邢台金能金牛煤业集团

邢台金能金牛煤业集团 邢台金能金牛煤业集团、淮南煤业集团等地 大倾角煤层综采配套设备使用情况考察报告 目前，铁煤集团公司生产接续的综采工作面倾角绝在部分在15?以下，根据生产接续的安排，开采15-30?大倾角煤层问的提出，为解决大倾角煤层综采设备的配套问题，适应集团公司安全生产的需要，按照集团公司安排，由集团公司租赁分公司、大兴矿等一行3人组成考察组，于2月1日,2月14日到邢台金能金牛煤业集团葛泉煤矿、淮南煤业集团新庄孜煤矿及潘二煤矿等地对大倾角煤层综采配套设备井下现场使用情况、生产作业规程、综机设备管理情况及最新技术采用情况进行了现场考察和技术交流。现将考察情况报告如下: 1、 金能金牛煤业集团葛泉煤矿矿井概况 1.1矿井概况 邢台金能金牛煤业集团葛泉煤矿于1989年投产，设计能力60万吨，2006年产量75万吨，矿井开拓为主付井立井一对，多水平开拓;通风方式采用中央并列式，低瓦斯矿井;煤质为无烟煤、焦煤，市场价格较高， ######可采煤层为2、2下、5，其中2为主采煤层，平均厚度2.8米。2下、5为局部可采煤层，厚度1.5米以下。南北翼各部署4个采区,目前开采的南翼平均倾角15-20?,构造发育。 1.2采面概况 1.2.1、1521工作面自然条件 代号:1521 工作面长度:101.7米 走向长度:863m 煤层倾角:最小30º,最大51º度,平均39.3º 煤层厚度:1.2-3.8米,平均:2.71米 煤层容重:1.40 T/m? 地质储量:339190 T 可采储量:325823 T 1.2.2、地质构造: 该工作面位于葛泉向斜西南翼五采区，，面内发育有断层及煤层变薄带。其中三个断层落差较大，其中最大一断层位于工作面走向长度的中间，工作面回采至此时，应将设备拆除后过断层重新安装，对回采影响较大。 1.2.3、顶底板围岩性质: 煤层顶底板情况 老顶:中砂岩，硬度:6.18，灰白色,中粒结构,中厚层状,成分以石英、 长石为主,含少量暗色矿物。 直接顶:泥质粉砂，硬度:1.71灰色细粒结构,致密具水平层理。 伪顶:粉砂岩，硬度:0-0.5;灰黑色,厚度不大,发育不稳定,硬度不大。 煤层顶底板情况 直接底:粉砂岩，硬度:6.8;黑色,灰黑色,局部夹细砂薄层,中厚层状。 老底:中砂岩，硬度:4.06;浅灰白色,成分为石英,长石及暗色矿物。 1.2. 4煤层特征及赋存情况: 该面为2#煤层，主要为发热量为5000-5600大卡的无烟煤,黑色、玻璃光泽，碎片及碎块状结构，主要有亮煤及暗煤组成，内生裂隙发育。煤厚1.2—3.8m ,平均2.71m ,距顶板0.3—0.6m ,各含夹矸一层,平均厚分别为0.02m、0.04m ，岩性为粉砂岩，发育不稳定局部消失。该块段煤层倾角较陡，大于40?处占走向长度的一半左右。平均39.3?，煤层赋存稳定。 1.2.4、水文地质情况及防治水措施: 该面主要充水源为2#煤顶板砂岩水和小煤窑矿老空水及可能的第四系冲积层底砾水，预计该面最大涌水量为60 m3/h，最小为11 m3/h。在回采之前把运料巷的排水管路铺设完整，达到最大涌水量的排水能力。 1.2.5、瓦斯煤尘和自燃发火及其它情况: 1、瓦斯:属低瓦斯区。 2、煤尘:有爆炸危险，爆炸指数为20.96% 。 3、煤的自燃性:无自燃发火倾向。 4、地温:无异常地温。 5、地压:无冲击地压。 1.2.6、采煤方法及巷道布置 采煤方法:采用走向长壁后退式综合机械化采煤。 两巷的支护形式:均采用锚网配合锚索和局部圆木架棚支护顶板。 