第一章 薄煤層開采技術

1、本門課講授采礦有關方面較新技術，32學時，主要為前七章內容。成績構成：平時成績40%，期末成績60% 平時成績：10次左右考勤+中間開卷測試 期末考核：開卷考試，只準帶教科書一本煤炭是不可再生資源。v由于持續(xù)不斷地開采和機械化程度的提高,煤炭的厚煤層及中厚煤層儲量減少,薄煤層的開采技術成為世界各國爭相研究的采礦前沿課題。v薄煤層的厚度小(1.5m),在正常傾角下煤層的鉛直高度大大低于人的身高,人工開采或人工操作開采難度很大,甚至不可能。所以發(fā)達國家普遍采用成套全自動采煤設備進行薄煤層無人操作開采。引 言薄煤層采煤分類 有支架支護和無支架支護有支架支護和無支架支護水力采煤、水力采煤、刨煤機采刨煤

2、機采煤、鉆機煤、鉆機采煤等采煤等 支護分類支護分類 采煤設備采煤設備 煤的聚集狀態(tài)煤的聚集狀態(tài)引 言有人工作面有人工作面無人工作面無人工作面 人員狀況人員狀況地下氣化（氣體）、傳統開采（固體）地下氣化（氣體）、傳統開采（固體）引 言無人工作面采煤是指工人不出現在回采工作面內，而是在回采工作面以外的地點操作和控制機電設備，完成工作面內的破煤、裝煤、運煤、支護和處理采空區(qū)等各種工序。v無人工作面采煤最大特點是使工人擺脫了較危險的工作地點，使一些用普通方法無法開采或很難開采的煤層得到開發(fā)，提高資源使用率。薄煤層采煤方法薄煤層采煤方法3煤鋸開采煤鋸開采機械化程度、開采效率逐步提高機械化程度、開采效率逐

3、步提高21螺旋鉆螺旋鉆機開采機開采刨煤機綜合刨煤機綜合自動化開采自動化開采薄煤層滾筒薄煤層滾筒采煤機開采采煤機開采4第一節(jié)第一節(jié) 煤鋸無人工作面開煤鋸無人工作面開采采支護支護煤鋸煤鋸每0.5-1米安裝一組碎煤刀,煤鋸與牽引鋼絲繩相連,使鋼絲繩壓緊煤壁,做往復切割運動,煤鋸拉出一個槽溝,隨著槽溝加深,煤壁在礦山壓力的作用下,自行垮落破碎,然后靠煤炭自溜運出工作面。采用氣垛支架氣垛支架，該支架是由幾個具有彈性的加固橡膠囊組成，充入壓縮空氣后使其緊貼煤層頂底板，支撐力0.5Mpa左右。從德國先行應用，我國主要在四川、廣東等南方煤礦應用。1m1m刮板鏈上每刮板鏈上每0.5-1m0.5-1m焊接扇形截齒

4、作為碎煤刀焊接扇形截齒作為碎煤刀氣垛支架七臺河東風煤礦等七臺河東風煤礦等第二節(jié)第二節(jié) 薄煤層螺旋鉆機綜采技術薄煤層螺旋鉆機綜采技術螺旋鉆采煤工藝是在巷道布置一臺或多臺鉆機，由鉆頭旋轉落煤，螺旋葉片旋轉將落煤導入刮板輸送機運出。第二節(jié)第二節(jié) 薄煤層螺旋鉆機綜采技術薄煤層螺旋鉆機綜采技術 美國卡姆普頓美國卡姆普頓單軸螺旋鉆機單軸螺旋鉆機 美國奧蓋爾美國奧蓋爾-馬依涅爾馬依涅爾單軸單軸螺旋鉆機螺旋鉆機 按結構分：單軸式和多軸式從烏克蘭引從烏克蘭引進的進的BSHK-BSHK-2DM2DM型型薄煤薄煤層用層用雙軸螺雙軸螺旋鉆采煤機旋鉆采煤機 第二節(jié)第二節(jié) 薄煤層螺旋鉆機綜采技術薄煤層螺旋鉆機綜采技術單軸

