5.5 調速方式交流變

24、頻調速電壓等級（V）1140 牽引方式齒輪銷軌式最大截割高度（mm）2262牽引力（kN）440/220滾筒直徑（mm）1100 牽引速度（m/min）0610表3-9 綜采面液壓支架主要技術參數表序號項目參 數附注1ZY2800/09/18型中部液壓支架型式兩柱掩護式高度（mm）900-1800中心距（mm）1500寬度（mm）1400初撐力（kN）15572116P=31.5MPa工作阻力（kN）2800P=40.4MPa支護強度（MPa）0.350.46對底板比壓（MPa）底座前端最大1.2平拉，f=0.2泵站壓力（MPa）31.5操縱方式本架控制2ZTZ4800/16/26端頭液壓支架

25、型式兩架一組端頭支架高度（mm）16002600單架寬度（mm）440整架寬度（mm）1900-2520初撐力（kN）3786P=31.5MPa工作阻力（kN）4800P=39.8MPa支護強度（MPa）0.28P=39.8MPa底板比壓（MPa）1.06泵站壓力（MPa）31.5表3-10 SGZ730/2×132型刮板輸送機主要技術參數表項目技術參數項目技術參數輸送能力（t/h）600刮板鏈型式中雙鏈供貨長度（m）60刮板鏈中心距（mm）120裝機功率（kW）2×132中部槽型式整體鑄焊封底結構刮板鏈速（m/s）1中部槽規(guī)格1500×690（內寬）×

26、263電動機型號KBY550-132A槽間聯(lián)接啞鈴電壓（V）1140/660牽引方式齒輪銷軌式減速器型式圓錐-圓柱齒輪行星減速卸料方式單速、端卸傳動比1:30槽間聯(lián)接強度（kN）1800表3-11 SZZ-630/75型轉載機主要技術參數表項目技術參數項目技術參數輸送能力（t/h）600刮板間距（mm）640供貨長度（m）30中雙鏈規(guī)格（mm）18×64裝機功率（kW）75最小破斷負荷（kN）850鏈速（m/s）0.86中部槽規(guī)格1500×630×190以上設備關鍵是采煤機和液壓支架，其中采煤機的截割能力最為重要。請學生思考為什么、應該怎么做？（2min）2）綜采

27、設備技術改進（1）采煤機改進對MG200/456-QWD型電牽引采煤機主要改進的部件為：采煤機截齒、采煤機滾筒。滾筒采用凱南麥特鎬型齒強力滾筒、加強型截齒，截齒頭是碳化鎢合金，截齒的材質是42CrMo合金，直徑是19mm，能夠高效截割含硫化鐵硬結核薄煤層，截齒為加強型截齒，增強了電控和滾筒的抗沖擊能力，滾筒增加了截齒數量，減少了滾筒線速度，以保證采煤機能在煤層中含硬度大的硫化鐵結核條件下仍具有較強的截割能力，由于夾矸及部分煤質較硬，截深不宜過大，采用0.6m截深。凱南麥特采煤機滾筒具有強度大、可靠性高、耐久性好、截齒消耗低的特點，其葉片、齒座、截齒的設計與制造能夠適應各種地質條件，特別是在煤質

28、較硬和地質構造變化較大的煤層中使用，優(yōu)越性更為突出，經濟效益更加顯著。（2）液壓支架改進對ZY2800/09/20掩護式液壓支架的改進設計主要包括：采用整體頂梁結構，前端下側設有可拆卸的翻轉擋板裝置；支架底座為前端開底式，底座后端設有內藏式底調千斤頂；支架推移機構采用正裝短推桿形式，便于拆裝更換。（3）刮板輸送機改進對SGZ730/2×132型刮板輸送機的改進設計為：減少了過渡槽，降低了機頭、機尾、中部槽的高度。詳細介紹采煤機等設備的改進設計，為什么要這么改？改后會有什么效果？請學生思考自己遇到類似的問題該怎么辦？三、采煤工藝11604工作面采用后退式綜采采煤法，全部垮落法管理頂板。