2、工作面配套设备型号及参数 2.1工作面主要配套设备 采煤机MXG-150/350D (西安煤机厂) 刮板输送机SGZ-630/220 (张家口煤机厂) 转载机SGZ-75边双链 (张家口煤机厂) 胶带输送机SDJ-150 (张家口煤机厂) 乳化液泵MRB-31.5/125 (无锡煤机厂) 2.2工作面配套设备主要技术特征 2.2.1.MXG-150/350D型采煤机主要技术特征(西安煤机厂)。 1、适用煤层: 采高范围:1.5,2.95m 煤层倾角:?30 煤质硬度:硬或中硬 2、总体: 滚筒直径:1600mm 最大采高:2950mm 卧底量: 410mm 截深: 630mm 装机功率:2?150+2?22+5.5?350KW 3、牵引: 型式: 电磁滑差调速交流驱动齿轮销轨式无链牵引 牵引力: 385KN 牵引速度:0,5.5m/min 4、控制方式: PLC(可编程序控制器)集中控制， 5、制动力: 动制动力矩:280N.m 静制动力矩:390N.m 6、操作方式: 中部手控(开停机、停输送机、调速、调高) 两端电控(停机、停输送机、调速、调高) 遥控操作 7、电动机: 截割电机 牵引电机 调高电 机 型号 YBC-150C YBCTS-22S YBTS-5.5 功率 150 KW 22 KW 5.5 KW 电压 1140V 1140V 1140V 8、总重: 25t 2.2.2液压支架主要技术特征 总体: 支架高度 1350-2800 mm 支架宽度 1430-1600 mm 工作阻力 3200 KN 支护强度 0.54-0.62 MPa 初撑力 2616 KN 立柱(2根): 缸径/柱径/杆径 ф230/ф210/ф179mm 行程 1368mm 初撑力 1380KN 工作阻力 1600KN 平衡千斤顶(2根): 缸径/柱径 ф140/ф85mm 初撑力 485KN 行程 395mm 上/下腔工作阻力 539/340KN 推移千斤顶(1根): 缸径/柱径 ф140/ф85mm 推溜力/拉架力 306/485KN 行程 650mm 侧推千斤顶(4根): 缸径/柱径 ф80/ф45mm 推力/拉力 158/69KN 行程 170mm 抬架千斤顶(1根): 缸径/柱径 ф100/ф70mm 推力/拉力 247/127KN 行程 230mm 调底千斤顶(1根) : 缸径/柱径 ф110/ф85mm 推力/拉力 299/121KN 行程 270mm 防片帮千斤顶(1根): 缸径/柱径 ф80/ф60mm 推力/拉力 158/69KN 行程 380mm 2.2.3、刮板输送机主要技术特征 出厂长度 150 m 输送量 450 t/h 刮板链速 1 m/s 电动机 型号 KBYD550-110/55-4/8 功率 110 KW 电压 1140/660 V 减速机 6JS-110型 刮板链 型式 中双链 圆环链规格 ф22×86-C 圆环链破断负荷 610 KN 中部槽 型式 铸焊封底式 规格 1500×590×252 mm 重量 821 kg 2.2.4工作面设备布置 a.葛泉矿1521工作面面长107米，左工作面布置，安装液压支架71 组，无端头支架，前三角点，用单体、木料支护。 b.输送机拉下山，输送机与转载机分别布置，无机械搭接，个自分 别推移。实时卸料高度目测1.5米，机头、机尾两台减速器均为平行布 置。 c.转载机SGZ-75为双边链型，机尾9米无挡板，9米后安装挡板及封顶板，千斤顶拉移。 d.工作面为远距离供电、供液，泵站出口压力为24Mpa，有一乳化液过滤装置放在转载机的落地段封顶板上。 e.工作面使用一台天津贝克公司KE3002主控制器，同开关、乳化液过滤装置一同放在转载机的封顶板上。 f.