薄煤層螺旋鉆無人工作面開采技術(shù) 1

1、 薄煤層螺旋鉆無人工作面開采是指回采工作面上無人，而是由螺旋鉆機(jī)完成工作面內(nèi)的破煤、裝煤、運(yùn)煤等各工序。工作面的設(shè)備檢修也都在工作面以外的巷道中進(jìn)行。所以使工人擺脫了較危險(xiǎn)的工作地點(diǎn)，把工人從繁重的體力勞動(dòng)和較惡劣的工作環(huán)境中解放出來，而且占用人員少，勞動(dòng)生產(chǎn)率高，并能使一些用普通方法無法開采或很難開采的煤層得到開發(fā)，提高了資源利用程度。 螺旋鉆機(jī)采煤是無人采煤工作面中正在研究的一種方法。該采煤法廣泛地應(yīng)用來開采圍巖不穩(wěn)定的薄煤層和極薄煤層，并且還可以用來開采邊角煤、三下壓煤和回收各種煤柱。近年來，國外許多產(chǎn)煤國家由于特厚煤層的開采儲(chǔ)量日益枯竭，對螺旋鉆機(jī)采煤產(chǎn)生了極大興趣，把它看作是開采緩傾

2、斜薄煤層最有發(fā)展前景的一種采煤方法。1 螺旋鉆采煤機(jī)設(shè)備配套及性能3 結(jié)論2 薄煤層螺旋鉆無人工作面開采工藝1 螺旋鉆采煤機(jī)設(shè)備配套及性能 BSHK-2DM型螺旋鉆采煤機(jī)組可用于有瓦斯和煤塵爆炸危險(xiǎn)的薄煤層開采，也可用于不規(guī)則煤層和保安煤柱的開采，但不允許在有突出危險(xiǎn)的和自燃的煤層中應(yīng)用。其采寬1.9052.105m，單孔長度可達(dá)85m。工作巷道凈斷面不小于11.2m2，傾斜3，臥底不小于0.6m，上、下山方向傾角015，切割阻力不大于350kN/m。1.1 螺旋鉆采煤機(jī)構(gòu)造及性能螺旋鉆采煤機(jī)構(gòu)造及性能 （1）螺旋鉆采煤機(jī) BSHK-2DM型螺旋鉆采煤機(jī)如圖1-1所示。中間部分為兩個(gè)液壓推進(jìn)部

3、件，兩側(cè)為兩個(gè)定向部件，這些部件用銷釘和螺栓連接在一起。在液壓推進(jìn)部件上裝有傳動(dòng)部件的液壓缸，液壓缸沿著導(dǎo)向框架裝在框架上的螺旋鉆機(jī)傳動(dòng)部一起移動(dòng)。 定中心部件安裝在液壓推進(jìn)部件上，保證螺旋鉆桿及與后來加接的螺旋鉆桿的對中找正。鎖緊位置預(yù)先固定了加接鉆桿時(shí)的離合器?；迨菣C(jī)器的支座。每一塊滑板用連桿系統(tǒng)和定向部件的殼體與兩個(gè)液壓千斤頂連結(jié)，保證螺旋鉆采煤機(jī)沿煤層傾角工作。1通風(fēng)管2鎖緊裝置3減速器4液壓偶合器 5電動(dòng)機(jī)6傳動(dòng)部件7滑撬8支撐液壓缸9底托架 10液壓推進(jìn)部件11傳動(dòng)框架12螺旋采煤機(jī)圖1-1 螺旋鉆采煤機(jī) （2）螺旋鉆具的結(jié)構(gòu) 如圖1-2所示，螺旋鉆具是由一些很容易組裝、拆卸的構(gòu)

