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1、本门课讲授采矿有关方面较新技术，32学时，主要为前七章内容。成绩构成：平时成绩40%，期末成绩60%平时成绩：10次左右考勤+中间开卷测试 期末考核：开卷考试，只准带教科书一本,第一章 薄煤层开采技术,煤炭是不可再生资源。,由于持续不断地开采和机械化程度的提高,煤炭的厚煤层及中厚煤层储量减少,薄煤层的开采技术成为世界各国争相研究的采矿前沿课题。,薄煤层的厚度小(1.5m),在正常倾角下煤层的铅直高度大大低于人的身高,人工开采或人工操作开采难度很大,甚至不可能。所以发达国家普遍采用成套全自动采煤设备进行薄煤层无人操作开采。,引 言,薄煤层采煤分类,有支架支护和无支架支护,支护分类,采煤设备,煤的
2、聚集状态,引 言,人员状况,地下气化（气体）、传统开采（固体）,引 言,无人工作面采煤是指工人不出现在回采工作面内，而是在回采工作面以外的地点操作和控制机电设备，完成工作面内的破煤、装煤、运煤、支护和处理采空区等各种工序。,无人工作面采煤最大特点是使工人摆脱了较危险的工作地点，使一些用普通方法无法开采或很难开采的煤层得到开发，提高资源使用率。,薄煤层采煤方法,3,煤锯开采,机械化程度、开采效率逐步提高,2,1,螺旋钻机开采,刨煤机综合自动化开采,薄煤层滚筒采煤机开采,4,第一节 煤锯无人工作面开采,支护,煤锯,每0.5-1米安装一组碎煤刀,煤锯与牵引钢丝绳相连,使钢丝绳压紧煤壁,做往复切割运动
3、,煤锯拉出一个槽沟,随着槽沟加深,煤壁在矿山压力的作用下,自行垮落破碎,然后靠煤炭自溜运出工作面。,采用气垛支架，该支架是由几个具有弹性的加固橡胶囊组成，充入压缩空气后使其紧贴煤层顶底板，支撑力0.5Mpa左右。从德国先行应用，我国主要在四川、广东等南方煤矿应用。,1m刮板链上每0.5-1m焊接扇形截齿作为碎煤刀,气垛支架,七台河东风煤矿等,第二节 薄煤层螺旋钻机综采技术,螺旋钻采煤工艺是在巷道布置一台或多台钻机，由钻头旋转落煤，螺旋叶片旋转将落煤导入刮板输送机运出。,第二节 薄煤层螺旋钻机综采技术,美国卡姆普顿单轴螺旋钻机,美国奥盖尔-马依涅尔单轴螺旋钻机,按结构分：单轴式和多轴式,从乌克兰
4、引进的BSHK-2DM型薄煤层用双轴螺旋钻采煤机,第二节 薄煤层螺旋钻机综采技术,单轴式侧面钻进螺旋钻机,正面钻进螺旋钻机,双轴式侧面钻进螺旋钻机,采煤主要设备-螺旋钻机，美国、前苏联均研制和采用综合螺旋钻机,带有一个钻杆,垂直煤壁正面,带有二个钻杆,按工作方式分：正面钻进和侧面钻进；单向钻进和双向钻进,螺旋钻采煤工艺可以分为单向钻进或双向钻进两种，在采用单向钻进采煤方式时，钻机沿回采平巷的一侧钻进回采，在本侧采完后再退回回采平巷另一侧的煤炭；也可以向平巷的两侧钻进采煤。,沿煤层厚度扩孔,同心扩孔,沿煤层层面扩孔,提高煤炭采出率，降低煤炭损失。,螺旋钻机采煤法适应条件,螺旋钻机采煤法为开采薄和