淮南新庄孜矿转载机为迈步自移式，采机与葛泉矿大体相同均为电牵引，新庄孜矿采机为辽源煤机厂生产，支架为四柱的支撑掩护式，使用天津贝克公司KE3002主控制器一台和KE1004开关两台，其它情况与葛泉矿相同或相当。 3.工作面主要设备的防倒防滑技术及改造 3.1采煤机的防倒防滑技术及改造 采煤机为西安煤矿机械厂制造的MXG-150/350D型电牵引采煤机，采用多电机驱动，电机横向布置，电磁滑差调速无链双驱动电牵引，总装机功率350KW。适用于采高1.5,2.95m，倾角?30?的中厚煤层综采工作面，要求顶板中等稳定、地板起伏不大，煤质硬或中硬，也能截割一定的矸石夹层。 根据该矿以往的使用经验，该采机在工作面倾角38?以下时可正常生产作业，倾角超过38?时下行速度难以控制，容易造成采煤机下滑飞 车。因此该采机在1521工作面应用时，存在二个问题:一是上行割时的牵引能力要求，二是采煤机在大倾角条件下，制动器的制动力矩制动要求。 3.1.1牵引能力问题 采煤机牵引为交流调速电磁滑差驱动，齿轮销轨式无链牵引，牵引电机轴通过花键相联，将电机输出扭矩通过齿轮传给双级行星机构，减速后由行星架输出至行走轮与销轨啮合，驱动采煤机往复行走进行回采作业。倾角在38?以下时，采机可进行双向割煤作业，大于38?度回采时，机组采用下行单向割煤方式，即采机自输送机尾斜切进刀后割煤至机头，机头三角煤割通后由机头向机尾上行空刀装煤，随后由机头方向开始，追机作业依次推溜移架至机尾。好处，向下割煤时利用采机自重下滑可减少采机对牵引力的需求;另外，下行割煤采机滚筒吃进煤壁时，利用煤壁的阻挡作用，可以防止采机下滑。 3.1.2制动力不足问题 采煤机自身的防滑制动装置为液压摩擦制动器，采机牵引时摩擦制动器打开;牵引手把回零位采机停止时，摩擦制动器接合制动。 在葛泉矿及新庄孜矿的调研中均发现有制动力不足情况发生，小于38?停车时，可满足制动要求，大角度时制动力不足，停车时采机下滑一定距离后停止。 为保证采煤机在大倾角工作面安全稳定地运行。在不改变采煤机原 结构，资金投入少，改进周期短的前提下，对采煤机进行改造:提高牵引力和增加动力制动，以提高采机可靠性，改造如下。 3.1. 3 牵引电机的改造: 在不改变主机的前提下,将原YBCTS-22S型电磁滑差调速牵引电机更换为外形、尺寸相同的YBCTS22.5-4A型电磁调速电机，并在输出轴上增加电气制动闸，为动力制动提供制动源，以实现动力制动。并改测速电机为轴编码器测速，可减少电气元件，提高测速精度。 3.1.4 过负荷保护的改进: 改造前通过花键轴扭矩槽实现保护，当现场牵引负荷达到额定的2.8倍时，花键轴从扭矩槽处断裂起到保护作用。 然而，这种保护方式，在特大倾角工作面运行时却是一种不安全因素和隐患，曾发生过负荷花键轴断裂保护，摩擦制动器无法对采煤机进行制动，造成采煤机下滑失控的飞车事故。故将花键轴改成实心轴。而在牵引电机负荷侧增加实时监测装置，当实际负荷电流,1.1倍额定电流时，监测信号反馈到控制单元,控制单元输出信号停止牵引，从而达到保护采煤机目的。 3.1.5电控系统的改造: 为增加动力制动功能、优化控制系统结构，将原电控系统改造为PLC可编程控制器控制，修改并重新设计PLC源程序，以实现采煤机动力制 动，控制采煤机牵引速度。 动力制动控制原理:在大倾角工作面中采机下行牵引时，采煤机司机发出牵引指令后，液压制动闸打开，在重力分力(下滑力)的作用下，采机自动逐渐加速。当速度达到限定值(如5.5m/min)时，PLC输出信号控制牵引电机电气制动闸动作，抱住电机输出轴，提供制动源。再按加速钮，增加电机滑差励磁电流，制动力增大。当制动力矩等于重力分力矩时，采煤机停止加速。