7m超大采高工作面高效开采技术的应用

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摘要：本文介绍了世界首个7m超大采高综采工作面高效开采技术的设备配套、关键技术及其应用成效。

关键词：大采高 高效 开采技术

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

（简丰坝，男，1986年2月，籍贯四川省中江县，毕业于中国矿业大学，采矿工程专业，中天合创能源有限责任公司门克庆煤矿，矿建技术员。）

随着采矿技术的发展,绿色开采理念的深化，实现可持续发展，对特厚煤层的开采，煤矿企业需要进一步提高资源采出率、研究高效开采技术。实践证明,特厚煤层大采高综采是提高工作面开采强度,减少资源损失的有效途径。综合国内外综采工作面情况，大采高工作面和大采高工作面采煤机、刮板运输机和液压支架“三机”配套已趋于成熟，尤其以神华集团为代表在国内外率先实施的6.3m大采高工作面，取得了巨大成功，已广泛推广应用。

2009年11月30日，世界首个7米超大采高综采工作面――补连塔煤矿22303综采工作面开始安装并顺利运行。22303综采工作面推进长度4966米，工作面走向长度301米，回采量1177万吨，全工作面增产120万吨，回采率较使用6.3米支架提高了9.5%。

一、7m大采高工作面及配套设备技术参数

22303综采工作面长度301m，走向长度4966m，最大采高7.0m；运输顺槽断面6.0×4.4m，回风顺槽断面5.2×4.4m。工作面配套的超大采高液压支架、超大功率采煤机和刮板运输机均为新开发研制的超大型装备：煤机为SL1000/7m型，三机用DBT3*1000KW机头、机尾与天地奔牛公司制造的2.05米中部槽配套而成，工作面采用了按神东需求国产化研发的国内最大的6300KVA移变。综采工作面设备总重量12000余吨。

（一）超大采高液压支架

大采高液压支架为ZY18000/32/70D型掩护式液压支架，由国内开发研制：支护高度3200～7000mm，额定工作阻力16800kN（42.8MPa）～18000kN（45MPa），初撑力12370kN（31.5MPa），支架中心距2050mm，支架宽度1950mm～2200mm，支护强度1.39～1.43MPa（4.4m～6.8m），平均对地比压2.83～2.95MPa（4.4m～6.8m），重量69t（中部架）。

（二）超大功率采煤机

超大功率采煤机为SL1000/7m型，由国外研制：总装机功率2590kW，截割电机功率2×1000kW，牵引电机功率2×150kW，泵电机功率2×45kW，破碎机电机功率200kW，供电电压3300V；滚筒直径3500mm,截深865mm，转速29r/min；最大牵引力1256kN，最大牵引速度25.8m/min；最大采高7100mm，卧底量610mm，重量155t。

（三）超大功率刮板运输机

超大功率刮板运输机为PF6H-1542型，也由国外研制：装机功率3×1600kW，供电电压3300V，采用CST软启动系统；刮板链Φ60/135×181/197mm，采用双中链形式，链速1.67m/s；中部槽长度2050mm，槽内宽度1388mm，槽外宽度1542mm，哑铃销连接，单节重量5.3t；刮板间距756mm，固定方式为螺栓联接；销排采用整体锻造，节距172mm；刮板机运输能力6000t/h（工作面倾角3°）。

二、7.0m超大采高综采工作面关键技术

（一）工作面回采工艺

1.割煤方式

采用端头斜切进刀双向割煤方式（割三角煤），进刀距离为70.5m，截深为0.865m。进刀方式:斜切入煤壁推溜割三角煤拉架返空刀推溜六个过程。

工作面机头和机尾顶板创新采用垂直方式过渡。煤机至机头机尾时利用4架距离将采高由6.8m过渡至6.0m，然后在机头机尾过渡架处将采高由6.0m垂直过渡至顺槽高度后与顺槽割透。这样不仅减少了过渡损失煤量，同时打破了端头必须平缓过渡的常规方式，与常规过渡方法相比较，过渡区的顶煤留设量减少，全工作面过渡区顶煤回收提高18.2万吨。

2.装煤方式

采煤机割煤时利用滚筒上的螺旋叶片旋转将煤抛至刮板运输机内，再由可伸缩胶带机将煤运至地面煤仓。

3.运煤方式

刮板输送机将煤运至机头后侧卸入桥式转载机，经破碎机破碎后运至转载机机头卸入可伸缩带式输送机机尾。

4.支护方式

工作面采用两柱掩护式液压支架进行支护；运顺超前20m范围采用太原煤科院生产的四柱支撑掩护式液压支架(ZYDC3000/28/47型)结合单体进行支护；回顺超前20m范围采用太原煤科院生产的支架组(ZFDC3000/26.5/47型)进行支护。