4、件組成。鉆具為兩組螺旋鉆桿和通風(fēng)管，它們都與螺旋鉆機(jī)連接。在前右螺旋鉆桿和通風(fēng)管之間由減速箱連接，在前左螺旋鉆桿上安裝了用剛性拉桿與減速箱殼體相連的軸承座。減速箱和軸承座裝在下有彈簧的滑板上。在右螺旋鉆桿的軸承座前面及減速箱的輸出軸上裝有3個(gè)鉆頭，鉆頭軸之間的距離為640mm，兩則的鉆頭按煤層厚度采用不同直徑的625mm,725mm或825mm鉆頭。在各種條件下，中間鉆頭的直徑是625mm，但它的結(jié)構(gòu)隨著兩側(cè)鉆頭的直徑不同而改變。所有鉆頭有通用的連結(jié)節(jié)，以保證把鉆頭安裝在減速箱和軸承座的輸出軸上。1螺旋鉆桿 2中間通風(fēng)管 3軸承座4鉆頭 5變速器 6控制箱圖1-2 螺旋鉆具 （3）機(jī)組電力裝置

5、 螺旋鉆采煤機(jī)BSHK-2DM電力設(shè)備是由機(jī)組的電氣系統(tǒng)和煤礦供電系統(tǒng)所組成。電氣系統(tǒng)包含的設(shè)備和部件，見表1-1表1-1 電氣系統(tǒng)設(shè)備及型號序 號電力設(shè)備名 稱型 號1電機(jī)CYB-350AB2啟動(dòng)組合機(jī)組礦用接線開關(guān)13警告信號設(shè)備PC-KY4甲烷分井儀AT3-15控制臺(tái)AYBSHK-2DM01.006控制室KY-91-PB，KY-93-PB7聯(lián)絡(luò)設(shè)備PCK8控制儀表AYBSHK-2DM.00.0009照明LCPO1-2010接線盒ZY12.42.33.002111執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)2iDKOFB250LBZ12降塵水泵系統(tǒng)電機(jī)BPP160SZY513風(fēng)機(jī)電機(jī)ANY-132M214水泵站電機(jī)BPP

6、150SZ15單軌吊車電機(jī)CoCBEPLA CiPIgM 動(dòng)力電源，CYB-350AB及控制設(shè)備AYSHK-2BM的電源為交流電660V，照明及單軌吊的電源為127V，電器PC-KY及AT3-1為交流電36V。 機(jī)組電氣系統(tǒng)的電源由功率不小于400kVA的移動(dòng)變電站所提供。電器設(shè)備的總功率為約390kW，電壓為660V，其中螺旋鉆采煤機(jī)為235kW。1.2 機(jī)組的組成及其工作原理機(jī)組的組成及其工作原理 （1）機(jī)組的組成 機(jī)組的組成如圖1-3所示。機(jī)組由主機(jī)、鉆機(jī)動(dòng)力設(shè)備、通風(fēng)系統(tǒng)、鉆頭和移動(dòng)裝置等組成。1-螺旋鉆機(jī)組主機(jī) 2-托架 3-操作臺(tái) 4-液壓系統(tǒng) 5-動(dòng)力裝置 6-CYB-350AB

7、型控制站 7-礦用接線開關(guān)APSH.1型 8-采用BMCH-4.5型風(fēng)機(jī)的通風(fēng)系統(tǒng) 9-鉆具圖1-3 百獅-2型螺旋鉆采煤機(jī)組總裝圖 （2）機(jī)組工作原理 螺旋鉆采煤機(jī)組傳遞扭矩給和鉆壓給螺旋鉆從鉆采條帶里的煤，并完成采煤過程的送鉆和退鉆。螺旋鉆由一個(gè)左旋一個(gè)右旋的兩節(jié)鉆桿和它們中間的風(fēng)管組成。 鉆頭的切割部分是一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它由三個(gè)鉆頭組成。右邊的螺旋鉆通過減速箱傳扭矩給中間鉆頭。 通過風(fēng)管不間斷地向工作面通風(fēng)，并用ATZ-1型瓦斯測量器測控。通過放置在風(fēng)管邊的軟管向執(zhí)行機(jī)構(gòu)的噴頭供水，保證降塵。兩個(gè)單獨(dú)的傳動(dòng)裝置帶動(dòng)鉆桿組的旋轉(zhuǎn)。 為鎖緊和開啟鉆桿的連接，需把鉆桿連接用的帶有凸輪的離合器調(diào)整

