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为了提高煤炭资源的回收率,延长矿井寿命,在考察国内外薄煤层开采机械化装备与工艺的基础上,峰峰集团组织专家对极薄煤层的开采进行了可行性分析、论证,根据峰峰集团极薄煤层地质条件相对简单,顶底板为细砂岩,相对较软(f=3),且有一定的发热量等特点,以及安全生产的需要,确定了极薄煤层开采自动化技术研究内容,并在112上89薄煤工作面得到成功应用。薄煤层实现综采自动化是通过运用煤炭行业国内外先进科学技术,提升装备水平,改进支护手段等方法,由原来受地质环境复杂、工作面采高低、煤尘大、能见度低、人员安全工作系数低的不可采煤层变成了可以开采煤层,并实现了合理三机配套全自动化采煤工艺技术,有效解决了长期以来困扰我国煤炭行业的一项技术性难题。
一、薄煤综采自动化三机配套设备使用原理
薄煤层三机配套设备使用了MG160/360-WD变频电牵引采煤机,可远程遥控;ZY3300/07/13两柱掩护式整体顶梁液压支架,高度0.7m-1.3m,配以PM32电液控制操作系统实现了对邻架各单动作的按键操作;对邻架多动作的自动顺序控制(前移支架的降、移、升动作的自动顺序联动);以及成组支架自动顺序联动的自动控制。选用大功率、低槽帮SGZ630/220型刮板输送机,提高了薄煤层采煤装煤、运煤能力。
二、工作面概况
112上89薄煤综采工作面地面位于邯郸市磁县南黄沙村村南,申家庄矿北部的丘陵地带,工作面走向长度905m,倾斜长度50m。煤层倾角最大26°,最小21°,平均23°。采高1.0m,容重1.5 t/m3 。工作面煤层厚度最大0.9m,最小0.6m,平均0.75m。煤层厚度较稳定,煤质良好,属肥煤,原煤灰分在28%左右。工作面揭露断层8条,落差0.6～20.0m,均为正断层,其中H=3.0m断层位于运料巷上帮,H=20.0m断层位于溜子道下帮,均对回采造成不同程度的影响。煤层直接顶板为4.0～5.0m浅灰色粉砂岩,含少量植物根化石,硬度f=3.0左右;底板为3.0～4.0m灰色粉砂岩,含大量植物根化石,硬度f=3.0左右。
三、薄煤自动化综采采煤方法及回采工艺流程
1.采煤方法。工作面采用走向长壁后退式采煤法、综采自动化采煤,一次采全高,全部垮落法管理顶板。
2.回采工艺。(1)落煤方式:使用MG200/360-WD型电牵引双滚筒采煤机落煤,中部斜切式进刀方式。(2)装煤方式:采煤机强力滚筒和犁型装煤装置自行装煤。 (3)运煤方式:使用SGZ—630/220型刮板输送机配合SGB-40T型刮板输送机和DSJ80/40/80型胶带输送机连续运煤。(4)支护方式:工作面采用ZY3300/07/13型掩护式液压支架及时支护方式;上、下端头采用金属双销铰接顶梁配合单体液压支柱支护。(5)回采工艺流程:(采煤机中间向下斜切进刀)→下行割煤→上行返空刀→自下而上移架推输送机→采煤机由中间上行割煤→下行返空刀→采煤机中间向下斜切进刀(下行割煤)→由中间开始自下而上移架推输送机。
四、薄煤自动化综采试验过程
该工作面初采长度为50m,从2009年3月1日开始安装(两班),共安装支架31架。3月15日开始初采,顶板全部垮落后,平均日进达到10m,日产720t,平均月产量21600t;最高日进17m,最高月产可达36720t,具备年产400000t的生产能力。
(附112上89薄煤综采工作面系统图)
五、经济效益分析及推广价值
1.直接经济效益。该薄煤综采工作面平均日进达到10m,日产原煤720t,平均月产量21600t;最高日进17m,日生产能力可达到1224t。最高月产可达36720t,具备年产400000t的生产能力;工作面煤层厚度0.75m,采高1.0m,工作面割底砟0.25m左右,灰分为32～35%,市场平均销售价700元/t;吨煤成本279元/t。
新增产值:21600t×700元/t×12=18144万元/年
新增利润:21600t×(700元/t-279元/t)×12
=10912.32万元/年
