第一章薄煤層綜采綜掘技術(shù)

第一章薄煤層綜采綜掘技術(shù)第一節(jié)薄煤層刨煤機綜采技術(shù)第二節(jié)薄煤層滾筒采煤機綜采技術(shù)第三節(jié)薄煤層螺旋鉆采煤機綜采技術(shù)第四節(jié)薄煤層巷道綜合機械化掘進技術(shù)級別薄煤層中厚煤層厚煤層地下開采/m<1.301.30-3.50>3.50露天開采/m<3.503.50-10.00>10.00煤層厚度分級極薄煤層：<0.5m;特厚煤層：>8m薄煤層開采不利因素:(1)機械化程度低。采煤工作面空間狹小,工作條件較差,給設(shè)備設(shè)計制造和井下移動帶來諸多困難。(2)產(chǎn)出效率低。由于煤層厚度變化、斷層等地質(zhì)構(gòu)造,對薄煤層開采影響較大,生產(chǎn)能力低，一般薄煤層單產(chǎn)只為中厚煤層的1/3或更少。(3)投入產(chǎn)出比高。因為效率低,掘進率高,其開采成本明顯高于中厚煤層,而經(jīng)濟效益不如中厚煤層。極薄煤層只有在以下條件才可能開采：(1)屬特殊需要的優(yōu)質(zhì)煤；(2)相鄰的主采煤層有沖擊地壓危險或有煤與瓦斯突出危險，極薄煤層可作為解放層；(3)礦井或采區(qū)尚未報廢，剩余的儲量為極薄煤層；(4)勞動力價格低廉的小煤窯。我國薄煤層資源可采儲量61.5億t，占煤炭總儲量的19.%,其中薄煤層占重點煤礦總儲量的17.6%,采出量不足總產(chǎn)量的10%。大同煤礦集團主采煤層的侏羅系薄煤層儲量6億t,采出率僅有19%～20%。鐵法礦區(qū)1.5m以下薄煤層儲量6.2億t,占總儲量約26%。雞西礦區(qū)煤層厚度1.0～1.4m。七臺河礦區(qū)煤田面積1115km2,遠景儲量40億t,保有儲量11億t,煤層平均厚度僅0.86m,是全國煤層最薄的礦區(qū)之一,1991年在我國薄煤層開采中率先實現(xiàn)千萬噸年產(chǎn)量。永安煤業(yè)公司加福煤礦開采的煤層厚度均在0.6m以下,現(xiàn)已回采到0.3m左右的煤層,聯(lián)合布置掘半煤巖巷道萬噸掘進率76.1m。重慶永榮礦務局永川煤礦煤層厚度為0.4～0.6m,屬極薄煤層。該局在重慶巴南區(qū)豐盛鎮(zhèn)建100萬t的大型煤礦,可采煤層為厚0.87～1.33m,預計資源量為6000萬t。我國薄煤層的開采經(jīng)歷了以下發(fā)展階段：20世紀50年代主要使用炮采工藝；20世紀60年代開始使用深截深截煤機掏槽,爆破落煤,平面環(huán)行式薄煤層輸送機運煤,人工裝煤,木支護頂板,回柱絞車放頂；20世紀70年代以來,雞西、淄博等礦區(qū)在改裝爬底式薄煤層采煤機的基礎(chǔ)上,1974年開始研新型薄煤層采煤機；20世紀80年代以來,單體液壓支柱的應用,促進了薄煤層機組的發(fā)展,BM-100、MLL-150、YRG型等采煤機相繼出現(xiàn)，并在雞西、雙鴨山、七臺河、開灤等局使用，取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟效果；近年來,我國薄煤層開采取得了一定的進展。特別是綜采在薄煤層開采中的應用，促進了薄煤層開采技術(shù)的發(fā)展，我國有10多礦井薄煤層實現(xiàn)了綜合機械化開采。