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1、二、项目简介二、项目简介项目所属科学技术领域、主要研究内容、技术经济指标、促进行业科技进步作项目所属科学技术领域、主要研究内容、技术经济指标、促进行业科技进步作用及应用推广情况用及应用推广情况本项目属采矿工程技术领域。 兖州矿区薄煤层可采储量占总可采储量 41.18%，薄煤层主要是 16、17 层煤，煤层中含有坚硬夹矸，决定了不能采用机械开采的方法，只能选用炮采配备液压支架 进行薄煤层机械化开采。通过不懈努力与探索，成功研制了 1、全封闭式可调节高分 子聚乙烯挡煤装置（获国家专利） ，首次将高分子聚乙烯用作挡装材料，实现薄煤层 工作面安全挡装；2、研制了“力矩平衡式“铲煤装置，彻底解决了薄煤层
2、铲煤装置“ 上漂“和“扎底“难题，实现了铲装机械化；3、研制了具有原创性的双摆杆支撑掩护 式液压支架，首次将液压支架用于一米以下含硬夹矸薄煤层开采工作面，实现了薄 煤层开采工作面支护机械化和硬夹矸薄煤层机械化高产高效工作面总体配套优化； 4、在高效炮采工艺与安全生产技术措施下，研制了薄煤层工作面自移式转载机与机 尾，及薄煤层工作面运输设备的选型、研制、配套及应用。真正实现了薄煤层安全 高效开采。特点：含硫化铁硬夹矸薄煤层高效开采的研制成功，探索出一条“炮采加机 械铲、装、支、运的“炮采机装复杂难采薄煤层开采新途径，形成一套成熟的技术装 备与生产工艺。形成适合含硬夹矸薄煤层高效机械化开采的工作面
3、成套装备新模式， 形成含硬夹矸难采薄煤层炮采机械化高效生产的工艺模式，为类似复杂煤层的高效 开采起到了重要的示范作用。本项目使工作面平均资源回收率由原来的 70%，提高到现在的 98%以上，兖 矿集团北宿煤矿生产连续三年稳定在 100 万吨左右，目前该技术已在兖矿集团三个 开采薄煤层矿井中推广，推广表明该套装备质量可靠、性能优良，有效地解决了复杂难采薄煤层高效开采问题，拓展了薄煤层开采领域，将我国薄煤层开采水平提高 到新的层次。本项目成果必将对我国复杂难采薄煤层的高效开采产生深远影响，在兖州矿 区以及国内同类地质条件下具有很大的推广价值，将会大大推进我国薄煤层高效集 约化开采的进程，创造出更大
4、的经济效益和社会效益。（不超过 800 个字）三、项目详细内容三、项目详细内容1.立项背景（不超过 800 个字） 兖州矿区厚薄煤层并存，多年来厚煤层被大量开采，储量急剧下降，薄煤层成 为各矿主采煤层。兖州矿区可采的薄煤层主要是 16、17 层煤，(16 层和 17 层煤特 点：1、最小煤厚度 0.6 米，最大厚度 1.2 米，平均厚度在 0.9m 左右。2、夹矸硬： 两层煤中均含有硫化铁结核（f=11-13）和硬夹矸（f=7-8） ，且分布广泛、不规则、 体积大。3、底板为铝质泥岩，遇水易膨胀，抗压强度低，支柱钻底严重。4、煤层 顶板为粉砂岩和石灰岩复合顶板，相变频繁，复合顶极易冒落，导致人
5、身安全事故 频发。)决定了不能采用机械开采的方法，只能选用炮采配备液压支架进行薄煤层 机械化开采。近十几年来，兖矿集团一直致力于薄煤层安全高效开采技术的研究探 索。仅机械落煤问题，曾多次邀请德国、英国、日本等国内外知名专家进行分析、 研究，并先后试用过采煤机、刨煤机、截煤机等机械开采，均因割不动硫化铁结核， 而告失败，含硫化铁结核薄煤层开采成为煤炭开采领域的世界性难题。为了充分利用煤炭资源，延长矿区服务年限，促进企业的可持续发展，实现厚 薄煤层协调开采，开展薄煤层安全高效开采技术与装备研究工作，已成当务之急。有待解决的问题：(1)支护方式的确定及配套设备的研究制造；（2）炮采工艺 的优化；（3
