工业性试验.docx
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工业性试验
保利能源沙峪煤矿有限公司
2203综采工作面工业性试验报告
研究单位：
保利能源沙峪煤矿
指导单位：
国家安全生产监督管理总局研究中心
协助单位：
兖矿集团机电设备制造厂
山东新煤机械有限公司
辽源煤矿机械制造有限责任公司
二〇一〇年四月
保利能源沙峪煤矿2203工作面工业性试验报告
1试验地点：
保利能源沙峪煤矿有限公司2203工作面。
详见图1。
图12203工作面平面布置图
2工作面煤层自然条件
2.1煤层赋存条件
煤层倾角4°～8°，平均倾角为6°；煤层厚度为0.6～1.1m，平均厚度为0.95m；煤层赋存稳定，结构复杂。
2.2煤层围岩条件
煤层直接顶为砂质页岩，平均厚度1.53m；老顶为砂岩，平均厚度为0.65m；底板为砂质页岩，平均厚度为3.54m。
2.3煤层其它条件
2#煤层瓦斯相对涌出量1.9m3/t，绝对涌出量0.88m3/min,矿井瓦斯等级经鉴定属低瓦斯矿井。
2.4工作面几何尺寸
2203工作面上顺槽沿走向长度460m,下顺槽沿走向长度560m，中间顺槽沿走向长度560m，工作面倾斜长度203m。
2.5巷道断面形状、几何参数及支护形式
2203工作面各巷道断面形状、几何参数及支护形式见表1。
表1巷道断面参数及支护形式表
巷道名称
进、回风
断面形状
净宽
（m）
净高
（m）
净断面
（m2）
走向长度
（m）
支护
形式
上轨道顺槽
回风
矩形
3.0
2.0
6.0
460
锚网支护
下顺皮带巷
进风
矩形
3.2
2.0
6.4
560
锚网支护
中轨道顺槽
进风
矩形
3.0
2.0
6.0
560
锚网支护
联络巷
—
矩形
3.0
2.0
6.0
85
锚网支护
切眼
进风
矩形
3.36
1.4
5.04
120/80
液压支架
2.6地质构造情况
工作面三条巷道在掘进过程中共揭露断层20条，多为斜交断层，详见表2，其中对回采影响较大的为运F6、中F5和轨F5断层，轨F5断层为斜交正断层，走向48°，倾向318°,倾角66°，落差H=1.8m，对工作面回采影响较大。
中F5断层为倾斜正断层，走向90°，倾向180°,倾角60°，落差H=2.0m，该断层与工作面平行，造成工作面局部段为岩石；运F6断层为斜交正断层，走向49°，倾向239°,倾角32°，落差H=2.0m，该断层与工作面斜交，对工作面回采影响大。
断层情况详见表2。
3设备配置
工作面设备配置详见表3，工作面设备布置图见图2。
表2断层情况明细表
断层名称
走向（°）
倾向（°）
倾角（°）
落差（m）
性质
对回采影响
2203运F1
68
158
45
0.7
正断层
有影响
2203运F2
115
25
45
0.2
正断层
无影响
2203运F3
91
1
47
0.5
正断层
有影响
2203运F4
170
260
60
0.4
正断层
无影响
2203运F5
66
156
35
0.7
正断层
有影响
2203运F6
149
239
32
2.0
正断层
有影响
2203中F1
53
143
35
0.5-1.0
正断层
有影响
2203中F2
30
120
57
0.6
正断层
有影响
2203中F3
45
135
45
1.0
正断层
有影响
2203中F4
14
104
45
0.4
正断层
有影响
2203中F5
90
180
60
2.0
正断层
有影响
2203中F6
90
180
46
0.7
正断层
有影响
2203联F1
169
79
30
