第一章第一章 薄煤层开采技术薄煤层开采技术 v煤炭是不可再生资源。v由于持续不断地开采和机械化程度的提高,煤炭的厚煤层及中厚煤层储量减少,薄煤层的开采技术成为世界各国争相研究的采矿前沿课题。v薄煤层的厚度小,在正常倾角下煤层的铅直高度大大低于人的身高,人工开采或人工操作开采难度很大,甚至不可能。所以发达国家普遍采用成套全自动采煤设备进行薄煤层无人操作开采。引 言v无人工作面采煤是指工人不出现在回采工作面内，而是在回采工作面以外的地点操作和控制机电设备，完成工作面内的破煤、装煤、运煤、支护和处理采空区等各种工序。引 言v无人工作面采煤最大特点是使工人摆脱了较危险的工作地点，使一些用普通方法无法开采或很难开采的煤层得到开发，提高资源使用率。 有支架支护和无支架支护有支架支护和无支架支护 水力采煤、刨煤机采煤、钻机采煤等水力采煤、刨煤机采煤、钻机采煤等地下气化（改变）、机械方法（不改变）地下气化（改变）、机械方法（不改变）薄煤层无人工作面采煤分类引 言无人工作面采煤方法无人工作面采煤方法3煤锯开采煤锯开采机械化程度、开采效率逐步提高机械化程度、开采效率逐步提高21螺旋钻螺旋钻机开采机开采刨煤机综合刨煤机综合自动化开采自动化开采第一节第一节 煤锯无人工作面开采煤锯无人工作面开采支护支护煤锯煤锯每米安装一组碎煤刀,煤锯与牵引钢丝绳相连,使钢丝绳压紧煤壁,做往复切割运动,煤锯拉出一个槽沟,随着槽沟加深,煤壁在矿山压力的作用下,自行垮落破碎,然后靠煤炭自溜运出工作面。采用气垛支架，该支架是由几个具有弹性的加固橡胶囊组成，充入压缩空气后使其紧贴煤层顶底板，支撑力左右。从德国先行应用，我国主要在四川、广东等南方煤矿应用。气垛支架第二节第二节 薄煤层螺旋钻机综采技术薄煤层螺旋钻机综采技术螺旋钻采煤工艺是在巷道布置一台或多台钻机，由钻头旋转落煤，螺旋叶片旋转将落煤导入刮板输送机运出。第二节第二节 薄煤层螺旋钻机综采技术薄煤层螺旋钻机综采技术 美国卡姆普顿美国卡姆普顿单轴螺旋钻机单轴螺旋钻机 美国奥盖尔美国奥盖尔-马依涅尔马依涅尔单轴单轴螺旋钻机螺旋钻机 按结构分：单轴式和多轴式从乌克兰引进的从乌克兰引进的BSHK-2DMBSHK-2DM型型薄煤层用薄煤层用双轴螺旋钻采煤机双轴螺旋钻采煤机 第二节第二节 薄煤层螺旋钻机综采技术薄煤层螺旋钻机综采技术单轴式侧单轴式侧单轴式侧单轴式侧面钻进面钻进面钻进面钻进螺螺螺螺旋钻机旋钻机旋钻机旋钻机正面钻正面钻正面钻正面钻进进进进螺旋螺旋螺旋螺旋钻机钻机钻机钻机双轴式侧双轴式侧双轴式侧双轴式侧面钻进螺面钻进螺面钻进螺面钻进螺旋钻机旋钻机旋钻机旋钻机采煤主要设备采煤主要设备-螺旋钻机，美国、前苏联螺旋钻机，美国、前苏联均研制和采用综合螺旋钻机均研制和采用综合螺旋钻机带有一个钻杆垂直煤壁正面带有二个钻杆按工作方式分：正面钻进和侧面钻进；单向钻进和双向钻进v螺旋钻采煤工艺可以分为单向钻进或双向钻进两种，在螺旋钻采煤工艺可以分为单向钻进或双向钻进两种，在采用单向钻进采煤方式时，钻机沿回采平巷的一侧钻进采用单向钻进采煤方式时，钻机沿回采平巷的一侧钻进回采，在本侧采完后再退回回采平巷另一侧的煤炭；也回采，在本侧采完后再退回回采平巷另一侧的煤炭；也可以向平巷的两侧钻进采煤。可以向平巷的两侧钻进采煤。 