急倾斜煤层综采工艺及绩效.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：魏波（1988），男，汉族，四川华蓥人，本科，采矿工程师，华荣能源李子垭煤矿南二井，研究方向为采掘技术管理。-1-急倾斜煤层综采工艺及绩效 魏 波 华荣能源李子垭煤矿南二井，四川 广安 638507 摘要：摘要：煤炭作为主要能源，在经济发展中发挥了关键作用。然而，急倾斜煤层开采受地形地质的影响，很难实现开采速度与质量的突破。综采工艺作为急倾斜煤层开发当中应用较为广泛的一项技术，需要对技术组成原理进行探索，才能更好的针对实际采煤作业过程当中出现的问题采取有效的解决措施和方案，实现经济效益和社会效益的双重提升。要通过对急倾斜煤层综采工艺进行分析和探究，深入结合急倾斜煤层综采工艺应用问题，才能使我国煤炭资源开采技术得到优化，保证生产安全。急倾斜煤层由于回采工作面设备性能和空间的限制，我国现阶段急倾斜煤层综合机械化开采还未普及，大部分采用炮采工艺，以木支柱或柔性掩护支架支护为主，机械化程度低，工人劳动强度高，支撑系统不能有效密封工作空间，稳定性差，工作面安全可靠性低，产量低。基于此，本文针对急倾斜煤层综采工艺及应用绩效进行重点分析。关键词：关键词：急倾斜煤层；综采工艺；绩效分析 中图分类号：中图分类号：TD823 1 急倾斜煤层综采工艺分析 为了提高急倾斜煤层工作面的生产效率，提高开采 过 程 中 的 安 全 性 和 可 靠 性。液 压 支 架 选 用ZY6800/23/48Q 两柱掩护式液压支架，高度为 2.34.8m，支架中心距 1.75m，适应倾角60，在现场观测的基础上，结合顶板垮落方向推进进度计算，采用 ZYW-3200 全液压钻机在采煤巷道自下而上沿煤层倾斜度推进钻进。钻头直径为 94mm，采用自制直径280mm 的钻头扩孔。将钢丝绳、电缆通过钻孔从上巷道下至下巷道段运输。上巷采用 JSDB-13 型回柱绞车牵引 MG75-QTPFD 采煤机向上切煤，形成宽 1.2 米、高 0.55 米的明切或上山推进。上巷采用 JSDB-13 型回柱绞车(21.5mm 油钢丝绳)作为截煤机的主要牵引设备。上出口设有自动平台支架和两套伸缩滑轮装置。一组滑轮引导采煤机的牵引，另一组滑轮引导牵引电缆、除尘软管和监测线。截煤器降至工作面下开孔。上下开口安全确认后，依次启动截煤器和回柱绞车，同时启动喷淋装置。截煤器的链切旋转将底煤切下，煤体在重力和顶压的作用下滑向货口，截煤器向上切至上开口，完成一个循环。下巷采用 5.0m 5.0m保护煤柱保留在巷道内，与液压支架、刮板机完全配套。2 急倾斜煤层综采工艺技术难题 为了进一步提高急倾斜煤层的开采效率，需要使用急倾斜煤层设备，刮板输送机选用 SGZ900/2315刮板输送机，电压选用 3300V，运输能力和强度满足急倾斜厚煤层开采的需要。急倾斜煤层综采工艺一般采用 2.3m 及以上的开采巷道。与急倾斜煤层相比，巷道内岩体占 43.5%左右，切割岩体的重量相对较大，导致巷道施工效率较低，设备损耗较大，“高吨位”与“低单进”的矛盾。急倾斜煤层介质厚度变异性大，巷道断面大，顶底提升工作量大，导致单次进矿率明显下降，设备大容量与小体积的矛盾。为了大幅度降低数万吨的掘进率，在急倾斜煤层开采中通常寻求最优布置，需要选择重型、大型设备。但由于煤层相对较薄，需要对设备规模进行有效控制，不能采用大功率设备，设备适应性强与体积小的矛盾。急倾斜煤层稳定性较低，煤层厚度变化复杂，装置体积小，调节困难。在开采过程中，需要对煤层的变化进行跟踪和探测，给顶板和介质的控制带来困难。3 急倾斜煤层综采工艺运用措施 3.1 工艺流程 传统工艺主要包括常规开采和梯度放顶法，新兴技术主要包括液压支架和高位采煤。传统的常规开采方法是开采急倾斜煤层最广泛使用的方法。采用传统的顺序采煤法，从顶板开始，逐中国科技期刊数据库 工业 A 层、逐柱、逐底采煤。常规开采技术的优点是技术成熟、操作简单、适应性广，但煤炭回收率相对较低，煤层破坏程度大，存在安全隐患。分层放顶法是另一种常用的传统工艺，它将采煤工作面分成多个分段，按层次分阶段进行采煤，通常先进行顶板采煤。