当制动力矩大于重力分力矩时，采煤机开始减速，直到速度为零，从而实现控制牵引速度。 3.2液压支架的防倒防滑技术及改造 3.2.1液压支架的防倒防滑设计要求 随着工作面倾角的增大，液压支架防倒防滑设施是否完善，是支架能否正常使用乃至于整个工作面能否正常生产的关键，而液压支架的防倒防滑又是以前三架支架的防倒防滑为重中之重，前三架的防倒防滑工作是整个工作面防倒防滑的前题。通过对邢煤集团葛泉矿1521大倾角工作面的现场调研，我们发现支架顶梁、掩护梁及四连杆机构均应设有活动侧护板方便调架，侧护千斤顶直径不小于80mm，侧护板厚度不小于20mm，高度不低于400mm;此外，顶梁的架间连锁、防倒装置;底座防滑、调架、导向功能的底侧推系统;单体调架用的上、下柱窝支撑点;机头前三架的大链捆绑防倒、防滑设施是必须具备的。推移杆与底座的间隙应适当减小，以增加强度和导向作用;支架底座宽度宜适当加宽，以增加支架整体稳定性，同时起到减小对底板比压及满足增设底侧推系统的需要;如底板松 软或顶板压力大时，底座下陷造成拉架困难，可在底座前部龙门架上增加抬柱脚装置，该装置同时可解决在地质条件突然发生较大变化时，工作面大角度俯采的压溜问题。 3.2.2液压支架的防倒防滑实用技术 在大倾角条件下，液压支架在移架作业过程中，在重力分力作用下会出现整体下窜或局部支架下滑现象，造成支架倒架、挤架、咬架和支架整体下滑;推溜过程中，刮板输送机下滑或随支架下窜，从而影响生产进度或无法进行正常的安全生产作业。 为防止支架下窜，葛泉矿针对其所使用的ZY3200/13.5/28型液压支架设计制作了防倒防滑装置如下: 抬柱脚装置 溜子防滑千斤 顶联接耳 四联杆侧护板 底座侧推千斤顶 ZY3200/13.5/28型液压支架全图 千斤顶悬挂孔 顶梁防滑防倒装置悬挂孔 底座防滑防倒装置悬挂孔 3.2.2.1前三架的防倒防滑: A)前梁防倒:在支架前梁设计防倒装置，三架为一组，连成一体。用ф22×86-C大链和千斤顶连接。千斤顶采用护帮千斤顶，技术指标:缸径/杆径 ф80/ф60mm;推力/拉力 158/69KN;行程 380mm。 B)底脚防滑:在支架推移调底装置上焊接连接销，用千斤顶和转向节连接，设置防滑装置。三架相互连接成一组。采用护帮千斤顶技术指标:缸径/杆径 ф80/ф60mm;推力/拉力 158/69KN;行程 380mm。并在后四连杆，隔一架设一组防滑装置，采用护帮千斤顶。 C)后座防滑:在支架后座设置导链筒，用ф22×86-C大链和千斤顶连接把第一架和第三架连起来，千斤顶技术指标:缸径/杆径ф100/ф70mm;推力/拉力 251/128KN;行程 700mm。防滑装置布置如下图，采用邻架操作方式。 连接头2286圆环链连接座千斤顶第一架第二架第三架千斤顶抬柱脚装置连接头 端头前三架前梁、底脚连接图 2286圆环链 连接座导链筒 第一架第二架第三架第四架 千斤顶 刮板机 底座防滑装置连接图 3.2.2.2中间架的防倒防滑 移中间架时，以下架侧护板为导向，调整下架底侧调千斤顶顶住本架底座，辅以本架推移杆，前移支架，到位后，升架接顶。接着依次类推前移上一架直到机尾。操作均采用邻架操作，上架操作下架。 3.3刮板输送机的防倒防滑技术及改造 工作面刮板输送机推移时在自重力作用会下整体下滑，而输送机又是以支架来推移的，因此，防止下窜的方法也是借助于工作面支架的。 利用支架底座过桥(龙门架)上原有ф42孔，制作千斤顶连接装置，用大链和千斤顶将支架底座与推移耳溜槽连接。通过液压支架牵引刮板输送机，防止其下滑。千斤顶技术指标:缸径/杆径ф100/ф70mm;推力/拉力 251/128KN;行程 700mm，大链选用ф22×86-C，长度4.5m。