建設(shè)特大型高效煤礦的技術(shù)途徑

薛建志

(長春煤炭設(shè)計研究院,吉林長春 130012)

綜 述

建設(shè)特大型高效煤礦的技術(shù)途徑

薛建志

(長春煤炭設(shè)計研究院,吉林長春 130012)

隨著高效綜采成套設(shè)備的發(fā)展,建設(shè)特大型高效煤礦已成為我國煤炭工業(yè)發(fā)展的方向。提出了簡化開采系統(tǒng)、采掘綜合機械化、推行生產(chǎn)集中化、各生產(chǎn)系統(tǒng)與環(huán)節(jié)配套等建設(shè)特大型高效煤礦的技術(shù)途徑。

特大型;高效;采掘機械化;生產(chǎn)集中化;系統(tǒng)配套

建設(shè)特大型高效煤礦,是煤炭企業(yè)減人提效,轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式,促進科學(xué)發(fā)展的重要途徑。因此,在特大型煤礦開采系統(tǒng)十分簡單的條件下,選用國內(nèi)外最先進的采掘技術(shù)裝備并建立安全高效整體配套工程,實現(xiàn)一礦一面的集約化生產(chǎn),是我國煤炭工業(yè)的發(fā)展方向。

1 簡化開采系統(tǒng)

礦井高度機械化和高度集中化生產(chǎn)的發(fā)展,要求開采系統(tǒng)盡量減少環(huán)節(jié),更加合理化與簡單化。目前,利用斜井開拓、分區(qū)通風(fēng)、沿煤層布置傾斜大巷、大巷兩側(cè)直接布置回采工作面,使井下生產(chǎn)工藝和巷道布置大為簡化。

1.1 斜井開拓

在井工開采中,平硐、斜井、立井或相互結(jié)合的開拓方式,必須根據(jù)煤層賦存條件和地面情況綜合考慮,因地制宜進行多方案比較選擇,但在可能條件下應(yīng)優(yōu)先采用斜井或平硐開拓。斜井或平硐開拓方式施工技術(shù)簡單,設(shè)備少,準(zhǔn)備容易,準(zhǔn)備工期短和適應(yīng)礦井提升、運輸采用膠帶輸送機連續(xù)運輸方式,具有環(huán)節(jié)少、能力大的優(yōu)點。隨著強力膠帶輸送機的推廣使用,為特大型高效煤礦采用斜井或平硐開拓提供了條件。

斜井或平硐開拓采用強力膠帶輸送機提升,具有長距離、高帶速、大運量、運輸連續(xù)化等優(yōu)點,而且運行可靠,易于實現(xiàn)自動化集中控制。因此,特大型高效煤礦主井多采用斜井開拓。

特大型高效煤礦的輔助運輸量比較小。例如,井下不出矸石;巷道支護不用水泥、石材和大量的鋼材;每班下井人員不到 200人;由于井下機電設(shè)備元部件質(zhì)量高,需要檢修的設(shè)備運量也小。因此,礦井輔助運輸主要解決綜采設(shè)備的高效運輸,其次是材料和人員運輸。在這種情況下,副井采用斜井開拓方式,用無軌膠輪車運輸,人員、材料和設(shè)備由地面直達井下工作面,形成“一條龍”運輸,極大地發(fā)揮斜井開拓的優(yōu)越性。即使在煤層埋藏較深時,只要沒有斜井難以通過的表土層,立井和斜井相結(jié)合的混合開拓方式,往往比僅用立井開拓顯示出更大的優(yōu)越性。

1.2 沿煤層布置傾斜大巷

過去我國設(shè)計礦井都采用水平大巷,上山或上下山開采,沒有傾斜大巷的做法。在濟寧三號礦井設(shè)計中打破常規(guī)思維方式,在井田中部沿煤層傾斜方向布置一組貫穿井田傾斜方向的 3條傾斜大巷,即膠帶輸送機運輸大巷、輔助運輸大巷、回風(fēng)大巷。改變了傳統(tǒng)的沿煤層走向布置水平大巷的開拓方式,取消了采區(qū)上下山、巖石中巷和到煤層的聯(lián)絡(luò)斜巷 3個環(huán)節(jié),在傾斜大巷兩側(cè)沿煤層直接布置回采工作面,使井下生產(chǎn)工藝和巷道布置大為簡化。采用這種布置方式的神東、安家?guī)X、榆樹灣等特大型煤礦也都取得了較好的經(jīng)濟效益。

1.3 分區(qū)開拓

特大型煤礦井田走向長,瓦斯涌出量大,井下地溫高時,不僅礦井初期井巷工程量大、貫通距離長、建井工期長、輔助運輸線路長,而且礦井風(fēng)量大、通風(fēng)網(wǎng)路長、通風(fēng)阻力大。為了解決這些矛盾,我國新建的特大型礦井一般都采用分區(qū)開拓、分區(qū)通風(fēng)、集中出煤、分區(qū)移交的開拓方式,建成一區(qū),移交一區(qū),早出煤早回收投資。