5、极薄煤层开辟了广阔的前景，适用于倾角15以下，厚度0.51.5m的煤层，煤的切割阻力不大于250kN/m。螺旋钻机还可以用来开采边角煤和回收各种煤柱。尽管螺旋钻机采煤巷道掘进率高，丢煤较多，但用人少，效益较好，同时还可以使一些平衡表外的储量得到开采，提高了工业储量，多回收了地下资源，延长了矿井的服务年限。,单轴双轴多轴；大功率，自动行走，性 能更可靠；扩钻孔，长钻进。,发展趋势,新汶矿业集团引进薄煤层螺旋钻机，在消化吸收的基础上配套国产运输设备，在井下成功完成了薄煤层螺旋钻无人开采技术研究。一、螺旋钻采煤机的特点螺旋钻采煤机钻头为（1）三轴联动式，两边轴为可旋转的螺旋钻杆，用于向外排煤，中间轴
6、为不可旋转的通风管道，用于向钻孔内通风、供水,实现向钻孔内通风及内喷雾降尘降温，提高钻头截齿的使用寿命，安全可靠，可在高瓦斯矿井使用。与单钻杆相比，三轴钻杆的刚性、稳定性和定向性好，侧向不易钻偏，钻孔截面大，采煤回收率高。该机一次采宽2m，采深上采85m，下采45m，适用于0.61.0m煤层倾角15以下的各种硬度薄煤层，单机设计日产可达250350吨。(2)钻杆连接为内卡环式结构，换装钻杆时能实现机械化操作，拆、接钻杆时间短，减少了辅助时间，提高了生产效率；钻杆前部装有微调装置，可适用于煤层倾角度的起伏变化;(3)钻机、液压泵钻、电控装置等为分体式，在巷道内形成链式布置，对巷道的适应性强。,二
7、、薄煤层螺旋钻无人开采技术的显著成效1.该采煤方法具有“二无”、“五高”、“五少”的特点。即工作面无人员、无设备;相对0.61.0m煤层其它采煤工艺回收率高、效益高、效率高、安全保障系数高、投资回收率高;系统环节少、用人少、掘进率少、设备配置少、材料消耗少。2.实现了薄煤层单巷前进式开采。在一条巷道中前面掘进，螺旋钻机组滞后前进式的采煤方法，并且不用布置工作面回风巷，降低了巷道掘进率，有利于采掘接续。3.实现了煤层洁净开采。钻采过程中遇到断层时退出钻杆，减少了矸石采出量，提高了煤质。4.实现了回采工艺的单一化。螺旋钻机无人工作面开采工艺过程简单，将传统的回采工艺的破、装、运、支、处五大工序合并
8、，由螺机钻采完成。,第三节 薄煤层刨煤机综采技术,刨煤机工作时，刨头在无级圆环链（即刨链）的牵引下，沿着安装在输送机中部槽上的导轨（即滑架）运行，利用刨刀对煤壁形成的静压力将煤刨落，刨落的煤在刨头和犁形斜面导轨的作用下被装入输送机运出工作面。,刨煤机系统组成,刨煤机系统,主要由刨头、刨头驱动部、刨头运行导轨及驱动、刨头水平调节系统、液压支架及其PM4电液控制系统、工作面监测和控制系统、紧链装置和端部成组锚固系统等部分组成。,刨煤机系统的核心技术：,刨煤机,电气自动化控制系统,刨煤机需要向着大功率、快速度、高强度方向发展。,包括PROMOS控制系统和PM4液压支架控制系统，其中PROMOS控制系
9、统是整个自动化工作面的控制核心 包括编程控制器、系统控制台、传感监控系统、故障检测闭锁系统、双工通讯系统、信息查询系统、冷却系统、喷雾降尘系统。,监控系统控制图,刨头在工作面的往返自动运行及液压支架的各种动作和输送机的推移均由计算机远程控制系统进行控制。,采动移自动化,工作面输送机的推移和支架的动作分别受PROMOS和PM4控制,尾随刨煤机同步移向工作面推进方向推移,推移量等于刨煤机刨后的深度.,刨削的煤流自然落进溜槽或运输机,运输出工作面.,刨煤机在PROMOS的控制下,沿刨头的滑行道自行往返刨煤.,PROMOS控制系统,刨煤机工作时：工作面两端均采用端头斜切进刀，刨头沿工作面往返刨煤，然后
