鄢正華

北京礦冶研究總院，北京，100070

采煤機(jī)械在化工礦山應(yīng)用的探討

鄢正華*

北京礦冶研究總院，北京，100070

煤礦開采已形成系列和成套的先進(jìn)機(jī)械設(shè)備，煤礦與化工礦山既有各自的特殊性也有一定的共性，化工礦山引進(jìn)應(yīng)用一些采煤機(jī)械設(shè)備可以優(yōu)化和創(chuàng)新開采技術(shù)方案，如：機(jī)械切割開采技術(shù)——連續(xù)采煤機(jī)與掘進(jìn)機(jī)，工作面支護(hù)技術(shù)——液壓支柱與液壓支架，膠帶輸送技術(shù)——大傾角膠帶機(jī)。通過加強(qiáng)溝通交流，加強(qiáng)試驗(yàn)研究，積極探索，可以促進(jìn)非煤礦山開采技術(shù)的優(yōu)化和創(chuàng)新。

采煤機(jī)械 化工礦山 應(yīng)用

0 引言

近年來，由于資源需求的擴(kuò)大，帶動(dòng)了礦山采掘設(shè)備一次又一次的改進(jìn)和創(chuàng)新，露天設(shè)備大型化，井下設(shè)備無軌化、連續(xù)化、智能化推動(dòng)著采礦技術(shù)的進(jìn)步和創(chuàng)新，帶來采礦技術(shù)的革命，礦山開采的效率、效益和安全等方面都得到了很大程度的提高。傳統(tǒng)的觀念上，由于地質(zhì)條件和礦巖物理力學(xué)性質(zhì)的差異，形成了煤礦專用采礦機(jī)械，這些機(jī)械一般也只用于煤礦開采。我國煤礦開采規(guī)模大，煤礦機(jī)械的研究與開發(fā)投入較多，已形成系列的、成套的采煤機(jī)械設(shè)備，其技術(shù)性能有許多已處于世界先進(jìn)之列。由于裝備的先進(jìn)性，煤礦開采的許多指標(biāo)也遠(yuǎn)超非煤礦山。如何借鑒和引進(jìn)煤礦的先進(jìn)采礦機(jī)械為化工礦山和非煤礦山服務(wù)，值得礦山設(shè)計(jì)人員認(rèn)真研究和探討。

化工礦山與煤礦雖然在地質(zhì)條件和礦巖物理力學(xué)性質(zhì)等方面存在較大的差異，但也存在一定的共性，尤其是與化工礦山之間存在較多的共性，通過求同存異或者是采取一定的措施調(diào)整是完全可以利用煤礦一些先進(jìn)的礦山機(jī)械設(shè)備技術(shù)來為化工礦山服務(wù)。引進(jìn)和消化采煤機(jī)械設(shè)備先進(jìn)技術(shù)可以拓寬我們的設(shè)計(jì)思路，優(yōu)化和創(chuàng)新開采技術(shù)方案，提升礦山開采機(jī)械裝備水平，對(duì)提高礦山開采生產(chǎn)效率、生產(chǎn)安全和經(jīng)濟(jì)效益等方面都將起到重大的促進(jìn)作用。

1 幾種可引進(jìn)應(yīng)用采煤機(jī)械技術(shù)的簡介

1.1 機(jī)械切割開采（機(jī)采）技術(shù)——連續(xù)采煤機(jī)與掘進(jìn)機(jī)

煤礦礦巖從大的范圍上講屬于軟巖或以軟巖為主，機(jī)械切割開采技術(shù)在煤礦已是一種成熟的主要開采技術(shù)。它與“鑿巖、爆破”技術(shù)相比，具有不需爆破作業(yè)、安全性好，作業(yè)效率高、生產(chǎn)能力大，塊度均勻、便于后續(xù)的連續(xù)化運(yùn)輸，作業(yè)環(huán)節(jié)少、成本低等優(yōu)點(diǎn)。制約非煤礦山采用機(jī)采方式開采，主要是礦巖的切割物理力學(xué)性能指標(biāo)，其中主要參數(shù)體現(xiàn)為抗壓強(qiáng)度即f系數(shù)，目前煤礦機(jī)采設(shè)備適應(yīng)的巖石抗壓強(qiáng)度上限一般為30～45MPa（f為3～4.5），但隨著材質(zhì)和結(jié)構(gòu)的改進(jìn)以及裝機(jī)功率的增大，適應(yīng)巖石抗壓強(qiáng)度也在不斷提高，部分設(shè)備已達(dá)到70～80MPa，甚至有的可達(dá)到120MPa。