29、工作面采高為1.3m，沿頂破底回采，循環(huán)進尺為0.6m，移架步距為0.6m。雙滾筒采煤機單向割煤，在工作面端部斜切進刀，往返一次進一刀。斜切進刀段長度25m左右，截深0.6m。工藝過程如下：采煤機自上向下下行正常割煤到割透機頭煤壁后，返機上行割三角煤；距離采煤機不小于15m頂溜，使得刮板輸送機彎曲段為不小于15m。采煤機進刀方式如圖3-9所示。圖3-9 采煤機進刀方式示意圖2）采煤工作面正規(guī)循環(huán)生產能力工作面正常生產時，每天生產20個循環(huán)，循環(huán)進尺0.6m，日推進度12m。循環(huán)產量33t，正規(guī)循環(huán)率95%，日產量627t，月產量18810t，年產量20.7萬t。3.3.2.4含硬夾矸薄煤層順槽

30、深孔預裂爆破技術詳細講解含硬夾矸薄煤層開采的現(xiàn)狀，請學生思考更先進的技術，提問24位同學，聽聽他們的解決思路，結合自己的思路給予點評（多激勵、少批評）。目前，含硬夾矸薄煤層開采主要有采煤機組、機炮聯(lián)合開采、采煤機組與截煤機機頭部連接組成聯(lián)合機組及打眼放炮落煤開采技術。其中采用順槽深孔預裂爆破技術配合強力采煤機可實現(xiàn)含硬夾矸薄煤層高效綜采。根據11604綜采面現(xiàn)場探測結果，薄煤層內的硫化鐵結核硬夾矸，多分布在煤層上部，嚴重影響了工作面正常開采。此外，煤層頂板強度高，與泥巖等巖性較弱頂板相比，受爆破影響較小。因此，工作面含硫化鐵結核硬夾矸較多區(qū)段，必須采用預裂爆破技術以降低采煤機滾筒及截齒的消耗。

31、葛亭煤礦原采用工作面內鉆孔爆破方法，鉆孔參數為40mm×1200mm。工作面硫化鐵夾矸及頂底板變化嚴重時，須沿工作面傾斜方向打大量爆破鉆孔，最多達40個。該方法雖然降低了采煤機滾筒和截齒的消耗，工作面產量有了一定提高，但依然存在以下不足：（1）工作面鉆孔作業(yè)空間小，工人操作不便，鉆孔耗時較多，勞動強度大；（2）鉆孔時采煤機無法繼續(xù)正常割煤，造成工作面推進速度較慢，制約了工作面產量；（3）崩落的矸石或煤體易對設備造成一定損壞，安全隱患多。鑒于上述工作面鉆孔爆破方法的不足，為充分發(fā)揮改進后的滾筒采煤機優(yōu)勢，實現(xiàn)采煤和鉆眼爆破平行作業(yè)，加快推進速度，在含硫化鐵結核硬夾矸較多區(qū)域采用順槽深孔

32、預裂爆破技術，可有效促進綜采工作面安全高效生產。根據自己在現(xiàn)場實踐基礎上的總結，提出有效的解決思路。同時啟發(fā)學生，采礦工程是個系統(tǒng)工程，需要掌握的知識和技能很多，比如爆破工程等，根據遇到的問題進行學習提高（問題驅動型），在實踐中發(fā)現(xiàn)新問題、學習新知識、提出新見識、解決新問題、總結新理論。1）爆破工藝設計在順槽內實施薄煤層硬夾矸深孔預裂爆破技術，打鉆與成孔工藝、裝藥與封孔工藝直接關系到深孔預裂爆破的安全和效果。在實施深孔預裂爆破技術時，為取得預期爆破效果，保證爆破過程中不造成頂板大面積破裂失穩(wěn)，根據現(xiàn)場情況布置爆破孔，并且要求其成孔質量好、定向準確和達到設計深度。鉆機采用ZDY1200S(MK-

33、4)型全液壓鉆機，鉆機具用解體性好、自動化程度高、工作效率高、安全性能好等優(yōu)點。裝藥工藝是深孔預裂爆破的重要問題，為此在鉆孔后采用抗靜電阻燃PVC管快速裝藥，雷管為煤礦許用毫秒延期電雷管，使用該類電雷管，有利于提高炮孔利用率、降低炸藥和電雷管的消耗、減小地震和提高爆破效率等優(yōu)點。采用反向爆破，裝好藥后，用炮泥封孔，封泥長度為5m，且要搗實封孔段，防止靠順槽處煤巖體爆出。炮眼裝藥結構如圖3-10所示。圖3-10 炮眼裝藥結構示意圖2）爆破參數確定（1）炮眼間距通過應力波模擬計算及裂隙區(qū)半徑計算，可確定炮眼間距在5.5m左右。炮眼間距越大，回采單位煤體的鉆孔工作面量越小，但是爆破產生的預裂效果越差