在煤炭开采过程中，随着煤炭产量的增加，不断向下推进分段采煤，实现高产能采煤。该工艺可提高工作面煤的回收率和稳定性，但工艺复杂，操作难度大，在一定程度上影响了煤的质量。在传统技术的基础上，新兴技术在急倾斜煤层综放工作面开采中也取得了一定的突破。液压支护技术利用水压对煤层进行支护，有效地控制了工作面顶板沉陷和煤层变形，提高了开采效率和安全性。煤矿液压支架具有灵活性高、煤层破碎少等优点，广泛应用于急倾斜煤层的开采过程中。3.2 技术创新点 急倾斜煤层综采工艺需要通过采煤技术推进到向后塌陷，15-20m 范围内的开采高度需要满足正常值。在综采工作面应用采煤技术，可以提高工作面的产量和效率，这是许多矿山企业青睐的原因之一。急倾斜煤层综采技术投资成本低，不需要铺设大面积顶板和开采巷道。通过设备之间的连接，可以实现分层开采和不同方向的开采。在地质构造简单、煤层稳定性高、产煤连续稳定、煤层倾角不超过 12的条件下，矿山企业可采用该开采技术。首先，急倾斜煤层 GIS 可视化软件应用地震波 CT 勘探技术对矿区下方煤层进行精确勘探。在 ArcGIS 的支持下，通过对钻孔数据和巷道数据的分析，开发了矿区顶底板可视化软件。该软件不仅包括煤层顶底板的绝对位置和煤层厚度的变化情况，还集成了采煤机的位置、姿态等数据，为急倾斜煤层的综采工作面提供了必要的数据支持。其次，研制了以 ARM 系统为核心的采煤机高速自动定位姿态控制系统，用于航空采煤机的高速自主定位姿态控制系统。在此基础上提出了一种适用于采煤机的特殊滤波方法，抑制惯导漂移，从而实现采煤机切割线和运动轨迹的稳定测量。煤矿机头高度自动调节技术。基于记忆的煤矿机械切削方法研究。在此基础上，将以往采煤机切割轨迹形成的切割模型与工作面的 GIS系统建立的煤层模型进行了比较。这样就提高了调整参数的含量，保证了采煤机在褶皱、急倾斜煤层等地质异常情况下能够处于自动切割状态，从而完成采煤机工作面煤层的自适应调整过程。最后介绍了急倾斜煤层综采工作面自动动态矫直技术。具有绝对方向信息的采煤机运行轨迹可以集中反映刮板输送机的直线度，并在此基础上发挥基于采煤机运行轨迹的自动修正算法和控制系统的应用效果，最终实现工作面自动动态修正和倾斜工作面自动调整。3.3 效益分析 急倾斜煤层综采面采煤机精确定位技术系统可适用于采煤机智能化以及综采自动化，在利用该定位技术开展综采工序时，可在提供采煤机急倾斜煤层综采面的基础上，以实时作业位置和姿态，实现自动化采掘效果，由此提出自动化采掘价值，发挥其推广作用。通过调整采煤参数，包括采煤速度、截深、支护间距等，最大限度地提高采煤过程的效率和安全性。合理的采煤参数可以减少煤层破坏，提高采煤回收率。此外，应根据厚煤层的特点，确定合适的冲击频率、推力大小等参数，以降低采煤设备的能耗。4 急倾斜煤层综采工艺优化策略 4.1 优化工作面保水开采技术 在采煤过程中也会受到地下水的影响，因此在综采工作面也要进行保水开采技术的优化，这样能够调控水资源，更好的进行防控涌水工作。在使用保水开采技术时也应当进行创新，例如:可以将长壁综合机械采煤技术与其他的施工工艺共同结合使用，这样能够将隔水层设置的更加准确，开采工作也会更高效和便捷。在 5 号煤层开采过程中还可以加入限高开采技术，这样也能保护煤层上方覆盖层，避免出现坍塌问题。分层间歇式开采技术也能对保水开采技术进行不同程度的优化，例如:监测水资源的具体动态，避免开采工作影响到水资源的分布1。4.2 加强综合方法的应用 综合法主要是指由于地形复杂、急倾斜煤层构造稳定性不高，以及煤矿工人操作规程不规范等原因，多种方法相结合，达到一定的协同效应。例如，在急倾斜煤层工作面急倾斜煤层穿越中同时采用自上而下提升、箕斗开采、截煤高度调整等方法。综合方法的应用既有优点也有缺点。该方法的应用可以提高急倾斜煤层穿越的有效性，增强急倾斜煤层穿越方法对地2中国科技期刊数据库 工业 A 形和地形条件的适应性，增强方法应用的灵活性和整体有效性。存在的问题是缺乏专业的综合方法应用人员，导致多种方法结合的有效性弱，操作难度大，整体应用成本增加。