12m大采高工作面最长切眼开采问题研究

1.2m大采高工作面最长切眼开采问题研究摘要：近年来，随着我国煤炭工业的飞速发展，新技术、新装备的应用，大功率综合机械化采煤设备在高产高效矿井使用和推广。现国内原煤生产矿井综采工作面，倾斜长度一般设计在300m以下。本文以某煤矿为例，对Y120202综采工作面设备运行情况作一可行性分析。关键词：工作面；切眼；顺槽；倾斜长度；采煤机一、工作面概述Y120202综采工作面，走向长度3553ｍ、倾斜长度350ｍ、煤层厚度平均7.1m、硬度系数f=1～2、煤层倾角平均8°；工业储量：1042.6万吨，可采储量：969.6万吨。1.设备配置序号名称型号数量主要技术参数使用地点生产厂家1采煤机7LS712125KW/4000t/h工作面美国久益2刮板输送机AFC3*85512565KW/3600t/h工作面美国久益3转载机AFC5251525KW/4000t/h运输顺槽美国久益4破碎机38mmMid-bandchina1525KW/4500t/h运输顺槽美国久益5基本支架ZY10000/28/62D185工作面郑州煤机厂6过渡支架ZYG10000/26/55D6工作面郑州煤机厂7加长过渡支架ZYGT10000/26/55D2工作面郑州煤机厂8端头支架ZYT10000/26/55D7工作面郑州煤机厂9带式输送机DSJ1400/5×6301运输能力3000t/h运输顺槽西北煤机厂10乳化液泵S3754280KW运输顺槽英国雷波11喷雾泵S3003160KW运输顺槽英国雷波2.采煤工艺Y120202综采工作面采用走向长壁综合机械化采煤方法开采，全部垮落式处理采空区顶板。采煤机割煤方式为单向下行割煤，上行空刀清理浮煤，每刀截深0.865m。3.工作面采高根据地质资料显示，煤层与直接顶之间有0.20～0.66m厚的伪顶，岩性为碳质泥岩，受矿压及采动影响，在开采过程中随采随落，给工作面顶板管理和煤质管理造成困难；同时因煤层直接底为泥岩及粉砂岩，厚0.69～3.54m，遇水极易变软，导致支架钻底严重，造成工作面推进困难，而且影响煤质。为此工作面采用留顶煤、底煤开采，正常回采期间，顶煤厚度保持在1.0m以内，底煤厚度保持在0.3～0.5m。最终确定工作面平均采高为5.6m，所选ZY10000/28/62-D型支撑掩护式支架符合工作面支护要求。4.循环作业时间因其它综采工作面原煤及各综掘工作面掘进煤同时进入主煤流系统，受主斜2井胶带输送机输送能力制约（3300t/h），矿方规定Y120202工作面采煤机正常割煤平均速度控制在8m/min。正常生产状况下，下行割煤长度为300m，时间43.5min；采煤机在上行空刀清理浮煤时，速度控制在12m/min，上行清理浮煤的运行长度300m，时间为25min；在上端部斜切进刀时速度2m/min，在机窝处下行割煤速度12m/min，机窝段长50m，做机窝时间为29.2min；一个循环共计时间为91.7min。每班8小时作业时间，正常生产情况下，可以进行5个正规循环。二、工作面设备运行现状分析由于受主运输皮带、边界石门皮带运力的制约，Y120202综采工作面设备运行四个月以来，一直未满负荷运行。采煤机平均速度在8m/min左右时，顺槽胶带输送机已经处于满负荷运行状态（带宽1.4m、运输长度4300m、运输能力3000t/h、带速4.5m/s）。在两周生产过程中，对所采集到中、夜班工作面主要生产设备，在不同工况下运行参数做了分析、比较（附录1）。从三个图表可以看出，工作面设备运行比较稳定，能满足实际生产需要。主要设备运行状况分析如下：1.工作面生产影响说明Y120202工作面回采四个月以来，生产影响图表如下：支架,0,0%其它,0.57,0%皮带,0.83,0%泵站,0.41,0%工作面生产时间,240,80%开关,1.5,0%皮带外部影响,42.74,14%供电、供水,6.28,2%三机,0,0%煤机内部影响,10.67,4%生产时间工作面外部影响皮带外部影响供电、供水内部影响煤机内部影响三机内部影响开关内部影响泵站内部影响皮带内部影响其它内部影响支架从上图反映出工作面内部影响率小于外部。外部主要受运输边界石门皮带、主运输皮带以及供水压力、流量影响较多。内部主要为采煤机、皮带机、刮板机影响较多。检修人员对进口设备熟练程度低，查找设备故障困难。由于配件不齐全；采煤机、支架管路和阀组易损坏，以及工作面采高大，大块煤多等是内部影响的主要因素。32.采煤机运行状况分析采煤机在电控、机械等方面都有很好的适用性。下行速度控制在（4m～8m/min）之间，返机速度控制在（0m～15m/min）之间。采煤机一直未达到满载运行状态。