沿煤层厚沿煤层厚度扩孔度扩孔同心扩孔同心扩孔沿煤层沿煤层层面扩孔层面扩孔扩钻孔采煤形式扩钻孔采煤形式提高煤炭采出率，降低煤炭损失提高煤炭采出率，降低煤炭损失。螺旋钻机采煤法适应条件v螺旋钻机采煤法为开采薄和极薄煤层开辟了广阔的前景，适用于倾角15以下，厚度的煤层，煤的切割阻力不大于250kN/m。螺旋钻机还可以用来开采边角煤和 回收各种煤柱。v尽管螺旋钻机采煤巷道掘进率高，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。发展趋势：发展趋势： 单轴单轴双轴双轴多轴；多轴； 大功率，自动行走，性能更可大功率，自动行走，性能更可靠；靠； 扩钻孔，长钻进。扩钻孔，长钻进。第三节第三节 薄煤层刨煤机综采技术薄煤层刨煤机综采技术刨煤机工作时，刨头在无级圆环链（即刨链）的牵引刨煤机工作时，刨头在无级圆环链（即刨链）的牵引下，沿着安装在输送机中部槽上的导轨（即滑架）运下，沿着安装在输送机中部槽上的导轨（即滑架）运行，利用刨刀对煤壁形成的静压力将煤刨落行，利用刨刀对煤壁形成的静压力将煤刨落 ，刨落的，刨落的煤在刨头和犁形斜面导轨的作用下被装入输送机运出煤在刨头和犁形斜面导轨的作用下被装入输送机运出工作面。工作面。 v刨煤机工作时：工作面两端均采用端头斜切进刀，刨头沿工作面往返刨煤，然后合理调整工作面两端头和中部段刨深，使工作面输送机始终处于平直状态。在刨头运行轨道采空区一侧，安装在液压支架推移杆上的调斜千斤顶可用来实现底刨刀的调斜，在正常生产中调斜千斤顶v 可人工操作，使刨头下v 切或上仰，以适应工作v 面在纵向上的起伏不平。 国外刨煤机采煤应用情况v德国、法国、美国的薄煤层广泛应用刨煤机采煤：美国刨煤机产量占总产量的15%，德国占62%，法国占其30%，捷克占12%，波兰占11%。v德国可称得起是刨煤机的故乡，通过使用刨煤机采煤，使生产率大幅度提高。德国从1955年就开始使用刨煤机，80年代末刨煤机采煤机械化程度达到95%以上，刨煤机采煤工作面推进面积增大了45%，使商品煤产量增加了30%。1941年第一套刨煤机系统 (德国伊木比伦烟煤矿 )德国威斯伐利亚贝克瑞特公司研制了S4-K(2x400KW)型拖钩刨 滑行刨可以应用在坚硬的煤层中 拖钩刨、滑行刨系列、滑行拖钩刨、紧凑型刨煤机等系列，并向动力刨、全自动化大功率型刨煤机方向发展。布朗公司最近生产的KHS一1，KHS一n型紧凑型刨煤机，海茨漫公司生产的CAM单向旋转式连续刨煤机目前都处于国际领先地位。 刨煤机系统刨煤机系统v主要由刨头、刨头驱动部、刨头运行导轨及驱动、刨头水平调节系统、液压支架及其PM4电液控制系统、工作面监测和控制系统、紧链装置和端部成组锚固系统等部分组成。 刨头在工作面的往返自动运行及液压支架的各种动作和输送机的推移均由计算机远程控制系统进行控制。 刨煤机工作面液压支架刨煤机工作面液压支架 ZZZZ系列支撑式支架系列支撑式支架ZYZY系列掩护式支架系列掩护式支架刨煤机工作面刮板输送机刨煤机工作面刮板输送机为了研制高可靠性的薄煤层输送机，将用于重型刮板输送机的铸为了研制高可靠性的薄煤层输送机，将用于重型刮板输送机的铸造槽帮整体组焊式中部槽的成熟技术移植到薄煤层输送机上，整造槽帮整体组焊式中部槽的成熟技术移植到薄煤层输送机上，整体溜槽高度较小体溜槽高度较小 ，输送能力大，具有更高的可靠性，输送能力大，具有更高的可靠性 。