第一章薄煤层综采综掘技术

第一章薄煤层综采综掘技术第一节薄煤层刨煤机综采技术第二节薄煤层滚筒采煤机综采技术第三节薄煤层螺旋钻采煤机综采技术第四节薄煤层巷道综合机械化掘进技术级别薄煤层中厚煤层厚煤层地下开采/m<1.301.30-3.50>3.50露天开采/m<3.503.50-10.00>10.00煤层厚度分级极薄煤层：<0.5m;特厚煤层：>8m薄煤层开采不利因素:(1)机械化程度低。采煤工作面空间狭小,工作条件较差,给设备设计制造和井下移动带来诸多困难。(2)产出效率低。由于煤层厚度变化、断层等地质构造,对薄煤层开采影响较大,生产能力低，一般薄煤层单产只为中厚煤层的1/3或更少。(3)投入产出比高。因为效率低,掘进率高,其开采成本明显高于中厚煤层,而经济效益不如中厚煤层。极薄煤层只有在以下条件才可能开采：(1)属特殊需要的优质煤；(2)相邻的主采煤层有冲击地压危险或有煤与瓦斯突出危险，极薄煤层可作为解放层；(3)矿井或采区尚未报废，剩余的储量为极薄煤层；(4)劳动力价格低廉的小煤窑。我国薄煤层资源可采储量61.5亿t，占煤炭总储量的19.%,其中薄煤层占重点煤矿总储量的17.6%,采出量不足总产量的10%。大同煤矿集团主采煤层的侏罗系薄煤层储量6亿t,采出率仅有19%～20%。铁法矿区1.5m以下薄煤层储量6.2亿t,占总储量约26%。鸡西矿区煤层厚度1.0～1.4m。七台河矿区煤田面积1115km2,远景储量40亿t,保有储量11亿t,煤层平均厚度仅0.86m,是全国煤层最薄的矿区之一,1991年在我国薄煤层开采中率先实现千万吨年产量。永安煤业公司加福煤矿开采的煤层厚度均在0.6m以下,现已回采到0.3m左右的煤层,联合布置掘半煤岩巷道万吨掘进率76.1m。重庆永荣矿务局永川煤矿煤层厚度为0.4～0.6m,属极薄煤层。该局在重庆巴南区丰盛镇建100万t的大型煤矿,可采煤层为厚0.87～1.33m,预计资源量为6000万t。我国薄煤层的开采经历了以下发展阶段：20世纪50年代主要使用炮采工艺；20世纪60年代开始使用深截深截煤机掏槽,爆破落煤,平面环行式薄煤层输送机运煤,人工装煤,木支护顶板,回柱绞车放顶；20世纪70年代以来,鸡西、淄博等矿区在改装爬底式薄煤层采煤机的基础上,1974年开始研新型薄煤层采煤机；20世纪80年代以来,单体液压支柱的应用,促进了薄煤层机组的发展,BM-100、MLL-150、YRG型等采煤机相继出现，并在鸡西、双鸭山、七台河、开滦等局使用，取得了较好的技术经济效果；近年来,我国薄煤层开采取得了一定的进展。特别是综采在薄煤层开采中的应用，促进了薄煤层开采技术的发展，我国有10多矿井薄煤层实现了综合机械化开采。第一节薄煤层刨煤机综采技术第一节薄煤层刨煤机综采技术一、刨煤机综采工艺第一节薄煤层刨煤机综采技术落煤：刨头落煤装煤：刨头和梨形斜面导轨刮板输送机转载机胶带输送机移架、拉架、升架、降架：电液控制系统自动控制刨削深度：由底刨刀和液压支架定推进系统控制调斜：由安装在液压支架推移杆上的调斜千斤顶实现端头斜切进刀第一节薄煤层刨煤机综采技术计算机远程控制-无人工作面PM4支架控制单元电磁阀和推移测控杆中央控制装置（MCU）第一节薄煤层刨煤机综采技术刨煤机开采方法：1）重叠或超载方法特点：刨头速度始终大于输送机链速。