綜合機(jī)械化采煤工藝
綜合機(jī)械化采煤工藝
一、概述
綜合機(jī)械化采煤是指采煤工作面的破煤、裝煤、運(yùn)煤、支護(hù)、頂板管理等基本工序都實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)。這樣的工作面叫綜合機(jī)械化采煤工作面,簡(jiǎn)稱綜采工作面。
綜采工作面設(shè)備是指工作面和平巷生產(chǎn)系統(tǒng)中的機(jī)械和電氣設(shè)備,其中包括滾筒采煤機(jī)(刨煤機(jī))、液壓支架、可彎曲刮板輸送機(jī)、橋式轉(zhuǎn)載機(jī)、可伸縮帶式輸送機(jī)、乳化液泵站、供電設(shè)備、集中控制設(shè)備、單軌吊車以及其他輔助設(shè)備等。
綜采工作面區(qū)段巷道布置有以下主要特點(diǎn):
1.平巷斷面尺寸較大
工作面運(yùn)輸平巷、回風(fēng)平巷斷面尺寸應(yīng)按安裝設(shè)備和運(yùn)送設(shè)備的最大尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于綜采設(shè)備一般由運(yùn)輸平巷運(yùn)入工作面,故其斷面尺寸主要以液壓支架最大部件的外形尺寸確定。目前,回風(fēng)平巷的凈斷面為8m2-10m2。運(yùn)送較大的支架時(shí),回風(fēng)平巷凈斷面可達(dá)12m2以上。
運(yùn)輸平巷除鋪設(shè)轉(zhuǎn)載機(jī)、可伸縮膠帶輸送機(jī)外,還要鋪高軌道,以便供安裝隨工作面移動(dòng)的供、配電點(diǎn)設(shè)備以及泵站和平巷支架的回收與運(yùn)輸之用。為了使設(shè)備集中,便于生產(chǎn)和管理,移動(dòng)方便,通常采用單巷平面布置方式。其巷凈寬一般在4m以上,凈斷面為10m2-12m2.
2.平巷掘進(jìn)取直
在采煤工作面開采過程中,為了避免增加或減少液壓支架的數(shù)量和輸送機(jī)長(zhǎng)度,必須使工作面長(zhǎng)度保持不變。因此,在運(yùn)輸平巷、回風(fēng)平巷掘進(jìn)時(shí),應(yīng)嚴(yán)格按走向保證運(yùn)輸平巷、回風(fēng)平巷平行施工。當(dāng)煤層走向不太穩(wěn)定時(shí),為保證巷道不出現(xiàn)負(fù)坡積水,運(yùn)輸平巷、回風(fēng)平巷應(yīng)采取微坡走向平向施工的方法。
3.加大工作面推進(jìn)長(zhǎng)度
綜采工作面的設(shè)備多、噸位重,設(shè)備的安裝和拆移需要耗費(fèi)大量的人力和工時(shí)。因此,在布置巷道時(shí),應(yīng)適當(dāng)增加工作面的連續(xù)推進(jìn)長(zhǎng)度,盡可能地減少工作面搬家的次數(shù)。
二、綜采工作面的采煤與運(yùn)輸
(一)綜采工作面采煤
1.采煤機(jī)的進(jìn)刀方式
當(dāng)采煤機(jī)沿工作面割完一刀后,需要重新將滾筒切入煤壁,推進(jìn)一個(gè)截深,這一過程稱為“進(jìn)刀”。常用的進(jìn)刀方式有端部斜切法和中部斜切法兩種。
1)端部斜切法
采煤機(jī)在工作面兩端約25m-30m的范圍內(nèi)斜切進(jìn)入煤壁的進(jìn)刀方式稱為端部斜切法。當(dāng)采煤機(jī)割煤接近工作面上端,前滑靴移動(dòng)到輸送機(jī)的過渡槽上時(shí),將前滾筒逐漸降低,后滾筒逐步升高,以保持其正常的截割。