1.5
正断层
有影响
2203联F2
169
79
37
0.5
正断层
有影响
2203联F3
2
92
50
2.0
正断层
有影响
2203轨F1
165
75
55
0.7
正断层
有影响
2203轨F2
169
259
55
0.8
正断层
有影响
2203轨F3
171
261
45
0.8
正断层
有影响
2203轨F4
109
196
48
0.7
正断层
有影响
2203轨F5
48
318
66
1.8
正断层
有影响
4主要回采工艺
4.1截深
根据煤层赋存、煤质及顶底板特征，同时考虑到采煤机和输送机的装机功率及生产运输能力、支架的最大行程、支护方式等因素，确定截深为600mm。
表32203工作面设备配置表
序号
设备名称
型号
单位
数量
安装地点
备注
1
采煤机
MG110/265-BWD
台
1
工作面
2
液压支架
ZY2600/08/18
架
133
工作面
3
端头支架
ZT7600/14.5/25
架
4
顺槽端头
4
刮板运输机
SGZ630/264
部
1
工作面
5
转载机
SZB—730／55
部
1
运输巷
6
皮带运输机
DSJ80／40/2×40
部
1
运输巷
7
移动变电站
KBSGZY-630/10
台
1
中间巷
8
移动变电站
KBSGZY-400/10
台
1
中间巷
9
移动变电站
KBSGZY-630/10
台
1
配电硐室
10
乳化液泵站
MRB—200／31.5
台
2
中间巷
11
喷雾泵
XPB-250/55
台
2
中间巷
图2工作面设备布置图
4.2采煤机进刀及割煤方式
采煤机采用端头斜切进刀（见图3采煤机进刀方式图）；割煤方式为双向割煤。
溜头进刀及割煤：
①煤机下行割煤至溜头时，下滚筒下降沿底，上滚筒上升沿顶，推移机体上部溜子。
②反向斜切两个机身长的距离，当斜切至足够深截深时，停止割煤。
③将煤机至溜头的溜子推靠至煤壁。
煤机下滚筒上升沿顶，上滚筒下降沿底下行切割。
④煤机切割至溜头，下滚筒下降沿底，上滚筒上升沿顶，再次上行。
⑤煤机上行至吃刀茬处，推移煤机下部溜子及溜头至煤壁，完成进刀。
然后下滚筒下降沿底，上滚筒上升沿顶，上行割煤移溜。
采煤机进刀方式示意图详见图3。
4.3回采工序
1）顶板管理
采用全部跨落法管理顶板。
2）移架
工作面移架时采用本架操作，及时移架方式。
移架滞后采煤机后滚筒3～5架，追机作业，移架步距0.6m。
图3采煤机进刀方式示意图
3）移溜
移架后，距采煤机10～15m开始推移输送机，推溜和移架要协调，
5试验时间
2010年1月26日～2010年5月1日
6工作面实测
6.1通过对2203薄煤层综采工作面工序数据的统计分析，确定出主要工序参数的分布规律。
6.2实测统计
（1）采煤机运行速度由于采煤机运行过程受各种因素和客观条件的影响，据大量的实测统计资料分析，采煤机运行过程是一个随机过程，其速度可用正态分布描述，具体数据见表4采煤机运行情况统计。
（2）支架移架速度实测表明，支架的移架时间不是定值，也是随机变量，且服从正态分布，其对应的移架速度也服从正态分布。
可用均值μ=3．70m／min，方差ξ=0．54进行分析。
表4采煤机运行情况统计
方案
平均速度/m·min-1
方差
采煤机上行割煤
3.0
0.8
采煤机下行割煤
3.6
0.68
采煤机整个运行过程
3.9
0.66
（3）端头等待时间工作面采煤机在端头进刀完毕，需端头作业结束后，方可继续割煤。
端头等待时间也不是定值，其服从负指数分布。
可用均值A=13．50min表示。
6.3工序实测分析