34、。在現(xiàn)場進行了6m炮孔間距試驗，實踐結果較好驗證了前述理論分析，因此最終確定的炮眼間距為6m。（2）炮眼深度綜合考慮工作面長度、硬夾矸狀況及鉆眼效率和良好的爆破效果，以及施工設備和施工技術水平、勞動組織等因素，工作面傾斜長34m，為便于施工組織和管理，減少對生產班的影響，確定在檢修班實施兩順槽內鉆孔爆破，炮眼深度為18 m左右，裝藥段長13m。（3）炮眼裝藥量計算預裂爆破必須控制藥量，以達到既能松動好巖體，又不致于破壞頂板的效果，裝藥量與待爆破的體積、巖體的可爆性、炸藥的類型、炮眼填塞情況等因素有關。爆破炸藥選用二級煤礦許用乳化炸藥，每孔裝藥量在8.4kg左右。具體爆破參數設計見表3-12所示

35、。表3-12 爆破設計參數表炮孔名稱孔深/m裝藥長度/m封孔長度/m裝藥量/kg孔徑/mm藥卷長度/mm藥卷直徑/mm藥卷質量/g軌道巷1、3、5181358.47523027150膠帶巷2、4、6181358.475230271503）炮眼布置方式設計炮眼布置方式的確定，應考慮鉆眼效率和良好的爆破效果，考慮施工設備和施工技術水平、勞動組織等因素，還要便于施工組織和管理，考慮到工作面超前支護20m，一般把爆破作業(yè)點設在20m外，若超前支護對爆破影響較小，也可在工作面煤壁前方1015m設置深孔預裂爆破。因此，根據實際情況，將松動爆破炮眼布置在11604綜采工作面軌道順槽和膠帶順槽薄煤層中，各布置

36、一層炮眼，3孔一組，且緊貼夾矸帶。炮眼高度隨夾矸帶的變化而變化，順槽深孔預裂爆破炮眼布置方式如圖3-11所示，剖面圖如圖3-12所示。一次引爆3個炮眼，減少了單孔爆破作業(yè)時間，同時減少了對頂板破壞影響。圖3-11 兩順槽預裂松動爆破炮眼布置圖圖3-12 炮眼布置剖面圖結合虛擬仿真動畫給學生講解炮孔的設計、爆破效果等，加深學生的理解，激發(fā)學生學習新知識的欲望。4）爆破效果分析通過在綜采工作面兩順槽實施深孔預裂爆破，實現(xiàn)采煤機連續(xù)化運轉，有利于工作面安全高效生產。順槽爆破時工作面的正規(guī)循環(huán)圖表見圖3-13。圖3-13 順槽深孔預裂爆破循環(huán)圖表從圖3-13可以看出，采用順槽預裂爆破減少了工作面打眼時

37、間，提高了采煤機的開機率，減少了工作面的工序，簡化了工作面的開采工藝。在順槽深孔預裂爆破硬夾矸后，采煤機運轉及截齒消耗情況統(tǒng)計見表3-13。表3-13采煤機運轉情況及截齒消耗情況記錄表爆破地點采煤機走向推進度/m.d-1平均/m.d-1采煤機割煤速度/m.min-1平均/m.min-1滾筒截齒消耗率/個.(kt）-1平均/個.(kt）-1非爆破區(qū)(夾矸較薄)8.48.82.02.313.712.69.02.512.19.02.411.9工作面爆破區(qū)(夾矸較厚)9.610.03.84.01.81.710.23.91.710.24.21.5順槽爆破區(qū)(夾矸較厚)16.216.63.53.62.22

38、.017.43.71.816.23.62.1采用順槽深孔預裂爆破后，松動了硬夾矸，降低了煤巖體抗壓強度，使得采煤機得以安全高效運轉。根據現(xiàn)場觀測統(tǒng)計，順槽預裂爆破區(qū)采煤機走向推進度分別是工作面爆破區(qū)的和薄夾矸非爆破區(qū)的1.7、1.9倍；采煤機割煤速度是薄夾矸非爆破區(qū)的1.6倍；順槽預裂爆破區(qū)截齒損耗較工作面薄夾矸非爆破區(qū)減少了84%。由統(tǒng)計可知，順槽深孔爆破后工作面日推進度達17.4m，日產量達981.6t，平均日推進度為16.6m，平均日產為936.5t。請學生認真消化吸收順槽深孔預裂爆破硬夾矸這部分內容，談談學生自己的想法和改進思路等，促進學生掌握并激發(fā)創(chuàng)新意識。請學生回顧已學薄煤層開采工

