1、遼寧工程技術大學深部開采對煤礦機械設備的新要求2021年10月11日一、煤炭資源的深部開采二、深部開采面臨的新問題三、深部開采對煤礦機械設備的新要求 一、煤炭資源的深部開采 從目前我國煤礦開采的總體情況看，淺部煤炭資源正逐漸走向枯竭，開采深度日益添加。 深部開采礦井分類： 美國5000英尺(1554 m)或以上。 南非超越1500 m。 俄羅斯600-800m(第1類), 800-1000(第2類);1000 m以上(第3類)。 波蘭超越800 m。 德國900-1400m。 日本600m。 我國采深800m及以上為深部開采； 軟巖礦井采深600m及以上為深部開采。 目前中國煤炭開采以每年10

2、米左右的速度向深部延伸，東部礦井更是到達了每年1025米，已有部分礦井進入深部開采階段，如沈陽礦區紅陽三礦已到達-1100m，新汶礦區孫村礦采深為-1200m，淮南礦區望峰崗礦到達-1300m。 未來10年內，我國將有相當數量礦井進入深部開采。 不完全統計，國有煤礦中最終采深大于800m的礦井有171個。深井8001200m141個，特深井1200m30個。類型最終采深范圍/m礦井數目平均采深/m礦井數比例/%深井800119980089990099910001099110011991415341331423.548.856.845.512.34947.00845.49945.271029.9

3、71140.79特深井120016001200129913001399140014993020645.013.341.000.671283.631234.101340.331446.25埋深小于2000m的煤炭資源總量為5.57萬億t。埋深在10002000m的預測資源占預測總量近60%。 隨著煤炭開采的開展和可采儲量的逐年減少，深部開采成為煤礦消費的必然。 年平均采深/m深部開采趨勢二、深部開采面臨的新問題深部地應力問題 深部巖石脆-延轉化問題 深部巖石變形的時間效應問題 深部采場礦壓增大問題 深部采場地溫增高問題深部瓦斯壓力增大問題深部動力災禍問題 深部開采特征及主要問題 煤礦深部開采特征

4、：空間范圍擴展、開采擾動劇烈、介質屬性特殊、工程呼應復雜等。 主要問題：巷道變形猛烈、地溫增高、瓦斯高度積聚、瓦斯壓力增大、采場礦壓增大、采場失穩加劇，瓦斯突出、沖擊地壓、礦井突水、高溫熱害等礦井艱苦災禍將日益嚴重。 2001，香山科學家會議北京，深部高應力下的資源開采與地下工程。 2003，國家自然科學基金艱苦工程：深部巖膂力學根底實際研討與運用。 2004，國際會議加拿大，展現了關于深部開采的最新研討成果。 2004，香山科學家會議北京，深部地下空間開發利用跨學科學術交流。 2021，973方案工程：煤炭深部開采中的動力災禍機理與防治根底研討。 深部地應力問題 垂直地應力，隨深度添加近似呈

5、線性增大。 程度地應力，埋深在1000m范圍內時，程度應力為垂直應力的1.55.0倍，埋深超越1000m時，程度應力為垂直應力的0.52.0。 深部地應力變化規律與淺部明顯不同。 深部巖石脆-延轉化問題 巖石在不同圍壓下表現出不同的峰后特性，在較低圍壓下表現為脆性的巖石可以在高圍壓下轉化為延性。隨著深度的添加，當巖層中壓力和溫度到達一定條件時，巖石即發生脆-延轉化。 深部巖石變形的時間效應問題 深部高應力環境下，巖石具有更強的時間效應，表現為明顯的流變或蠕變。普通以為優質硬巖不會產生明顯的流變，但在深部高地應力條件下情況有所不同。 深部礦壓增大問題礦山壓力增大是礦井深部開采中普遍存在的問題。主