由以上实测结果可知，从各工序作业参数平均值来说，各工序之间匹配较为合理，能保证日产1800t要求，但由于方差值较大，应不断提高操作人员熟练程度，减少方差值，增加平均值。
当日产量增加，采煤机速度加快后，则移架方式、进刀方式也应相应的调整，以保证工作面持续、稳定地生产。
6.4工作面工艺参数的确定
工作面合理工艺参数的确定，是根据工作面所采用的循环作业方式，来计算和确定其他工艺参数的具体数值，预测工作面设计生产能力。
6.4.1单向割煤
（1）
（2）
式中，L为工作面长度，m，取203mm；
L1为工作面采煤机端头斜切进刀长度，取25m；
Vo为采煤机下行割煤时牵引速度，取3.6m／min；
Vk为采煤机上行割煤时牵引速度，取3.0m／min；
t1为采煤机反向操作及进刀所需时间，取20min。
由式
（1）、
（2）得：
tl1=70min；tl2=80min
6.4.2每日循环数
N=60（2T1-T2）K/T2（3）
式中，T1为每天检修时间，取6h；
T2为生产准备时间，取0．5h；
K为开机率，90％。
由式
（2）得：
N=8.28
6.4.3工作面日产量
Q=NLMBγC（4）
式中：
M为采高，m；
B为循环进尺，取0．6m；
Bγ为煤的密度，取1．31t／m3；
C为工作面采出率，取97％。
由式（4）得：
Mmax=1．2m，Qmax=1503.5t；
Mmin=0.8m，Qmin=1002.3t；
M平均=0.95m，Q平均=1190.3t。
7作业方式及劳动组织
7.1作业方式
采用“三八”工作制，两班生产一班检修，早班为检修班，中班、夜班为生产班，生产班每班3个循环，检修班1个循环，日循环为7个循环，循环进度0.6m。
正规循环作业图见图4。
7.2劳动组织
劳动组织表见表5。
图4正规循环作业图
表52203综采工作面劳动组织表
班次
工种
一班
二班
检修班
合计
工长
2
2
2
按95%出勤人数考虑，本工作面工需工人100人
质量验收员
1
1
1
煤机司机
3
3
2
支架工
8
8
8
清理工
3
3
0
维护工
4
4
6
三机工
5
5
6
泵站工
1
1
2
电工
1
1
4
油脂管理员
1
运料工
6
支柱管理员
1
合计
95
28
39
8试生产期间产量
试生产期间日产量见表6。
表6工作面试生产日产量表
班次
日期
早班/t
中班/t
夜班/t
总计/t
1.26
检修
563
657
1220
1.27
检修
657
657
1314
1.28
检修
563
563
1126
1.29
检修
474
563
1037
1.30
检修
474
474
948
2.1
检修
474
553
1027
2.2
检修
316
474
790
2.3
检修
315
316
632
2.4
检修
632
474
1106
2.5
检修
316
316
632
2.6
检修
237
633
870
2.8
检修
474
474
948
2.9
检修
316
637
953
2.9
检修
637
637
1274
2.10
检修
740
740
1480
2.11
检修
501
563.6
1064.6
2.12
检修
501
501
1002
2.13
检修
501
563
1064
2.14
检修
751
751
1503
3.5
检修
844
751
1595
3.8
检修
844
751
1595
3.12
检修
844
844
1688
3.16
检修
939
844
1783
3.25
检修
844
939
1783
3.28
检修
939
939
1878
9设备运行及故障处理
