采煤機械在化工礦山應(yīng)用的探討

鄢正華

北京礦冶研究總院，北京，100070

采煤機械在化工礦山應(yīng)用的探討

鄢正華*

北京礦冶研究總院，北京，100070

煤礦開采已形成系列和成套的先進機械設(shè)備，煤礦與化工礦山既有各自的特殊性也有一定的共性，化工礦山引進應(yīng)用一些采煤機械設(shè)備可以優(yōu)化和創(chuàng)新開采技術(shù)方案，如：機械切割開采技術(shù)——連續(xù)采煤機與掘進機，工作面支護技術(shù)——液壓支柱與液壓支架，膠帶輸送技術(shù)——大傾角膠帶機。通過加強溝通交流，加強試驗研究，積極探索，可以促進非煤礦山開采技術(shù)的優(yōu)化和創(chuàng)新。

采煤機械 化工礦山 應(yīng)用

0 引言

近年來，由于資源需求的擴大，帶動了礦山采掘設(shè)備一次又一次的改進和創(chuàng)新，露天設(shè)備大型化，井下設(shè)備無軌化、連續(xù)化、智能化推動著采礦技術(shù)的進步和創(chuàng)新，帶來采礦技術(shù)的革命，礦山開采的效率、效益和安全等方面都得到了很大程度的提高。傳統(tǒng)的觀念上，由于地質(zhì)條件和礦巖物理力學(xué)性質(zhì)的差異，形成了煤礦專用采礦機械，這些機械一般也只用于煤礦開采。我國煤礦開采規(guī)模大，煤礦機械的研究與開發(fā)投入較多，已形成系列的、成套的采煤機械設(shè)備，其技術(shù)性能有許多已處于世界先進之列。由于裝備的先進性，煤礦開采的許多指標(biāo)也遠(yuǎn)超非煤礦山。如何借鑒和引進煤礦的先進采礦機械為化工礦山和非煤礦山服務(wù)，值得礦山設(shè)計人員認(rèn)真研究和探討。

化工礦山與煤礦雖然在地質(zhì)條件和礦巖物理力學(xué)性質(zhì)等方面存在較大的差異，但也存在一定的共性，尤其是與化工礦山之間存在較多的共性，通過求同存異或者是采取一定的措施調(diào)整是完全可以利用煤礦一些先進的礦山機械設(shè)備技術(shù)來為化工礦山服務(wù)。引進和消化采煤機械設(shè)備先進技術(shù)可以拓寬我們的設(shè)計思路，優(yōu)化和創(chuàng)新開采技術(shù)方案，提升礦山開采機械裝備水平，對提高礦山開采生產(chǎn)效率、生產(chǎn)安全和經(jīng)濟效益等方面都將起到重大的促進作用。

1 幾種可引進應(yīng)用采煤機械技術(shù)的簡介

1.1 機械切割開采（機采）技術(shù)——連續(xù)采煤機與掘進機

煤礦礦巖從大的范圍上講屬于軟巖或以軟巖為主，機械切割開采技術(shù)在煤礦已是一種成熟的主要開采技術(shù)。它與“鑿巖、爆破”技術(shù)相比，具有不需爆破作業(yè)、安全性好，作業(yè)效率高、生產(chǎn)能力大，塊度均勻、便于后續(xù)的連續(xù)化運輸，作業(yè)環(huán)節(jié)少、成本低等優(yōu)點。制約非煤礦山采用機采方式開采，主要是礦巖的切割物理力學(xué)性能指標(biāo)，其中主要參數(shù)體現(xiàn)為抗壓強度即f系數(shù)，目前煤礦機采設(shè)備適應(yīng)的巖石抗壓強度上限一般為30～45MPa（f為3～4.5），但隨著材質(zhì)和結(jié)構(gòu)的改進以及裝機功率的增大，適應(yīng)巖石抗壓強度也在不斷提高，部分設(shè)備已達(dá)到70～80MPa，甚至有的可達(dá)到120MPa。

非煤礦山尤其是化工礦山中，有部分礦床的礦巖性質(zhì)適應(yīng)機采的條件，如鹽類固體礦床，其巖石抗壓強度一般在其上限范圍之下，因此完全可采用機采方式開采，實際上這類礦床如果采用固采的方式其開采技術(shù)已由原來的炮采逐漸改變?yōu)闄C采。