刨煤机系统的核心技术核心技术： 刨煤机刨煤机 电液控制系统电液控制系统 电气自动化控制系统电气自动化控制系统刨煤机需要向着大功率、快速度、高强度方向发展。刨煤机需要向着大功率、快速度、高强度方向发展。 电液控制系统是综合运用了电子、计算机、通信、液压和自电液控制系统是综合运用了电子、计算机、通信、液压和自动控制等技术的机电一体化自动控制系统动控制等技术的机电一体化自动控制系统 。 包括包括PROMOS控制系统和控制系统和PM4液压支架控制系统液压支架控制系统 ，其中其中PROMOS控制系统是整个自动化工作面的控制核心控制系统是整个自动化工作面的控制核心 包括编程控制器、系统控包括编程控制器、系统控制台、传感监控系统、故障检测闭锁系统、双工通讯系统、信息查制台、传感监控系统、故障检测闭锁系统、双工通讯系统、信息查询系统、冷却系统、喷雾降尘系统。询系统、冷却系统、喷雾降尘系统。 监控系统控制图 采动移自动化工作面输送机的推移和工作面输送机的推移和支架的动作分别受支架的动作分别受PROMOSPROMOS和和PM4PM4控制控制, ,尾随尾随刨煤机同步移向工作面刨煤机同步移向工作面推进方向推移推进方向推移, ,推移量等推移量等于刨煤机刨后的深度于刨煤机刨后的深度. .刨削的煤流自然落进溜槽刨削的煤流自然落进溜槽或运输机或运输机, ,运输出工作面运输出工作面. .刨煤机在刨煤机在PROMOSPROMOS的控制下的控制下, ,沿刨头沿刨头的滑行道自行往的滑行道自行往返刨煤返刨煤.世界刨煤机采煤技术呈现出以下两大特点：v一是刨煤机的装机动率越来越大，以德国为代表，80年代中期最大功率也只有500Kw，目前已达到800 Kw，其体积向着紧凑型方向发展，可靠性更高，自动化控制程度更高。由于功率的增大，使刨煤机的生产能力，刨削硬煤的能力有了明显提高，适应性增强，使工作面过小地质构造能力增强，给生产管理带来方便。v二是刨煤机的适用范围不断扩大，刨煤机不但用于采煤，还用于开采其他矿物质，效果明显。 我国应用现状v铁煤集团与德国 DBT合作,分别于2000年9月和2002年9月引进了我国第一套和第二套全自动化刨煤机综采系统。采煤机为9-34VE/47型滚形刨采煤机, 额定生产能力900 t/h, 平均月产原煤14万t。v新汶矿业集团华丰煤矿在大倾角厚煤层倾斜分层开采中采用国产刨煤机，平均采高，煤层平均倾角31，5个月共产煤万t，平均月产超过2万t。v国内首个薄煤层刨煤机综采无人工作面2010年在大同煤矿集团公司晋华官矿一次性投产成功。根据监测，该工作面最高日产将达到6185吨。第四节第四节 薄煤层滚筒采煤机综采技术薄煤层滚筒采煤机综采技术 v薄煤层采煤机技术上从电机单一纵向布置向多电机横向布置发展，由液压牵引向电牵引发展，由箱体之间有传动关系向无传动关系的积木式发展，由有底托架向无底托架发展，并逐渐研制出了具有双截割电机摇臂、适用于大倾角开采的四象限调速系统、中压机载等技术的交流电牵引采煤机。 v薄煤层滚筒采煤机的研究始于20世纪60年代，国外主要有Eickhoff的EDW-300LN型、DBT公司的EL600型、Wirth研制的型。