试验期间，“三机”整体运行效果良好，但也有部分问题待解决：
（1）刮板运输机电机弹性连接器在试验过程经常打坏梅花垫，影响正常回采；
（2）采煤机左滚筒行走轮机构损坏。
（3）皮带运输机在边坡点处，压带轮不能压住皮带。
针对以上问题，沙峪煤矿与“三机”厂家技术人员反复分析研究，采取以下技术措施：
（1）刮板运输机连轴器由原来的“五爪”式改为“六爪”式，现使用效果良好；
（2）采煤机左滚筒行走轮机构经过更换，现使用时未出现损坏现象；（3）皮带运输机在变坡处已更换为一次卸载的方式，运转情况良好。
经矿方与“三机”厂家协作，将以上措施进行落实，现场投入使用，效果明显，达到了预期的各项技术指标。
10过断层方法
根据2203工作面三条巷道所揭露的20条断层来看，工作面通过断层的方式主要有两种：
轨F5断层和中F5断层采用工作面仰斜通过断层法处理；工作面仰斜通过断层和工作面俯斜通过断层。
10.1工作面仰斜通过断层的方法（详见图5）
工作面仰斜通过断层断层的具体措施
（1）采用“留底挑顶”的方法通过。
（2）采煤机割近断层处时，应逐步减小采高，以减少破岩量和增加支架的稳定性，但是支柱要留有足够的伸缩余量，以防压死支架。
图5工作面仰斜通过断层
（3）当岩石普氏系数f﹤4时，可采用采煤机直接割岩，牵引速度应减小；滚筒应低速旋转；当岩石普氏系数f≥4时采用深孔松动爆破技术进行松动岩石。
（4）采用两个循环一次爆破方式处理断层全岩段，一次打眼深度确定为1.4m，炮眼五花布置，装药量为0.3kg,炮后及时拉超前架支护顶板，该种爆破方式保证了每班正常割煤达到2个循环。
（5）改善爆破效果方法是提高爆破的有效能量利用率，具体措施是：
①合理利用或创造人工自由面；
②采用毫秒微差挤压爆破；
③分段装药爆破；
④采用不耦合装药；
⑤保证堵塞长度和堵塞质量。
（6）带压擦顶移架
断层带顶板破碎，移架时让支架仍保持一定的工作阻力，使顶梁贴着顶板前移，减少由于移架而造成的顶板破坏。
但要注意由于支架顶梁与顶板间有摩擦力的存在，千斤顶需要有较高的拉架力，而千斤顶能拉动支架，会造成液压支架支柱的损坏，在实践中要注意调整合适的移架压力。
（7）挑顺山梁
采煤机割煤后，如果新暴露出来的顶板在短时间内不会冒落，而在支架卸载前移时才有可能冒落时，采用挑顺山梁的方法。
移架时先移顶板较完整处的支架，移架时在支架前梁上，沿平等工作面方向架设1～2根临时的木梁（或废旧的轨道、铁管等），以便挑住附近不完整的顶板，然后再移顶板破碎处的支架。
10.2运F6断层采用工作面俯斜通过断层的方法（详见如图6、图7）
工作面俯斜开采时，断层附近的弱变区和破碎带容易片帮冒顶，为此要特别加强对此范围的顶板控制，控制此范围顶板的方法主要是：
（1）降低采高。
易片帮冒顶范围的采高降低到刚刚能够通过机组为宜。
（2）人工做好超前支护，提前控制好顶板。
（3）追机带压移架等等。
图6工作面俯斜通过断层
图7工作面俯斜通过断层
10.3过断层安全技术措施
10.3.1一般技术规定
（1）为便于断层构造地段的安全质量及运输管理，确保断层地段采高不低于0.9m。
（2）断层下刮板输送机顺平缓冲段范围必须满足采高不低于0.9m、且采煤机能顺利割煤。
刮板输送机相邻溜槽上下弯曲度不得大于3度。
（3）过页岩断层时，采煤机割底量可根据断层落差，采煤机割上升盘底板、风镐处理下降盘顶板，顺平缓顶底板，以确保支架接顶良好、刮板输送机满足采煤机割煤运行需要。
（4）采煤机司机严格控制飘刹刀量，在确保刮板输送机平缓、满足采煤机顺利运行的情况，尽可能地控制割底量。
（5）采取松动爆破处理断层处的顶底板时，现场必须对支架采取有效的保护措施，确保支架管路、液压配件受冲击损坏。