直接经济效益:每年实现利润10912.32万元。
2.安全效益。(1)薄煤层使用综采支架,提高了工作面支护的安全系数,同高档工艺相比,简化了操作工序,降低了作业风险,避免了顶板事故的发生,实现了安全生产。(2)支架安装了PM32型液压支架电液控制系统,实现了降架、移架、移输送机自动化;采煤机安装了远程遥控操作装置,使移架、移输送机、割煤等工序操作“无人化”(实现远距离操作),提高了安全生产本质化程度。(3)充分开采保护层,释放大煤瓦斯,杜绝了因瓦斯超限造成的安全隐患,降低了顶板及煤壁的管理难度,保证了工作面的正规循环,加快了主采煤层开采的推进度,降低了老空区煤炭自燃的危险。(4)薄煤层使用综采支架,增强了对地质条件的适应性,解决了部分极薄煤层呆滞煤量开采难题,提高了储量利用率。(5)使用新型环保极索MS液压支架浓缩液,避免了电液控系统堵塞现象,避免了事故,促进了生产。
3.项目的应用推广价值。薄煤层综采自动化技术研究应用项目,使极薄煤开采机械化、自动化达到国内领先技术水平,该项目为薄煤层开采在装备配套及开采工艺上提供了有效的途径,同时在高瓦斯矿井复杂地质条件下进行解放层开采,有广泛的应用前景。
六、结论
(1)通过对薄煤开采工艺进行研究,解决了部分极薄煤层呆滞煤量开采难题,提高了储量利用率,提高了经济效益,延长了矿井寿命。(2)按照薄煤层三机配套指标的要求和原则,使三机配套装备综合性能得到进一步优化,达到了最低采高0.9m的要求,适应了极薄煤层开采的需要。(3)通過对装煤问题的研究,采用了适应于薄煤层的强力滚筒,并应用摩擦理论和斜板直行侧推原理,研制出犁型板装煤装置,同时降低了刮板输送机中部槽的高度,大大提高了装煤效果。采煤机截齿采用超高温激光熔覆技术,通过煤岩切割20000t以上无截齿损坏,实现截割装置耐磨无火花产生。(4)通过对薄煤开采进行研究和分析,简化了操作工序,减少了生产用工,提高了劳动效率,大量节约了生产材料,降低了生产成本;提高了工作面支护的安全状况,避免了顶板事故的发生,实现了安全生产。(5)通过薄煤开采工艺的研究,降低了顶板及煤壁的管理难度,减少了断层、薄煤带影响范围内的煤柱损失。避免了因断层影响造成的配巷进尺和中途搬家费用;保证了工作面的正规循环,加快了开采的推进度。(6)通过支架电液控制系统和采煤机遥控的应用,使切割煤岩的速度达到5m/min以上,推进度大大加快,可及时开采解放层,保证了主采煤层正常衔接和安全生产。
一、薄煤综采自动化三机配套设备使用原理
薄煤层三机配套设备使用了MG160/360-WD变频电牵引采煤机,可远程遥控;ZY3300/07/13两柱掩护式整体顶梁液压支架,高度0.7m-1.3m,配以PM32电液控制操作系统实现了对邻架各单动作的按键操作;对邻架多动作的自动顺序控制(前移支架的降、移、升动作的自动顺序联动);以及成组支架自动顺序联动的自动控制。选用大功率、低槽帮SGZ630/220型刮板输送机,提高了薄煤层采煤装煤、运煤能力。
二、工作面概况
112上89薄煤综采工作面地面位于邯郸市磁县南黄沙村村南,申家庄矿北部的丘陵地带,工作面走向长度905m,倾斜长度50m。煤层倾角最大26°,最小21°,平均23°。采高1.0m,容重1.5 t/m3 。工作面煤层厚度最大0.9m,最小0.6m,平均0.75m。煤层厚度较稳定,煤质良好,属肥煤,原煤灰分在28%左右。工作面揭露断层8条,落差0.6～20.0m,均为正断层,其中H=3.0m断层位于运料巷上帮,H=20.0m断层位于溜子道下帮,均对回采造成不同程度的影响。煤层直接顶板为4.0～5.0m浅灰色粉砂岩,含少量植物根化石,硬度f=3.0左右;底板为3.0～4.0m灰色粉砂岩,含大量植物根化石,硬度f=3.0左右。
三、薄煤自动化综采采煤方法及回采工艺流程
1.采煤方法。工作面采用走向长壁后退式采煤法、综采自动化采煤,一次采全高,全部垮落法管理顶板。