第一節(jié)薄煤層刨煤機綜采技術(shù)第一節(jié)薄煤層刨煤機綜采技術(shù)一、刨煤機綜采工藝第一節(jié)薄煤層刨煤機綜采技術(shù)落煤：刨頭落煤裝煤：刨頭和梨形斜面導軌刮板輸送機轉(zhuǎn)載機膠帶輸送機移架、拉架、升架、降架：電液控制系統(tǒng)自動控制刨削深度：由底刨刀和液壓支架定推進系統(tǒng)控制調(diào)斜：由安裝在液壓支架推移桿上的調(diào)斜千斤頂實現(xiàn)端頭斜切進刀第一節(jié)薄煤層刨煤機綜采技術(shù)計算機遠程控制-無人工作面PM4支架控制單元電磁閥和推移測控桿中央控制裝置（MCU）第一節(jié)薄煤層刨煤機綜采技術(shù)刨煤機開采方法：1）重疊或超載方法特點：刨頭速度始終大于輸送機鏈速。應用范圍：通常適用于堅硬的薄煤層。刮板輸送機載荷情況：輸送機上載荷重疊。2）混合方法特點：上行刨煤時刨頭速度大于輸送機鏈速，下行刨煤時刨頭速度小于輸送機鏈速。應用范圍：通常只適用于松軟的厚煤層。刮板輸送機載荷情況：輸送機上載荷分布較均勻。第一節(jié)薄煤層刨煤機綜采技術(shù)二、刨煤機結(jié)構(gòu)第一節(jié)薄煤層刨煤機綜采技術(shù)1.刨頭刨頭主要由刨體、加高刨刀座、中心頂刨刀架、左/右底刨刀架、頂刨刀座、刨鏈連接器、煤粉清掃器等部件組成。第一節(jié)薄煤層刨煤機綜采技術(shù)2.刨頭運行導軌（滑架）刨頭運行導軌是采煤工作面運煤和刨頭賴以滑動的裝置。3.無極牽引鏈無極牽引鏈是隱藏在刨頭導軌腔內(nèi)，連接刨頭和機頭、機尾驅(qū)動裝置的傳動鏈鎖。4.調(diào)斜裝置調(diào)斜裝置由調(diào)斜千斤頂、連接球頭及液壓控制閥組成。第一節(jié)薄煤層刨煤機綜采技術(shù)5.緊鏈裝置6.驅(qū)動裝置驅(qū)動裝置主要由刨煤機電動機、刨煤機鏈輪和刨煤機減速器組成，位于采煤工作面兩端。7.錨固裝置錨固裝置主要由錨固連接板、液壓千斤頂及固定連接部件組成，其作用是防止刨頭運行軌道下滑或彎曲，工作原理是利用錨固連接板及液壓千斤頂，將液壓支架底座與刨頭運行軌道通過擋煤板給予固定和連接。第一節(jié)薄煤層刨煤機綜采技術(shù)三、配套設(shè)備第一節(jié)薄煤層刨煤機綜采技術(shù)1.配套原則1）設(shè)備生產(chǎn)能力要滿足高產(chǎn)高效要求。2）相關(guān)配套設(shè)備能實現(xiàn)自動化控制。3）配套設(shè)備安全性、可靠性高。4）國產(chǎn)設(shè)備能夠與引進設(shè)備實現(xiàn)可靠連接。第一節(jié)薄煤層刨煤機綜采技術(shù)2.配套設(shè)備的主要技術(shù)特征1）刨煤機序號項目技術(shù)特征1刨頭最小高度880mm，最大高度2010mm2額定生產(chǎn)能力/（t·h-1）750（煤層厚度為1.8m）3刨鏈速度/（m·s-1）上行1.92，下行0.964刨鏈單鏈φ38mm×137mm5鏈環(huán)材質(zhì)23MnNiCrMo526鏈條質(zhì)量/（kg·m-1）297鏈環(huán)破斷力1810KN8鏈連接頭最小破斷力1810KN9刨頭導軌材質(zhì)為WL70，高度為548mm刨煤機主要技術(shù)特征第一節(jié)薄煤層刨煤機綜采技術(shù)序號項目技術(shù)特征10中部槽連接頭坡斷力啞鈴銷2000KN，拉力1230-1410MPa11導軌彎曲度/（°）水平+1.2，垂直+6.012接近底鏈方式打開上導軌13電動機臺數(shù)314機頭驅