（6）采煤机司机、支架工、清煤工现场作业时，当心架间漏矸、漏煤块伤人。
采煤机司机割煤、支架工拉架时，必须通知周围人员闪开。
（7）断层附近的支架必须一次拉移到位，确保接顶严实，必要时采取支架上方垫料接顶。
（8）支架梁端距地段出现落顶需要装顶时，必须有班长在现场指挥，由经验丰富的工人作为安全监护人和装顶人员。
（9）装顶人员必须严格执行敲帮问顶制度，严禁空顶作业，严禁多头平行作业。
装顶时，采煤机、输送机停止运行并闭锁。
10.3.2使用风镐安全技术措施。
（1）现场两人作业，一人操作，一人安全监护。
（2）风镐、风绳与供风管联结牢固，联接点“U”型销插到位。
供风前先对该系统进行完好检查，联接无误后方可供风。
（3）人员进入溜前处理断层面时，必须对刮板输送机停止运转并闭锁。
（4）使用风镐作业前，对剔顶地点加强敲帮问顶工作，处理掉断层面处的悬矸、折帮煤，排查现场不安全隐患。
（5）进入溜前使用风镐处理断层面的人员，必须戴口罩、防护眼镜，在条件允许的情况下，操作者处在断层面处的上方侧，防止处理下的顶矸波及人体。
（6）处理顶板时，操作人员侧身离开矸石坠落着点不少于0.5m，确保自身安全。
（7）当断层面处顶板破碎、有大矸石离顶时，必须停止风镐处理，采取长把工具撬下。
（8）风镐处理后的断层地段的顶板、底板平缓过渡，必须满足支架接顶良好，相邻支架间错差不大于300mm，确保支架拉移过程中无滑架、咬架、歪架现象。
（9）拆除风管前，要先卸压，严禁带压拆卸风管。
10.3.3风钻打眼安全措施
（1）使用专门加工的适应现场作业环境的风钻与钎子,确保施工效果.
（2）延至工作面施工地点的ф19胶管未端必须设有截止阀，以方便现场风钻的使用。
（3）工作面风钻所使用的防尘水来至工作面自然防尘用水，水压不大于4MPa。
（4）使用风钻施工前，认真检查风钻完好情况以及高压风管、防尘水管的联接情况，确保供风供水系统完好，满足现场安全使用要求。
（5）打眼前，对施工地点加强敲帮问顶工作，处理顶板悬矸、煤壁折帮煤及夹矸，防止打眼过程中出现落矸折帮现象。
（6）打眼地段如出现灰岩顶板离层、或顶板不完整时，必须在顶板下支设单体支柱，防止打眼过程中出现落顶现象。
（7）打眼时三人作业，一人领钎点眼，两人控制风钻。
领钎点眼时，领钎人员侧身双手握钎（距钻头0.4m左右地点），人体避开钻杆。
控钻人员缓慢开启风钻点眼，待钻头钻入岩体并能正常打眼时，领钎人员躲开钎子并负责现场打眼安全监护工作。
（8）打眼过程中，通过工作面的通讯闭锁装置对刮板输送机闭锁。
（9）打眼完毕，及时关闭ф19mm胶管供风截止阀，以及支架上防尘水截止阀，使工作面现场防尘设施恢复原状态。
把风钻撤离工作面，放置在巷道超前支护外的安全地点，
（10）打眼过程中，如风钻出现故障，由对风钻结构原理熟悉人员负责处理；如高压风管、防尘水管出现故障由当班支架协助现场施工人员处理。
（11）用压风吹炮眼时的安全注意事项：
A吹风管必须插入炮眼后方可送风吹出炮眼内的水及岩粉。
B吹风管必须插到炮眼底部，以确保炮眼内的水及岩粉外排彻底。
C操作人员手持吹风管送风时，吹风管口不得正对现场人员。
D高压软质风管与吹风管联接必须牢固，供风截止阀必须灵敏可靠，现场操作停送风及时。
10.3.4煤电钻打眼处理底板安全措施
（1）向工作面拖运煤电钻前，必须由当班跟班电工对煤电钻综合保护装置进行跳闸试验，并做好试验记录，确保综合保护装置安全、灵敏可靠。
（2）向工作面拖运电缆时，必须两人分步进行。