6、要表現為開辟巷道的圍巖變形量添加、維護困難。開采深度每添加100m，巷道頂底板移近量添加7%，導致巷道維護困難。特別對于圍巖松軟的礦井，這個問題更加突出。 深部地溫增高問題 普通來說，開采深度每添加100m，圍巖溫度增高35C。深度到達1000m時，圍巖溫度將到達3050。假設采掘任務面溫度超越30，按照平安消費操作規程規定，必需采取降溫措施。 深部瓦斯壓力增大問題 瓦斯含量與煤層埋藏深度有極其重要的關系，由于煤化作用的程度與煤層埋藏深度親密相關。深部環境下瓦斯積聚加劇，瓦斯壓力增大；深部開采時瓦斯涌出量普通比較大，有些礦井能夠出現煤與瓦斯突出的景象。 深部開采動力災禍問題 采深添加，引起動力

7、災禍危險性增大，巖爆、礦震、沖擊地壓瓦斯突出等動力災禍次數和強度增大。動畫播放三、深部開采對煤礦 機械設備的新要求 深部開采面臨的新問題，必然對煤礦機械設備提出新要求。 煤礦機械屬于機械的一個大的分類，因煤礦分為露天開采和井下開采，其設備就自然的分為露天煤礦機械和井下煤礦機械。 井下機械設備：采煤設備、保送設備、通風設備、巷道掘進設備、巷道支護設備、瓦斯探放設備等。 采煤設備：采煤機、交流變頻調速電牽引采煤機、延續采煤機。 保送設備：皮帶機、刮板保送機。 巷道掘進設備：巖石掘進機、半煤巖掘進機、硬巖掘進機。 巷道支護設備：液壓錨桿鉆機、氣動錨索錨桿鉆機、氣動幫錨桿鉆機、支腿式氣動幫錨桿鉆機、架

8、柱支撐氣動手持式鉆機。 瓦斯探放設備：氣動架柱式錨桿鉆機、煤礦用坑道鉆機、煤礦用泥漿泵。 在煤炭行業長期開展過程中，煤礦機械設備也不斷改良、完善和更新，以順應地質條件的變化和開采技術的開展。 目前普遍運用的煤礦機械設備對淺部開采是比較成熟的，在煤炭消費過程中發揚了宏大作用。 對于逐漸出現的深部開采條件，需廣泛調研，結合深部巖體特性，深化研討其適用性。目前普遍運用的煤礦機械設備的改良，研制適用于深部開采的新設備。 在進入深部開采階段，煤礦機械逐漸暴顯露很多問題。1體積大，分量大，對地質條件變化的順應性差。 過于龐大、笨重，機械運轉不靈敏、搬遷遭到限制、能耗大、運用壽命短，對地質條件變化的順應性很

9、差。特別是煤礦進入深部開采階段，深部開采的地質條件與淺部有明顯不同，現有機械設備對深部開采的地質條件的順應性需求進展重新論證。2機械資料的材質問題 鋼鐵性質不斷是困擾機械制造行業的難題，材質好的鋼鐵價錢較高，使機械產品制造本錢較高，缺乏競爭力；普通材質的鋼鐵制造的機械產品，在熱處置工藝上很難到達稱心的程度，熱處置工藝技術上也和國外有較大的差距。 要求采煤機的截割效率更高、綜采任務面推進速度更快 順槽支護設備支撐強度更高 要求支架的支撐力和抗沖擊才干更強 自動化程度無人任務面 綜采設備 綜掘配備推進速度快掘錨一體機自動化程度高、無線遠程遙控，無人掘進機任務面大功率掘進機硬巖掘進機 綜采綜掘設備

10、采煤機械即各種方式的采煤機，其主要功能由截割部的零部件實現。 不同的煤層構造和煤質對采煤機的要求也不同。 采煤機截齒的設計應與深部煤體脆-延轉化特性相順應。鎬型截齒 刀型截齒 U62耐磨截齒 綜采綜掘設備 掘進機和錨桿機一體化安裝構造，實現機械化錨桿支護；實現掘進與錨桿支護的延續作業，提高任務效率； 采用電液換向閥、PLC控制技術，實現掘進全部功能遙控操作 綜采綜掘無人任務面大功率掘進機硬巖掘進機 綜采綜掘設備 綜采綜掘低功率運轉設備帶式保送機 采煤機截割低能耗設計 掘進機截割低能耗設計 綜采綜掘設備 適宜復雜地質條件下的綜采綜掘設備。 適宜深部開采薄煤層開采設備。 研討地下圍巖應力監測的新設