分期開拓將井田劃分成若干個分區(qū),各分區(qū)設(shè)各自的進、回風(fēng)井筒,構(gòu)成各自獨立的進、回風(fēng)系統(tǒng)和輔助運輸系統(tǒng)。各分區(qū)進、回風(fēng)井筒可作為施工期間的提升、運料,避免開拓施工與礦井生產(chǎn)相互干擾。在生產(chǎn)時期作為通風(fēng)井兼運料井及安全出口,從而保證礦井安全生產(chǎn)。

2 采用先進的采掘設(shè)備

開采系統(tǒng)十分簡單的條件下,改革采煤工藝和發(fā)展綜合機械化,提高采掘設(shè)備的可靠性是建設(shè)特大型高效煤礦的關(guān)鍵。因此,特大型煤礦采、掘設(shè)備均采用國內(nèi)外最先進的設(shè)備,其特點是大功率、大生產(chǎn)能力。

2.1 采煤設(shè)備

從表 1中可看出,目前我國特大型煤礦工作面裝備模式:一種是全套引進國外大功率高效綜采裝備;另一種是引進部分關(guān)鍵綜采設(shè)備,如電牽引采煤機、重型刮板輸送機、液壓支架電液控制系統(tǒng)等,配以國產(chǎn)液壓支架和膠帶輸送機;還有一種是采用國內(nèi)研制的全套國產(chǎn)大功率綜采裝備。上述 3種特大型煤礦綜采工作面設(shè)備都是國內(nèi)外最先進的大功率、高強度、高可靠性新一代采煤設(shè)備。

補連塔和大柳塔礦全套引進國外大功率高效綜采設(shè)備,綜采工作面向“工作面設(shè)備重型化、工作面大型化”的方向發(fā)展。補連塔礦在煤層厚度5.5～6.0m條件下,采用引進 SL500型大功率采煤機 (裝機功率 2140kW,生產(chǎn)能力 75t/min)、大采高DBT液壓支架 (工作阻力 2×5170kN)、PF5/ 1342重型刮板輸送機 (輸送量 4000t/h,總電機功率 2700kW)等綜采設(shè)備,一個綜采面年產(chǎn)量突破10Mt,實現(xiàn)了采用全套引進設(shè)備“一礦一面一千萬”的目標(biāo)。劉莊煤礦利用引進 SL500型電牽引采煤機和 PM4電液控制系統(tǒng),配以國產(chǎn) ZZ1000/ 22/45D型液壓支架、SGZ1000/1710型刮板輸送機、DSJ-1400型膠帶輸送機等綜采成套設(shè)備,在平均煤層厚 4.15m,基本頂來壓明顯,直接頂中等穩(wěn)定的條件下,一個綜采工作面年產(chǎn)達 8Mt。神東昌漢溝煤礦采用國內(nèi)研制的全套大功率綜采設(shè)備裝備的綜采工作面,在開采厚度 4.4～4.8m條件下,利用國產(chǎn)MG750/1815-G WD型大功率電牽引采煤機和國產(chǎn)大采高 ZY8600/24/50型兩柱掩護式液壓支架一次采全高,2007年產(chǎn)量超過 6Mt。

表 1 我國部分特大型煤礦綜采工作面特征與裝備

2.2 掘進設(shè)備

特大型煤礦綜采工作面巷道掘進普遍采用引進CM系列連續(xù)采煤機與國產(chǎn)錨桿鉆車配套作業(yè)線和引進奧鋼聯(lián)ABM20型掘錨一體化作業(yè)線,確保了正常的采掘銜接。

連續(xù)采煤機與國產(chǎn)錨桿鉆車配套作業(yè)線適用于雙巷或多巷平行掘進,目前在神東、萬利、晉城等礦區(qū)及鄂爾多斯地區(qū)廣泛推廣應(yīng)用。條件較好的神東各煤礦使用連續(xù)采煤機快速掘進技術(shù),煤巷掘進日進尺 160m,平均月進尺 2000m以上,其掘進速度比懸臂式掘進機快 4倍多,現(xiàn)已成為國內(nèi)最先進、最快速的作業(yè)線。

連續(xù)采煤機掘進作業(yè)線不適于單巷掘進,因此淮南張集、神府馮家塔、兗州鮑店、魯能上榆泉等特大型煤礦都引進奧鋼聯(lián) ABM20型掘錨一體機,用于大斷面單巷掘進,平均月進尺 1000m以上,基本滿足雙高綜采工作面推進速度的要求。

3 生產(chǎn)集中化

從國內(nèi)特大型高效煤礦的生產(chǎn)實踐可知,在大力發(fā)展采掘綜合機械化的基礎(chǔ)上實行高度集中生產(chǎn),實現(xiàn)一井一面的集約化生產(chǎn)模式是特大型高效煤礦最主要的特征,也是礦井節(jié)省投資、降低成本、減人提效的重要途徑。為此,建設(shè)特大型高效煤礦,必須完善礦井的各生產(chǎn)環(huán)節(jié),適應(yīng)特大型高效煤礦所必備的條件和生產(chǎn)能力。例如東勝納林廟二號井,改革采煤方法,調(diào)整生產(chǎn)布局,同時,采用重型化、強力化、自動化的裝備,進行集中開采、集約化生產(chǎn),一個礦僅 1個工作面日產(chǎn)達21200t,回采工效 273t/工,取得了很好的經(jīng)濟效益。塔山、安家?guī)X等特大型煤礦在合理集中開采、集約化生產(chǎn)后,一礦集中 1個面生產(chǎn),年產(chǎn)量都達到 5.0Mt以上,取得了較好的效果。