5、式側單軸式側面鉆進面鉆進螺螺旋鉆機旋鉆機正面鉆正面鉆進進螺旋螺旋鉆機鉆機雙軸式側雙軸式側面鉆進螺面鉆進螺旋鉆機旋鉆機采煤主要設備采煤主要設備-螺旋鉆機，美國、前蘇聯螺旋鉆機，美國、前蘇聯均研制和采用綜合螺旋鉆機均研制和采用綜合螺旋鉆機 帶有一個鉆桿 垂直煤壁正面帶有二個鉆桿按工作方式分：正面鉆進和側面鉆進；單向鉆進和雙向鉆進螺旋鉆采煤工藝可以分為單向鉆進或雙向鉆進兩種，在螺旋鉆采煤工藝可以分為單向鉆進或雙向鉆進兩種，在采用單向鉆進采煤方式時，鉆機沿回采平巷的一側鉆進采用單向鉆進采煤方式時，鉆機沿回采平巷的一側鉆進回采，在本側采完后再退回回采平巷另一側的煤炭；也回采，在本側采完后再退回回采平巷另

6、一側的煤炭；也可以向平巷的兩側鉆進采煤?？梢韵蚱较锏膬蓚茹@進采煤。 沿煤層厚沿煤層厚度擴孔度擴孔同心擴孔同心擴孔沿煤層沿煤層層面擴孔層面擴孔擴鉆孔采煤形式擴鉆孔采煤形式提高煤炭采出率，降低煤炭損失提高煤炭采出率，降低煤炭損失。螺旋鉆機采煤法適應條件螺旋鉆機采煤法適應條件螺旋鉆機采煤法為開采薄和極薄煤層開辟了廣闊的前景，適用于傾角15以下，厚度0.51.5m的煤層，煤的切割阻力不大于250kN/m。螺旋鉆機還可以用來開采邊角煤和回收各種煤柱。盡管螺旋鉆機采煤巷道掘進率高，丟煤較多，但用人少，效益較好，同時還可以使一些平衡表外的儲量得到開采，提高了工業(yè)儲量，多回收了地下資源，延長了礦井的服務年限。

7、 單軸單軸雙軸雙軸多軸；多軸； 大功率，自動行走，性大功率，自動行走，性 能更可靠；能更可靠； 擴鉆孔，長鉆進擴鉆孔，長鉆進。發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢新汶礦業(yè)集團新汶礦業(yè)集團引進薄煤層螺旋鉆機，在消化吸收的基礎上配套國產運輸設備，在井下成功完成了薄煤層螺旋鉆無人開采技術研究。一、螺旋鉆采煤機的特點一、螺旋鉆采煤機的特點螺旋鉆采煤機鉆頭為（1）三軸聯動式，兩邊軸為可旋轉的螺旋兩邊軸為可旋轉的螺旋鉆桿，用于向外排煤，中間軸為不可旋轉的通風管道鉆桿，用于向外排煤，中間軸為不可旋轉的通風管道，用于向鉆孔內通風、供水,實現向鉆孔內通風及內噴霧降塵降溫，提高鉆頭截齒的使用壽命，安全可靠，可在高瓦斯礦井使用。與單鉆

8、桿相比，三軸鉆桿的剛性、穩(wěn)定性和定向性好，側向不易鉆偏，鉆孔截面大，采煤回收率高。該機一次采寬2m，采深上采85m，下采45m，適用于0.61.0m煤層傾角15以下的各種硬度薄煤層，單機設計日產可達250350噸。(2)鉆桿連接為內卡環(huán)式結構，換裝鉆桿時能實現機械化操作，拆、接鉆桿時間短，減少了輔助時間，提高了生產效率；鉆桿前部裝有微調裝置，可適用于煤層傾角度的起伏變化;(3)鉆機、液壓泵鉆、電控裝置等為分體式，在巷道內形成鏈式布置，對巷道的適應性強。二、薄煤層螺旋鉆無人開采技術的顯著成效二、薄煤層螺旋鉆無人開采技術的顯著成效1.該采煤方法具有“二無”、“五高”、“五少”的特點。即工作面無人員

