薄煤层安全高效开采技术PPT幻灯片课件

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1、薄煤层安全高效开采技术 二0一0年八月 1 1 概述我国把厚度小于1 3m的煤层称为薄煤层 目前一般国有煤矿的最小开采厚度为0 8m 一些地方小煤矿的最小开采厚度为0 5m 现在华东华北许多矿井都面临薄煤层开采的技术难题 薄煤层开采设备与技术正在论证列为国家十二五科技支撑计划项目 2 1 1 我国国有重点煤矿薄煤层资源情况根据 十五 期间对我国97个国有重点煤矿的统计 其中有77个矿务局424个矿井中 赋存着765薄煤层 保有工业储量98 3亿t 可采储量61 5亿t 约占总可采储量的19 其中厚度在0 8 1 3m的占86 2 厚度小于0 8m的占13 8 3 1 2薄煤层开采的特点采高低

2、人员在工作面只能爬行 甚至以卧姿作业 工作条件差 设备移动困难 掘进率高 工作面接替紧张 长壁机械化工作面投入产出比高 单产 工效及经济效益低 由于薄煤层开采的特殊性 造成薄煤层长壁机械化开采发展缓慢 目前主要以炮采和机采为主 薄煤层机械化开采较成熟的工艺主要有长壁式开采 螺旋钻机开采 连续采煤机房柱式开采 急倾斜煤层钢丝锯开采 4 1 3薄煤层开采条件20世纪90年代 我国薄煤层的产量只占总产量的8 10 极薄煤层产量所占的比例更少 与厚煤层和中厚煤层相比 相应的采煤机械化程度要低得多 极薄煤层只有在以下条件才可能开采 属特殊需要的优质煤 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

3、薄煤层可作为解放层 矿井或采区尚未报废 剩余的储量为极薄煤层 劳动力价格低廉的小煤窑 5 2 薄煤层开采技术现状国外薄煤层开采除俄罗斯等东欧国家采用过螺旋钻 气垫支护外 以德国 美国为代表的先进采煤国家大多采用刨煤机 综采 并发展薄煤层自动化工作面成套设备技术 部分实现了无人工作面 6 2 1美国薄煤层开采情况2004 2005年美国长壁综采工作面52个 其中煤厚小于2m的薄煤层矿井21个 刨煤机工作面1个 滚筒式采煤机20个 见表1 刨煤机工作面年产量159万t 工效18 7t 工 滚筒采煤机最大年产量927万t 最大工效81 9t 工 平均年产量44817t 平均工效35 3t 工 7 8

4、 2 2中国薄煤层开采情况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 铁法矿区1 5m以下薄煤层储量6 2亿t 占总储量约26 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 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 9 鸡西矿区煤层厚度1 0 1 4m 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 1

5、m 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 10 2 3中国薄煤层开采技术现状中国薄煤层的开采经历了三个发展阶段 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 11 国有重点煤矿薄煤层的开采情况1985 1997年国有重点煤层薄煤矿开采情况如表 从表中可以看出

6、国有重点煤矿中薄煤层回采煤量的比例总的倾势是下降的 特别是在1993年以后 国有重点煤矿开展建设安全高效矿井活动 机械化 综合机械化生产的比例不断上升 综合机械化生产煤量不断上升的时候 薄煤层的产量和产量所占比例却是不断下降的 而且薄煤层工作面的平均月产量也是下降的 这说明在国有重点煤矿对中厚及厚煤层进行综合机械化开采时 薄煤层的综合机械化开采的问题没有解决或基本没有解决 由于产量低 效率低 效益不好 开采薄煤层的积极性不高 使有的薄煤层积压未采 有的则 采厚丢薄 有的则被注销 12 13 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

7、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 14 我国的薄煤层 煤层变化大 地质构造多 煤层结构复杂 顶底板条件不好 实现综合机械化开采的难度大 经过多年的努力 部分赋存较稳定 顶底板条件较好 厚度为1 3 1 5m的煤层采用了引进的刨煤机进行综合机械化生产 取得了较好的效果 但大部分1 3m以下薄煤层的综合机械化开采技术仍然没有解决 使用滚筒采煤机的综合机械化开采技术是大部分厚度在1 0m以上薄煤层的技术途径