5.采空区处理方式

采用自然垮落法处理顶板。

通过应用以上技术，每刀生产原煤量增加235吨（与6.3米工作面比较），回采率较使用6.3m支架提高了9.5%。

（二）特殊过渡支架

特殊过渡支架是实现工作面两端顶三角煤回采的关键装备。与传统过渡支架相比，特殊过渡支架(如下图)的特点如下：①工作阻力和支护高度与中部支架相同。②在支架一侧设有固定的侧向支护板。③在工作面两端对称各布置一架。④左、右特殊过渡支架在工作面不能互换。侧向支护板是特殊过渡支架的显著特点，其通过铰接、焊接、螺接的方式固定在支架顶梁一侧，并辅以刚性支撑。侧向支护板用于支护工作面顶板与巷道顶板落差部分的侧面煤壁。

（三）三级互帮机构

在7m超大采高工作面，由于采高超大，工作面压力显现剧烈，煤壁偏帮会非常严重，传统的互帮方式满足不了工作面的生产需求。为了对工作面煤壁进行有效地支护，在工作面液压支架（包括中部支架和特殊过渡支架）前端设置了三级互帮机构。三级互帮机构由一级、二级和三级护帮板及液压油缸等组成，护帮板相互铰接并铰接在支架顶梁前端，由液压油缸给予支撑或承压，其中一级、三级护帮板采用小四连杆机构，第三级可以180°回转折叠。护帮高度3.7m。

（四）超大缸径立柱快速供回液系统

7m超大采高液压支架首次采用了Φ500mm超大缸径立柱，将支架工作阻力也提高到了空前的18000kN。为保证支架移架速度，研究开发了超大缸径立柱快速供回液系统。

（五）采煤机牵引齿轨轮节距

采煤机齿轨轮节距p（即销排节距）是工作面“三机”唯一相互关联的技术参数。其既决定了采煤机齿轨轮的强度和牵引力，又决定了刮板运输机中部槽的长度（与弯曲度也有关），液压支架的中心距又随刮板运输机中部槽的长度而定。我国上世纪80 年代进口采煤机的齿轨轮节距为125（126）mm，90年代进口的采煤机，齿轨轮节距提高到了147mm，大采高工作面的采煤机齿轨轮节距再次提高到172mm，刮板运输机中部槽长度和液压支架中心距相应随之得到调整。节距加大后有效地提高了采煤机齿轨轮和销排的强度，大幅提高了采煤机牵引力。同时液压支架中心距也得到加宽，提高了液压支架的稳定性。

三、效益与应用

矿井将逐步在具备条件的厚煤层布置大采高工作面，加强矿产资源节约与综合利用。预计矿井后续大采高工作面使用7m大采高设备后，预期盘活煤量4621.7万吨，预期实现的经济效益总额1529924万元。

目前，补连塔煤矿采用厚煤层一次采全高技术开采，可大大提高资源回收率，延长矿井服务年限。该项目的研究已经为矿井及公司带来巨大的安全效益和经济效益，还将带来更大的安全效益和经济效益。

连塔煤矿22303综采工作面成功试运行后，补连塔煤矿22304工作面、大柳塔煤矿52304-1工作面、上湾煤矿12206工作面、陕煤集团神木红柳林矿业有限公司红柳林煤矿25202工作面、陕西德源府谷能源有限公司三道沟矿85201工作面等相继安装7m大采高综采工作面、试运行成功，并取得较大成效。

可见，补连塔煤矿首个7m大采高工作面对矿区的可持续发展及国内同类矿井的厚煤层开采具有重要的借鉴意义。

四、结语

在特厚煤层中布置超大采高工作面，无论在国内还是在国外均为首次实践，神华集团为此进行了有益的科学探索和尝试：设备方面，开发研制了适用于7m煤层的超大采高工作面超重型装备；技术方面，对一些关键技术进行了研究与应用，取得了重大突破。7m煤层超大采高工作面高效开采技术，一方面将综采工作面配套装备提升到了一个新的水平，为综采工作面配套设备的研发起到了引领作用，另方面为厚煤层高效开采、提高资源回收率提供了技术基础。

参考文献

[1]林光侨，7m一次采全高综采工作面设备配套浅析，煤矿开采，2010，15(02)：29-31

[2]南清安等：7.0m超大采高工作面配套设备关键技术，神华科技,2011，9(5):22-25

[3]高有进，6.3m大采高液压支架关键技术研究与应用，中州煤炭，2007，(03):67

The application of the highly efficient mining Technologies of 7.0m Extra High Mining Face

Abstract: This paper introduce the equipment、key technology and effects of application of the first 7.0m extra high mining face in the world.

Keywords: Large mining height; highly efficient;mining technologies