《煤矿巷道快速掘进技术及装备 周茂普》由会员分享，可在线阅读，更多相关《煤矿巷道快速掘进技术及装备 周茂普（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、周茂普 研究员短壁开采工艺研究所 中国煤炭科工集团太原研究院,现代矿山短壁开采与快速掘进技术,主 要 内 容,概 述,一,短壁机械化开采技术,二,巷道快速掘进与支护技术,三,绿色矿山充填开采,四,发展与展望,五,现代智能矿山高强度开采，适合布置长壁开采的工作面逐渐减少，而综采的残留煤柱、不规则块段、断层等地质构造复杂的煤炭储量逐年上升。全国98个国有重点矿区，此类煤炭储量超过百亿吨。据不完全统计，我国煤矿“三下”压煤量达140亿吨，年掘进量超过15000km（岩巷、煤巷、半煤岩巷）。随着安全高效机械化采煤技术在煤矿中的应用，对掘进速度和支护质量的要求也越来越高。短壁机械化开采作为一种边角煤和“
2、三下”压煤开采技术，近年来发展迅速，科研院校等就煤层开采和巷道快速掘进技术进行了大量研发，将新工艺、新技术、新装备应用于安全高效的现代化煤矿和非煤矿山中。,一、 概 述,上世纪中期，美国开始使用连续采煤机进行房柱式开采，伴随着开采工艺和配套设备的日益完善，已形成了一整套适合于房柱式采煤的技术装备和法律法规体系。澳大利亚在美国连续采煤机短壁采煤法基础上，结合其具体开采条件发明了“旺格维利”采煤法，并取得了良好的技术经济效果。世界其他国家如南非、印度、俄罗斯等国也主要应用连续采煤机进行短壁开采。 目前，世界每年有约8亿吨煤炭采用连续采煤机开采，南非短壁机械化回采量约占井工开采的90%，美国约占49
3、%，澳大利亚约占15%。国外薄煤层利用连采机进行掘进回采，机械化程度高，发展迅速。,二、短壁机械化开采技术,2.1 国内外短壁机械化开采现状,（一）国外短壁机械化开采现状,（二）国内短壁机械化开采技术与装备现状,上世纪中期，传统的房柱式开采在我国使用比较普遍，存在回采工艺落后、通风不合理、回采率低等问题。上世纪末，部分矿区借鉴国外的短壁工艺，进行开采。如神东公司应用连采短壁开采技术创造出年产224.5万t的世界纪录。由于各煤矿地质条件的不同，该技术和工艺在其它矿区推广较为困难。 近年来随着煤机行业的蓬勃发展（市场在用连采机100台以上），全国各大煤矿和科研机构因地制宜的开展了形式多样短壁开采装
4、备与工艺技术的研究。为解决连采短壁技术在我国的适应性，以中国煤炭科工集团太原研究院为首的煤机研制单位，09年已研制出成套的短壁开采装备，专门成立短壁开采工艺研究所，对连续采煤机短壁开采技术的研究，进一步扩大了短壁开采的适用范围，取得了丰硕的科研成果。,2.2 中厚煤层短壁开采技术短壁机械化开采是利用连续采煤机和履带式行走支架及其配套设备进行房柱式开采一种安全高效采煤方法。具有投资少、见效快、机动灵活、安全性强、回采率高等特点，是长壁开采的有效补充。连采机短壁开采技术可分为以下几种方式：,顶板控制方式主要采用：履带行走式液压支架,（1）条带式短壁开采,开采工艺与设备布置图,技术特点：（1）适应“
5、三下”压煤及不规则块段开采；（2）留煤柱管理顶板，工艺系统简单；（3）煤炭回收率低，一般为40%左右。,开采工艺,设备布置,技术特点：主、辅运输巷两侧布置支巷，支巷两侧布置采硐进行煤柱回采，回采过程中留设不同宽度保护煤柱；根据不同巷道功能，设计合理断面尺寸；顶板管理选用2-4台行走液压支架；回收率一般为60%以上。,（2）旺格维利短壁开采,顶板控制,（3）块段式短壁开采技术,开采工艺,顶板控制,动 画 演 示,技术特点: 工作面采用多巷布置, 划分为小块段煤柱；采用连续采煤机单翼或双翼回采；采用4台履带行走式液压支架管理顶板；回收率一般为75%以上。,2.4 薄煤层连采机短壁机械化开采我国薄煤