应用范围：通常适用于坚硬的薄煤层。刮板输送机载荷情况：输送机上载荷重叠。2）混合方法特点：上行刨煤时刨头速度大于输送机链速，下行刨煤时刨头速度小于输送机链速。应用范围：通常只适用于松软的厚煤层。刮板输送机载荷情况：输送机上载荷分布较均匀。第一节薄煤层刨煤机综采技术二、刨煤机结构第一节薄煤层刨煤机综采技术1.刨头刨头主要由刨体、加高刨刀座、中心顶刨刀架、左/右底刨刀架、顶刨刀座、刨链连接器、煤粉清扫器等部件组成。第一节薄煤层刨煤机综采技术2.刨头运行导轨（滑架）刨头运行导轨是采煤工作面运煤和刨头赖以滑动的装置。3.无极牵引链无极牵引链是隐藏在刨头导轨腔内，连接刨头和机头、机尾驱动装置的传动链锁。4.调斜装置调斜装置由调斜千斤顶、连接球头及液压控制阀组成。第一节薄煤层刨煤机综采技术5.紧链装置6.驱动装置驱动装置主要由刨煤机电动机、刨煤机链轮和刨煤机减速器组成，位于采煤工作面两端。7.锚固装置锚固装置主要由锚固连接板、液压千斤顶及固定连接部件组成，其作用是防止刨头运行轨道下滑或弯曲，工作原理是利用锚固连接板及液压千斤顶，将液压支架底座与刨头运行轨道通过挡煤板给予固定和连接。第一节薄煤层刨煤机综采技术三、配套设备第一节薄煤层刨煤机综采技术1.配套原则1）设备生产能力要满足高产高效要求。2）相关配套设备能实现自动化控制。3）配套设备安全性、可靠性高。4）国产设备能够与引进设备实现可靠连接。第一节薄煤层刨煤机综采技术2.配套设备的主要技术特征1）刨煤机序号项目技术特征1刨头最小高度880mm，最大高度2010mm2额定生产能力/（t·h-1）750（煤层厚度为1.8m）3刨链速度/（m·s-1）上行1.92，下行0.964刨链单链φ38mm×137mm5链环材质23MnNiCrMo526链条质量/（kg·m-1）297链环破断力1810KN8链连接头最小破断力1810KN9刨头导轨材质为WL70，高度为548mm刨煤机主要技术特征第一节薄煤层刨煤机综采技术序号项目技术特征10中部槽连接头坡断力哑铃销2000KN，拉力1230-1410MPa11导轨弯曲度/（°）水平+1.2，垂直+6.012接近底链方式打开上导轨13电动机台数314机头驱动部安装功率200/400KW,1140V,50Hz持续功率15电动机绝缘等级H16电动机保护等级IP5617额定电流/A160/26718启动电流550%/660%FLC19额定转速/（r·min-1）740/148520过热保护3×PTC绕组21冷却水流量/（L·min-1）1522刨煤机机头驱动架HK30-2整体链轮23电动机最大功率1×400KW24链轮50CrMo4V铸造齿数为6刨煤机主要技术特征第一节薄煤层刨煤机综采技术2）刨煤机工作面液压支架（1）ZZ系列支撑式支架：工作阻力为2000-10000KN，高度为0.9-4.7m，工面倾角15°以上时配防倒、防滑装置。结构特点：呈X、V型布置，两柱支顶、两柱支撑式或四柱支顶；顶梁为整体、楔体或铰接型，有前伸缩梁；底座有整体分体、半刚性分离底座，可设抬底座机构。