高度集中生產(chǎn)的綜采工作面特點是:工作面長度大、采高大、走向長、儲量多、巷道斷面大。

(1)工作面長度大 根據(jù)開采工藝及特大型煤礦的綜采成套設(shè)備能力,工作面長度選 250～300m,有利于充分發(fā)揮大功率設(shè)備能力,提高重型電牽引采煤機開機率。

(2)采高大 神東上灣煤礦、寧煤羊場灣煤礦、晉城寺河煤礦等特大型煤礦的綜采工作面最大采高已突破 6.0m大關(guān),羊場灣和寺河煤礦工作面采高達到 6.2m,上灣煤礦為 6.3m。因此,特大型煤礦綜采工作面一次采全高時,采高選 3.5～6.3m,就能夠提高產(chǎn)能。

(3)走向長 由于特大型煤礦綜采工作面采用國內(nèi)外最先進的技術(shù)裝備,加快工作面推進速度時,年進度可達 4000m。一個綜采工作面裝備重量約 5500t,加大工作面推進 (走向)長度,減少搬家倒面次數(shù),是綜采工作面長時間高度集中生產(chǎn)的重要手段。根據(jù)神東礦區(qū)的經(jīng)驗,工作面推進(走向)長度為 4000～6000m較合適。

(4)儲量多 特大型煤礦綜采工作面最少可采儲量應(yīng)為 4.5Mt,但從創(chuàng)立綜采工作面年產(chǎn)千萬噸角度考慮,工作面以可采儲量達 10Mt為最佳。

(5)巷道斷面大 工作面回采巷道斷面為 16～20m2,能夠滿足大產(chǎn)量工作面對通風(fēng)風(fēng)量和風(fēng)速的要求,也能夠?qū)崿F(xiàn)無軌膠輪車把設(shè)備和材料直接運到工作面,縮短綜采工作面設(shè)備安裝和回撤時間,提高各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的運行效率,為高度集中生產(chǎn)提供保障。

4 全面規(guī)劃、系統(tǒng)配套

特大型高效煤礦建設(shè)是一個復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)工程。設(shè)計時必須按照系統(tǒng)工程的思想方法,建立與大功率高效采煤機生產(chǎn)能力相匹配的掘進、運輸、支護、通風(fēng)、供配電及監(jiān)控管理智能化等一套完整的系統(tǒng),構(gòu)成以大功率高效采煤機為核心的綜采面綜合生產(chǎn)系統(tǒng),使之整體協(xié)調(diào),以獲得最佳的經(jīng)濟效益。長期礦井建設(shè)生產(chǎn)的實踐證明,任何環(huán)節(jié)之間脫節(jié),系統(tǒng)之間不協(xié)調(diào),都會損害和影響礦井整體綜合效益的發(fā)揮,這是設(shè)計必須切實加以避免和防止的。因此,全面規(guī)劃礦井的綜合生產(chǎn)能力,建立安全高效整體配套工程,是實現(xiàn)特大型煤礦安全高效生產(chǎn)的重要手段和保障。

5 結(jié)束語

特大型高效煤礦不但簡化了井下的生產(chǎn)系統(tǒng),做到了集中生產(chǎn)、人力效率高、產(chǎn)量大,而且有很高的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益。在有條件的礦區(qū),應(yīng)積極改革開拓部署,優(yōu)化巷道布置,使開采系統(tǒng)更加合理化與簡單化,以提高裝備技術(shù)水平為突破口,采用重型化、自動化和機電一體化裝備,推行生產(chǎn)集中化,并提高各系統(tǒng)與環(huán)節(jié)的配套能力,建設(shè)特大型高效煤礦,以期取得更高的經(jīng)濟效益,向煤炭工業(yè)的現(xiàn)代化進軍。

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[責(zé)任編輯:施紅霞]

Techn ical Approach of Constructing Extremely-large and High-efficiency CoalM ine

XUE Jian-zhi

(Changchun CoalDesigning Institute,Changchun 130012,China)

W ith the developmentof high-efficiency full-mechanizedmining complete equipment,constructing extremely-large high-efficiency coalmines has been a development tendency of Chinese coal industry.This paper presents a set of technical approaches of constructing extremely-large high-efficiency coal mine including s implifying mining system,realizing mining and driving mechanization, practicing production centralization and matching every production system and cycle.

extremely large;high efficiency;mining and drivingmechanization;production centralization;system match

TD822

A

1006-6225(2010)05-0001-03

2010-03-05

薛建志 (1955-),男,吉林榆樹人,高級工程師,長春煤炭設(shè)計研究院總工程師。