建设特大型高效煤矿的技术途径

薛建志

(长春煤炭设计研究院,吉林长春 130012)

综 述

建设特大型高效煤矿的技术途径

薛建志

(长春煤炭设计研究院,吉林长春 130012)

随着高效综采成套设备的发展,建设特大型高效煤矿已成为我国煤炭工业发展的方向。提出了简化开采系统、采掘综合机械化、推行生产集中化、各生产系统与环节配套等建设特大型高效煤矿的技术途径。

特大型;高效;采掘机械化;生产集中化;系统配套

建设特大型高效煤矿,是煤炭企业减人提效,转变经济发展方式,促进科学发展的重要途径。因此,在特大型煤矿开采系统十分简单的条件下,选用国内外最先进的采掘技术装备并建立安全高效整体配套工程,实现一矿一面的集约化生产,是我国煤炭工业的发展方向。

1 简化开采系统

矿井高度机械化和高度集中化生产的发展,要求开采系统尽量减少环节,更加合理化与简单化。目前,利用斜井开拓、分区通风、沿煤层布置倾斜大巷、大巷两侧直接布置回采工作面,使井下生产工艺和巷道布置大为简化。

1.1 斜井开拓

在井工开采中,平硐、斜井、立井或相互结合的开拓方式,必须根据煤层赋存条件和地面情况综合考虑,因地制宜进行多方案比较选择,但在可能条件下应优先采用斜井或平硐开拓。斜井或平硐开拓方式施工技术简单,设备少,准备容易,准备工期短和适应矿井提升、运输采用胶带输送机连续运输方式,具有环节少、能力大的优点。随着强力胶带输送机的推广使用,为特大型高效煤矿采用斜井或平硐开拓提供了条件。

斜井或平硐开拓采用强力胶带输送机提升,具有长距离、高带速、大运量、运输连续化等优点,而且运行可靠,易于实现自动化集中控制。因此,特大型高效煤矿主井多采用斜井开拓。

特大型高效煤矿的辅助运输量比较小。例如,井下不出矸石;巷道支护不用水泥、石材和大量的钢材;每班下井人员不到 200人;由于井下机电设备元部件质量高,需要检修的设备运量也小。因此,矿井辅助运输主要解决综采设备的高效运输,其次是材料和人员运输。在这种情况下,副井采用斜井开拓方式,用无轨胶轮车运输,人员、材料和设备由地面直达井下工作面,形成“一条龙”运输,极大地发挥斜井开拓的优越性。即使在煤层埋藏较深时,只要没有斜井难以通过的表土层,立井和斜井相结合的混合开拓方式,往往比仅用立井开拓显示出更大的优越性。

1.2 沿煤层布置倾斜大巷

过去我国设计矿井都采用水平大巷,上山或上下山开采,没有倾斜大巷的做法。在济宁三号矿井设计中打破常规思维方式,在井田中部沿煤层倾斜方向布置一组贯穿井田倾斜方向的 3条倾斜大巷,即胶带输送机运输大巷、辅助运输大巷、回风大巷。改变了传统的沿煤层走向布置水平大巷的开拓方式,取消了采区上下山、岩石中巷和到煤层的联络斜巷 3个环节,在倾斜大巷两侧沿煤层直接布置回采工作面,使井下生产工艺和巷道布置大为简化。采用这种布置方式的神东、安家岭、榆树湾等特大型煤矿也都取得了较好的经济效益。

1.3 分区开拓

特大型煤矿井田走向长,瓦斯涌出量大,井下地温高时,不仅矿井初期井巷工程量大、贯通距离长、建井工期长、辅助运输线路长,而且矿井风量大、通风网路长、通风阻力大。为了解决这些矛盾,我国新建的特大型矿井一般都采用分区开拓、分区通风、集中出煤、分区移交的开拓方式,建成一区,移交一区,早出煤早回收投资。

分期开拓将井田划分成若干个分区,各分区设各自的进、回风井筒,构成各自独立的进、回风系统和辅助运输系统。各分区进、回风井筒可作为施工期间的提升、运料,避免开拓施工与矿井生产相互干扰。在生产时期作为通风井兼运料井及安全出口,从而保证矿井安全生产。

2 采用先进的采掘设备

开采系统十分简单的条件下,改革采煤工艺和发展综合机械化,提高采掘设备的可靠性是建设特大型高效煤矿的关键。因此,特大型煤矿采、掘设备均采用国内外最先进的设备,其特点是大功率、大生产能力。

2.1 采煤设备

从表 1中可看出,目前我国特大型煤矿工作面装备模式:一种是全套引进国外大功率高效综采装备;另一种是引进部分关键综采设备,如电牵引采煤机、重型刮板输送机、液压支架电液控制系统等,配以国产液压支架和胶带输送机;还有一种是采用国内研制的全套国产大功率综采装备。上述 3种特大型煤矿综采工作面设备都是国内外最先进的大功率、高强度、高可靠性新一代采煤设备。