通过图表一观察采煤机在运行过程中总电流和各个电机的电流变化情况（额定总功率：2125KW额定电流：335A），当煤机速度在4m～8m/min之间时，采煤机总电流值在200A以下，远小于额定电流值。工作面采高大片帮煤多，各电机负荷都比较小。显然采煤机在实际生产过程中处于轻载运行状态。采煤机电流图表一02040608010012014016018020076.36.96.974.65.14.94.64.6775.85.85.88.24.65.85.95.95.95.94.65.85.818516012080401851601208040185160120804018516012080401851601208040第一刀第二刀第三刀第四刀第五刀速度架号电流采煤机总电流右截割电流左截割电流右牵引电流左牵引电流3.三机的运行状况分析及问题：1）转载机和破碎机运行状况：转载机、破碎机电机均为双速电机。电机功率:525KW额定电流：120A，通过图表一、二数据中可以看出转载机电流在70A以下；破碎机电流在50A以下，在运行中电流变化平稳，处于轻载运行状态。2）刮板运输机运行状况：刮板运输机采用福伊特软启动液力耦合器，电机为3×855KW，单回路额定电流为173A，从刮板机电流、功率变化图表（附录3）中可以看出：平均电流均在120A以下，三台电机电流变化比较平稳，功率趋于平衡。福伊特软启动液力耦合器对水质、水压、流量要求高，造成系统复杂。4转载机、破碎机电流图表二030609012015018021024027030033076.36.96.974.65.14.94.64.6775.85.85.88.24.65.85.95.95.95.94.65.85.818516012080401851601208040185160120804018516012080401851601208040第一刀第二刀第三刀第四刀第五刀速度
架号电流功率转载机电流转载机功率破碎机电流三、工作面及风、机两巷矿压状况1.工作面矿压观测内容及方法Y120202工作面矿压观测的主要内容包括：确定矿山压力来压步距、工作面支架受力状况以及采高和推进度的观测。工作面共有202台支架，取9台支架进行工作阻力数据采集：26#、46#、66#、86#、106#、126#、146#、166#、186#。观测采用支架自带的PM31电液控制器，自动监测并记录支架的工作阻力数据。工作面自5月4日开采以来，数据通过PM31电液控制器及井下控制台的主机传输获取。2.根据支架工作阻力分析如下：1）直接顶初次跨落工作面自开切眼推进5～7m时，中下部支架直接顶初次跨落，工作面推进10m时，直接顶全部跨落。2）老顶初次来压步距根据所选支架压力分布，在5月4日至5月17日，工作面支架的工作阻力逐步达到峰值。5月18日以后支架工作面阻力趋于平稳，结合工作面5月4日～5月17日开采期间工作面煤壁片帮严重情况，确定老顶的初次来压步距为35～42m。老顶初次来压比较突然，且持续时间短，来压前，工作面上方的顶板压力较小。3）老顶周期来压5截至5月21日，Y120202工作面平均推进58m，在观测过程中尚未监测到老顶再次来压。由此判断工作面直接顶初次跨落步距为5～10m。工作面老顶初次来压步距为35～42m。3.正常生产过程工作面矿压分析通过对工作面26#、46#、66#、86#、106#、126#、146#、166#、186#、200#支架压力数据提取，分6月2日到6月15日和6月16日到7月2日两个阶段进行分析。1）工作面46#、66#、86#、126#、146#支架来压次数比较多，其中46#支架超过380Bar的次数达到30次，来压比较频繁；146#支架来压次数20次。2）工作面6月16日后，来压次数明显比上半个月来压次数多。3）工作面60#～80#、160#～180#支架段煤壁片帮多、大块煤比较多；说明工作面上中部与下中部顶板压力大，上部煤壁片帮多，易出现大块片帮煤。4）分析200#支架压力数据，明显表现初撑力不足，绝大时间压力显示低于250Bar，现场观察上口顶板比较破碎，在超前50m已经表现离层，两帮收缩比较严重，底板鼓起比较严重。200#支架现场操作中没有给予太大的初撑力，否则反复升降，对上口煤壁和支架交接处管理难度增大，增加了201#、200#支架前梁顶部冒落的可能。5）工作面的周期来压不明显，下部来压往往比上部来压来的早。四、结论与建议通过对工作面现场调研及设备运行情况来看，该煤矿Y120202综采工作面配套设备运行基本满足要求，适应于大采高、长切眼工作面回采需要。建议在今后煤矿综采工作面设计中，有必要根据工作面长度、倾角等综合因素考虑供水压力、流量。针对工作面及风、机两巷压力显现情况考虑支护强度，对回采过程中的影响也须综合考虑，以满足设备正常运转所需要的支护空间，真正达到高产高效的目的。