(qū)動部安裝功率200/400KW,1140V,50Hz持續(xù)功率15電動機絕緣等級H16電動機保護等級IP5617額定電流/A160/26718啟動電流550%/660%FLC19額定轉(zhuǎn)速/（r·min-1）740/148520過熱保護3×PTC繞組21冷卻水流量/（L·min-1）1522刨煤機機頭驅(qū)動架HK30-2整體鏈輪23電動機最大功率1×400KW24鏈輪50CrMo4V鑄造齒數(shù)為6刨煤機主要技術(shù)特征第一節(jié)薄煤層刨煤機綜采技術(shù)2）刨煤機工作面液壓支架（1）ZZ系列支撐式支架：工作阻力為2000-10000KN，高度為0.9-4.7m，工面傾角15°以上時配防倒、防滑裝置。結(jié)構(gòu)特點：呈X、V型布置，兩柱支頂、兩柱支撐式或四柱支頂；頂梁為整體、楔體或鉸接型，有前伸縮梁；底座有整體分體、半剛性分離底座，可設(shè)抬底座機構(gòu)。

第一節(jié)薄煤層刨煤機綜采技術(shù)（2）ZY系列掩護式支架：工作阻力為1800-6000KN，高度為0.75-3.8m。結(jié)構(gòu)特點：兩立柱支頂，個別有一柱支撐掩護梁代替平衡千斤頂；整體和鉸接（或楔形）頂梁，有前挑梁或伸縮梁；整體分體、半剛性分離底座，設(shè)抬底座機構(gòu)；本架或鄰架操作。第一節(jié)薄煤層刨煤機綜采技術(shù)3）薄煤層刨煤機工作面刮板輸送機刨煤機工作面刮板輸送機是以牽引構(gòu)件和中部槽為支撐機構(gòu)的連續(xù)運輸機械，由機構(gòu)部機頭架、傳動裝置和鏈輪組件等部件組成。第一節(jié)薄煤層刨煤機綜采技術(shù)薄煤層鑄造漕幫輸送機性能參數(shù)項目SGB630/150SGZ630/220SGB630/220SGZ630/220SGZ630/264SGD630/180長度/m150150150150150150功率/kW150220220220264180輸送能力/（t·h-1）250450450450600350圓環(huán)鏈規(guī)格/mmφ18φ22φ22φ26φ26φ26減速器型式頂軸頂軸行星頂軸第一節(jié)薄煤層刨煤機綜采技術(shù)薄煤層鑄造漕幫輸送機的特點：整體中部槽高度較??；不增加輸送機機頭的卸載高度；配置結(jié)構(gòu)更加緊湊的行星減速器；刮板鏈的安全裕度增大；生產(chǎn)能力增強；具有更高的可靠性，大幅度降低設(shè)備的故障率；具有更廣泛的適應性；采用銷軌式無鏈牽引機構(gòu)，有利于煤礦的安全。第一節(jié)薄煤層刨煤機綜采技術(shù)四、刨煤機系統(tǒng)的核心技術(shù)全自動化刨煤機系統(tǒng)的核心技術(shù)是薄煤層采煤工作面實現(xiàn)“采、運、移”自動化的關(guān)鍵技術(shù)，由刨煤機、刨頭運行軌道、電液控制系統(tǒng)和電氣自動化控制系統(tǒng)4大部分組成。第一節(jié)薄煤層刨煤機綜采技術(shù)1.刨煤機和刨頭運行軌道2.電液控制系統(tǒng)PM4刨頭位置壓力傳感器主控臺（MCU）電液控制閥降柱拉架升架推輸送機第一節(jié)薄煤層刨煤機綜采技術(shù)3.電氣自動化控制系統(tǒng)第一節(jié)薄煤層刨煤機綜采技術(shù)五、刨煤機綜采技術(shù)發(fā)展趨勢向大功率、快速度、高強度方向發(fā)展；提高了刨硬煤的能力；也應用于中厚煤層的開采。