10、合理调整工作面两端头和中部段刨深，使工作面输送机始终处于平直状态。在刨头运行轨道采空区一侧，安装在液压支架推移杆上的调斜千斤顶可用来实现底刨刀的调斜，在正常生产中调斜千斤顶可人工操作，使刨头下 切或上仰，以适应工作 面在纵向上的起伏不平。,国外刨煤机采煤应用情况,德国、法国、美国的薄煤层广泛应用刨煤机采煤：美国刨煤机产量占总产量的15%，德国占62%，法国占其30%，捷克占12%，波兰占11%。德国可称得起是刨煤机的故乡，德国从1955年就开始使用刨煤机，80年代末刨煤机采煤机械化程度达到95%以上，刨煤机采煤工作面推进面积增大了45%，使商品煤产量增加了30%。,1941年第一套刨煤机系统(
11、德国伊木比伦烟煤矿),德国威斯伐利亚贝克瑞特公司研制了S4-K(2x400KW)型拖钩刨,9.38Ve滑行刨可以应用在坚硬的煤层中,拖钩刨、滑行刨系列、滑行拖钩刨、紧凑型刨煤机等系列，并向动力刨、全自动化大功率型刨煤机方向发展。布朗公司最近生产的KHS一1，KHS一n型紧凑型刨煤机，海茨漫公司生产的CAM单向旋转式连续刨煤机目前都处于国际领先地位。,刨煤机工作面液压支架,ZZ系列支撑式支架,ZY系列掩护式支架,刨煤机工作面刮板输送机,为了研制高可靠性的薄煤层输送机，将用于重型刮板输送机的铸造槽帮整体组焊式中部槽的成熟技术移植到薄煤层输送机上，整体溜槽高度较小，输送能力大，具有更高的可靠性。,世
12、界刨煤机采煤技术呈现出以下两大特点：,一是刨煤机的装机动率越来越大，以德国为代表，80年代中期最大功率也只有500Kw，目前已达到800 Kw，其体积向着紧凑型方向发展，可靠性更高，自动化控制程度更高。由于功率的增大，使刨煤机的生产能力，刨削硬煤的能力有了明显提高，适应性增强，使工作面过小地质构造能力增强，给生产管理带来方便。二是刨煤机的适用范围不断扩大，刨煤机不但用于采煤，还用于开采其他矿物质，效果明显。,我国应用现状,铁煤集团与德国 DBT合作,分别于2000年9月和2002年9月引进了我国第一套和第二套全自动化刨煤机综采系统。采煤机为9-34VE/47型滚形刨采煤机,额定生产能力900
13、t/h,平均月产原煤14万t。2005年晋华官矿引进德国刨煤机生产系统。新汶矿业集团华丰煤矿在大倾角厚煤层倾斜分层开采中采用国产刨煤机，平均采高2.1m，煤层平均倾角31，5个月共产煤11.84万t，平均月产超过2万t。国内首个薄煤层刨煤机综采无人工作面2010年在大同煤矿集团公司晋华官矿一次性投产成功。根据监测，该工作面最高日产将达到6185吨。,第四节 薄煤层滚筒采煤机综采技术,薄煤层采煤机技术上从电机单一纵向布置向多电机横向布置发展，由液压牵引向电牵引发展，由箱体之间有传动关系向无传动关系的积木式发展，由有底托架向无底托架发展，并逐渐研制出了具有双截割电机摇臂、适用于大倾角开采的四象限调
14、速系统、中压机载等技术的交流电牵引采煤机。,薄煤层滚筒采煤机的研究始于20世纪60年代，国外主要有Eickhoff的EDW-300LN型、DBT公司的EL600型、Wirth研制的H4.30型。国内较具代表性的有MG344-PWD型、MG132/320-WD型、MG200/456-WD型、MG100/238-WD型采煤机。,MG344-PWD型,薄煤层采煤机需要能够较好地解决机面高度、装机功率、过煤高度三者之间的矛盾，这样才能发挥设备的适应性与可靠性。薄煤层液压支架的发展趋势是简化结构、高可靠性和电液控制。从薄煤层支架设计上采用新结构和高强度材料，减薄结构截面，增大必要的行人空间，进一步完善科