9、、無設備;相對0.61.0m煤層其它采煤工藝回收率高、效益高、效率高、安全保障系數高、投資回收率高;系統環(huán)節(jié)少、用人少、掘進率少、設備配置少、材料消耗少。2.實現了薄煤層單巷前進式開采。在一條巷道中前面掘進，螺旋鉆機組滯后前進式的采煤方法，并且不用布置工作面回風巷，降低了巷道掘進率，有利于采掘接續(xù)。3.實現了煤層潔凈開采。鉆采過程中遇到斷層時退出鉆桿，減少了矸石采出量，提高了煤質。4.實現了回采工藝的單一化。螺旋鉆機無人工作面開采工藝過程簡單，將傳統的回采工藝的破、裝、運、支、處五大工序合并，由螺機鉆采完成。第三節(jié)第三節(jié) 薄煤層刨煤機綜采技術薄煤層刨煤機綜采技術刨煤機工作時，刨頭在無級圓環(huán)鏈（

10、即刨鏈）的牽引刨煤機工作時，刨頭在無級圓環(huán)鏈（即刨鏈）的牽引下，沿著安裝在輸送機中部槽上的導軌（即滑架）運下，沿著安裝在輸送機中部槽上的導軌（即滑架）運行，利用刨刀對煤壁形成的靜壓力將煤刨落行，利用刨刀對煤壁形成的靜壓力將煤刨落 ，刨落的，刨落的煤在刨頭和犁形斜面導軌的作用下被裝入輸送機運出煤在刨頭和犁形斜面導軌的作用下被裝入輸送機運出工作面。工作面。 無極鏈條刨頭機頭機尾煤壁刨煤機系統組成刨煤機系統組成刨煤機系統刨煤機系統主要由刨頭、刨頭驅動部、刨頭運行導軌及驅動、刨頭水平調節(jié)系統、液壓支架及其PM4電液控制系統、工作面監(jiān)測和控制系統、緊鏈裝置和端部成組錨固系統等部分組成。 刨煤機系統的核心

11、技術核心技術： 刨煤機刨煤機 電氣自動化控制系統電氣自動化控制系統刨煤機需要向著大功率、快速度、高強度方向發(fā)展。刨煤機需要向著大功率、快速度、高強度方向發(fā)展。 包括包括PROMOS控制系統和控制系統和PM4液壓支架控制系統液壓支架控制系統 ，其中其中PROMOS控制系統是整個自動化工作面的控制核心控制系統是整個自動化工作面的控制核心 包括編程控制器、系統控制臺、傳感監(jiān)控系統、故障檢包括編程控制器、系統控制臺、傳感監(jiān)控系統、故障檢測閉鎖系統、雙工通訊系統、信息查詢系統、冷卻系統、測閉鎖系統、雙工通訊系統、信息查詢系統、冷卻系統、噴霧降塵系統。噴霧降塵系統。 監(jiān)控系統控制圖 刨頭在工作面的往返自動

12、運行及液壓支架的各種動作和輸送機的推移均由計算機遠程控制系統進行控制。 采動移自動化工作面輸送機的推移和工作面輸送機的推移和支架的動作分別受支架的動作分別受PROMOSPROMOS和和PM4PM4控制控制, ,尾隨刨煤機同步移向工尾隨刨煤機同步移向工作面推進方向推移作面推進方向推移, ,推移推移量等于刨煤機刨后的深量等于刨煤機刨后的深度度. .刨削的煤流自然落進溜槽刨削的煤流自然落進溜槽或運輸機或運輸機, ,運輸出工作面運輸出工作面. .刨煤機在刨煤機在PROMOSPROMOS的控制的控制下下, ,沿刨頭的滑行沿刨頭的滑行道自行往返刨煤道自行往返刨煤.PROMOSPROMOS控制系統控制系統刨