前滾筒進(jìn)入平巷后,將采煤機(jī)稍微后退,并翻轉(zhuǎn)擋煤板,然后使前滾筒一邊轉(zhuǎn)動(dòng)一邊下降到底板,后端滾筒升起,采煤機(jī)開始反向割煤,此進(jìn)前滾筒把上一刀的底板余煤割凈。當(dāng)采煤機(jī)繼續(xù)向下割煤即可順著輸送機(jī)彎曲段斜切入煤壁,直到前后滾筒完全切入煤壁時(shí)(距回風(fēng)平巷一般為25m-30m),才停止?fàn)恳擅簷C(jī);而后,將輸送機(jī)直線段和彎曲段推至煤壁,翻轉(zhuǎn)采煤機(jī)擋煤板,后滾筒邊轉(zhuǎn)動(dòng)邊下降,前滾筒提起,使采煤機(jī)反向牽引割三角煤,直到前滾筒進(jìn)入回風(fēng)平巷,采煤機(jī)的上缺口即完全做好。這時(shí)再將采煤機(jī)稍微后退,翻轉(zhuǎn)兩個(gè)擋煤板,并調(diào)換兩滾筒上、下位置,便可開始第二循環(huán)的采煤。在采煤機(jī)割到運(yùn)輸平巷時(shí),也用同樣的方法進(jìn)刀。
2)中部斜切法
采煤機(jī)在工作面中部斜切進(jìn)入煤壁的進(jìn)刀方式稱為中部斜切法)。灑煤機(jī)由工作面下端向上跑空刀,隨后進(jìn)行移架,推輸送機(jī)。當(dāng)灑煤機(jī)到工作面中部時(shí),利用輸送機(jī)彎曲段曲段斜切進(jìn)刀,隨即向上割煤直至運(yùn)輸平巷。然后停機(jī)換向,下行空放,當(dāng)采煤機(jī)到工作面中部時(shí),割去三角煤,接著向下割煤直至運(yùn)輸平巷平巷后即完成一個(gè)循環(huán)。
2.滾筒采煤機(jī)的割煤方式
滾筒采煤機(jī)的割煤方式可分為單向割煤和雙向割煤兩種。
1)單向割煤
采煤機(jī)沿工作面全長(zhǎng)往返一次只進(jìn)一刀的割煤方式叫做單向割煤。單向割煤一般用在煤層厚度小于或等于采煤機(jī)采高的條件下。
2)雙向割煤
騎座輸送機(jī)溜槽的雙滾筒采煤機(jī)工作時(shí),運(yùn)動(dòng)前方的滾筒割頂部煤,后隨著滾筒割底部煤?!芭赖装濉辈擅簷C(jī)則相反,應(yīng)是前滾筒割底部煤,后滾筒割頂部煤。割完工作面全長(zhǎng)后,需要調(diào)換滾筒的上下位置,并把擋煤板翻轉(zhuǎn)1800,然后進(jìn)行相反方向的割煤行程。這種采煤機(jī)沿工作面牽引一次進(jìn)一刀,返回時(shí)雙進(jìn)一刀的割煤方式叫做雙向割煤。
3.采煤機(jī)的裝煤方式
在綜采工作面,主要靠采煤機(jī)滾筒上的螺旋葉片把大部分碎落的煤炭裝入刮板輸送機(jī),同時(shí)靠滾筒后面的擋煤板來提高裝煤效果。輸關(guān)機(jī)鏟煤板將余留的浮煤推擠到溜槽中。
必須指出,為了使?jié)L筒割落下的煤能裝入輸送機(jī),滾筒上螺旋葉片的螺旋方向必須與滾筒旋轉(zhuǎn)方向相適應(yīng):對(duì)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)(采空區(qū)側(cè)看)的滾筒,螺旋葉片方向必須右旋;對(duì)逆進(jìn)針旋轉(zhuǎn)的滾筒,螺旋葉片方向必須左旋。
(二)綜采工作面運(yùn)輸
1.運(yùn)輸設(shè)備
采煤機(jī)構(gòu)割下的煤,由工作面可彎曲刮板輸送機(jī)經(jīng)平巷轉(zhuǎn)載機(jī)和可伸縮帶式輸送機(jī)運(yùn)到采區(qū)煤倉。一般來說,綜采工作面運(yùn)輸設(shè)備主工包括:工作面可彎曲刮板輸送機(jī)、平巷載機(jī)和可伸縮帶式輸送機(jī)。
2.運(yùn)輸方式
目前,我國(guó)綜采工作面均為后退式回采,綜采工作面推進(jìn)速度較快,因此,要求平巷輸關(guān)機(jī)也能較快地縮短。為了不經(jīng)常移動(dòng)平巷中的帶式輸送機(jī),并使工作面輸送機(jī)中的煤順利地轉(zhuǎn)動(dòng)到帶式輸送機(jī)上,則必須使用平巷轉(zhuǎn)載機(jī)。它可隨工作面的推進(jìn)而及時(shí)前移。
3.綜采工作面運(yùn)輸?shù)囊话阋?