8、到適合的位置，用有旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝備的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來對正。 用固定在傳動(dòng)架上的傳動(dòng)裝置沿導(dǎo)向進(jìn)行液壓推進(jìn)，機(jī)器下面有滑板，滑板支撐在底板上，利用滑板在巷道內(nèi)移動(dòng)機(jī)器。定向機(jī)構(gòu)保證機(jī)器的傳動(dòng)架沿著煤層角度進(jìn)行鉆進(jìn)。 機(jī)組對巷道壁的水平側(cè)推力是用液壓缸來保證的。機(jī)組機(jī)械化接鉆桿和撤鉆桿時(shí)有一個(gè)找正裝置，用它來找準(zhǔn)定位需要鉆進(jìn)或撤出的在鉆采帶里的鉆桿和風(fēng)管。鉆桿的安裝、拆卸、儲(chǔ)存是由安裝在巷道的單軌吊完成的。 機(jī)組采下來的煤是靠放置在巷道里的刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)出的。螺旋鉆機(jī)、操作臺(tái)和動(dòng)力裝置連接在一起，沿巷道一起移動(dòng)。 2 薄煤層螺旋鉆無人工作面開采工藝 2.1 后退式螺旋鉆機(jī)開采工藝 2.1.1 采區(qū)巷道布置及支

9、護(hù)采區(qū)巷道布置及支護(hù) （1）巷道布置 按照螺旋鉆機(jī)采煤的要求，一采區(qū)2層煤螺旋鉆機(jī)采煤試驗(yàn)塊段采取雙翼布置，即分別在一采上山東西兩翼布置兩個(gè)工作面，東翼走向長為320m，西翼走向長為127m，東西兩塊段傾斜長度均為150m。 運(yùn)輸上山布置在采區(qū)走向中部，沿2層煤頂板掘進(jìn)，位于一采輔助上山東側(cè)35m處，該上山全長400m，掘180m與一采總回風(fēng)巷相貫通。 輔助上山布置在一采石門西側(cè)，沿2層煤頂板掘進(jìn)，該上山全長450m，傾角1721。 在1204西面進(jìn)風(fēng)巷以南65m沿水平方向布置運(yùn)輸順槽，上下山方向均鉆采60m。1203西順槽長127m。試驗(yàn)塊段1203西下巷和1203西切眼、1203西上巷形成

10、負(fù)壓通風(fēng)。 1203西鉆采工作面是該采區(qū)第一個(gè)鉆采工作面，其下部1204西面已經(jīng)采完，上部1202西工作面正在準(zhǔn)備。 1203西鉆采面巷道布置及巷道素描分別見圖2-1和圖2-2。圖2-1 1203西鉆采面巷道布置圖2-2 1203鉆采巷部面圖 （2）試采面運(yùn)輸順槽支護(hù) 1203西鉆采工作面運(yùn)輸順槽沿煤層頂板起底布置，采用錨網(wǎng)噴及錨索聯(lián)合支護(hù)。錨桿為181800mm全螺紋鋼等強(qiáng)樹脂錨桿，間排距為900900mm；錨索間排距為30006000mm。巷道采用拱形斷面，凈寬4.5m，凈高3.5m，斷面積13.57m2。主要用于該鉆采面的進(jìn)風(fēng)、運(yùn)煤和運(yùn)料。 2.1.2 2.1.2 回采工藝回采工藝 12

11、03西工作面采用烏克蘭BSHK-2DM新型螺旋鉆機(jī)，它是三軸螺旋式薄煤層鉆機(jī)。該機(jī)采用后退式獨(dú)頭鉆采的工藝方式，上山方向鉆采完后再退回調(diào)頭鉆采下山方向煤層。 （1）鉆采煤柱尺寸的確定 a煤柱受力分析 螺旋鉆采煤機(jī)開采過程中，留設(shè)煤柱的作用是在使鉆采過程中保護(hù)煤炭順利運(yùn)出和支撐頂板。煤柱的尺寸決定著整個(gè)開采過程中煤柱的支撐狀況及礦山壓力顯現(xiàn)。煤柱尺寸過小可能導(dǎo)致頂板來壓、垮落，甚至造成沖擊地壓，威脅安全生產(chǎn)。但是過大的煤柱會(huì)造成資源浪費(fèi)，還可能引起回采過程中頂板管理的困難。因此，不同用途的煤柱各有其合理的尺寸。 煤柱的合理尺寸，首先要考慮煤柱將要承受的載荷，可以用簡單的附屬面積理論確定煤柱平均應(yīng)

