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摘 要:煤矿生产当中机电自动化的融合技术应用,已成必然的发展趋势,这是煤矿机械化开采的重要基础条件,以高产性、高效性、安全性等技术优势,一定程度降低了煤矿生产的难度、提高采煤的效率水平和提高采煤作业的安全系数.为了更深入了解煤矿生产机械化开采情况,以及掌握机械化开采的成本优势,本文将在对国内外煤矿机械化开采状况进行了解的基础上,探究煤矿机械化在开采当中的应用方法,旨在提高煤矿机械化开采的科学化水平.

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1.煤矿机械化开采的国内外状况

我国作为煤炭生产的第一大国,产量已经远远超过美国、俄罗斯、澳大利亚等国家,而随着煤炭需求的增大,煤矿开采生产效率遇到了技术的瓶颈.各个国家开始尝试机械化的开采方法,具体状况如下:

1.1.国外状况

美国在卡内基时代,凭借贯穿东西大洋和南北无劲敌的地理优势,包括煤炭在内的工业发展,曾取得举世瞩目的成就;澳大利亚在地理位置和自然条件方面也

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具有良好的优势,拥有高质量的煤矿工业基础.这两个国家的煤矿采用了先进的机械化开采技术,开采深度在300m以内,譬如电牵引双滚筒采煤机,这种采煤机以电作为牵引,以多电机和大功率的机电一体化优势,逐渐取代了液压牵引模式的采煤机,不仅提高了采煤的截割牵引速度和深度,而且为煤矿开采的安全性、可靠性、产量等,提供了良好的技术支撑条件,电牵引双滚筒采煤机的电液控制系统,提高了工作面推进速度,而且具有高强度的掩护和支护水平,基本实现了煤矿生产的自动控制目标.由此可见,国外煤矿机械化开采水平已经达到一定的高度,其高功率、低成本、安全系数高的机械开采方式,值得我们参考和借鉴.

1.2.国内状况

至于国内煤矿机械开采的发展,是从传统的劳动密集型生产开始转变的,在1970年的山西大同煤矿开采当中,就首次采用了综合机械化开采设备,自此之后,各种机械化的开采设备被先用应用到煤矿生产当中,为国内煤矿的自动化生产,奠定了良好的基础.在21世纪,我国基本实现了大型煤矿企业的综合机械化开采目标,并进入世界领先水平.譬如矿井建设,处于高产和高效的考虑,我国很多煤矿企业应用了电牵引采煤机、供配电设备、重型刮板输送机、3.6kv变电站、液压泵站等机械设备,譬如刮板输送机,是煤矿开采的重要机械化器具,采用交叉侧卸式的机头,以及配置大功率的电动机,可采用软启动的功能,满足煤矿生产大运量、高强度等的装载需求,同时大大减少了运输功耗.除此之外,可伸缩式输送机具有监控和自动化控制功能,可以在长距离和大运量的运输作业中,以5000t/h的运输能力,满足5000m以上的铺设运输.

2.煤矿机械化开采的方法探究

鉴于国内外煤矿机械化开采的现状,国内的薄煤层开采,需要采用的机械化开采方法有如下几种:

2.1.螺旋钻采煤

螺旋钻薄煤层机械采煤方法,为前苏联顿巴斯矿区顿涅茨克矿业研究院所开发,可以在无人工作面采煤,适用于松软煤层、围岩稳定薄煤层、极薄煤层.

2.1.1.螺旋钻采煤法,在投资方面,比高档普采的方法成本可降低60%左右,而且可将所有人员和机组设备放置在宽敞的工作巷道内,安全系数提高很多.另外,螺旋钻开采可以提高工效,可采范围达总面积的95%以上,还能够充分释放出来瓦斯.

2.1.2.随着国内特厚每层开采储量的枯竭,螺旋钻采煤机可以利用露天开采的优势,胜任各种薄煤层开采,其主要的技术参数如下:回采煤层厚度为0.5-0.9m;±12、0-9°倾角;截割阻力220KN·m-1;煤层普氏系数1.5-2.5f;钻深65m;钻速60r·min-1;钻进速度0.5-1.5m·min-1;退钻速度3m·min-1;2钻头电机功率130KW;电压660V;供风150m3·min-1;供水20-30L·min-1;钻杆规格长1.0,1.0,2.0;直径525mm、625mm、750mm.

2.1.3.关于螺旋钻采煤机的应用,1998年徐州韩桥煤矿的井下工业试验,引入了2台俄罗斯进口的BYT-3M型螺旋钻采煤机;2003年潘西矿和南冶矿试验前进式和后退式采煤工艺,引入了适用于0.6-0.9m薄煤层的乌克兰进口薄煤层螺旋钻采煤机,每台螺旋钻擦煤机的月产量多大5800t.

2.2.滚动采煤机

20世纪60年代,在改装和革新机组的基础上,我国开发出薄煤层滚筒采煤机,在中小煤矿中投入使用,年产量达到8-14万吨.