8、这是因为滚筒采煤机的适应性强 但是 目前我国的滚筒采煤机最薄可采到1 1 1 2nl厚 最小厚度采到1 0m的滚筒采煤机正处在研究中 煤层越薄 滚筒采煤机的装煤效果越不好 要靠刮板输送机协助装煤 15 大同煤业集团有限责任公司下属晋华宫矿综采三队2003年使用国产薄煤层滚筒式MG200 450 WD采煤机 最高日产量为6766t 最高月产量为160309t 年产量101万t 创国产薄煤层同类型设备产量新纪录 松藻矿务局打通一矿1993年使用从德国引进的2 200kW刨煤机 在平均厚度为0 93m的煤层中 最高日产量1700t 最高月产量23390t 最高月进度82 5m 16 阳泉矿务局三矿1

9、991年试用国产刨煤机 BT26 2 75型 即达到了32795t的最高月产 在另一工作面使用了第二台刨煤机 最高日产量达到2290t 最高月产量达到42014t 此外 徐州矿务局的新河矿 庞庄矿和韩城矿务局的象山矿等使用刨煤机开采薄煤层 均取得很好的效益 17 3 薄煤层开采方法和设备薄煤层炮采 薄煤层综合机械化开采 薄煤层刨煤机开采 薄煤层螺旋钻开采 18 3 1薄煤层炮采炮采的采煤工艺主要包括 打眼 爆破 装煤 运煤 采回采工艺简单 适应性强 设备投入少 但安全性差 效率较低 难以实现高产高效 19 3 2薄煤层综合机械化开采对于赋存稳定 地质构造简单的薄煤层可采用薄煤层综采 是以采煤机

10、为中心配合其他工序 完成割煤 装煤 运煤和顶板支护等整个开采过程的开采方式 薄煤层综采的主要配套设备 滚筒采煤机 液压支架 刮板输送机 液压泵站等 20 21 3 2 1滚筒采煤机开采薄煤层综合机械化开采的最大难点是采高小 因为我国薄煤层中煤硬度较大 有的时候作为瓦斯的卸压层开采的薄煤层可能出现割部分顶和部分底 以满足被解放层瓦斯释放的要求 因此 开采薄煤层时 不仅功率要大 而且机械装备的尺寸要小 主要的技术途径及要考虑的几个技术问题是 22 1 尽可能降低液压支架顶梁的厚度在保证支护强度的同时应尽可能降低液压支架顶梁的厚度 特别是与刮板输送机 采煤机同在一个垂直面上的部分顶梁的厚度 另外 整

11、个液压支架也要考虑在保证支护强度和最低支护高度的情况下 保障采煤工作面的通风断面 也就是说 液压支架要使各个构件的断面要小 尽可能地减少占用通风断面及尽可能多地给人员通行 工作留下较大空间 23 2 降低采煤机整个机面高度现在的采煤机大部分都采用多电机驱动 横向布置有利于降低机面高度 由于截割功率较大 电机外形尺寸就大 影响了采煤机机面高度的降低 目前有的采煤机采用双电机拖动的方式来降低机面高度的方法 如MG200 456一WD型采煤机 每个截割部的截割功率是200kW 采用2个100kW电机来拖动 就减少了电机的外形尺寸 使整个机面高度降到853mm 使该采煤机一般可开采厚度为1 1 1 2

12、m以上的煤层 同样 MG250 556一WD型采煤机 每个截割部的截割功率达到250kW 采用2个125kW电机来拖动 整个机面高度也降到853mm 也可以开采厚度为1 1 1 2m以上煤层 24 3 解决滚筒装煤问题由于是薄煤层 滚筒直径不可能大 而且随着煤层越薄 滚筒的直径要求越小 由此往往带来装煤效果不好 装不上煤或装不干净煤的问题 滚筒直径小 滚筒上螺旋叶片高度小 而割底矸 硬煤 硬矸要求截割头强度要高 不能通过减小轮毂直径的途径来提高叶片高度 由于螺旋叶片高度的降低 螺旋叶片对煤的推移面积减少 造成装煤效果降低 25 另外 由于刮板输送机本身的高度和要求保证一定的卧底量 与较低的螺旋