目前用于非煤礦山的機采設(shè)備主要為連采機和掘進機，連采機(煤礦稱為連續(xù)采煤機)主要用于房柱法或進路法開采，也可用作巷道掘進，掘進機主要用于巷道掘進，規(guī)模較小的礦山也可用作開采主要設(shè)備，與之配套的運輸設(shè)備有無軌卡車、無軌梭車、伸縮式膠帶機和連運機等。

由于連采機一次切割寬度可達(dá) 3～3.5m，一次切割高度可達(dá) 4.5～5.5m，因此在化工礦產(chǎn)鹽類固體礦山的單機能力可達(dá)到100～150萬t/a。掘進機適應(yīng)的巷道斷面可達(dá)20～45m2。連采機和掘進機理論生產(chǎn)能力很大，實際生產(chǎn)能力受與之配套的運輸方式、運輸能力及支護方式等制約，因此在設(shè)備選型時應(yīng)將后續(xù)運輸設(shè)備、作業(yè)條件等作為一個系統(tǒng)來考慮。

1.2 工作面支護技術(shù)——液壓支柱與液壓支架

煤礦地下開采由于頂板巖石穩(wěn)固性較差采用長壁崩落法開采或雖頂板巖石穩(wěn)固性較好但為了提高開采資源回收率由房柱法開采改為長壁法開采，工作面常用和成熟的支護技術(shù)是采用單體液壓支柱和液壓支架。它們的主要優(yōu)點是：①可代替木支柱，節(jié)省大量木材用量；②用液壓泵加壓，有較大的初撐力，支柱或支架受力均勻且有一定的自調(diào)壓能力即隨著壓力增大通過三通閥溢流釋放部分壓力，因而損耗較低、重復(fù)利用率高；③有較大的支撐高度，液壓支柱可達(dá)到 4m，液壓支架可達(dá)到6～8m或更高【1】，適應(yīng)礦體的厚度遠(yuǎn)比木支柱或金屬支柱高；④液壓支柱加上橫梁和掩護式液壓支架改點支撐為面支撐，支護體緊靠工作面或工人全部在支護體下作業(yè)，既可適應(yīng)頂板極不穩(wěn)固的條件，又大大提高了工作面的安全可靠性；⑤采用液壓作為動力，工人勞動強度大大降低；⑥經(jīng)久耐用、消耗少、支護成本較低等。

液壓支柱已在化工礦山的煤系硫鐵礦長壁崩落法開采中得到應(yīng)用，液壓支架因主要是與機采設(shè)備相配套的，其采場移動尚有一些問題有待解決，目前暫無應(yīng)用實例，但預(yù)計不久將在非煤礦山得到應(yīng)用。

液壓支柱和液壓支架的應(yīng)用將改變非煤礦山原重點放在頂板巖石加固支護或留礦柱支護的設(shè)計觀念，創(chuàng)新出一些新采礦技術(shù)方案，除了在長壁法應(yīng)用，還可嘗試在房柱采礦法和一些難采技術(shù)條件下采礦法中應(yīng)用，以提高開采安全性、減少礦柱礦量損失、提高資源回收率。

1.3 膠帶輸送技術(shù)——大傾角膠帶機

膠帶輸送機因運輸能力大、運輸成本低等優(yōu)點已在非煤礦山得到較廣泛的應(yīng)用，但傳統(tǒng)的觀念上，除要求礦石塊度較小外，對膠帶的傾角也有較嚴(yán)格的要求，《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》中明確規(guī)定“非大傾角帶式輸送機運送物料的最大坡度，向上應(yīng)不大于 15°，向下應(yīng)不大于 12°”，這在一定程度上限制了膠帶運輸方式的應(yīng)用。在部分煤礦現(xiàn)有一種“深槽膠帶機”技術(shù)，膠帶傾角已提高到25°，甚至有的礦山達(dá)到30~31°，運行情況良好。所謂“深槽膠帶機”，膠帶還是普遍的礦用膠帶，只是在托輥和機座上有一些調(diào)整，讓膠帶在運行中形成“深槽”形式。 “深槽膠帶機”的投資約比普通膠帶機增加10%左右。