39、藝（采礦學已講過），除了剛講過的滾筒采煤機，還有一種重要的工藝就是刨煤機綜采采煤工藝。第三節(jié) 小青礦W2-713工作面刨煤機綜采采煤工藝實例鐵法礦區(qū)探明煤炭儲量22.59億t，其中薄煤層儲量為6.2億t，占礦區(qū)煤炭儲量的26%，采用傳統(tǒng)的炮采工藝，不僅產量低、工人勞動強度大，而且不易保證安全，采用薄煤層長壁機械化開采難度大，投入產出比高，經濟效益差。如果放棄不采，又造成資源的極大浪費，縮短礦井的服務年限。為了安全、高效開采薄煤層資源，鐵法礦區(qū)積極尋求高產高效的薄煤層開采途徑，在廣泛調研、科學論證的基礎上，以實現(xiàn)薄煤層全自動化無人工作面安全高效開采為目標，采用多種先進技術集成和配套整合創(chuàng)新，成功

40、實施了從德國DBT公司引進核心技術與國產配套技術相結合的方案。對國內無法加工制造的刨頭及驅動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等核心技術及裝備進行了引進，而與之相配套的液壓支架等設備均由國內設計配套，試驗成功了我國第一套薄煤層刨煤機組，并于2000年率先在小青礦W-703工作面成功投入使用。這使我國成為繼德國、美國之后，世界上第三個擁有這種先進開采技術的國家，小青礦W-703工作面也成為我國第一個薄煤層全自動開采工作面，填補了國內薄煤層高產高效機械化開采的空白。經過10余年的不斷發(fā)展，鐵法礦區(qū)薄煤層開采技術水平有了進一步的提升，本章以小青煤礦W2-713工作面為例，主要介紹薄煤層全自動化工作面的采煤方法、設備

41、選型及無人化控制技術。一、工作面概況小青礦W2-713工作面位于-447m水平的西二采區(qū)，地表標高+67.8+69.1m，井下標高-440-410m，南部為西二期集中軌道運輸巷、西二期集中運輸巷、西二期集中回風巷；北部為小青礦井田與大明礦井田技術邊界；西側為F76斷層；東側為W2-712工作面。W2-713工作面走向長度1775m，傾斜長度225 m，開采的7煤層厚度1.11.70m，平均1.39m，煤層傾角210°，平均4°。工作面布置情況如圖3-14所示。圖3-14 W2-713工作面布置W2-713工作面頂板發(fā)育一層灰色、灰黑色泥巖偽頂，其厚度最小0.10m，最大1.

42、4m，平均0.8m，水平層理，松軟易碎，易冒落。工作面直接頂為中、粉砂巖互層，夾泥巖層；基本頂為粉砂巖、粗砂巖、砂礫巖為主的砂巖互層；直接底為5m以上的粉砂巖。煤層頂底板情況見表3-14。表3-14 煤層頂底板情況頂底板巖石名稱厚度/m巖性特征基本頂粉砂巖、粗砂巖、砂礫巖為主的砂巖互層，及4-1、4-2煤層20m以上灰白色，泥質空隙型膠結，弱含水，石英、長石為主直接頂中、粉砂巖互層，夾泥巖層平均5m灰白色、灰黑色，泥質孔隙型膠結，石英、長石為主偽頂泥巖0.11.4m松軟易碎，易冒落，節(jié)理、裂隙發(fā)育偽底泥巖0.10.6m松軟易碎，節(jié)理、裂隙發(fā)育，吸水性強直接底粉砂巖5m以上石英長石為主，泥質孔隙