6、层资源储量丰富，分布广泛，目前已探明的薄煤层保有工业储量98.3亿吨,可采储量61.5亿吨，占全国煤炭总可采储量的20。一些地区薄煤层储量比重很大，贵州省占37%，山东省占52%，四川省占60%。由于受工作面空间的限制,薄煤层开采机械化程度低、劳动强度大、开采经济效益低，资源浪费十分严重。目前薄煤层开采是我国矿井开采的薄弱环节,国内一些矿区尝试采用刨煤机、螺旋钻等进行薄煤层的开采，由于在设备制造、工作面条件、现场安装、检修、操作、自动化控制等方面的限制，应用都不是特别成功，未在全国范围内推广使用。国外薄煤层连续采煤机短壁开采技术发展较为成熟，广泛应用于薄煤层的开采。,（一）美国GE公司生产的成
7、套薄煤层短壁开采装备,F330薄煤层连采机,薄煤层配套运输系统,薄煤层锚杆支护车,（二）薄煤层开采工艺,动画演示,技术特点： （1）适用于厚度为0.7-1.3m的薄煤层； （2）采掘与支护全部实现机械化，生产效率高，劳动强度低； （3）工作面回采率60%左右，年生产能力50-70万t。,工程实践,美国薄煤层用户采用连采系统进行房柱式开采的实际使用数据,三、巷道快速掘进与支护技术,3.1 煤巷、半煤岩快速掘进与支护技术 （一） 综掘机快速掘进与支护技术我国煤巷悬臂式掘进机的研制和应用始于20世纪60年代，经过近40年的消化吸收和自主研发，目前，我国已研制生产了20多种型号的掘进机，根据配套支护方
8、式的不同，主要有以下几种配套方式：,综掘机配单体气动锚杆钻机支护 综掘机配机载式锚杆钻机支护 掘进机配两臂式锚杆钻车支护 综掘机配运锚机,技术特点：该技术是我国目前应用最为广泛，技术比较成熟，适应一般地质条件的巷道掘进与支护。其存在的问题主要是掘进与支护交替顺序作业，掘进效率低，劳动强度大。,+,综掘机配单体气动锚杆钻机支护,技术特点：该技术是在掘进机上增加两个锚杆钻臂，实现掘进与支护平行作业。该技术虽在一定的程度上降低了劳动强度，但机载钻机支护范围受限，较难单独完成整个工作面的巷道支护任务。,综掘机配机载式锚杆钻机支护, 掘进机配两臂式锚杆钻车支护,技术特点： 该技术适应我国一般地质条件下采
9、用锚杆支护的巷道顶板条件； 掘进与支护工序交替协调作业； 掘进机与两臂锚杆钻机交叉调机，要求巷道宽度必须在5m以上。,+,综掘机配运锚机,技术特点：（1）实现掘进与支护平行作业；（2）支护工作中增加临时支护工序；（3）应用较为破碎的巷道顶板条件。,（二） 连采机快速掘进与支护技术,连续采煤机快速掘进技术是近年来我国引进发展可用于煤巷快速掘进的一种先进工艺技术，连续采煤机作为一种新型的巷道掘进设备，具有巷道掘进速度快、成型好、掘进工艺简单等优点。 巷道掘进方式主要以双巷和多巷掘进为主。,采用双巷或多巷掘进，掘进与支护平行作业，掘进效率高，掘进速度快，月进尺1000m以上。目前主要有两种配套作业线
10、：作业线1：连续采煤机+锚杆钻车+梭车+给料破碎机+带式输送机；作业线2：连续采煤机+锚杆钻车+连续运输系统+带式输送机；,（1） 双巷及多巷快速掘进与支护,给料破碎机,锚杆钻车,梭车,连续采煤机,铲车,作业线1：,a、设备,作业线1：,b、工艺与设备布置,技术特点： 适用于煤层赋存稳定的近水平中厚煤层； 要求顶板为一般稳定顶板； 底板要求稳固、平整、无积水； 每隔6080m需掘联巷，巷道宽度大于4.5m。,动画演示,连续采煤机,连续运输系统,锚杆钻车,铲车,作业线2：,a、设备,作业线2：,b、工艺与设备布置,技术特点： 适应赋存稳定的中厚煤层，中等稳定顶板； 适应煤层倾角在12度以下，局部
11、坡度不超过16度； 每隔6080m需掘联巷，巷道宽度在5.5m以上。,2004年1月，由太原煤科院生产的LY2000/980-10型连续运输系统，在神东上湾矿，创造了最高月进尺3247m世界纪录（4650m不被承认）。,连续采煤机也可用于单巷快速掘进，其配套作业线主要有以下两种：作业线1：连采机+两臂锚杆钻车+掘锚后配套作业线2：连采机+四臂锚杆钻车+梭车,（2）连采机单巷快速掘进与支护,作业线1：,技术特点： 支护与掘进交替作业，顶板支护实现机械化，劳动强度低； 根据需要设计调机硐室（可兼作探放水硐室）； 巷道月进尺500600m。,作业线2：,（2）连采机单巷快速掘进与支护,掘锚一体机,（