15、学化、人性化支架设计。,西安煤矿机械有限公司开发的MG650/1630-GWD采煤机在神华宁煤集团梅花井煤矿综采工作面记忆截割功能已得到了很好的应用。,图三 MG650/1630-GWD型交流电牵引采煤机,“记忆截割”是一种自动识别煤岩分界的技术。工作原理为：由采煤机司机操纵采煤机沿工作面煤层高低起伏条件先割一刀，控制系统将行程位置与对应的截割高度等信息存入计算机，以后在下一行程位置的截割高度均由计算机根据存储器记忆的工作参数自动调整。如煤层条件发生较大变化，由采煤机司机调整（作为位置程序的微调），并自动记忆调整过的工作参数，作为下一刀滚筒调高的参数。运行轨迹的修正可跟机或在远方通过监控电视完
16、成。,实现薄煤层安全高效开采，根本出路在于机械化，大功率、重型化、小体积和高可靠性。,螺旋钻机开采(1)留设钻孔间煤柱降低采出率；(2)接长和缩短钻杆所用时间占工作时间比重较大。刨煤机开采:(1)适用范围受地质影响较大；(2)总装机功率偏小，刨头破煤能力不强；(3)调高比较困难。薄煤层滚筒采煤机开采：适应性强、效率高、便于实现综合机械化，但投资大、管理水平要求高。,第五节 薄煤层巷道综掘技术,随着采煤机械化和综合机械化的发展，大大提高了采掘工作面的开采强度和推进速度，只有实现掘进机械化，才能满足采掘平衡的要求。巷道施工方法主要有钻爆掘进和综合机械化掘进两种，综合机械化掘进又分为悬臂式掘进机掘进
17、和全断面岩巷掘进机掘进。,美国开发的微机控制液压钻车,悬臂式掘进机,巷道的综合机械化掘进配套技术,配套转载技术：运输技术的落后是制约掘进技术发展的重要因素之一。目前，国内掘进机通过采用桥式转载机与皮带机的配套使用，实现了掘进机的连续性工作。配套锚杆支护技术：支护作业与掘进作业的不同步是影响快速掘进的一个主要因素。机载锚杆支护技术能发挥锚杆先进的支护技术同时从根本上解决掘进、支护不同步问题，提高掘进生产率。配套机械除尘技术：一般喷雾除尘，这种方式可靠性差、效果不理想，除尘效率最高只能达到6070%，而国外普遍采用的是干式综合降尘系统，其降尘效率可达到99.9%。我国已研制开发了适合我国国情的掘进
18、工作面高效降尘系统，降尘效率可达到99.4%以上，达到国际先进水平。,综掘作业线,主要适用于连续掘进的独头巷道长度大于800 m的条件下，能充分发挥它高速度、高工效的优越性,主要适用于巷道坡度变化大、掘进巷道长度较短的条件,适用于装卸地点运输距离较短的条件且具有卸载仓,在运输机运煤系统未建成前采用,国内薄煤层巷道综掘配套技术示例,兖矿济宁二号 使用掘进机+桥式胶带转载机+可伸缩胶带输送机作业线，配备EBJ-120TP型掘进机，QZP-160R桥式胶带转载机，SSJ-800A型皮带输送机，RTM3锚杆钻机，YT-27型风钻。汾西矿业集团贺西煤矿 采用掘进机+桥式胶带转载机+可伸缩胶带输送机作业线，配备EBZ160TY型重型掘进机，QZP-160皮带转载机，SP-44型皮带输送机，MQT-90C锚杆钻机，ZM11D型煤电钻。巷道掘进断面为矩形，4.02.5 m，支护采用锚网梁索联合支护。,Thank You!,
