CN1129703C - 一种综放工作面的采煤方法 - Google Patents

Abstract

一种综放工作面的采煤方法，属于采矿领域，其工艺流程包括割煤，移架、移前后输送机和放顶煤，并采用一刀一放的作业方式，其特征是：每次进刀1.0～1.4米，放煤步距1.0～1.4米，割煤与放煤平行作业，另外放顶煤支架上安装有电液程序控制系统，主控器输入工作程序，放煤时按照设定的合理的放煤方式自动进行，从而提高了综放开采的产量和回采率，而且自动化程序高，操作人员少，安全性好。

Description

一种综放工作面的采煤方法

本申请属于煤矿开采的工艺方法

目前在厚煤层开采中，最有效的工艺方法是综合机械化放顶煤开采，简称综放开采，在《兖州矿区综合机械化放顶煤开采的实践与认识》(吴则智主编，煤炭工业出版社97年11月出版)一书中作了详细介绍。如书中第五章所述，一个完整的综放开采工艺过程包括割煤、移架、移前输送机、放顶煤、移后部运输机等主要工序。工艺流程有一刀一放和两刀一放的单行作业；一刀一放是采一刀放一次，二刀一放是采两刀放一次。另外为提高放顶煤产量，有的采用了采、放平行作业，即将实行两刀一放的工作面分为两段，使割煤与放顶煤两道工序同时进行，前半部割煤后半部放煤或前半部放煤后半部割煤。实践证明平行作业优于单行作业的产量。由于受工艺参数与放煤设备所限一刀一放还不能实行采放平行作业。

由于目前的采煤机割煤深度一般为0.8米，所以一刀一放的工艺流程时，放煤步距也为0.8米，此时放煤步距太小，采空区矸石易混入放煤口，不仅影响煤质而且操作者误认为见矸后煤已放净而终止放煤，造成操作上的丢煤，回收率低而且每循环进度才0.8米，产量低。但一刀一放的工艺流程生产工艺简单、效率较高、顶板容易管理。当二刀一放时，放煤步距是割煤深度的两倍，达到1.6米，此时放煤步距又过大，顶板也较难管理，部分顶煤落入采空区又造成丢煤，所以回采率也低。只有选择合理的放煤步距才能使上部矸石与采空区侧矸石同时达到放煤口，使顶煤损失最小、回采率高，也易于顶板管理。根据长期生产观察，合理的放煤步距介于目前一刀一放和两刀一放之间1.0-1.4米左右。但放煤步距是割煤深度的整倍数，所以在目前的情况下受采煤机割煤深度的制约，无法实现最佳的放煤步距。而且两刀一放的工作面操作工艺复杂，顶板不容易管理。

在综放工艺中，放顶煤是综放开采工艺中的关键工序，工作面大约50％～70％的煤是从支架后部放出的。所以放顶煤开采的关键是放煤支架的操作工艺。目前的放顶煤支架都是液压控制，支架上有若干操纵阀，其操作都是由人工搬动操纵杆来完成。一般的操作方法是当达到规定的放煤步距时，首先抽动尾梁插板，将放煤口上方的碎煤放出，煤量小时活动尾梁继续放煤，最后加大放煤口将大块煤放出，待含矸量占1/3时，升起尾梁伸出插板，停止放煤。由于煤层的赋存条件不同，所以放煤方式也非常广泛，放煤方式最主要的是放煤顺序(挨架或隔架)和每架的放煤次数(单轮、双轮或多轮)，因此组成了单轮顺序、双轮顺序、单轮间隔、单轮顺序折返等多种放煤方式，由于上述复杂的放顶煤工艺都是由人工操作完成的，所以放煤时间长，影响了采煤产量，而且自动化程度低需用人员多，工人劳动强度大，安全性差。

目前在国外的煤矿综采工作面用的综采支架有采用电液阀程序控制的，可以实现支架移动时的自动控制。目前国外无综放工作面所以无综放支架，国内练放工作面用的综放支架上还没有采用电液阀程序控制的。