每隔十架设置一组，随着坡度及地质条件变化造成阻力增加的，视现场情况可增加防滑装置的数量。 SGZ-220型刮板输送机采用双电机驱动，机头、机尾各一不行布置。在以往的大倾角采煤实践中，刮板输送机重载运行时，在煤的重力作用下，圆环链容易瘀积机头下方，造成咬链、链不分离事故，因此，可根据具体情况确定采用单电机还是双电机驱动。 防滑联接耳 经验:当倾角大于35?时采用只在机尾布置一台电机用来牵引底链的方式驱动。 3.4防护网的设计 在工作面煤层倾角为30?-53?的条件下采煤，一旦有煤块、矸石滚落，就会在运输机上或架前加速下行滚落，给工作面作业人员的安全带来极大威胁，为了保证工作面内人员的人身安全。在对支架不施焊的情 况下，利用支架现有结构设计制作了五套刚性防护网和5套柔性防护皮带。并交叉布置吊装在支架顶梁上。刚性防护网的打开或降下是通过操作千斤顶来控制的。有行人通过时升起(即打开)通过后降下挡块。刚性防护网有利于通风，阻挡效果好且有较好的视线，但大块冲击易造成护网变形损坏，只用柔性防护网不能有效地挡住在块，且面积大时阻碍通风。因此刚性和柔性防护网交替布置使用有效地的效果较好的阻挡了矸石的滚落，保障了工作面人员的人身安全。 4. 防倒防滑安全技术措施 4.1 液压支架防倒防滑 a.工作面端头前三架做为工作面支架防倒防滑的稳固基础点，是最关键的环节,前三架的防倒防滑工作做好了,整个工作面的防倒防滑就能做好,前三架管理不好,整个工作面的管理就做不好,这是根本的根本。 b.工作面机头前三架防倒防滑设施，必须按设计安装齐全，做好地面试验,经验收合格后入井方可使用。 c.防倒防滑千斤顶的连接销轴、卸扣等安全件必须与所用千斤顶的拉力相匹配，防止断销、断链伤人。 4.2.1机头前三架液压支架的移置方法: 工作面机头前3架的移架方法及操作步骤为:首先前移第二架，移第二架时以第一架侧护板为导向，同时收紧前梁防倒和底脚防滑 刚性防护网示意图 千斤顶，边拉边放，到位后，支架要接顶严密。第二架到位后，拉第三架，以第二架侧护板为导向，调整第二架底侧调千斤顶顶住第三架底座，辅助推移杆，前移第三架，到位后，支架接顶严密。然后前移第一架，移第一架前，在该架下侧的顶梁、掩护梁及支架底座上打斜撑单体，单体另一端顶在巷道下帮煤壁上，煤壁侧的柱跟必须穿鞋，确保降移第一架时不倾倒，不下滑;移架时收紧前梁防倒和底脚防滑千斤顶，同时收紧连在第三架后座防滑千斤顶，使第一架紧挨第二架前移，到位后，升起支架接顶严密。移架时注意要擦顶带压、少降快拉。 4.2.2中部支架采用分段上行移架，分段点以活动硬挡栏为界，段内按照由下向上的顺序逐架进行。 4.2.3工作面运顺从初采开始，应保持有明显的中线标志。每移完一次架，由专人负责测量一次机头第三架中距运输巷中线距离、移架步距，每班要留有记录，记录交区保存，以便工作面支架的移动趋势，发现问题及时处理。 4.2.4工作面支架侧护板每3架必须留有150?的间隙，移架必须注意调整支架的中心距，防止挤、咬、倒架现象。 4.3、 工作面输送机防滑措施 (1)工作面采用单向下行割煤，单向上行移溜方式防止输送机下滑。移机头前，在机头正前与下帮煤壁之间打一斜撑单体，防止运输机下滑。 (2)每5架在支架底座和工作面运输机之间安一套配双向锁的液压防滑设施。防滑千斤顶固定在支架底座上，用220溜子大链连接于千斤顶和溜子箱体之间。防滑设施要经常保持拉紧状态。 (3)除使用机械防滑外，同时采用工作面机头超前机尾一定量的伪斜推进，超前量一般为10—15m 为宜，并根据工作面煤层倾角变化随时调整。 4.3采煤机防滑措施 a.