先把煤电钻电缆拖运至工作面端头巷道内并盘放好，然后再把电缆拖至工作面打眼地点，防止电缆拖运时拐弯受阻、电缆受力过大。
（3）拖移电缆时，把煤电钻电缆从电钻操作把手处缠绕在电钻上一圈，然后手持电钻向工作面拖移电缆。
（4）拖运电缆时，用力均匀，严禁用力拉扯。
（5）煤电钻运到位后送电试运转，观察煤电钻运转情况，无异常情况后方可准备连接供水管路。
（6）认真检查电钻就近地点防尘管路的完好情况。
确保供水管路各接头处清洁、无粉尘，防止堵塞供水管路；
（7）通过工作面防尘供水干管外接湿式打眼供水管路时，在接茬点前方先关闭截止阀，无防尘水压的情况方可操作
（8）打眼期间对刮板输送机停电闭锁。
打眼过程中，对炮眼产生的粉尘实施外喷雾措施，防止粉尘飞扬。
（9）打眼时，二人一组，一人定眼扶钻，一人推钻。
定眼人员先用手镐在刨出钻眼窝，然后把钻头放钻孔窝内。
推钻人员推钻时用力均匀，防止钻杆从钻孔窝内滑出；扶钻人员开动煤电钻，点动打眼至钻杆钻进岩体无滑动时方可正常打眼。
打眼时发现受阻及时停止打眼，防止卡钻杆、烧钻。
（10）人工对钻眼洒水降尘时，必须严格控制水量，防止防尘水流入底眼内过多影响装药。
（11）钻眼打完后将煤电钻、电缆等盘放在距工作面20m外的电缆框内。
10.3.5爆破时支架保护措施
（1）距离爆破地点两侧的支架降下，把专制的长度5m的爆破挡煤皮两端铺在爆破点两侧的支架顶梁上方，与支架顶梁搭接长度不低于20cm，升起支架后，确保挡护皮带坠至底板。
（2）在爆破地点支架下方、刮板输送机齿条与电缆槽之间吊挂一块5m长的挡煤皮，挡煤皮下端与齿条固定。
（3）两块挡煤皮把爆破地点三面围起，确保爆破时无矸石冲出。
10.3.6飘刹刀措施
10.3.6.1刹刀：
当工作面煤层变薄，或煤层进入煤层俯角开采时，需要及时采取刹刀措施，确保采高不低于0.9m.
（1）当工作面煤层整体进入俯角开采时，刮板输送机沿煤层底俯角推进，可直接通过采煤机每刀5cm的刹底量进行割底。
（2）如受煤层底板影响，溜槽底封板离开煤层底板，刮板输送机溜槽仰角推进时，此时无法刹刀，为防止刮板输送机进一步抬高，可采取把刮板输送机向后拉回，人工处理溜前底板，并垫高刮板输送机后侧，使铲煤板贴底推进。
（3）如工作面小范围内出现煤层俯角开采地段。
如留底煤小于10cm，采高又不低于0.9m，可直接留底推进。
如留底范围较大，通过调整刮板输送机溜槽俯角不能有效刹底时，可拉回溜子，使用风镐回收底煤。
10.3.6.2飘刀条件：
（1）断层落差逐渐变小到消失地段，需要逐渐飘刀，滚筒抬高幅度不大于10cm，确保支架推移畅通。
（2）煤层变薄割底推进地段，当煤层变厚时，要及时飘刀减少割底量。
11工业性试验效果
11.1机组试验结果
经过三个月的工业性试验，机组（三机）性能均稳定，各项技术指标达到了预期的效果。
其主要特点如下：
（1）机上设有内外喷雾系统，有较好的灭尘效果。
（2）PLC控制系统，工作性能稳定，动作点精确，全过程监控。
DOP人机界面，实时显示机器工况；故障巡检程序，便于井下问题分析及维护。
（3）遥控技术应用，实现了离机操作。
（4）刮板运输机采用双电机牵引，有效解决超长工作面（面长203m）的运输问题。
（5）机头机尾采用积木式结构。
用于调节机头机尾的高度，已适应巷道底板的地形。
（6）刮板运输机电机采用横向布置方式，不用过渡支架，使工作面支架简单化，便于管理，上下自开切口，有效解决采煤机割煤割不到两巷的问题，省却开缺口工艺。
（7）支架采用整体顶梁结构，顶梁前端采用整体高强板，在保证强度要求的前提下
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