v国 内 较 具 代 表 性 的 有M G 3 4 4 - P W D型 、MG132/320-WD型 、MG200/456-WD型 、M G 1 0 0 / 2 3 8 - W D型采煤机。MG344-PWD型v薄煤层采煤机需要能够较好地解决机面高度、装机功率、过煤高度三者之间的矛盾，这样才能发挥设备的适应性与可靠性。v薄煤层液压支架的发展趋势是简化结构、高可靠性和电液控制。从薄煤层支架设计上采用新结构和高强度材料，减薄结构截面，增大必要的行人空间，进一步完善科学化、人性化支架设计。 v随着采煤机械化和综合机械化的发展，大大提高了采掘工作面的开采强度和推进速度，只有实现掘进机械化，才能满足采掘平衡的要求。 v巷道施工方法主要有钻爆掘进和综合机械化掘进两种，综合机械化掘进又分为悬臂式掘进机掘进和全断面岩巷掘进机掘进 。第五节第五节 薄煤层巷道综掘技术薄煤层巷道综掘技术 美国开发的微美国开发的微机控制液压钻机控制液压钻车车 悬臂式掘进机悬臂式掘进机巷道的综合机械化掘进配套技术巷道的综合机械化掘进配套技术v配套转载技术：运输技术的落后是制约掘进技术发展的重要因素之一。目前，国内掘进机通过采用桥式转载机桥式转载机与皮带机的配套使用与皮带机的配套使用，实现了掘进机的连续性工作。v配套锚杆支护技术：支护作业与掘进作业的不同步是影响快速掘进的一个主要因素。机载锚杆支护技术机载锚杆支护技术能发挥锚杆先进的支护技术同时从根本上解决掘进、支护不同步问题，提高掘进生产率。v配套机械除尘技术：一般喷雾除尘，这种方式可靠性差、效果不理想，除尘效率最高只能达到6070%，而国外普遍采用的是干式综合降尘系统，其降尘效率可达到99.9%。我国已研制开发了适合我国国情的掘进工作面高效降尘系统，降尘效率可达到99.4%以上，达到国际先进水平。综掘作业线综掘作业线掘进机掘进机+ +桥式胶带转载机桥式胶带转载机+ +可伸缩胶带输送机作业线可伸缩胶带输送机作业线 1掘进机掘进机+ +桥式胶带转载机桥式胶带转载机+ +刮板输送机作业线刮板输送机作业线 2掘进机掘进机+ +梭车作业线梭车作业线 3掘进机掘进机+ +吊挂式胶带转载机吊挂式胶带转载机+ +矿车作业线矿车作业线 4主要适用于连续掘进的独头巷道长度大于主要适用于连续掘进的独头巷道长度大于800 m的条件下，能充分发挥它高速度、的条件下，能充分发挥它高速度、高工效的优越性高工效的优越性 主要适用于巷道坡度变化大、掘进巷道长度较短的条件 适用于装卸地点运输距离较短的条件且具有卸载仓 在运输机运煤系在运输机运煤系统未建成前采用统未建成前采用 国内薄煤层巷道综掘配套技术示例国内薄煤层巷道综掘配套技术示例 v兖矿济宁二号 使用掘进机+桥式胶带转载机+可伸缩胶带输送机作业线，配备EBJ-120TP型掘进机，QZP-160R桥式胶带转载机，SSJ-800A型皮带输送机，RTM3锚杆钻机，YT-27型风钻。v汾西矿业集团贺西煤矿 采用掘进机+桥式胶带转载机+可伸缩胶带输送机作业线，配备EBZ160TY型重型掘进机，QZP-160皮带转载机，SP-44型皮带输送机，MQT-90C锚杆钻机，ZM11D型煤电钻。巷道掘进断面为矩形，4.02.5 m，支护采用锚网梁索联合支护。