12、力。該理論認(rèn)為：一個(gè)煤柱所支撐的范圍，既包括位于其上方的巖層，又包括其周邊巷道（鉆空區(qū)）跨度一半的頂板巖層（見圖2-3）。圖2-3 煤柱的支撐面積因此，其總載荷為： （2-1）煤柱的平均應(yīng)力為： （2-2）式中 Bz、Lz分別為煤柱的寬度和長度； Bh巷道（鉆空區(qū)）的寬度； 上覆巖層的平均容重； H平均采深。()zhzpBB LH()(1)zhzhPzzzBB LHBHB LB 理論研究證明，煤柱的應(yīng)力分布是不均勻的。煤柱邊緣部分，當(dāng)其剛剛暴露時(shí)，存在很大的集中應(yīng)力。該集中應(yīng)力常常等于原始應(yīng)力的24倍甚至更大，因而常超過該處煤層強(qiáng)度而導(dǎo)致煤柱邊緣部分破壞，隨之集中應(yīng)力向煤柱內(nèi)部轉(zhuǎn)移，如圖2-4

13、所示。 圖2-4 煤柱內(nèi)垂直應(yīng)力分布 顯然在此集中應(yīng)力作用下部分煤柱將產(chǎn)生屈服。 b合理的煤柱尺寸 根據(jù)逐步破壞理論確定煤柱的寬度，該寬度可由下式計(jì)算： （2-3） 式中 hz煤柱高度，取0.65m； 關(guān)系曲線的斜率， ， 為內(nèi)摩擦角； K支承壓力峰值處的應(yīng)力集中系數(shù)，34； 上覆巖層的平均容重，取2.5kN/m2； H為平均采深，取582.7m； 煤柱的抗壓強(qiáng)度，取18kN/m2。 把以上數(shù)據(jù)代入（2-3）式，得煤柱的寬度為： a=0.86m 由于煤層厚度在0.651.3m之間變化，綜合確定煤柱尺寸為0.51.0m。 （2）落煤方法 即一臺(tái)螺旋鉆機(jī)布置在運(yùn)輸順槽中，先向上山方向煤層打鉆，鉆頭

14、割煤，螺旋鉆桿掏煤，煤直接落在運(yùn)輸順槽的刮板輸送機(jī)上運(yùn)出，該機(jī)一次采寬2.105m，三軸聯(lián)動(dòng)鉆桿1.54m/節(jié)，鉆機(jī)本身自動(dòng)接桿，達(dá)到設(shè)計(jì)采深或遇斷層時(shí)退出鉆桿，螺旋鉆機(jī)整體前移，預(yù)留0.5m1.0m煤柱后開始下一循環(huán)鉆采。 螺旋鉆機(jī)采煤示意圖如圖2-5所示。ln(1)zbhK Hatgtgtg(1 sin )/(1 sin )tgba螺旋鉆機(jī)鉆頭割煤b鉆機(jī)在順槽中工作狀態(tài)1單軌吊 2螺旋鉆采煤機(jī) 3固定油缸 4調(diào)斜油缸 5刮板運(yùn)輸機(jī) 6節(jié)式鉆桿圖2-5 螺旋鉆機(jī)采煤示意圖 螺旋鉆機(jī)設(shè)計(jì)鉆采長度，上山方向85m，下山方向45m。螺旋鉆機(jī)以1.0m/min的速度向上（下）鉆煤，直至達(dá)到設(shè)計(jì)深度。