第一节薄煤层刨煤机综采技术（2）ZY系列掩护式支架：工作阻力为1800-6000KN，高度为0.75-3.8m。结构特点：两立柱支顶，个别有一柱支撑掩护梁代替平衡千斤顶；整体和铰接（或楔形）顶梁，有前挑梁或伸缩梁；整体分体、半刚性分离底座，设抬底座机构；本架或邻架操作。第一节薄煤层刨煤机综采技术3）薄煤层刨煤机工作面刮板输送机刨煤机工作面刮板输送机是以牵引构件和中部槽为支撑机构的连续运输机械，由机构部机头架、传动装置和链轮组件等部件组成。第一节薄煤层刨煤机综采技术薄煤层铸造漕帮输送机性能参数项目SGB630/150SGZ630/220SGB630/220SGZ630/220SGZ630/264SGD630/180长度/m150150150150150150功率/kW150220220220264180输送能力/（t·h-1）250450450450600350圆环链规格/mmφ18φ22φ22φ26φ26φ26减速器型式顶轴顶轴行星顶轴第一节薄煤层刨煤机综采技术薄煤层铸造漕帮输送机的特点：整体中部槽高度较小；不增加输送机机头的卸载高度；配置结构更加紧凑的行星减速器；刮板链的安全裕度增大；生产能力增强；具有更高的可靠性，大幅度降低设备的故障率；具有更广泛的适应性；采用销轨式无链牵引机构，有利于煤矿的安全。第一节薄煤层刨煤机综采技术四、刨煤机系统的核心技术全自动化刨煤机系统的核心技术是薄煤层采煤工作面实现“采、运、移”自动化的关键技术，由刨煤机、刨头运行轨道、电液控制系统和电气自动化控制系统4大部分组成。第一节薄煤层刨煤机综采技术1.刨煤机和刨头运行轨道2.电液控制系统PM4刨头位置压力传感器主控台（MCU）电液控制阀降柱拉架升架推输送机第一节薄煤层刨煤机综采技术3.电气自动化控制系统第一节薄煤层刨煤机综采技术五、刨煤机综采技术发展趋势向大功率、快速度、高强度方向发展；提高了刨硬煤的能力；也应用于中厚煤层的开采。第二节薄煤层滚筒采煤机综采技术薄煤层对滚筒采煤机要求机身要矮、短（以适应起伏）功率高（较强破岩、过地质构造能力）能自开切口进刀有足够的过煤空间高度结构简单、可靠、强度高第二节薄煤层滚筒采煤机综采技术国内薄煤层采煤机的基本情况比较型号采高范围/m牵引力/kN牵引（调速）方式BM-1000.75-1.3120（液压）锚链牵引MG150-B0.8-1.5160（液压）锚链牵引5MG200-B1.0-1.8180（液压）锚链牵引MG344-PWD0.9-1.6350/262（交流）齿轮-销轨式无链牵引MG250-BW0.85-1.5300（液压）锚链牵引MG200/450-BWD1.0-1.7440（交流）锚链牵引MG250/550-BWD1.0-1.7440（交流）锚链牵引第二节薄煤层滚筒采煤机综采技术

薄煤层采煤机发展趋势

大功率：单电机到250～300kW，多电机达550kW；向无链和电牵引发展：交流变频调速电牵引；整机结构优化：多电机横向布置、截割电机直接横向布置在摇臂上，简化传动，缩短机身；以骑输送机为主：增大截深（目前0.8m)向1m发展；牵引速度由2.5m/min～5m/min；高可靠性和开机率。第二节薄煤层滚筒采煤机综采技术薄煤层综采液压支架特点

结构紧凑（一般不设活动的侧护板，多为双柱掩护式)