第二節(jié)薄煤層滾筒采煤機綜采技術(shù)薄煤層對滾筒采煤機要求機身要矮、短（以適應起伏）功率高（較強破巖、過地質(zhì)構(gòu)造能力）能自開切口進刀有足夠的過煤空間高度結(jié)構(gòu)簡單、可靠、強度高第二節(jié)薄煤層滾筒采煤機綜采技術(shù)國內(nèi)薄煤層采煤機的基本情況比較型號采高范圍/m牽引力/kN牽引（調(diào)速）方式BM-1000.75-1.3120（液壓）錨鏈牽引MG150-B0.8-1.5160（液壓）錨鏈牽引5MG200-B1.0-1.8180（液壓）錨鏈牽引MG344-PWD0.9-1.6350/262（交流）齒輪-銷軌式無鏈牽引MG250-BW0.85-1.5300（液壓）錨鏈牽引MG200/450-BWD1.0-1.7440（交流）錨鏈牽引MG250/550-BWD1.0-1.7440（交流）錨鏈牽引第二節(jié)薄煤層滾筒采煤機綜采技術(shù)

薄煤層采煤機發(fā)展趨勢

大功率：單電機到250～300kW，多電機達550kW；向無鏈和電牽引發(fā)展：交流變頻調(diào)速電牽引；整機結(jié)構(gòu)優(yōu)化：多電機橫向布置、截割電機直接橫向布置在搖臂上，簡化傳動，縮短機身；以騎輸送機為主：增大截深（目前0.8m)向1m發(fā)展；牽引速度由2.5m/min～5m/min；高可靠性和開機率。第二節(jié)薄煤層滾筒采煤機綜采技術(shù)薄煤層綜采液壓支架特點

結(jié)構(gòu)緊湊（一般不設(shè)活動的側(cè)護板，多為雙柱掩護式)

構(gòu)件薄(頂梁和底座厚度小,多為分體底座，以排矸）調(diào)高范圍大、控頂距?。汉褡兓螅话忝簩哟笥?.8m）重量輕、強度高（面短）大流量控制系統(tǒng)(提高移架速度,電液控制)第三節(jié)薄煤層螺旋鉆采煤機綜采技術(shù)螺旋鉆采煤是前蘇聯(lián)頓巴斯礦區(qū)頓涅茨克礦業(yè)研究院開發(fā)的一種開采薄煤層的采煤方法。于1979年在頓巴斯礦區(qū)試驗成功,并推廣應用。該采煤法是一種新型的無人工作面采煤方法,可開采0.6-0.8m以下煤層，它是一種開采緩傾斜極薄煤層的新型采煤方法,廣泛應用于開采圍巖較穩(wěn)定的薄煤層和極薄煤層,并且可以用來開采邊角煤、三下壓煤和回收各種煤柱。因此它具有廣泛的發(fā)展前景。第三節(jié)薄煤層螺旋鉆采煤機綜采技術(shù)一、開采工藝1—單軌吊2—螺旋鉆采煤機3—固定油缸4—調(diào)斜油缸5—刮板運輸機6—節(jié)式鉆桿螺旋鉆布置示意圖第三節(jié)薄煤層螺旋鉆采煤機綜采技術(shù)第三節(jié)薄煤層螺旋鉆采煤機綜采技術(shù)鉆采工作面設(shè)備布置示意圖第三節(jié)薄煤層螺旋鉆采煤機綜采技術(shù)第三節(jié)薄煤層螺旋鉆采煤機綜采技術(shù)擴孔形式同心擴孔沿煤層厚度擴孔沿煤層層面擴孔通風系統(tǒng)局部通風機全礦井負壓通風第三節(jié)薄煤層螺旋鉆采煤機綜采技術(shù)二、螺旋鉆開采技術(shù)裝備BSHK-2DM型螺旋鉆采煤機1-通風管；2-鎖緊裝置；3－減速器；4－液壓偶合器；5-電動機；6-傳動件；7-滑撬；8-支撐液壓缸；9-底架；10-液壓推進部件；11-傳動框架；12-螺旋采煤機1.