本申请的目的是克服目前综放工艺流程和工艺参数的不足，以及放顶煤支架的不足，提供一种合理的放顶煤工艺参数和自动化程度高的放顶煤方法，提高采煤产量和回收率，减少工作面操作人员提高综合效益，减轻工人劳动强度，增加安全性。

本申请的技术方案是：工艺过程包括：割煤运煤、移架、移前部输送机、移后部输送机和放顶煤，特征是1、采用一刀一放平行作业的综放工艺，每次进刀和放煤1.0～1.4米，割煤和放顶煤平行作业；2、采用电液程序控制系统控制放顶煤支架的动作，实现移架特别是放顶煤工序的自动化。详细技术方案是：

1、采用截深为1.0～1.4米的滚筒采煤机、每刀采煤进深1.0～1.4米；

2、实行一刀一放的采煤工艺，每次放煤步距为1.0～1.4米；

3、放煤时离采煤机后滚筒5-10架追机作业，采用割煤与放煤同时进行的平行作业方式；

4、在放顶煤支架上安装电液程序控制系统，使支架按照设定的工艺程序顺序动作，完成自动移架、放顶煤、推移输送机等系列工序。电液控制系统由主控制器和电液控制阀组成，主控制器输入工作程序，电液控制阀自动控制支架的一系列动作。尤其是实现各种放煤方式的自动控制。

5、放顶煤时采用平衡分组放煤和时间梯度放煤或多轮顺序放煤的放煤方式。

6、为实现自动监控放顶煤支架的各种动作，在支架的立柱油缸上装有压力传感器，尾梁千斤顶和推移千斤顶上装有位移传感器，插板千斤顶上装有接近开关，并将各信号线接入主控制器的相应输入端。上述传感器亦可安装在相应的液压管路中。

7.各支架的主控制器相互串连，在任一支架上操作能控制工作面上所有的支架。

本申请的积极效果是，由于以合理的放煤步距为依据确定割煤参数，并布置相应割深的采煤机，从而实现了一刀一放、平行作业的最佳综放工艺和综放参数，使采煤产量和回采率同时得到提高；又由于采用电液程序控制系统控制的放顶煤支架实现了用人工不易实现的合理放煤方式，使复杂的人工操作过程变为自动控制过程，减少了操作人员，使采煤产量和回采率以及人均效率更得到提高，因而提高了煤矿综放工作面的总体效益；而且减少了工人劳动强度，提高了生产安全。

下面根据图1、图2、图3对本申请的实施例详细描述。本实施例是针对1.0米的循环进度描述的。

图1是支架的侧面示意图，图中省略了各个油缸和千斤顶的液压管路部分。图2是采用PM3控制器的电液程序控制系统原理图。图3是双轮顺序放煤的基础程序图。

图例说明：图1图2中1-架体、2-电液控制阀组、3-主控制器、4-前后立柱压力传感器、5-推移位移传感器、6-尾梁位移传感器、7-插板接近开关。

一、开采前首先在采煤工作面布置安装综采设备，包括：采煤机、输送机、放顶煤支架、端头支架等设备，其中：

1、采煤机的主要参数应保证：截深1.0米，采高1.8～3.5米；

2、输送机的主要参数应保证：前部输送机宽度1.0米，运输量＞1500吨/时，后部输送机宽度1.2米，运输量＞2000吨/时；

3、放顶煤支架主要参数应保证：工作阻力≥6800KN，支护强度≥0.8MPa；

4、放顶煤支架上安装有电液程序控制系统。图1所示，本申请架体1的结构与现有的结构相同，各部分结构不再详述，主要是在架体1的操作位置上安装电液控制阀组2和主控制器3共同组成电液程序控制系统。该系统选用德国马克公司生产的PM₃控制器。在立柱油缸上安装压力传感器4，在推移千斤顶油缸上安装位移传感器5，尾梁千斤顶上安装位移传感器6，插板上安装接近开关7。PM₃控制器3的主控接口分别与对应的传感器和电液控制阀用电缆连接。