13、煤機工作時：工作面兩端均采用端頭斜切進刀端頭斜切進刀，刨頭沿工作面往返刨煤，然后合理調整工作面兩端頭和中部段刨深，使工作面輸送機始終處于平直狀態(tài)。在刨頭運行軌道采空區(qū)一側，安裝在液壓支架推移桿上的調斜千斤頂可用來實現底刨刀的調斜底刨刀的調斜，在正常生產中調斜千斤頂可人工操作，使刨頭下 切或上仰，以適應工作 面在縱向上的起伏不平。 國外刨煤機采煤應用情況德國、法國、美國的薄煤層廣泛應用刨煤機采煤：美國刨煤機產量占總產量的15%，德國占62%，法國占其30%，捷克占12%，波蘭占11%。德國可稱得起是刨煤機的故鄉(xiāng)，德國從1955年就開始使用刨煤機，80年代末刨煤機采煤機械化程度達到95%以上，刨煤

14、機采煤工作面推進面積增大了45%，使商品煤產量增加了30%。1941年第一套刨煤機系統 (德國伊木比倫煙煤礦 )德國威斯伐利亞貝克瑞特公司研制了S4-K(2x400KW)型拖鉤刨 9.38Ve滑行刨可以應用在堅硬的煤層中 拖鉤刨、滑行刨系列、滑行拖鉤刨、緊湊型刨煤機等系列，并向動力刨、全自動化大功率型刨煤機方向發(fā)展。布朗公司最近生產的KHS一1，KHS一n型緊湊型刨煤機，海茨漫公司生產的CAM單向旋轉式連續(xù)刨煤機目前都處于國際領先地位。 刨煤機工作面液壓支架刨煤機工作面液壓支架 ZZZZ系列支撐式支架系列支撐式支架ZYZY系列掩護式支架系列掩護式支架刨煤機工作面刮板輸送機刨煤機工作面刮板輸送機

15、為了研制高可靠性的薄煤層輸送機，將用于重型刮板輸送機的鑄為了研制高可靠性的薄煤層輸送機，將用于重型刮板輸送機的鑄造槽幫整體組焊式中部槽的成熟技術移植到薄煤層輸送機上，整造槽幫整體組焊式中部槽的成熟技術移植到薄煤層輸送機上，整體溜槽高度較小體溜槽高度較小 ，輸送能力大，具有更高的可靠性，輸送能力大，具有更高的可靠性 。世界刨煤機采煤技術呈現出以下兩大特點：一是刨煤機的裝機動率越來越大，以德國為代表，80年代中期最大功率也只有500Kw，目前已達到800 Kw，其體積向著緊湊型方向發(fā)展，可靠性更高，自動化控制程度更高。由于功率的增大，使刨煤機的生產能力，刨削硬煤的能力有了明顯提高，適應性增強，使工

16、作面過小地質構造能力增強，給生產管理帶來方便。二是刨煤機的適用范圍不斷擴大，刨煤機不但用于采煤，還用于開采其他礦物質，效果明顯。 我國應用現狀鐵煤集團與德國 DBT合作,分別于2000年9月和2002年9月引進了我國第一套和第二套全自動化刨煤機綜采系統。采煤機為9-34VE/47型滾形刨采煤機, 額定生產能力900 t/h, 平均月產原煤14萬t。2005年晉華官礦引進德國刨煤機生產系統。新汶礦業(yè)集團華豐煤礦在大傾角厚煤層傾斜分層開采中采用國產刨煤機，平均采高2.1m，煤層平均傾角31，5個月共產煤11.84萬t，平均月產超過2萬t。國內首個薄煤層刨煤機綜采無人工作面2010年在大同煤礦集團公

17、司晉華官礦一次性投產成功。根據監(jiān)測，該工作面最高日產將達到6185噸。第四節(jié)第四節(jié) 薄煤層滾筒采煤機綜采技術薄煤層滾筒采煤機綜采技術 薄煤層采煤機技術上從電機單一縱向布置向多電機橫向布置發(fā)展，由液壓牽引向電牽引發(fā)展，由箱體之間有傳動關系向無傳動關系的積木式發(fā)展，由有底托架向無底托架發(fā)展，并逐漸研制出了具有雙截割電機搖臂、適用于大傾角開采的四象限調速系統、中壓機載等技術的交流電牽引采煤機。 薄煤層滾筒采煤機的研究始于20世紀60年代，國外主要有Eickhoff的EDW-300LN型、DBT公司的EL600型、Wirth研制的H4.30型。國內較具代表性的有MG344-PWD型、MG132/320