螺旋鉆采煤機第三節(jié)薄煤層螺旋鉆采煤機綜采技術(shù)1-螺旋鉆桿；2-中間通風管；3-軸承座；4-鉆頭；5-變速器；6-控制箱螺旋鉆具第三節(jié)薄煤層螺旋鉆采煤機綜采技術(shù)2.組合開關(guān)3.液壓泵站4.單軌吊體積小，吊鉤上極限距巷道底板不大于800mm；起吊質(zhì)量為2t，起吊速度為3m/min，運行速度為，20m/min，起吊高度為3m，爬坡能力為8°。5.局部通風機鉆采巷道內(nèi)的風速不得小于0.25m/s；雙風機、雙電源。第三節(jié)薄煤層螺旋鉆采煤機綜采技術(shù)6.回轉(zhuǎn)絞車絞車是巷道中移動螺旋鉆機組時提供動力的重要設(shè)備，它配合螺旋機組滑撬對整個設(shè)備進行移機。7.除塵裝置8.機組電力裝置第三節(jié)薄煤層螺旋鉆采煤機綜采技術(shù)三、螺旋鉆機組及工作原理螺旋鉆機組1-螺旋鉆機組主機；2-托架；3-操作臺；4-液壓系統(tǒng)；5-動力裝置；6-CYB-350AB型控制站；7-礦用接線開關(guān)APSH.1型；8-采用BMCH-4.5型風機的通風系統(tǒng)；9-鉆具第三節(jié)薄煤層螺旋鉆采煤機綜采技術(shù)機組工作原理螺旋鉆采煤機組傳遞扭矩給和鉆壓給螺旋鉆從鉆采條帶里的煤，并完成采煤過程的送鉆和退鉆。螺旋鉆由一個左旋一個右旋的兩節(jié)鉆桿和它們中間的風管組成。鉆頭的切割部分是一個執(zhí)行機構(gòu)，它由三個鉆頭組成。右邊的螺旋鉆通過減速箱傳扭矩給中間鉆頭。通過風管不間斷地向工作面通風，并用ATZ-1型瓦斯測量器測控。通過放置在風管邊的軟管向執(zhí)行機構(gòu)的噴頭供水，保證降塵。兩個單獨的傳動裝置帶動鉆桿組的旋轉(zhuǎn)。為鎖緊和開啟鉆桿的連接，需把鉆桿連接用的帶有凸輪的離合器調(diào)整到適合的位置，用有旋轉(zhuǎn)傳動裝備的翻轉(zhuǎn)機構(gòu)來對正。第三節(jié)薄煤層螺旋鉆采煤機綜采技術(shù)用固定在傳動架上的傳動裝置沿導向進行液壓推進，機器下面有滑板，滑板支撐在底板上，利用滑板在巷道內(nèi)移動機器。定向機構(gòu)保證機器的傳動架沿著煤層角度進行鉆進。機組對巷道壁的水平側(cè)推力是用液壓缸來保證的。機組機械化接鉆桿和撤鉆桿時有一個找正裝置，用它來找準定位需要鉆進或撤出的在鉆采帶里的鉆桿和風管。鉆桿的安裝、拆卸、儲存是由安裝在巷道的單軌吊完成的。機組采下來的煤是靠放置在巷道里的刮板運輸機運出的。螺旋鉆機、操作臺和動力裝置連接在一起，沿巷道一起移動。第三節(jié)薄煤層螺旋鉆采煤機綜采技術(shù)四、螺旋鉆核心技術(shù)1.葉片與鉆桿設(shè)計技術(shù)1）傾斜系數(shù)煤的充填系數(shù)φ值為0.2-0.25；傾斜角度（°）0510152030405060708090傾斜輸送系數(shù)10.970.940.920.880.820.760.700.640.580.520.46傾斜輸送系數(shù)第三節(jié)薄煤層螺旋鉆采煤機綜采技術(shù)2）葉片內(nèi)徑0.3Dy≦Dg≦0.4DyDg—葉片內(nèi)緣直徑；Dy—葉片外緣直徑。3）鉆桿工作轉(zhuǎn)速nmax=A/Dy