13、叶片高度形成矛盾 只有通过对滚筒直径和结构形式 输送机高度 过煤空间 摇臂结构形式等进行综合考虑和协调 以求达到尽可能满足提高装煤效果和卧底量的要求 滚筒转速越高 滚筒叶片螺旋角过大时 煤易被沿切线方向抛出 不利于向刮板输送机上装煤 相反 滚筒转速过慢 滚筒叶片螺旋角过小时 煤被抛向刮板输送机上速度过小 也不利于装煤 因此要合理地确定滚筒的转速和叶片螺旋角的大小 26 4 尽可能缩短采煤机机身长度开采薄煤层对采煤机的要求除了降低机面高度之外 还应尽可能地减小机身的长度 以适应工作面高低起伏的条件 5 降低工作面刮板输送机的高度降低工作面刮板输送机高度的技术途径包括降低中部槽的高度 为了保证输送

14、量和增加采煤机采煤时稳定性 可以增加刮板输送机的宽度 27 滚筒采煤机具有较高的破煤能力 目前 我国研制使用的薄煤层滚筒采煤机已有近20种 这些采煤机大致可分为骑溜式和爬底式两种 当采高大于0 8 0 9m时 采用骑溜式采煤机 当采高小于0 8m时 一般采用沿底板运行的爬底板式采煤机 28 目前 我国使用最多的是BM l00型薄煤层骑溜式滚筒采煤机 该采煤机适应于采高0 8 1 3m 煤的坚固性系数f 2 5 顶板中等稳定的薄煤层 矿用刮板输送机的溜槽最小高度为150 200mm 直接在底板上运行的爬底式滚筒采机空间高度可以减去溜槽的高度 这大大降低了对采煤机采煤空间的高度要求 29 我国重庆

15、永荣矿区在煤层厚度0 5m的条件下使用国产YRG2爬底式滚筒采煤机生产已达十多年 该矿区荣冒矿四井采煤六队于1982年创造了年产原煤12 13万t 江苏宏安集团有限公司与中国矿业大学合作 在唐庄煤矿采空区上方对近距离极薄煤层进行了开采试验 2008年12月28日通过专家评审 为全国类似地质条件下极薄煤层的开采提供了宝贵的经验 30 世界各国主要采煤国家相继研制成功且技术先进的薄煤层滚筒式采煤机有 德国Eickhoff公司的EDW2170LN EDW2300LN 英国An2derson公司的AM420 AS270薄煤层电牵引采煤机 前苏联的K103和日本三井三池MCLE3002DR7575M等采

16、煤机 基本上满足了采高0 6 1 7m煤层开采需要 其中EDW2300LD Electra电牵MCLE3002DR7575M型采煤机总装机功率都在300kW以上 31 3 2 2薄煤层刨煤机开采刨煤机用沿煤层切削的刨刀刨落煤炭 刨下的煤靠犁形板装入刮板输送机 其驱动装置设于工作面端部的平巷 刨煤机在生产中具有破煤能耗少 煤的块度大 粉尘少 产量和效率较高 劳动强度低等优点 另外 刨煤机本身还具有结构简单 造价低 检修方便等优点 32 刨煤机 33 工作面主要配套设备 刨煤机 工作面可弯曲刮板输送机 转载机与破碎机 液压支架 乳化液泵等 适用条件 1 煤质中硬或中硬以下 2 煤层顶板应中等稳定 3 煤层中无大的断层和褶曲 4 适合开采0 8 2m的缓倾斜煤层 34 七台河和双鸭山等薄煤层矿区 用刨煤机开采薄煤层取得了较好的效果 在薄煤层中曾使用过截煤机 滚筒采煤机 刨煤机和炮采等几种采煤工艺 其中以刨煤机采煤的经济效益最好 35 我国煤矿在20世纪60年代初期开始自行研制拖钩式刨煤机技术 60年代末期定型制造 70 80年代 我国制造了200多台刨煤机 在20多个煤矿使用 我国的刨煤机技