15、 （3）螺旋鉆機(jī)工作面生產(chǎn)能力 工作面平均每班鉆進(jìn)20m，每天鉆進(jìn)深度60m，回采高度1.2m，鉆孔寬度2.105m，鉆煤時(shí)回采率0.95，則： 日產(chǎn)量Qd=602.1051.21.360.95=195（t） 月產(chǎn)量Qm=19530=5850（t） 2.1.3 2.1.3 工作面設(shè)備配置工作面設(shè)備配置 運(yùn)輸順槽內(nèi)布置50的防塵管路，每50m設(shè)一個(gè)三通閥門以便沖刷巷道，杜絕煤塵積聚。運(yùn)煤巷道各轉(zhuǎn)載點(diǎn)相應(yīng)安設(shè)噴霧裝置，實(shí)施轉(zhuǎn)載自動(dòng)噴霧。在靠工作面?zhèn)仍O(shè)置 SGW-40T型和SGW-30B型刮板輸送機(jī)和SPJ-800型膠帶輸送機(jī)，并在靠近鉆采工作面的地點(diǎn)設(shè)有移動(dòng)開關(guān)站一處、螺旋鉆機(jī)液壓系統(tǒng)泵站等設(shè)備（

16、見圖2-6）。圖2-6 1203西鉆采工作面設(shè)備布置示意圖 2.2 前進(jìn)式螺旋鉆機(jī)開采工藝 2.2.1 采區(qū)巷道布置采區(qū)巷道布置 七層煤一采區(qū)采用單翼布置，在采區(qū)西部布置采區(qū)軌道上山及采區(qū)運(yùn)輸機(jī)上山，兩條上山均沿7層煤掘進(jìn)，其中，運(yùn)輸機(jī)上山作為運(yùn)煤及進(jìn)風(fēng)用，軌道上山作為輔助運(yùn)輸及回風(fēng)用。采區(qū)下部通過-350水平七層煤大巷與-350m井底車場聯(lián)系，作為采區(qū)總進(jìn)風(fēng)巷。采區(qū)軌道上山上部連接-150m主石門，作為采區(qū)總回風(fēng)巷。 在采區(qū)上部車場以下40m處掘進(jìn)1701運(yùn)輸巷，采用單巷布置，巷道凈寬4400mm，凈高3500mm，斷面13.3m2，采用錨網(wǎng)梁支護(hù)，所用錨桿為螺紋鋼等強(qiáng)錨桿，直徑18mm，長

17、度2200mm，間排距為800800mm。 采區(qū)運(yùn)輸上山上部設(shè)七層煤一采區(qū)煤倉，煤倉為立式，直徑6.0m，凈高7.6m，容量190t。煤倉采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，噴漿厚度200mm。煤倉下部接-150m主石門，采用石門裝車方式。 七層煤一采區(qū)巷道布置如圖2-7和圖2-8所示。圖2-7 采區(qū)巷道布置平面圖圖2-8 采區(qū)巷道布置剖面圖 2.2.2 回采工藝回采工藝 1701鉆采工作面亦采用烏克蘭BSHK-2DM型螺旋鉆機(jī)，該機(jī)采用前進(jìn)式獨(dú)頭鉆采的工藝方式，沿煤層下山方向進(jìn)行鉆采，下山方向鉆采完后再退回調(diào)頭鉆采上山方向煤層，如圖2-9所示。圖2-9 采煤方法示意圖 螺旋鉆機(jī)布置在運(yùn)輸順槽中，向下山方向煤層打

18、鉆，鉆頭割煤，螺旋鉆桿掏煤，掏出的煤直接落到運(yùn)輸順槽的刮板輸送機(jī)上運(yùn)出。該機(jī)一次采寬1905mm，鉆機(jī)自動(dòng)接桿，達(dá)到設(shè)計(jì)采深或遇到斷層時(shí)退出鉆桿，螺旋鉆機(jī)整體前移，預(yù)留0.5m煤柱后開始下一循環(huán)鉆采。螺旋鉆機(jī)采煤如圖2-10所示。圖2-10 螺旋鉆機(jī)采煤示意圖 鉆采工作面每班鉆進(jìn)30m，每天鉆進(jìn)深度90m，鉆孔高度0.65m，鉆孔寬度1.905m，鉆煤時(shí)回收率0.95，則： 日產(chǎn)量Qd=901.9050.651.310.95=138.7（t） 月產(chǎn)量Qm=138.730=4160.7（t） 該采煤法實(shí)現(xiàn)了前進(jìn)式開采，即巷道在前邊掘進(jìn)螺旋鉆機(jī)緊隨其后鉆采下山方向的煤層。3 結(jié) 論 通過在潘西煤礦和南冶煤礦工業(yè)性試驗(yàn)及對螺旋鉆采煤