A-物料綜合特征系數(shù)4）螺旋葉片升角內(nèi)緣升角一般在25°-45°，外緣升角一般8°-22°。第三節(jié)薄煤層螺旋鉆采煤機綜采技術(shù)2.鉆具的組裝連接、定向與穩(wěn)定控制技術(shù)影響鉆具鉆進的因素主要有：煤層地質(zhì)條件；鉆具結(jié)構(gòu)因素；鉆進工藝參數(shù)。第三節(jié)薄煤層螺旋鉆采煤機綜采技術(shù)五、螺旋鉆機采煤法的適用條件及評價螺旋鉆機采煤法適用于傾角15°以下，厚0.5-1.5m的煤層，煤的切割阻力不大于250kN/m。同時要求煤層中不含黃鐵礦和石英結(jié)核，煤層無自然發(fā)火傾向，煤層無突出危險，無沖擊地壓危險。螺旋鉆機還可以用來開采邊角煤和回收各種煤柱。第三節(jié)薄煤層螺旋鉆采煤機綜采技術(shù)螺旋鉆機采煤時巷道掘進率高，丟煤較多，但用人少，效益較好，同時還可以使一些平衡表外的儲量得到開采，提高了工業(yè)儲量，多回收了地下資源，延長了礦井的服務年限。第四節(jié)薄煤層巷道綜合機械化掘進技術(shù)一、掘進機主要結(jié)構(gòu)第四節(jié)薄煤層巷道綜合機械化掘進技術(shù)1.縱軸懸臂式掘進機采用縱軸式截割方式，截割頭主要由截割頭體、截齒座和截齒等組成，一般有大小兩種截割頭，小截割頭破巖過斷層能力強，主要用于半煤巖巷的掘進，大截割頭適用于煤巷掘進。第四節(jié)薄煤層巷道綜合機械化掘進技術(shù)2.橫軸懸臂式掘進機截割頭軸線與懸臂軸線相垂直，工作時先進行掏槽截割，最大掏槽深度為截割頭直徑的2/3。掏槽時，截割頭需做短幅擺動，以截割位于兩個截割頭中間部分的煤巖，因而操作較為復雜。掏槽可在工作面上部或中部進行，但截割硬煤時應盡可能在工作面上部掏槽。第四節(jié)薄煤層巷道綜合機械化掘進技術(shù)二、掘進機技術(shù)的發(fā)展趨勢1.截割技術(shù)圓盤截割刀：采用滾壓破巖原理，不僅可以提高掘進機截割硬巖的能力，而且還可以增加截割頭的壽命；體積小、重量輕、操作容易。兩種輔助截割技術(shù)：高壓水輔助截割合成巖石破碎技術(shù)；沖擊振動輔助截割技術(shù)。恒功率雙速電動機：高、低速時電動機功率恒定不變，低速時單刀力增大一倍。第四節(jié)薄煤層巷道綜合機械化掘進技術(shù)2.履帶內(nèi)藏式行星減速器技術(shù)履帶內(nèi)藏式行星減速器具有占用空間小、效率高、機器通過性好等優(yōu)點，在性能上具有傳動比大、傳動效率高、輸出轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點，在結(jié)構(gòu)上具有體積小、重量輕等特點。3.工況監(jiān)控技術(shù)掘進機工況監(jiān)控技術(shù)包括掘進機工況監(jiān)測和故障診斷兩方面。第四節(jié)薄煤層巷道綜合機械化掘進技術(shù)4.配套技術(shù)（1）配套轉(zhuǎn)載技術(shù)（2）配套錨桿支護技術(shù)機載錨桿支護技術(shù)能從根本上解決掘進、支護不同步問題，提高掘進生產(chǎn)率。（3）配套機械除塵技術(shù)噴霧除塵干式綜合除塵60%-70%90%以上除塵方法第四節(jié)薄煤層巷道綜合機械化掘進技術(shù)三、掘進機綜合作業(yè)綜掘作業(yè)線就是在一條掘進機掘進的巷道內(nèi)，將測量定向、掘進、運煤、通風、降塵、材料運輸、巷道支護、供電系統(tǒng)等設(shè)備配套，形成一條效率高、相互配合、生產(chǎn)連續(xù)均衡的掘進系統(tǒng)，達到掘進過程全部機械化，從而得到較高的掘進速度和較好的經(jīng)濟效益。第四節(jié)薄