18、-WD型、MG200/456-WD型、MG100/238-WD型采煤機。MG344-PWD型薄煤層采煤機需要能夠較好地解決機面高度、裝機功率、過煤高度三者之間的矛盾，這樣才能發(fā)揮設備的適應性與可靠性。薄煤層液壓支架的發(fā)展趨勢是簡化結構、高可靠性和電液控制。從薄煤層支架設計上采用新結構和高強度材料，減薄結構截面，增大必要的行人空間，進一步完善科學化、人性化支架設計。 西安煤礦機械有限公司開發(fā)的MG650/1630-GWD采煤機在神華寧煤集團梅花井煤礦綜采工作面記憶截割功能已得到了很好的應用。 圖三 MG650/1630-GWD型交流電牽引采煤機“記憶截割”是一種自動識別煤巖分界的技術。工作原理為

19、：由采煤機司機操縱采煤機沿工作面煤層高低起伏條件先割一刀，控制系統將行程位置與對應的截割高度等信息存入計算機，以后在下一行程位置的截割高度均由計算機根據存儲器記憶的工作參數自動調整。如煤層條件發(fā)生較大變化，由采煤機司機調整（作為位置程序的微調），并自動記憶調整過的工作參數，作為下一刀滾筒調高的參數。運行軌跡的修正可跟機或在遠方通過監(jiān)控電視完成。實實現薄煤層安全高效開采，根本出路在于機現薄煤層安全高效開采，根本出路在于機械化，大功率、重型化、小體積和高可靠性。械化，大功率、重型化、小體積和高可靠性。螺旋鉆機開采螺旋鉆機開采(1)留設鉆孔間煤柱降低采出率；留設鉆孔間煤柱降低采出率； (2)接長和縮

20、短鉆桿所用時間占工作時間比重較大。接長和縮短鉆桿所用時間占工作時間比重較大。刨煤機開采刨煤機開采:(1)適用范圍受地質影響較大；適用范圍受地質影響較大； (2) 總裝機功率偏小，刨頭破煤能力不強；總裝機功率偏小，刨頭破煤能力不強； (3)調高比較困難。調高比較困難。薄煤層滾筒采煤機開采：適應性強、效率高、便于薄煤層滾筒采煤機開采：適應性強、效率高、便于實現綜合機械化，但投資大、管理水平要求高。實現綜合機械化，但投資大、管理水平要求高。第五節(jié)第五節(jié) 薄煤層巷道綜掘技術薄煤層巷道綜掘技術 隨著采煤機械化和綜合機械化的發(fā)展，大大提高了采掘工作面的開采強度和推進速度，只有實現掘進機械化，才能滿足采掘平

21、衡的要求。 巷道施工方法主要有鉆爆掘進和綜合機械化掘進兩種，綜合機械化掘進又分為懸臂式掘進機掘進和全斷面巖巷掘進機掘進 。美國開發(fā)的微美國開發(fā)的微機控制液壓鉆機控制液壓鉆車車 懸臂式掘進機懸臂式掘進機巷道的綜合機械化掘進配套技術巷道的綜合機械化掘進配套技術配套轉載技術：運輸技術的落后是制約掘進技術發(fā)展的重要因素之一。目前，國內掘進機通過采用橋式轉載機與皮橋式轉載機與皮帶機的配套使用帶機的配套使用，實現了掘進機的連續(xù)性工作。配套錨桿支護技術：支護作業(yè)與掘進作業(yè)的不同步是影響快速掘進的一個主要因素。機載錨桿支護技術機載錨桿支護技術能發(fā)揮錨桿先進的支護技術同時從根本上解決掘進、支護不同步問題，提高掘進生產率。配套機械除塵技術：一般噴霧除塵，這種