这些缺陷的存在使得综合方法无法得到广泛应用。综采工作面穿越急倾斜煤层过程中，急倾斜煤层顶板承受较大压力，极易发生顶板垮塌事故。为有效保证急倾斜煤层工作面穿越急倾斜煤层的顺利进行，在此过程中应加强对相应结构的有效支护。如对煤壁和顶板进行注浆加固，实现对工作面的有效支护。在使用该方法时，往往需要对注浆孔位置、注浆孔间距、注浆量、注浆压力等进行详细准确的计算，以达到急倾斜煤层工作面支护开发的最佳效果。4.3 加强对急倾斜煤层的勘探 在急倾斜煤层附近回采时，应该加强对急倾斜煤层的勘探，主要是勘探急倾斜煤层附近的应力、水以及破碎度情况。此外，更为重要的是探明急倾斜煤层附近的瓦斯情况。对于应力的探测，可以采用钻探的方法；对于水和岩层破碎度，则需要采用物探的方法，常采用的是无线电坑透方法和瞬变电磁法。探明急倾斜煤层发育的范围，有助于制定合适的过急倾斜煤层技术方案，这对于防治急倾斜煤层引起的突水事故十分关键2。很多情况下，一些瓦斯地质灾害与小急倾斜煤层有关。针对这种小急倾斜煤层，应该施工密集钻孔，充分释放急倾斜煤层及附近积聚的瓦斯。这样，当回采到急倾斜煤层区域时，煤与瓦斯突出事故发生的概率较小。4.4 提高急倾斜煤层开采技术 在 21 世纪，确保开采工作的安全进展，应结合信息时代背景，加强开采管理信息化建设，通过融合信息技术优化开采设备功能，对开采工作进行全方位监控，以便于及时发现安全隐患。在开采技术设备选用过程中，应根据开采环境和区域特征，选用最合适的新技术设备，不断提高开采技术水平，创新开采工艺。当前国内在开采技术更新和开采设备研发工作中尝试引进了更多先进的新技术，例如在开采设备中融合了人工智能技术和 PLC 控制系统，对开采整流系统予以完善，确保开采活动的整体安全性。与此同时，煤矿企业积极引进自动化技术，设计自动化开采工程产业线，赋予开采设备多样化功能，这样开采设备可以适应各种不同的工作环境，实用性更高3。不少煤矿企业引进了英伟达影像技术的支持，搭建了 jetson 平台，通过配置人工智能技术对开采作业区域进行 3D 可视化监控。另外，煤矿企业会通过配置各种新技术来收集和整合安全开采作业的相关数据，自动生成开采区域图像，监测开采工作风险，并及时采取科学的处理措施，避免在开采工作中发生安全事故，大幅度提高开采工作效率，顺利开展自动化开采作业。基于综合性安全视角来分析，加强开采工艺安全管理，提高开采技术，推动中国开采工程建设的可持续发展，应紧密结合信息时代的特征，积极创新，研发各种新的开采设备和新工艺技术，不断优化急倾斜煤层开采工艺手段4。5 急倾斜煤层综采工艺应用绩效 急倾斜煤层综采工艺绩效评价体系可以逐步推动大倾斜煤层综采技术的发展。因此，煤矿企业应改变传统的管理理念，不断学习最先进的综合采矿技术模式，完善和更新绩效评价体系，如采用平衡计分卡绩效评价体系。该体系包括考核目的和考核内容两个方面。首先，评估目的。平衡计分卡绩效考核体系按照自上而下、左右评价的目的进行，包括同事评价、公共部门评价等。煤矿员工需要从上到下、从左到右进行不同层次的员工考核。综合评价更有利于企业管理和人员配置，优化职能；倡导“多劳多酬”的原则，让员工意识到“多劳多酬”的重要性，促进资源的合理配置，鼓励员工积极参与志愿活动，考核指标透明化，让人力资源部看到员工“多劳”，给予同等价值的奖励；遵循团队成长的宗旨，将考核的作用拓展到团队建设，不断提高团队的团结合作能力，与同事共同进步，共同提高5。6 结束语 急倾斜煤层综采工艺取代落后的爆破、开采工艺，取消钻孔、爆破、支护工艺，减轻工人劳动强度，提高急倾斜煤层工作面生产效率，优化安全生产工艺，实现安全高效开采。急倾斜煤层具有较为独特的地质赋存环境，目前中国对急倾斜煤层综合机械化采煤还没有比较完善的工艺系统。根据上述情况，探讨并给出了急倾斜煤层采煤工艺技术方法。不管是从科学角度，还是从服务社会人民的理念上，急倾斜煤层采煤技术均表现出了良好的社会适应性和经济效益。3中国科技期刊数据库 工业 A 参考文献 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