如果在少量增加投資的情況下，能夠提高膠帶機的傾角，這將對礦山開采工藝方案、開拓運輸方案等方面產(chǎn)生重大的積極影響，尤其是現(xiàn)在礦山的開采深度不斷增加，大傾角膠帶更能發(fā)揮出它的優(yōu)勢作用。假設(shè)膠帶傾角由 15°提高到20°、25°，每百米高差膠帶斜井的長度將由387m縮短到292m、237m，分別縮短了24.5%和38.8%，再假定膠帶斜井造價每米8000元、普遍膠帶和深槽膠帶每米分別為3000元和3500元，則相應(yīng)投資估算為425.7萬元、335.8萬元和272.6萬元，后兩者投資分別降低了 21.1%和36.0%，由此可見膠帶傾角增大后效益是顯著的。

2 如何提高化工礦山應(yīng)用采煤機械技術(shù)的效果

煤礦的成礦地質(zhì)條件和礦石物理力學(xué)性質(zhì)與化工礦山有較大的差異，這些差異也不是簡單的幾個參數(shù)可完全描述清楚的，在煤礦開采應(yīng)用非常成熟的機械設(shè)備要應(yīng)用到非煤礦山，還必須進行深入的分析和研究工作，否則機械的照搬或套用很難達(dá)到理想的效果。為了促進煤礦先進的機械設(shè)備應(yīng)用于非煤礦山，著重需要加強以下工作。

（1）加強溝通交流 由于傳統(tǒng)的行業(yè)管理，煤礦系統(tǒng)與非煤礦山系統(tǒng)溝通交流較少，導(dǎo)致非煤礦山系統(tǒng)的設(shè)計與生產(chǎn)單位不太了解采煤的機械設(shè)備，煤礦機械的一些制造廠商也不熟悉非煤礦山的開采情況。采煤機械尤其是煤礦專用機械，是重點針對煤礦的地質(zhì)條件和礦巖性質(zhì)的，部分設(shè)備可能能直接應(yīng)用于化工礦山，大部分設(shè)備則需要作出相應(yīng)的調(diào)整。這就需要加強溝通交流，通過相互學(xué)習(xí)達(dá)到相互熟悉、相互適用的目的。

（2）加強試驗研究 采煤機械設(shè)備在化工礦山應(yīng)用，除了理論的分析研究，還必須進行模擬與現(xiàn)場試驗工作，通過試驗發(fā)現(xiàn)問題，再進行優(yōu)化與完善，通過試驗做到有的放矢，再推廣到工業(yè)應(yīng)用。

（3）積極探索 一些采煤先進技術(shù)引進到化工礦山系統(tǒng)可以產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益，但目前這個工作還處于初級階段，積累的成功經(jīng)驗較少，這就需要我們積極地去探索，首先是積極地去熟悉相關(guān)設(shè)備性能和使用條件，其次是針對非煤礦山開采的技術(shù)條件，積極地去完善和優(yōu)化配套的手段和措施，甚至要有意地去創(chuàng)造一些條件，通過有機的結(jié)合促進非煤礦山開采技術(shù)方案的優(yōu)化和創(chuàng)新。

1 王運敏，主編. 中國采礦設(shè)備手冊[M]. 北京：科學(xué)出版社，2007

DISCUSSION ON APPLICATION OF COAL CUTTING MACHINERY TO CHEMICAL AND INDUSTRIAL MINE

Yan Zhenghua
Beijing General Research Institute of Mining & Metallurgy，Beijing,100070,China

Coal mining are using series and complete set of advanced mechanical equipment. Coal mine and chemical and industrial mine are respective particular but common with each other. Some coal cutting machinery were work for chemical and industrial mine to optimize and innovate the techenical program, such as mining technique of mechanical cutting——continuous miner and tunneling, working face supporting technique——hydraulic stanchion and hydraulic support, adhesive band transportation technique——adhesive band machine of inclination angle. The mining technique of non-coal mine could be optimized and innovated by strengthening communication and the research.

coal cutting machinery，chemical and industrial mine，application

TD42

：A

：1006-5296（2010）04-0245-03

鄢正華（1962～），女，采礦工程專業(yè)，高級工程師

2010-08-12