非煤礦山尤其是化工礦山中，有部分礦床的礦巖性質(zhì)適應(yīng)機(jī)采的條件，如鹽類固體礦床，其巖石抗壓強(qiáng)度一般在其上限范圍之下，因此完全可采用機(jī)采方式開采，實(shí)際上這類礦床如果采用固采的方式其開采技術(shù)已由原來的炮采逐漸改變?yōu)闄C(jī)采。

目前用于非煤礦山的機(jī)采設(shè)備主要為連采機(jī)和掘進(jìn)機(jī)，連采機(jī)(煤礦稱為連續(xù)采煤機(jī))主要用于房柱法或進(jìn)路法開采，也可用作巷道掘進(jìn)，掘進(jìn)機(jī)主要用于巷道掘進(jìn)，規(guī)模較小的礦山也可用作開采主要設(shè)備，與之配套的運(yùn)輸設(shè)備有無軌卡車、無軌梭車、伸縮式膠帶機(jī)和連運(yùn)機(jī)等。

由于連采機(jī)一次切割寬度可達(dá) 3～3.5m，一次切割高度可達(dá) 4.5～5.5m，因此在化工礦產(chǎn)鹽類固體礦山的單機(jī)能力可達(dá)到100～150萬t/a。掘進(jìn)機(jī)適應(yīng)的巷道斷面可達(dá)20～45m2。連采機(jī)和掘進(jìn)機(jī)理論生產(chǎn)能力很大，實(shí)際生產(chǎn)能力受與之配套的運(yùn)輸方式、運(yùn)輸能力及支護(hù)方式等制約，因此在設(shè)備選型時(shí)應(yīng)將后續(xù)運(yùn)輸設(shè)備、作業(yè)條件等作為一個(gè)系統(tǒng)來考慮。

1.2 工作面支護(hù)技術(shù)——液壓支柱與液壓支架

煤礦地下開采由于頂板巖石穩(wěn)固性較差采用長壁崩落法開采或雖頂板巖石穩(wěn)固性較好但為了提高開采資源回收率由房柱法開采改為長壁法開采，工作面常用和成熟的支護(hù)技術(shù)是采用單體液壓支柱和液壓支架。它們的主要優(yōu)點(diǎn)是：①可代替木支柱，節(jié)省大量木材用量；②用液壓泵加壓，有較大的初撐力，支柱或支架受力均勻且有一定的自調(diào)壓能力即隨著壓力增大通過三通閥溢流釋放部分壓力，因而損耗較低、重復(fù)利用率高；③有較大的支撐高度，液壓支柱可達(dá)到 4m，液壓支架可達(dá)到6～8m或更高【1】，適應(yīng)礦體的厚度遠(yuǎn)比木支柱或金屬支柱高；④液壓支柱加上橫梁和掩護(hù)式液壓支架改點(diǎn)支撐為面支撐，支護(hù)體緊靠工作面或工人全部在支護(hù)體下作業(yè)，既可適應(yīng)頂板極不穩(wěn)固的條件，又大大提高了工作面的安全可靠性；⑤采用液壓作為動(dòng)力，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低；⑥經(jīng)久耐用、消耗少、支護(hù)成本較低等。

液壓支柱已在化工礦山的煤系硫鐵礦長壁崩落法開采中得到應(yīng)用，液壓支架因主要是與機(jī)采設(shè)備相配套的，其采場移動(dòng)尚有一些問題有待解決，目前暫無應(yīng)用實(shí)例，但預(yù)計(jì)不久將在非煤礦山得到應(yīng)用。

液壓支柱和液壓支架的應(yīng)用將改變非煤礦山原重點(diǎn)放在頂板巖石加固支護(hù)或留礦柱支護(hù)的設(shè)計(jì)觀念，創(chuàng)新出一些新采礦技術(shù)方案，除了在長壁法應(yīng)用，還可嘗試在房柱采礦法和一些難采技術(shù)條件下采礦法中應(yīng)用，以提高開采安全性、減少礦柱礦量損失、提高資源回收率。

1.3 膠帶輸送技術(shù)——大傾角膠帶機(jī)

膠帶輸送機(jī)因運(yùn)輸能力大、運(yùn)輸成本低等優(yōu)點(diǎn)已在非煤礦山得到較廣泛的應(yīng)用，但傳統(tǒng)的觀念上，除要求礦石塊度較小外，對(duì)膠帶的傾角也有較嚴(yán)格的要求，《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》中明確規(guī)定“非大傾角帶式輸送機(jī)運(yùn)送物料的最大坡度，向上應(yīng)不大于 15°，向下應(yīng)不大于 12°”，這在一定程度上限制了膠帶運(yùn)輸方式的應(yīng)用。在部分煤礦現(xiàn)有一種“深槽膠帶機(jī)”技術(shù)，膠帶傾角已提高到25°，甚至有的礦山達(dá)到30~31°，運(yùn)行情況良好。所謂“深槽膠帶機(jī)”，膠帶還是普遍的礦用膠帶，只是在托輥和機(jī)座上有一些調(diào)整，讓膠帶在運(yùn)行中形成“深槽”形式。 “深槽膠帶機(jī)”的投資約比普通膠帶機(jī)增加10%左右。