43、型膠結工作面正常涌水量36 m3/h，最大涌水量40 m3/h。瓦斯相對涌出量15m3/t，絕對涌出量33m3/min，煤層屬自燃煤層，自然發(fā)火期為36個月。本工作面有五條斷層，其中W2F25小斷層位于本工作面回風順槽側，在本工作面回風順槽P47點前30m47m范圍內實見含水裂隙帶。本工作面采用走向長壁后退式一次采全高全部垮落法的刨煤機機械化采煤方法。簡要介紹薄煤層的地質生產條件，請學生思考提出自己的選型配套方案（3min）。二、工作面主要設備選型1）刨煤機本著“降低創(chuàng)新成本、縮小國內外差距、爭取投資收益最大化”的原則，能國產化的設備堅決國產化，首次提出“引進德國刨煤機核心技術與國產設備相配套

44、”的投資方案。國產刨煤機與國外刨煤機主要差距：部分元部件的可靠性低；過載保護裝置落后；刨頭調向裝置的靈敏度不高；刨頭終端限位裝置的可靠性不高；國內刨煤機刨硬煤的能力差。主要國產刨煤機技術參數見表3-15。表3-15 主要國產刨煤機技術參數型號參數煤層厚度/m煤層傾角/o工作面產長度/m刨鏈規(guī)格/mm刨速/m·s-1刨頭功率/kWBT24/2×400.71.3<2520024×860.422×40BT24/2×750.71.7<2520024×860.672×75BH26/2×750.81.5<25

45、20026×920.672×75BH30/2×900.81.8<2520030×1080.792×90BH30/2×1320.71.8<2520030×1081.522×132國產刨煤機與國外相比存在的差距是我國綜合裝備制造與世界先進國家差距的一個表現(xiàn)，在此與學生一起探討差距的表現(xiàn)、產生的原因、改進的途徑、突破的思路刨煤機刨頭如圖3-15（a）所示，建立刨煤機刨頭受力分析模型，如圖3-44（b）。 （a） 刨頭實照 （b） 刨頭受力圖3-15 刨煤機刨頭受力分析模型斜度角；刨刀楔角；Sp刨刀刨面（接觸煤

46、壁）；Fr刨刀空面；S刨頭截深；PH牽引鏈拉力；PA刨頭橫向反力；PR液壓千斤頂推力；PS刨煤阻力；PL刨刀的浮煤阻力經計算，選取9-38Ve/GH5.7型號刨煤機，刨煤機的主要技術特征見表3-16。表3-16 刨煤機主要技術參數刨煤機型號9-38Ve/GH5.7滑行刨額定生產能力/t·h-1735刨頭導軌型號9-38/Ve刨體類型單刨頭刨體幾何尺寸長度/mm2700高度/mm800-1585中心頂刨刀架最大調整高度/mm250底刨刀調整水平/mm位置1，+12；位置2，-10；位置3，-28；位置4，-34驅動裝置機頭驅動部功率/kV400/200電壓/V1140雙速水冷頻率/Hz

47、50機尾驅動部與機頭驅動部相同減速比21：1電動機/臺2機頭架型號MR25/30機尾架型號MR25/30機頭減速器配置P-30UEL-R型正齒輪減速箱機尾減速器配置P-30UEL-R型正齒輪減速箱無極鏈鏈環(huán)規(guī)格/mm×mm38×137鏈速/m·s-10.96/1.922）刮板輸送機考慮刨頭運行速度、工作面輸送機鏈速和刨深的配合，工作面選用PF3/822刮板輸送機。表3-17 PF3/822刮板輸送機技術參數總長度/m230水平彎曲度/°5垂直彎曲度/°7溜槽分類類型中間標準型變線特殊型調節(jié)備用型規(guī)格/mm×mm×mm1505

48、×822×549無755×822×549載貨板厚度/mm30封底板厚度/mm20天窗位置每隔五個溜槽安裝一個帶天窗的溜槽機頭驅動部電動機型號400/200雙速水冷電壓/V1140頻率/Hz50機架型號KSKR1000型（端卸式）減速器型號KP25/35（行星傘齒輪減速器）減速比33機尾驅動部與機頭驅動部相同鏈條規(guī)格/mm ×mm34×126鏈速/m·s-11.32刮板間距/mm756鏈中心距/mm150連接銷破斷力/kN2000啞鈴式連接銷破斷力/kN20003）液壓支架（1）支架型號本工作面采用兩柱掩護式液壓支架支護工作面