补连塔和大柳塔矿全套引进国外大功率高效综采设备,综采工作面向“工作面设备重型化、工作面大型化”的方向发展。补连塔矿在煤层厚度5.5～6.0m条件下,采用引进 SL500型大功率采煤机 (装机功率 2140kW,生产能力 75t/min)、大采高DBT液压支架 (工作阻力 2×5170kN)、PF5/ 1342重型刮板输送机 (输送量 4000t/h,总电机功率 2700kW)等综采设备,一个综采面年产量突破10Mt,实现了采用全套引进设备“一矿一面一千万”的目标。刘庄煤矿利用引进 SL500型电牵引采煤机和 PM4电液控制系统,配以国产 ZZ1000/ 22/45D型液压支架、SGZ1000/1710型刮板输送机、DSJ-1400型胶带输送机等综采成套设备,在平均煤层厚 4.15m,基本顶来压明显,直接顶中等稳定的条件下,一个综采工作面年产达 8Mt。神东昌汉沟煤矿采用国内研制的全套大功率综采设备装备的综采工作面,在开采厚度 4.4～4.8m条件下,利用国产MG750/1815-G WD型大功率电牵引采煤机和国产大采高 ZY8600/24/50型两柱掩护式液压支架一次采全高,2007年产量超过 6Mt。

表 1 我国部分特大型煤矿综采工作面特征与装备

2.2 掘进设备

特大型煤矿综采工作面巷道掘进普遍采用引进CM系列连续采煤机与国产锚杆钻车配套作业线和引进奥钢联ABM20型掘锚一体化作业线,确保了正常的采掘衔接。

连续采煤机与国产锚杆钻车配套作业线适用于双巷或多巷平行掘进,目前在神东、万利、晋城等矿区及鄂尔多斯地区广泛推广应用。条件较好的神东各煤矿使用连续采煤机快速掘进技术,煤巷掘进日进尺 160m,平均月进尺 2000m以上,其掘进速度比悬臂式掘进机快 4倍多,现已成为国内最先进、最快速的作业线。

连续采煤机掘进作业线不适于单巷掘进,因此淮南张集、神府冯家塔、兖州鲍店、鲁能上榆泉等特大型煤矿都引进奥钢联 ABM20型掘锚一体机,用于大断面单巷掘进,平均月进尺 1000m以上,基本满足双高综采工作面推进速度的要求。

3 生产集中化

从国内特大型高效煤矿的生产实践可知,在大力发展采掘综合机械化的基础上实行高度集中生产,实现一井一面的集约化生产模式是特大型高效煤矿最主要的特征,也是矿井节省投资、降低成本、减人提效的重要途径。为此,建设特大型高效煤矿,必须完善矿井的各生产环节,适应特大型高效煤矿所必备的条件和生产能力。例如东胜纳林庙二号井,改革采煤方法,调整生产布局,同时,采用重型化、强力化、自动化的装备,进行集中开采、集约化生产,一个矿仅 1个工作面日产达21200t,回采工效 273t/工,取得了很好的经济效益。塔山、安家岭等特大型煤矿在合理集中开采、集约化生产后,一矿集中 1个面生产,年产量都达到 5.0Mt以上,取得了较好的效果。

高度集中生产的综采工作面特点是:工作面长度大、采高大、走向长、储量多、巷道断面大。

(1)工作面长度大 根据开采工艺及特大型煤矿的综采成套设备能力,工作面长度选 250～300m,有利于充分发挥大功率设备能力,提高重型电牵引采煤机开机率。

(2)采高大 神东上湾煤矿、宁煤羊场湾煤矿、晋城寺河煤矿等特大型煤矿的综采工作面最大采高已突破 6.0m大关,羊场湾和寺河煤矿工作面采高达到 6.2m,上湾煤矿为 6.3m。因此,特大型煤矿综采工作面一次采全高时,采高选 3.5～6.3m,就能够提高产能。

(3)走向长 由于特大型煤矿综采工作面采用国内外最先进的技术装备,加快工作面推进速度时,年进度可达 4000m。一个综采工作面装备重量约 5500t,加大工作面推进 (走向)长度,减少搬家倒面次数,是综采工作面长时间高度集中生产的重要手段。根据神东矿区的经验,工作面推进(走向)长度为 4000～6000m较合适。

(4)储量多 特大型煤矿综采工作面最少可采储量应为 4.5Mt,但从创立综采工作面年产千万吨角度考虑,工作面以可采储量达 10Mt为最佳。

(5)巷道断面大 工作面回采巷道断面为 16～20m2,能够满足大产量工作面对通风风量和风速的要求,也能够实现无轨胶轮车把设备和材料直接运到工作面,缩短综采工作面设备安装和回撤时间,提高各生产环节的运行效率,为高度集中生产提供保障。

4 全面规划、系统配套

特大型高效煤矿建设是一个复杂而庞大的系统工程。设计时必须按照系统工程的思想方法,建立与大功率高效采煤机生产能力相匹配的掘进、运输、支护、通风、供配电及监控管理智能化等一套完整的系统,构成以大功率高效采煤机为核心的综采面综合生产系统,使之整体协调,以获得最佳的经济效益。长期矿井建设生产的实践证明,任何环节之间脱节,系统之间不协调,都会损害和影响矿井整体综合效益的发挥,这是设计必须切实加以避免和防止的。因此,全面规划矿井的综合生产能力,建立安全高效整体配套工程,是实现特大型煤矿安全高效生产的重要手段和保障。

5 结束语

特大型高效煤矿不但简化了井下的生产系统,做到了集中生产、人力效率高、产量大,而且有很高的经济效益、社会效益和环境效益。在有条件的矿区,应积极改革开拓部署,优化巷道布置,使开采系统更加合理化与简单化,以提高装备技术水平为突破口,采用重型化、自动化和机电一体化装备,推行生产集中化,并提高各系统与环节的配套能力,建设特大型高效煤矿,以期取得更高的经济效益,向煤炭工业的现代化进军。

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[责任编辑:施红霞]

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,吉林榆树人,高级工程师,长春煤炭设计研究院总工程师。