如果在少量增加投資的情況下，能夠提高膠帶機(jī)的傾角，這將對(duì)礦山開采工藝方案、開拓運(yùn)輸方案等方面產(chǎn)生重大的積極影響，尤其是現(xiàn)在礦山的開采深度不斷增加，大傾角膠帶更能發(fā)揮出它的優(yōu)勢作用。假設(shè)膠帶傾角由 15°提高到20°、25°，每百米高差膠帶斜井的長度將由387m縮短到292m、237m，分別縮短了24.5%和38.8%，再假定膠帶斜井造價(jià)每米8000元、普遍膠帶和深槽膠帶每米分別為3000元和3500元，則相應(yīng)投資估算為425.7萬元、335.8萬元和272.6萬元，后兩者投資分別降低了 21.1%和36.0%，由此可見膠帶傾角增大后效益是顯著的。

2 如何提高化工礦山應(yīng)用采煤機(jī)械技術(shù)的效果

煤礦的成礦地質(zhì)條件和礦石物理力學(xué)性質(zhì)與化工礦山有較大的差異，這些差異也不是簡單的幾個(gè)參數(shù)可完全描述清楚的，在煤礦開采應(yīng)用非常成熟的機(jī)械設(shè)備要應(yīng)用到非煤礦山，還必須進(jìn)行深入的分析和研究工作，否則機(jī)械的照搬或套用很難達(dá)到理想的效果。為了促進(jìn)煤礦先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備應(yīng)用于非煤礦山，著重需要加強(qiáng)以下工作。

（1）加強(qiáng)溝通交流 由于傳統(tǒng)的行業(yè)管理，煤礦系統(tǒng)與非煤礦山系統(tǒng)溝通交流較少，導(dǎo)致非煤礦山系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)單位不太了解采煤的機(jī)械設(shè)備，煤礦機(jī)械的一些制造廠商也不熟悉非煤礦山的開采情況。采煤機(jī)械尤其是煤礦專用機(jī)械，是重點(diǎn)針對(duì)煤礦的地質(zhì)條件和礦巖性質(zhì)的，部分設(shè)備可能能直接應(yīng)用于化工礦山，大部分設(shè)備則需要作出相應(yīng)的調(diào)整。這就需要加強(qiáng)溝通交流，通過相互學(xué)習(xí)達(dá)到相互熟悉、相互適用的目的。

（2）加強(qiáng)試驗(yàn)研究 采煤機(jī)械設(shè)備在化工礦山應(yīng)用，除了理論的分析研究，還必須進(jìn)行模擬與現(xiàn)場試驗(yàn)工作，通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)問題，再進(jìn)行優(yōu)化與完善，通過試驗(yàn)做到有的放矢，再推廣到工業(yè)應(yīng)用。

（3）積極探索 一些采煤先進(jìn)技術(shù)引進(jìn)到化工礦山系統(tǒng)可以產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益，但目前這個(gè)工作還處于初級(jí)階段，積累的成功經(jīng)驗(yàn)較少，這就需要我們積極地去探索，首先是積極地去熟悉相關(guān)設(shè)備性能和使用條件，其次是針對(duì)非煤礦山開采的技術(shù)條件，積極地去完善和優(yōu)化配套的手段和措施，甚至要有意地去創(chuàng)造一些條件，通過有機(jī)的結(jié)合促進(jìn)非煤礦山開采技術(shù)方案的優(yōu)化和創(chuàng)新。

1 王運(yùn)敏，主編. 中國采礦設(shè)備手冊[M]. 北京：科學(xué)出版社，2007

DISCUSSION ON APPLICATION OF COAL CUTTING MACHINERY TO CHEMICAL AND INDUSTRIAL MINE

Yan Zhenghua
Beijing General Research Institute of Mining & Metallurgy，Beijing,100070,China

Coal mining are using series and complete set of advanced mechanical equipment. Coal mine and chemical and industrial mine are respective particular but common with each other. Some coal cutting machinery were work for chemical and industrial mine to optimize and innovate the techenical program, such as mining technique of mechanical cutting——continuous miner and tunneling, working face supporting technique——hydraulic stanchion and hydraulic support, adhesive band transportation technique——adhesive band machine of inclination angle. The mining technique of non-coal mine could be optimized and innovated by strengthening communication and the research.

coal cutting machinery，chemical and industrial mine，application

TD42

：A

：1006-5296（2010）04-0245-03

鄢正華（1962～），女，采礦工程專業(yè)，高級(jí)工程師

2010-08-12