(1)保持輸送機(jī)的平、直;
(2)保持足夠的輸送機(jī)彎曲段長(zhǎng)度;
(3)調(diào)整好刮板鏈的松緊度;
(4)推移輸送機(jī)必須在其運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下進(jìn)行;
(5)防止輸送機(jī)下滑。
三、綜采工作面支護(hù)
(一)綜采工作面礦壓顯現(xiàn)特點(diǎn)
1.板下沉?xí)r和下沉速度與割煤、移架間的關(guān)系
在綜采工作面中,頂板下沉是礦山壓力表現(xiàn)的主工形式。生產(chǎn)實(shí)踐表明,頂板下沉?xí)r是由采動(dòng)影響(指采煤和放頂工序的影響)階段和相對(duì)穩(wěn)定階段的兩部分下沉?xí)r組成。在綜采工作面的采動(dòng)影響階段(主要是移架期間),直接頂板活動(dòng)強(qiáng)烈;在相對(duì)穩(wěn)定階段,頂板的活動(dòng)趨向穩(wěn)定。
2.距煤壁不同距離處的頂板下沉?xí)r和下沉速度
煤壁內(nèi)距煤壁近處頂板的下賞賜地大于距煤壁遠(yuǎn)處頂板的下沉?xí)r,其下沉速度離煤壁近的要比離煤壁遠(yuǎn)的高得多。在每次移架操作中,降架時(shí)頂板下沉速度達(dá)到高峰,而升架時(shí)變?yōu)樨?fù)值。
3.綜采工作面支護(hù)強(qiáng)度的變化
液壓支架的額定工作阻力與其支護(hù)頂板面積之比稱為支架的額定支護(hù)強(qiáng)度。支架在剛采過煤、新暴露頂板、支護(hù)面積增加時(shí),支護(hù)強(qiáng)度減少;移架時(shí)立柱卸載,其支護(hù)強(qiáng)度減小到零;當(dāng)支架重新支撐后,支執(zhí)強(qiáng)度又由零逐漸增高,直至在額定支執(zhí)強(qiáng)度下工作。
(二)液壓支架
1.類型
液壓支架的頂梁、底座與支柱是連為一體的整體結(jié)構(gòu),它以液壓為動(dòng)力,能實(shí)現(xiàn)支設(shè)、回撤及移輸送機(jī)等一系列工序的機(jī)械化操作。根據(jù)液壓支架與圍巖的相互作用方式,液壓支架可分為支撐式、掩護(hù)式和支撐護(hù)式三種基本類型。
2.液壓支架的工作方式
由于液壓支架的型式、結(jié)構(gòu)、移步方式和支護(hù)條件等的不同,其工作方式也不一樣。液壓支架的工作方式大致有兩:立即支護(hù)方式和非立即支護(hù)方式。
1)立即支護(hù)方式
立即支護(hù)方式又稱超前支護(hù)方式。它是在采煤機(jī)割煤后,先移支架,再移輸送機(jī)。這種方式能及時(shí)支護(hù)剛剛暴露出的頂板,縮短暴露頂板未支護(hù)的時(shí)間,最少可縮短到2min左左右,從而避免了頂板的嚴(yán)重下沉,保持頂板的完整性,給安全生產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件。因此,在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)首先考慮采用這種工作方式?!?
采用立即支護(hù)方式的支架一般具有較長(zhǎng)的前探梁,其長(zhǎng)度應(yīng)超過輸送機(jī)寬度與支架移架步距之各。
2)非立即支護(hù)方式
非立即支護(hù)方式又稱滯后支護(hù)方式。它是在采煤機(jī)割煤后,先移輸送機(jī),再移支架。采用這種工作方式的支架,一般在前梁下都有立柱,載荷在頂梁上的分布也比較均勻。由于這種支護(hù)方式是在采煤機(jī)割煤之后要隔一段時(shí)間才進(jìn)行移架支護(hù)新暴露的頂板,故使新暴露的頂板在支架支護(hù)之前就可能遭到嚴(yán)重下沉甚至冒落,從而妨礙生產(chǎn)的正常進(jìn)行。因此,這種方式多用于頂板比較穩(wěn)定的煤層。
3.液壓支架移步方式及支護(hù)速度
1)液壓支架在工作面的移步方式在綜采工作面,液壓支架的移步方式通常分為順序移步和交錯(cuò)移步兩種。在采煤機(jī)割煤時(shí),支架主要采用順序移步跟機(jī)支護(hù),只有在頂板穩(wěn)定的條件下,才能使用交錯(cuò)移步。用交錯(cuò)移步,工作面可以達(dá)到更快的支護(hù)速度。
2)液壓支架的支護(hù)速度通常把沿工作面長(zhǎng)度方向上推移支架節(jié)的速度叫做液壓支架的支護(hù)速度。就及時(shí)有效地控制頂板而言,支護(hù)速度快是有利的。它與單位時(shí)間內(nèi)能向煤壁推移的支架數(shù)目和相鄰支架間的安設(shè)間距有關(guān)。而單位時(shí)間內(nèi)能向煤壁推移的支架數(shù)目,又取決于泵站的生產(chǎn)能力、推移千斤頂工作腔面積的支架的推移步距等。