49、頂板，用端頭支架支護工作面兩端頭，支護設備型號及其參數見表3-18、3-19。中間液壓架表3-18 中間液壓支架主要技術參數項目參數項目參數中間架型號ZY4800/06/1.65使 用 編 號4#153#最大高度1650mm最 小 高 度600mm中 心 距1500mm最大推移行程750mm初 撐 力3344kN工 作 阻 力4800kN供液壓力31.5MPa支 護 強 度0.50.66MPa支架重量11.6t/架使 用 數 量150架 端頭液壓支架表3-19 工作面端頭液壓支架主要技術參數項目參數項目參數端頭液壓架型號ZT6200/18/32使 用 數 量5組最大高度3200mm最 小 高

50、度1800mm架 寬1500mm最大推移行程7500mm供液壓力31.5MPa工 作 阻 力6200kN（2）液壓支架支護強度驗算 計算支護強度P0=K×H××cos=9.8×8×1.39×2.5×cos3°= 272 kN /m2式中： P0頂板載荷，kN /m2； K冒落高度影響系數，取8； H采高，取1.39m； 直接頂巖石容重，取2.5t/m3。 參照同煤層頂底板條件極相似的礦壓觀測資料，最大平均支護強度542kN /m2。 選擇工作面支護強度272 kN /m2<542 kN /m2，因此工作面支護

51、強度符合要求。 支護設備選擇工作面選用ZY4800/06/16.5D型支架，從機頭到機尾依次編號1151號支架；端頭支架選用ZT6200/18/32型支架，運輸順槽3組支架，回風順槽2組支架。根據工作面條件與支架適應條件對照表3-20可以看出，選用ZY4800/06/16.5D型支架，在滿足頂板支護強度需要的同時，也能滿足底板比壓值要求。表3-20 工作面條件與支架適應條件對照項目工作面條件支架適應條件采高1.39m0.61.65m（可加200 mm柱帽）傾角<4°<15°煤厚11.70m0.61.65m（可加200 mm柱帽）煤硬度2最大3底板比壓18.5MP

52、a14.2MPa支護強度490kN/m2647kN/m2頂板種類二級二類通過對比、驗算，證明選用ZY4800/06/16.5D式液壓支架能滿足要求。4）轉載機、破碎機結合礦上實際使用情況，工作面選用SZZ-800/315型轉載機、PCM-160型破碎機。轉載機、破碎機等技術特征見表3-21和表3-22。表3-21 轉載機技術參數項目參數項目參數型號SZZ-800/315鏈條規(guī)格/mm×mm34×126運輸能力/t·h-11200刮板間距/mm1210鏈速/m·s-11.52電動機功率/kW315（雙速水冷）表3-22 破碎機技術參數項目參數項目參數型號P

53、CM-160最大輸入塊度/mm×mm800×800破碎能力/t·h-12000主軸轉速/r·min-1370破碎方式錘式錘頭沖擊速度/m·s-120錘頭數/個8電機功率/kW1605）乳化液泵站（1）泵站選型、數量本工作面選用LRB400/31.5型乳化液泵（2臺）、RX-400/25型乳化液箱串聯(lián)供液，乳化液泵站到工作面采用32（回液）、25（進液）的高壓膠管；工作面內采用雙回路向支架供液，一路位于支架內，另一路安置在電纜槽內，進回液分別采用25、32的高壓膠管，兩路每隔9個支架用25的高壓膠管連通一次。表3-23 乳化液泵主要技術參數項目參

54、數項目參數乳化液泵型號LRB400/31.5公稱流量/L·min-1400電機功率/kW250公稱壓力/MPa31.5（2）泵站位置乳化液泵站置于運輸順槽變電列車中，隨列車一起移動。（3）泵站使用規(guī)定加強泵站設備、管路的維修和保養(yǎng)，保持液壓系統(tǒng)完好，杜絕跑、冒、滴、漏、竄現(xiàn)象。保證泵站壓力不小于30MPa，乳化液配比濃度為35，采用自動配液的方式配制，乳化液配比濃度每班必須檢測一次，經常清洗泵箱。6）工作面設備匯總工作面所用采煤設備為9-38Ve/GH5.7滑行刨，運輸機為PRT-GH-PF3/822型端卸式運輸機，SZZ-800/315型轉載機，PCM-160型破碎機和ZY4800/06/16.5D型液壓支架，全自動刨煤機工作面設備配備見表3-24，布置情況如圖3-16所示。表3-24 全自動刨煤機工作面設備配備序號名稱規(guī)格型號備注1液壓支架ZY4800/06/16.5D國產端頭支架ZT62