构件薄(顶梁和底座厚度小,多为分体底座，以排矸）调高范围大、控顶距小（煤厚变化大，一般煤层大于0.8m）重量轻、强度高（面短）大流量控制系统(提高移架速度,电液控制)第三节薄煤层螺旋钻采煤机综采技术螺旋钻采煤是前苏联顿巴斯矿区顿涅茨克矿业研究院开发的一种开采薄煤层的采煤方法。于1979年在顿巴斯矿区试验成功,并推广应用。该采煤法是一种新型的无人工作面采煤方法,可开采0.6-0.8m以下煤层，它是一种开采缓倾斜极薄煤层的新型采煤方法,广泛应用于开采围岩较稳定的薄煤层和极薄煤层,并且可以用来开采边角煤、三下压煤和回收各种煤柱。因此它具有广泛的发展前景。第三节薄煤层螺旋钻采煤机综采技术一、开采工艺1—单轨吊2—螺旋钻采煤机3—固定油缸4—调斜油缸5—刮板运输机6—节式钻杆螺旋钻布置示意图第三节薄煤层螺旋钻采煤机综采技术第三节薄煤层螺旋钻采煤机综采技术钻采工作面设备布置示意图第三节薄煤层螺旋钻采煤机综采技术第三节薄煤层螺旋钻采煤机综采技术扩孔形式同心扩孔沿煤层厚度扩孔沿煤层层面扩孔通风系统局部通风机全矿井负压通风第三节薄煤层螺旋钻采煤机综采技术二、螺旋钻开采技术装备BSHK-2DM型螺旋钻采煤机1-通风管；2-锁紧装置；3－减速器；4－液压偶合器；5-电动机；6-传动件；7-滑撬；8-支撑液压缸；9-底架；10-液压推进部件；11-传动框架；12-螺旋采煤机1.螺旋钻采煤机第三节薄煤层螺旋钻采煤机综采技术1-螺旋钻杆；2-中间通风管；3-轴承座；4-钻头；5-变速器；6-控制箱螺旋钻具第三节薄煤层螺旋钻采煤机综采技术2.组合开关3.液压泵站4.单轨吊体积小，吊钩上极限距巷道底板不大于800mm；起吊质量为2t，起吊速度为3m/min，运行速度为，20m/min，起吊高度为3m，爬坡能力为8°。5.局部通风机钻采巷道内的风速不得小于0.25m/s；双风机、双电源。第三节薄煤层螺旋钻采煤机综采技术6.回转绞车绞车是巷道中移动螺旋钻机组时提供动力的重要设备，它配合螺旋机组滑撬对整个设备进行移机。7.除尘装置8.机组电力装置第三节薄煤层螺旋钻采煤机综采技术三、螺旋钻机组及工作原理螺旋钻机组1-螺旋钻机组主机；2-托架；3-操作台；4-液压系统；5-动力装置；6-CYB-350AB型控制站；7-矿用接线开关APSH.1型；8-采用BMCH-4.5型风机的通风系统；9-钻具第三节薄煤层螺旋钻采煤机综采技术机组工作原理螺旋钻采煤机组传递扭矩给和钻压给螺旋钻从钻采条带里的煤，并完成采煤过程的送钻和退钻。螺旋钻由一个左旋一个右旋的两节钻杆和它们中间的风管组成。钻头的切割部分是一个执行机构，它由三个钻头组成。右边的螺旋钻通过减速箱传扭矩给中间钻头。通过风管不间断地向工作面通风，并用ATZ-1型瓦斯测量器测控。通过放置在风管边的软管向执行机构的喷头供水，保证降尘。两个单独的传动装置带动钻杆组的旋转。为锁紧和开启钻杆的连接，需把钻杆连接用的带有凸轮的离合器调整到适合的位置，用有旋转传动装备的翻转机构来对正。第三节薄煤层螺旋钻采煤机综采技术用固定在传动架上的传动装置沿导向进行液压推进，机器下面有滑板，滑板支撑在底板上，利用滑板在巷道内移动机器。定向机构保证机器的传动架沿着煤层角度进行钻进。机组对巷道壁的水平侧推力是用液压缸来保证的。机组机械化接钻杆和撤钻杆时有一个找正装置，用它来找准定位需要钻进或撤出的在钻采带里的钻杆和风管。钻杆的安装、拆卸、储存是由安装在巷道的单轨吊完成的。机组采下来的煤是靠放置在巷道里的刮板运输机运出的。螺旋钻机、操作台和动力装置连接在一起，沿巷道一起移动。第三节薄煤层螺旋钻采煤机综采技术四、螺旋钻核心技术1.叶片与钻杆设计技术1）倾斜系数煤的充填系数φ值为0.2-0.25；倾斜角度（°）0510152030405060708090倾斜输送系数10.970.940.920.880.820.760.700.640.580.520.46倾斜输送系数第三节薄煤层螺旋钻采煤机综采技术2）叶片内径0.3Dy≦Dg≦0.4DyDg—叶片内缘直径；Dy—叶片外缘直径。3）钻杆工作转速nmax=A/Dy