2.2.1.根据不同的采高范围,薄煤层滚动采煤机可分为多种型号:0.75-1.3m采高范围,采煤机型号BM-100,该采煤机采用液压锚链牵引方式,牵引力120KN,生产于1970年;0.8-1.5m采高范围,采煤机型号MG-150-B,该采煤机采用液压锚链牵引方式,牵引力160KN,生产于1970年;1.0-1.8m采高范围,采煤机型号5MG200-B,该采煤机采用液压锚链牵引方式,牵引力180KN,生产于1970年;0.9-1.6m采高范围,采煤机型号MG344-PWD,该采煤机采用交流齿轮-销轨式无链牵引方式,牵引力160KN,生产于1970年.除此之外,MG250-BW、MG200/450-BWD、MG250/550-BWD等型号的滚筒采煤机,也在薄煤层生产中被广为应用.

2.2.2.以上采煤机中,MLQ系列的采煤机,装机功率范围为60-100KW,而且采用钢丝绳等牵引,液压元件为牵引速度0-2.5m/min的叶片泵和叶片马达,适用于中硬煤质的缓倾斜薄煤层;BM系列的单滚筒骑输送机采煤机,主要液压元件也是叶片泵和叶片马达,牵引速度为0-2.4m/min,也是薄煤层开采的主力机型之一;MG系列的采煤机,是应较硬薄煤层开采需求,所设计的薄煤层滚筒采煤机,采用多驱动和交流变频调速等技术,牵引速度达到了0-6m/min.2.3.连续采煤机


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相比于长壁式开采,连续的采煤机不仅设备投资额少,而且以采掘合一的模式和灵活的设备运转优势,大大提高了出煤的速度,同时对巷道不会造成太大的压力,便于维护和减少地表治理费用.

2.3.1.连续采煤机的适用条件是深度范围300-500m的近水平薄或者中厚煤层,需保持顶板中等稳定以上和底板平整、硬度适中,而且没有积水.这种技术经过多年的发展,已经形成较为完善的短壁机械化采煤方法,不但提高了采出率,而且在经过持续改进之后,基本形成了以连续采煤机为中心的现代机械化采煤方法,美国、澳大利亚、南非就引进了这种采煤技术.

2.3.2.我国在20世纪90年代初,就引入了连续采煤机的配套设备,应用于煤巷掘进、残留煤柱回收、边角煤开采、条带煤开采等作业当中,譬如我国的神东和黄陵等埋深不大的矿区,并取得了10万吨左右的月产量,取得良好的经济效益和社会效益,大大提高了采煤的掘进速度,实现了煤矿的高产高效.目前我国连续采煤机型号主要有12CM11-9BLN、LN800、1036RB、CM210、LNB00B-41、12CM18-10D,其中生产量最大的是12CM18-10D,达到170t·a-1.


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2.3.3.2003年我国研制了LYI500/865-10型号的煤矿井下连续运输系统,并在神东矿区成功投入使用,该系统非常适用于煤层和巷道,大大提高了煤矿运输的运量和效率水平,可以在井下工作面灵活移动,以及集落煤、破碎、装煤、运煤于一体.

3.结束语

综上所述,我国作为煤炭生产的第一大国,产量已经远远超过美国、俄罗斯、澳大利亚等国家,而随着煤炭需求的增大,煤矿开采生产效率遇到了技术的瓶颈.各个国家开始尝试机械化的开采方法,国内的薄煤层开采,需要采用的机械化开采方法有螺旋钻采煤、滚动采煤机、连续采煤机,其中螺旋钻薄煤层机械采煤方法,为前苏联顿巴斯矿区顿涅茨克矿业研究院所开发,可以在无人工作面采煤,适用于松软煤层、围岩稳定薄煤层、极薄煤层;滚动采煤机是在20世纪60年代,在改装和革新机组的基础上,我国开发出薄煤层滚筒采煤机,在中小煤矿中投入使用,年产量达到8-14万吨;连续的采煤机不仅设备投资少,而且以采掘合一的模式和灵活的设备运转优势,提高了出煤的速度,同时对巷道的压力小,便于维护和减少地表治理费用.

参考文献:

[1]袁伟吴,袁树来.薄煤层综合机械化矸石充填开采技术研究[J].煤炭工程,2013,(6):53-54.

[2]袁伟昊,袁树来.兖州矿区北宿煤矿综合机械化充填开采工艺及设备研究[J].煤矿现代化,2013,(3):3-6.

[3]牛中平.陕北3号极薄煤层综合机械化开采实践与探索[J].煤矿开采,2013,(2):1-2.

[4]赵鹏,李伟,姜传同.薄煤层机械化开采成套设备的改进与应用[J].山东煤炭科技,2012,(6):225-226.

参考文献:

影响未开采煤层瓦斯赋存的地质因素

潘一矿2141(1)工作面坑透探测技术应用

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