6、）高效铲装系统的研究及制造；（4）工作面挡煤方式的确定及设备的 研究制造。2.详细科学技术内容（不超过 10 页） 总体思路：总体思路： 1为实现含硫化铁硬夹矸薄煤层高效开采，兖矿集团经过多年的不懈努力与 探索，分别就高效落煤方式、快速装煤工艺、安全挡装系统和支护方式等方面内容 进行了专题研究。 1.1 项目攻关内容 一米以下含坚硬夹矸薄煤层安全高效开采关键技术与装备研究 工作面生产系统设计 安全高效炮采工艺研究 工作面铲挡装置研究 工作面液压支架研究 自移式转载机与机尾研究 工作面矿压规律研究 1.2 项目实施技术路线 经过研究，决定采用如下技术路线： 调研、消化国内外薄煤层工作面设备技术总
7、结我国炮采薄煤层高效开采工 艺研究提出兖矿含硫化铁硬夹矸薄煤层工作面设备配套方案和关键装备设计方 案进行方案论证产品设计制造相关试验工艺方案优化工业性 试验鉴定推广。 技术方案与创新成果：技术方案与创新成果： 2.生产系统设计 2.1 工作面布置方式确定 采用长壁回采工作面进行开采时，可以使用单工作面回采，即采用一个工作面 两条回采巷道的布置方式；也可以采用双工作面回采，即用两个工作面三条巷道的形式，利用上下工作面的中间巷道作为工作面运输巷，同时两工作面之间必须保持 一定错距。实践证明，炮采工作面采用对拉工作面是提高工作面单产，保证矿井稳 产行之有效的重要措施之一。为此，将工作面布置为对拉工作
8、面。 2.2 工作面参数确定 由于工作面采用对拉式方式进行布置，为达到矿井年产 100 万 t 要求，经研究， 确定工作面各有关参数如表 1 所示。表 1 工作面参数表项 目内 容备 注倾斜长度250m采 高平均 0.9m由煤层赋层条件决定1.2m16 煤日推进度1.1m17 煤月产量41440t按每月工作 28d 计算3.安全高效炮采工艺研究3.1 爆破方案的确定 研究表明，相对于瞬发雷管和秒延期雷管而言，毫秒延期雷管起爆具有破碎能 力强、炸药单耗低、爆破震动小、一次起爆数量多等特点，因而本项目爆破方案确 定选用微差爆破。 3.2 爆破主要技术参数确定 根据上述讨论可以将爆破参数确定如下：
9、一次起爆长度 25m(三花眼) 炮眼布置 采用三花眼 炮眼间距 1.2m(16 煤)、1.0m(17 煤) 炮眼深度 1.3m(16 煤)、1.2m(17 煤) 水平夹角 85 竖直仰俯角 5 炮眼距顶、底板距离 0.3m 发爆器 FBM100 起爆顺序 斜切式，每组 10 炮 每孔装药量 顶眼 300330g，底眼 450480g 炮泥堵塞长度 0.5m 工作面采用 SMZ-2 型煤电钻打眼，毫秒雷管引爆，炮眼采用三花眼布置，水平 夹角为 85，仰俯角为 5，炮孔深 1.3m，反向装药配装水炮泥。其它爆破参数为：16 煤：炮眼间距为 1.2m，顶眼装药量 300g（2 卷） ，底眼装药量 4
10、50g（3 卷） ； 17 煤：炮眼间距为 1.0m，顶眼装药量 300g（2 卷） ，底眼装药量 375g（2.5 卷） 。采用朝向底板斜切式起爆顺序，一次最大放炮长度为 1520m(三花眼)。炮眼 起炮顺序原则上先爆顶眼，再爆底眼，以保证工作面顶板完整性。 4.工作面铲挡装置研究 4.1 挡煤板材料的选取 要求所选的挡煤板材料必须具备以下特点： 重量轻。为了便于井下搬运与安装，要求所选的挡煤板材料重量必须要轻； 较高强度的弹性变形能力。考虑到挡煤板要经常克服冲击强度的影响，要求 挡煤板必须具有足够的刚性与良好的韧性，所选的挡煤板材料具有较高的强度和弹 性变形能力； 耐磨性能好。鉴于工作面生