机组下行割煤时，用慢速牵引;当煤层倾角较大采机下行速度较快时，司机要严格控制下行割煤速度。 b.机组上行装煤后，必须及时追机推溜拉架，机组与移溜间 距离不超过15m。 c.防滑，机头超前机尾，经验数据:工作面坡度15º—20º，机头比机尾超前8米。工作面坡度20 º—30 º，机头比机尾超前15米。随着坡度增加，超前逐渐增多。在坡度小，超前少时，容易操作，支架也容易控制。超前多时，支架和溜子不垂直，有夹角，支架将出现台阶，推溜和拉架都难以控制。坡度大时，工艺防滑不合理. 5(问题 A、较之葛泉矿和新庄孜矿的综采设备而言，我们使用设备是比较先进的，大工阻支架、大运量输送机，但先进的同时也增加了设备自身的重量，就液压支架、输送机而言，重量的增加就意味着下滑力的增加，如何解决增大的下滑力将成为主要问题，是不是仅靠加大圆环链的直径和千斤顶的推力就可以解决，还得在生产实践中做进一步的摸索，因此，运输机的防滑装置应选用26*92规格及以上的园环链。 B、采机要求应是电牵引的，机械摩擦制动器在角度小于38 º时可用，但角度在30 º以上时，防滑效果不理想，而电牵引采机在具备机械摩擦制动器的同时，增加了动力制动功能，因此使用电牵引采机的防滑效果要好一此。 C、端头支架问题，端头支架也是一比较突出的问题，我们考察的两个煤矿都不用端头支架，一方面是习惯，另一方面的原因是在大倾角工 作面中，运顺和回顺是水平的，与工作面煤壁存在着夹角，这个角度就是工作面煤层的倾角，如下图: 顶梁干涉 回顺 工作面倾角 运顺端头支架 工作面第一架 1)、现用的这种端头支架布置方式，是我集团公司在长时间生产实践中积累总结的先进经验，在更好地管理前三角点顶板的同时，保证了输送机头与转载机尾有效的卸载高度和相对位置，是工作面正常回采的保证。但在大倾角工作面中端头第二架与工作面第一架的顶梁将要发生干涉(如上图)，如之间留有距离，将会空顶。 2)、卸料中心线:输送机头与转载机的搭接方式，前以推广的晓南模式为通过铰接凹槽与输送机头的上铰接座将输送机头与转载机尾铰接在一起，共同推移，这种方式仍在个别矿井使用;另 一种是分开的，即输送机头与转载机尾不再铰接，个自推移，这两种方式在大倾角工作面中使用时，输送机的整体下滑与人工作业的向上调整，都将使卸料中心线即输送机头链轮中心线与转载机尾中心线二者的距离发生变化，给生产带来困难，卸料中心线距离变小则输送机头卸料不畅，卸料中心线距离变大则卸不到位拉不出来，还会造成输送机下链回煤。 3)、卸料高度:正常的卸料高度(输送机头)应在1000mm左右，在大倾角工作面中应加大这个高度，用以抵消输送机倾斜布置带来的卸料高度变化。 4)、输送机头、机身的倾斜布置将使机头抬高，应考虑加大运顺及端头支架接顶的高度。 5)、如不用端头支架，前三角点的工况将灵活一点，但将使现有综采方式产生很大变化，不论是从安全角度还是生产角度来说，使用单位都将难以接受。 D(同葛泉矿不用端头的工作面一样，工作面的前三架支架仍是工作面防倒防滑的重点，前三架的改造可按葛泉的现有经验。 E、除前述工作面支架的防倒防滑改造及措施外，在工作面支架的行人脚踏板上还应增设防滑挡脚，使作业人员在行走时能落脚站稳。如下图。 支架的顶梁上还应增设软性把手，就象地铁上供人拽住，保持平衡的把手一样。 防滑挡脚 脚踏板 F、机械上防倒防滑设施是工作面能否进行正常回采作业的前提条件，人的因素也同样起着重要的作用，要管理好、使用好大倾角综采设备，还要编制好完善的《技术工人》和《综采工作面安全作业规程》，设备是机体，人的管理才是灵魂，人机合一，才能发挥出更好的作用。 铁煤集团租赁分公司综机科 贾 刚 2007年2月13日