A-物料综合特征系数4）螺旋叶片升角内缘升角一般在25°-45°，外缘升角一般8°-22°。第三节薄煤层螺旋钻采煤机综采技术2.钻具的组装连接、定向与稳定控制技术影响钻具钻进的因素主要有：煤层地质条件；钻具结构因素；钻进工艺参数。第三节薄煤层螺旋钻采煤机综采技术五、螺旋钻机采煤法的适用条件及评价螺旋钻机采煤法适用于倾角15°以下，厚0.5-1.5m的煤层，煤的切割阻力不大于250kN/m。同时要求煤层中不含黄铁矿和石英结核，煤层无自然发火倾向，煤层无突出危险，无冲击地压危险。螺旋钻机还可以用来开采边角煤和回收各种煤柱。第三节薄煤层螺旋钻采煤机综采技术螺旋钻机采煤时巷道掘进率高，丢煤较多，但用人少，效益较好，同时还可以使一些平衡表外的储量得到开采，提高了工业储量，多回收了地下资源，延长了矿井的服务年限。第四节薄煤层巷道综合机械化掘进技术一、掘进机主要结构第四节薄煤层巷道综合机械化掘进技术1.纵轴悬臂式掘进机采用纵轴式截割方式，截割头主要由截割头体、截齿座和截齿等组成，一般有大小两种截割头，小截割头破岩过断层能力强，主要用于半煤岩巷的掘进，大截割头适用于煤巷掘进。第四节薄煤层巷道综合机械化掘进技术2.横轴悬臂式掘进机截割头轴线与悬臂轴线相垂直，工作时先进行掏槽截割，最大掏槽深度为截割头直径的2/3。掏槽时，截割头需做短幅摆动，以截割位于两个截割头中间部分的煤岩，因而操作较为复杂。掏槽可在工作面上部或中部进行，但截割硬煤时应尽可能在工作面上部掏槽。第四节薄煤层巷道综合机械化掘进技术二、掘进机技术的发展趋势1.截割技术圆盘截割刀：采用滚压破岩原理，不仅可以提高掘进机截割硬岩的能力，而且还可以增加截割头的寿命；体积小、重量轻、操作容易。两种辅助截割技术：高压水辅助截割合成岩石破碎技术；冲击振动辅助截割技术。恒功率双速电动机：高、低速时电动机功率恒定不变，低速时单刀力增大一倍。第四节薄煤层巷道综合机械化掘进技术2.履带内藏式行星减速器技术履带内藏式行星减速器具有占用空间小、效率高、机器通过性好等优点，在性能上具有传动比大、传动效率高、输出转矩大等优点，在结构上具有体积小、重量轻等特点。3.工况监控技术掘进机工况监控技术包括掘进机工况监测和故障诊断两方面。第四节薄煤层巷道综合机械化掘进技术4.配套技术（1）配套转载技术（2）配套锚杆支护技术机载锚杆支护技术能从根本上解决掘进、支护不同步问题，提高掘进生产率。（3）配套机械除尘技术喷雾除尘干式综合除尘60%-70%90%以上除尘方法第四节薄煤层巷道综合机械化掘进技术三、掘进机综合作业综掘作业线就是在一条掘进机掘进的巷道内，将测量定向、掘进、运煤、通风、降尘、材料运输、巷道支护、供电系统等设备配套，形成一条效率高、相互配合、生产连续均衡的掘进系统，达到掘进过程全部机械化，从而得到较高的掘进速度和较好的经济效益。第四节薄