如图2所示，A₁、F₁接口分别接相邻两架的A₁、F₁接口，A₂接入接地保护装置DB，B₁与插板接近开关7相连，C₁、C₂分别接前后立柱的压力传感器4，D₁接推移千斤顶的位移传感器5，E₁接尾梁位移传感器7，F₂接入电液控制阀组2的电磁阀DC上，电液控制阀的主阀DY上有8对进出液口分别与支架的对应液压管路连接，从而控制支架的各个液压管路的进液、回液，实现支架前后立柱的升降、推溜拉架、尾梁升降、插板伸缩、护帮板伸缩、后溜(后部输送机)伸缩，侧护板伸缩等动作。

二、开采工艺过程

1、采煤机割煤：启动采煤机，使采煤机从工作面任一部位斜切进刀，截深1.0米，同时启动前部输送机，使割下的煤炭运出工作面；同时采煤机运行滚筒前的第三架支架护帮板缩回；

2、移架：一般情况下距采煤机后滚筒3-5架开始移架，启动主控制器按键、支架按顺序逐架进行前移，随采煤机的向前追机作业，移架步距1.0米；移架的先后动作是：降架→前移→升架(达到80％的泵站压力时停止)→护帮板提起；

3、移前部输送机：一般在移动架后的5-10架进行，利用支架上的推移千斤顶分3-4次推移到位，推移步距1.0米，随采煤机的向前顺序推进；

4、移后部输送机：操作要求与移前部输送机相同；

5、放顶煤：距采煤机后滚筒5-10架进行放顶煤与采煤机追机作业，即采煤与放顶煤平行作业；放煤支架按照给定的放煤程序自动放煤。每台支架每次的基本放煤程序为：→插板缩回(放煤口打开)→降尾梁→升尾梁→插板伸出(放煤口关闭)。根据同时打开放煤口的架数、每架打开放煤口的间隔时间以及每架打开放煤口的次数，可以组成多种放煤方式。

放煤方式用分组平衡放煤和时间梯度放煤或多轮顺序放煤。即将二至四台支架分为一组，同时打开该组所有放煤口和依次打开每个放煤口或按规定的间隔时间多次打开某个(组)放煤口。

上述工艺过程由PM3控制器自动控制，按动启动按键支架所有动作自动完成。

三、为便于本申请的实施，对编制放顶煤支架的自动控制程序要求加以说明。

(一)根据放顶煤支架的结构和采煤操作工艺，电液程序控制系统所控制的支架基本动作有：1、前立柱升；2、前立柱降；3、后立柱升；4、后立柱降；5、拉架；6、推前部输送机；7、护帮板伸出；8、护帮板缩回；9、拉后部输送机；10、放煤插板收回(放煤)；11、放煤插板伸出(停放)；12、尾梁抬起；13、尾梁下放；14、抬起支架底座(与拉架用同一电磁阀控制)；15、放回支架底座(与推前部输送机用同一电磁阀)；16、侧护板伸；17、侧护板缩等17个基本动作。合计15个基本控制功能(其中两个合并)、加上1个备用控制动作选用16功能的控制闸组。

(二)对电液控制系统自动控制的要求有：

1、对左右邻架和成组支架的自动控制。可在任一架上操作左右邻架和实现对一定数量的支架作为支架组进行自动编组，组内各支架的工作循环按设定时间(或压力信号)依次逐架自动进行。

2、成组推拉溜(输送机)控制。可在任一架上操作实现从机头至机尾或机尾至机头方向的推移顺序动作，实现成组的推移动作，实现梯度推溜，保证采煤机斜切进刀。

3、放煤方式控制。放煤程序以放煤时间为控制参数，放煤时间在主控器上现场可调，以适应各种地质赋存条件，能实现分组平衡放煤和时间梯度放煤或多轮顺序放煤。

4、放煤时插板和尾梁具有联锁功能。即先收插板、插板缩回后方可放尾梁。尾梁按设定的摆动次数进行摆动。尾梁升起后方可伸出插板。通过接近开关的作用保证联锁功能可靠，接近开关发生故障时，系统能自动锁闭本架。当插板因煤压收不动或煤块阻力伸不出时，尾梁自动上挑或下摆保证插板伸出或缩回。