12、三） 掘锚一体机快速掘进与支护技术,目前国内与掘锚一体机相配套的生产作业线主要有两种： 作业线1：掘锚一体机+掘锚后配套作业线2：掘锚一体机+八臂锚杆钻车+转载运输皮带,作业线1：掘锚一体机+掘锚后配套,技术特点：（1）集掘进、支护、运输、破碎、缓冲转载功能于一体，实现掘进循环中的连续平行作业；（2）可每掘进25m向前拉移一次皮带，掘进与运输效率大大提高；（3）该作业线是目前掘锚一体机主要配套形式，在晋陕蒙宁各大矿区广泛使用。,作业线2：,太原煤科院与神东煤炭公司合作，设计研发世界首套单巷快速掘进系统，该系统主要由五种设备组装而成，月均进尺15002000m，其主要技术特点如下：（1）在单巷内
13、实现采掘、运输、支护三套系统协同独立工作，大幅提高巷道掘进效率；（2）要求顶、底板中等稳定，顶板允许一定空顶（掘锚机锚护时3m，掘锚机不锚护时15m），煤层倾角3度；（3）适应巷道断面宽度5.46.0m，高度3.54.5m；,3.2 全岩巷快速掘进技术,（一）岩巷钻装机组快速掘进,（1）不受岩石硬度的限制，特别适用于中小断面硬岩巷道的掘进； （2）破岩能力强，经济性能好，月均进尺100m，月最高进尺220m。,凿岩及装运两项功能于一体，解决设备在掘进头交叉换位的空间和效率问题，实现岩巷快速掘进。,CMZY1型岩巷转装机组,CMZY2型岩巷转装机组,技术特点：,近几年，我国在吸收、借鉴国外掘进机
14、先进设计理念和制造技术，研究、设计、开发了EBZ300、EBH300、EBH315、EBH350大功率硬岩掘进机，国产系列大功率岩巷掘进机的研制成功，代表了国内掘进机的发展趋势，为实现我国煤矿岩巷的快速掘进提供了较为成熟的硬岩掘进装备。主要技术性能达到国际同类产品的先进水平。,（二)全岩巷重型悬臂式掘进机掘进,全岩掘进机工程应用情况,我国全岩巷道掘进的代表机型: EBH315型岩巷掘进机，目前为国内机重最大、截割能力最强、自动化程度最高的重型岩巷掘进机。,3.3 钾盐矿山巷道掘进及支护,煤矿开采装备与技术的不断更新与发展，在煤矿开采中应用成熟的悬臂式掘进机、连续采煤机等掘进装备与技术已经在钾盐
15、矿山开采中成功应用。盐矿开采工艺技术的不断优化，煤矿锚网支护技术也逐渐在钾盐矿山中推广应用。,（1）悬臂式掘进机在开元集团钾盐矿中的应用,开元集团老挝钾盐矿一期光卤石原矿196万t/a，应用EBZ260掘进机进行开拓巷道及采准巷道掘进，25m2矩形断面，无支护，月平均进尺达到400m左右。,工程实践,（2）悬臂式掘进机在中寮钾盐矿中的应用,中寮矿业老挝万象65万t/a光卤石开采项目，应用EBJ-120TP型掘进机进行开拓巷道掘进，14.39m2的拱形断面，采用锚喷支护，月进尺达到300m左右。,（2）连续采煤机在钾盐矿中的应用,开元集团在老挝钾盐矿中采用连续采煤机进行房柱式开采。,四、绿色矿山
16、短壁充填开采,充填开采技术是目前我国煤矿绿色开采技术的重要组成部分，是解决煤矿开采环境和“三下” 压煤问题的有效途径。短壁充填开采技术创新的将连续采煤机短壁开采与充填技术相结合，充分发挥这两种开采技术的优势，实现采、充平行作业，有效控制地表沉陷，极大丰富了绿色开采体系。太原研究院短壁开采工艺研究所已和同煤集团、新汶矿业集团以及榆林地区相关煤矿合作开展连采短壁充填开采技术研究，分别以矸石、建筑垃圾以及风积砂作为骨料进行采空区充填，实现了“三下”压煤安全高效绿色开采。,连采短壁充填开采工艺示意图,地面充填站布置示意图,连续采煤机短壁充填工艺,五、发展与展望 短壁机械化开采和快速掘进技术未来几年发展
17、趋势： （1）短壁机械化开采工艺向高回收率、高机械化、实现工作面全负压通风方向发展。 （2）短壁机械化开采技术适用范围将从中厚煤层向薄煤层和特厚煤层；从中等稳定顶板向不稳定顶板；从瓦斯矿井向高瓦斯矿井；从近水平煤层向缓倾斜煤层发展。 （3）综掘工作面的综合配套能力，进一步加强和完善。掘进机机载锚钻系统、机载临时支护系统、机载除尘系统等，通过多功能的集成，实现了单机成巷速度和安全生产的目标。 （4）掘锚一体化技术代表了煤矿快速掘进技术的发展方向，是未来高产高效矿井技术的重要组成部分，有广泛的应用前景。 （5）逐步建立连采机，掘采技术规范标准，补充完善煤矿安全规程有关条款，实现科学设计、安全高效回采。,