2.回采工艺。(1)落煤方式:使用MG200/360-WD型电牵引双滚筒采煤机落煤,中部斜切式进刀方式。(2)装煤方式:采煤机强力滚筒和犁型装煤装置自行装煤。 (3)运煤方式:使用SGZ—630/220型刮板输送机配合SGB-40T型刮板输送机和DSJ80/40/80型胶带输送机连续运煤。(4)支护方式:工作面采用ZY3300/07/13型掩护式液压支架及时支护方式;上、下端头采用金属双销铰接顶梁配合单体液压支柱支护。(5)回采工艺流程:(采煤机中间向下斜切进刀)→下行割煤→上行返空刀→自下而上移架推输送机→采煤机由中间上行割煤→下行返空刀→采煤机中间向下斜切进刀(下行割煤)→由中间开始自下而上移架推输送机。
四、薄煤自动化综采试验过程
该工作面初采长度为50m,从2009年3月1日开始安装(两班),共安装支架31架。3月15日开始初采,顶板全部垮落后,平均日进达到10m,日产720t,平均月产量21600t;最高日进17m,最高月产可达36720t,具备年产400000t的生产能力。
(附112上89薄煤综采工作面系统图)
五、经济效益分析及推广价值
1.直接经济效益。该薄煤综采工作面平均日进达到10m,日产原煤720t,平均月产量21600t;最高日进17m,日生产能力可达到1224t。最高月产可达36720t,具备年产400000t的生产能力;工作面煤层厚度0.75m,采高1.0m,工作面割底砟0.25m左右,灰分为32～35%,市场平均销售价700元/t;吨煤成本279元/t。
新增产值:21600t×700元/t×12=18144万元/年
新增利润:21600t×(700元/t-279元/t)×12
=10912.32万元/年
直接经济效益:每年实现利润10912.32万元。
2.安全效益。(1)薄煤层使用综采支架,提高了工作面支护的安全系数,同高档工艺相比,简化了操作工序,降低了作业风险,避免了顶板事故的发生,实现了安全生产。(2)支架安装了PM32型液压支架电液控制系统,实现了降架、移架、移输送机自动化;采煤机安装了远程遥控操作装置,使移架、移输送机、割煤等工序操作“无人化”(实现远距离操作),提高了安全生产本质化程度。(3)充分开采保护层,释放大煤瓦斯,杜绝了因瓦斯超限造成的安全隐患,降低了顶板及煤壁的管理难度,保证了工作面的正规循环,加快了主采煤层开采的推进度,降低了老空区煤炭自燃的危险。(4)薄煤层使用综采支架,增强了对地质条件的适应性,解决了部分极薄煤层呆滞煤量开采难题,提高了储量利用率。(5)使用新型环保极索MS液压支架浓缩液,避免了电液控系统堵塞现象,避免了事故,促进了生产。
3.项目的应用推广价值。薄煤层综采自动化技术研究应用项目,使极薄煤开采机械化、自动化达到国内领先技术水平,该项目为薄煤层开采在装备配套及开采工艺上提供了有效的途径,同时在高瓦斯矿井复杂地质条件下进行解放层开采,有广泛的应用前景。
六、结论
(1)通过对薄煤开采工艺进行研究,解决了部分极薄煤层呆滞煤量开采难题,提高了储量利用率,提高了经济效益,延长了矿井寿命。(2)按照薄煤层三机配套指标的要求和原则,使三机配套装备综合性能得到进一步优化,达到了最低采高0.9m的要求,适应了极薄煤层开采的需要。(3)通過对装煤问题的研究,采用了适应于薄煤层的强力滚筒,并应用摩擦理论和斜板直行侧推原理,研制出犁型板装煤装置,同时降低了刮板输送机中部槽的高度,大大提高了装煤效果。采煤机截齿采用超高温激光熔覆技术,通过煤岩切割20000t以上无截齿损坏,实现截割装置耐磨无火花产生。(4)通过对薄煤开采进行研究和分析,简化了操作工序,减少了生产用工,提高了劳动效率,大量节约了生产材料,降低了生产成本;提高了工作面支护的安全状况,避免了顶板事故的发生,实现了安全生产。(5)通过薄煤开采工艺的研究,降低了顶板及煤壁的管理难度,减少了断层、薄煤带影响范围内的煤柱损失。避免了因断层影响造成的配巷进尺和中途搬家费用;保证了工作面的正规循环,加快了开采的推进度。(6)通过支架电液控制系统和采煤机遥控的应用,使切割煤岩的速度达到5m/min以上,推进度大大加快,可及时开采解放层,保证了主采煤层正常衔接和安全生产。