11、产条件极为恶劣，要求所选的材料具有较高的耐 磨性能； 耐老化性能好； 阻燃性能好。 研究表明，目前只有高分子聚乙烯材料能够满足上述各项要求。超高分子量聚乙烯由于价格便宜、成本低、重量轻、安装方便、耐冲击、抗弯曲、耐磨损、自润 滑、耐冲击、吸水能力差、不易粘附异物、卫生无毒、复用率高和尺寸稳等特点， 是挡煤板材料的最佳选择。 4.2 挡煤板几何尺寸确定 挡煤板几何尺寸的确定主要兼顾到以下几个问题： 挡煤板高度应与煤层厚度相适应，以利于爆破气浪的扩散，同时有效地挡住 崩落煤炭。挡煤板过高或过低都会影响爆破装煤效果。实验研究证明，挡煤板高度 一般为煤层厚度的三分之二为宜。由于煤层厚度为 0.81.0
12、m，因此挡煤板搭接后 的高度以 0.60.7m 为佳。 挡煤板长度为 1.5m，使用时两块板搭接长度应大于 200mm，以防止挡煤板交 接处被崩弯漏煤。 为了减少挡煤板在爆破落煤时所受的爆破冲击力，应在挡煤板上设置若干分 布有序的卸力孔，以便爆破时降低挡煤板的冲击强度。研究表明，卸力孔为 30mm 就可以满足要求。 井下实践表明，为了使挡煤板有足够的能力抵御爆破冲击应力，其厚度应不 低于 30mm。 为了便于人员通行刮板输送机，应在挡煤板间留有断空，初步确定每 46 个(69m)挡煤板处设一个安全出口。 根据以上原则，同时也为了便于安装和调节高度，根据工作面溜槽高度和工作 面采高，将挡煤板的几
13、何尺寸确定为：长 1500mm高 400mm厚 30mm。 4.3 挡煤装置安装 挡煤装置的安装可分为两种类型，一种是针对单体液压支柱支护方式的，另一 种是针对液压支架支护方式的。 单体支柱支护时挡煤板的安装采用“一挡加二挡”方式进行安装。 一挡的安装 一挡下部用规格为 2080mm 的刮板螺栓 穿过挡煤板上的卸力孔，与两个刮板圆环链固 定在一起，圆环链用刮板螺栓与刮板连接环联 接在护管架的孔上。这种连接方式既能使一挡 和工作面溜槽一体化，起到随输送机前移的作 用，又能使挡煤板只能向采空区侧方向倾斜而 不能向煤壁侧倾斜，防止响炮时挡煤板挡不住 煤或大块煤刮坏挡煤板。 二挡的安装 二挡敷设在一挡
14、的采空区侧，两挡之间通过一条锚链和锁板联结，二挡可利用 锁板沿锚链自由移动，达到升降目的。当二挡达到预定高度后，利用锁板旋转锚链 锁住二挡，便于挡煤板不同采高时有效挡煤。工作面放炮完毕后，用相同方式降低图 1 挡煤板安装示意图二挡到合适位置。上述所有操作方式都方便、可靠易于掌握。具体安装方式如图 1 所示。 液压支架支护时挡煤板的安装 挡煤装置分上、下两部分。下挡煤装置以底座前部为挡板主体，并在其上通过 导向键和夹板安装有左右两块可横向抽拉的下挡煤板。上挡煤装置 以固定在顶梁下侧的长度为 900mm 的上挡煤板为挡板主体。 为适应煤层厚度的变化，该挡板设计为双层三级高度可调结构：第一级配套支
15、架使用高度为 6101000mm，第二级配套支架使用高度为 7101100mm，第三级配 套支架使用高度为 8101200mm。在上挡煤板的前侧通过导板和卡键安装有一块可 横向抽拉的活动挡煤板。其操作过程是，放炮前将上下活动挡煤板全部横向抽出， 封住前后通道，挡煤装置处于放炮封煤状态。放炮后，将上下活动挡煤板全部缩回， 挡煤装置处于打开和可移架状态。 4.4 铲煤装置组成 采用铲挡煤装置后，炮采落煤后，一部分落煤由挡煤板拦截在刮板输送机上， 通过刮板输送机直接运走；而输送机与煤壁间的落煤则在推溜时，利用煤的自然堆 积角，将煤挤落进运输机内，由刮板输送机运走，实现自动铲装的目的。 铲煤板由钢板、中部槽组成，通过螺栓与中部槽连接。铲煤板的设计主要兼顾 了以下几个原则：防止铲煤板扎底；减少阻力的产生；减少扎底力的产生。 4.5 铲煤装置主要技术参数 高度：铲煤板的高度与刮板运输机槽帮高度保持一致，这样一方面为了