5、必要时进行人工干预操作，直接手动，控制本架或邻件的某一个单独动作，或使整个系统暂停。

6、紧急功能。如某一支架迂故障时整个工作面其他支架仍可照常工作，液压管路开路时，系统自动停止工作并发出警示。

四、参照图3，对多轮顺序放煤方式中的双轮顺序放煤的基础程序加以说明。

放煤时每一支架后的顶煤间隔一定的时间分两次放出。每一次为一轮，每放一轮放煤口连续开两次。在第一轮中放煤口开一次尾梁摆动一次；在第二轮中放煤口开一次尾梁摆动两次。运作时间如下：

1、在每一轮中自开始打开放煤口(放煤插板回缩)到放煤口最后一次关闭(放煤插板完全伸出)为放煤时间(T)，调正范围15-90秒。基础定在第一轮30秒，第二轮36秒。

2、放煤插板自回缩开始到全部缩回为开口动作时间(t_d)，时间为3.5秒。

3、放煤插板自伸出开始到全部伸出为闭口动作时间(t_c)，时间为3.5秒。

4、放煤口处于完全敝开的连续时间(t_o)，第一轮为8秒，第二轮为11秒。

5、在放煤口完全敝开的放煤过程中，尾梁进行摆动，上挑和下摆，时间(t_l和t_h)为：第一轮中上挑4秒，下摆4秒；第二轮中第一次上挑下摆各3秒，第二次上挑下摆各2～2.5秒。

Claims (3)

1一种综放工作面的采煤方法，其工艺流程包括：割煤、移架、移前部输送机、放顶煤、移后部输送机，采取一刀一放的作业方式，其特征是：

1.1采用截深为1.0-1.4米的滚筒采煤机，每次进刀1.0-1.4米，距采煤机后滚筒5-10架开始放顶煤，放煤步距1.0-1.4米，追机作业，即采煤与放顶煤追机平行作业；

1.2在放顶煤支架上安装电液程序控制统，使支架按照设定的工作程序，自动顺序地完成移架、放顶煤、推移输送机等系列动作；电液程序控制系统由主控制器和电液控制阀组成，主控制器输入工作程序，由电液控制阀自动控制放顶煤支架的一系列动作；实现放顶煤支架一系列动作的信号是在支架的立柱或液压管路中安装压力传感器，尾梁千斤顶和推移千斤顶上装有位移传感器，插板千斤顶上装有接近开关，并将各信号线接入主控制器相应输入端，再将工作面所有支架上的主控制器相互串连在一起；

1.3放顶煤支架上安装电液程序控制系统后，综放工作面的工艺过程为：

I、启动采煤机和前部输送机，开始进刀割煤和输煤，割煤后从距离采煤机后滚筒3-5架开始，启动放顶煤支架上的主控制器按键，支架按照通常的移动动作自动地随采煤机逐架前移，同时推移千斤顶向采煤工作面推移前部输送机和后部输送机；

II、随着采煤机的推进和放顶煤支架的前移、距采煤机后滚筒5-10架的放煤支架按照给定的放煤程序自动放煤；每台支架基本放煤动作是：插板缩回打开放煤口——尾梁下降、上摆——插板抻出关闭放煤口；通过主控制器程序控制，根据同时打开支架放煤口的架数、每架打开放煤口的次数和时间、尾梁的摆动次数，组成多种放煤方式，从而实现采煤与放煤追机平行作业；

上述过程周而循环，完成综放工作面的自动开采。

2、如权利要求1所述的采煤方法其特征在于所述的放煤方式有下述两种：

I、分组平衡放煤，即将二至四台放顶煤支架为一组，同时打开该组所有放煤口；

II、时间梯度放煤，即将二至四台综放支架为一组，依次打开该组每台支架的放煤口。

3、如权利要求2所述的采煤方法，其特征在于每台支架后的顶煤分两次放出；第一次放出从放煤口打开到放煤口关闭为30秒，其间放煤口打开两次，每次打开8秒，放煤口每打开一次尾梁上下摆动一次；第二次放出从放煤口打开到放煤口关闭为36秒，其间放煤口打开两次，每次打开11秒，放煤口每打开一次尾梁上下摆动二次，第一次摆动为3秒，第二次摆动为2-2.5秒；放煤插板回缩和伸出的时间各控制在3.5秒。

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