[01051255]复杂煤层机械化开采工艺及装备研究

薄与极薄、夹矸等复杂煤层在中国分布广泛，在中国重点煤炭企业中，绝大多数矿井中都赋存薄煤层，且含有大量夹矸。由于中国薄煤层开采机械化程度低，赋存条件复杂，开采难度和安全隐患大，致使薄煤层产量不高，开采效率低。薄煤层作为解放层开采的矿井，由于薄煤层开采速度缓慢，制约了煤炭产量的提高，影响了煤炭工业的全面协调发展。随着矿井开采年限的增加和开采强度的加大，优质煤炭资源越来越少。为了缓解煤炭市场供不应求的紧张局势，各大煤炭企业纷纷瞄准了夹矸等复杂煤层的开采。对复杂煤层的开采不但可以延长矿井服务年限，使一些老矿井出现新的生机，而且为某些煤炭资源贫乏地区找到了弥补资源短缺的出路。上述问题在新汶矿区尤为突出。新汶矿区各煤矿逐步集中在后组煤开采，但由于后组煤赋存条件复杂，特别是十三层含有大量硫化铁结核和夹矸，地质条件十分复杂，无法使用现有采煤装备进行正常开采，仍采用传统的炮采机装工艺，效率低，安全隐患大。因此，迫切需要对复杂煤层的机械化开采工艺及装备进行研究，以实现新汶矿区后组煤安全高效机械化开采，彻底消除采煤工作面放炮现象。该项目在对新汶矿区十三号煤层力学特性测试的基础上，针对煤层的特点提出了一套新的机械化采煤工艺。该工艺采用单向割煤，即采煤装备正向牵引时用前滚筒破岩落煤，后滚筒切割顶部煤，采煤装备反向牵引时，后滚筒切割底部煤及装运浮煤。根据该工艺特点研制了新型的大功率矮机身采煤装备和新型强力破岩滚筒，采煤装备采用了四象限运行的组合式开关磁阻调速系统(SRD)、多电机横向布置的液压螺栓联结等新结构，可用遥控、手动和两端按钮操作，方便、安全，是新一代夹矸、小断层复杂煤层开采设备；为提高该采煤装备的可靠性，截割部传动系统按照350KW进行设计，并采用现代设计理论和方法进行优化，增强了过载能力，在给定的配套尺寸下，可使功率最大化；强力破岩滚筒采用柱面螺旋线和球面螺旋线组合设计，根据煤层的压张效应和赋存条件对滚筒的截齿布置和滚筒结构进行了优化设计，提高了滚筒的破碎能力和耐磨强度，实现了复杂煤层的机械化无炮开采。该研究成果自完成以来，分别在新汶矿业集团下属的协庄、孙村、良庄、鄂庄等煤矿的复杂难开采煤层推广使用，自使用该技术及装备以来，开采原煤310余万吨，节约成本860余万元，创造经济价值15.5亿元。该研究获得专利10项，发表学术论文30余篇，其成果形成的开采工艺和装备填补了国内外空白，技术上达到国际领先水平。