11、備、新技術。薄煤機采煤機 1米以下含硫化鐵結核薄煤機采煤機刨煤機 提升設備 負荷添加：由于提升高度增大，其提升載荷也相應增大；為了 保證消費才干，需求提高運轉速度，因此動負荷添加 裝卸載速度提高：為縮短提升周期、要求提高裝卸載速度 要求檢測控制系統的精度與可靠性更高、自動化程度更高 采用輕質高強度資料制造提升容器 進一步研討提升設備系統動力學特征 提升設備 提升載荷相應增大，為保證消費才干，需求提高運轉速度，為了縮短提升周期、要求提高裝卸載速度。 研討提升設備系統動力學特征。 要求檢測控制系統的精度與可靠性更高、自動化程度更高。 采用輕質高強度資料制造提升容器。礦用大型提升機動力學監控實際與

12、技術 通風設備與瓦斯抽采設備 在正常的條件下，采用任務面上行通風、采區折返通風系統的礦井比較多。 對于瓦斯涌出量較大的礦井，采用上述方案經常出現風流中瓦斯超限、瓦斯積聚、任務面和巷道中風速過大問題，且采區漏風量比較大。 為處理礦井深部開采瓦斯涌出量比較大的問題，當前國內外多數礦井試行了任務面下行通風、采區內區改直線通風系統的方式。 為順應深部開采條件，就需求改造通風系統，改良通風機械、瓦斯抽采設備和煤層注水設備的性能。 通風設備風機風門風筒 瓦斯抽采設備 巷道支護設備 根據礦井深部壓力特點，巷道掘進后圍巖挪動速度在1045后才干顯著減小。所以采用混合支護時，錨桿在掘進后要盡快安裝，而支撐式支架

13、那么在巷道掘進后1015后安裝。 巷道支護設備 耿村礦錨網索+36U型鋼拱形棚復合支護控制巷道底臌的單體支柱復合支護深部大斷面酮室高強穩定型支護W鋼帶組合錨桿支護千米深井巷道情況 任務面支護設備 XZ7000 /2S 5 /50型履帶行走式液壓支架ZY8800/17/35D液壓支架ZF8000/22/35型液壓支架綜放面液壓支架 巷道支護設備 鋼纖維混凝土放射支護技術。 對于深部煤巖體脆-延轉化特性、變形的時間效應和深部采場礦壓大的特點，該項技術是比較適用的。 目前國內雖然有個別礦井開展了相關的運用研討，由于受多種要素的制約，主要是受配套設備的制約，沒有得到推行，因此需求研制相應的配套設備。微

14、鋼纖維 扭曲型鋼纖維 剪切型鋼纖維 冷拉波浪型鋼纖維 巷道支護設備 改動傳統的支護理念。研制新設備，建立新的支護體系。高速沖擊吸能支護技術，經過將研制的高速吸能資料制成合理構造，與支護設備巧妙結合，構成新型支護設備。閉孔泡沫鋁Al matrix CCAF閉孔鋁硅6基Al-Si6 CCAF閉孔鋁硅12基Al-Si12 CCAF閉孔泡沫鎂Mg matrix CCAF鋁纖維合金Al-fiber alloys鋁稀土合金RE-Al alloys應力應變曲線吸能特性實驗曲線實驗安裝 順應深部熱害與環境設備高溫對人員的危害對設備腐蝕新資料巖石圍巖石、環境對設備影響 井下熱害處置設備 但是隨著采深的添加，不同

15、程度地遇到一些問題，因此其開展趨勢應是研討一種工程適用的隔熱資料，放射到巷道外表阻止巖溫的輻射、傳導； 研討一種經濟適用的空氣冷卻任務服進展個體防護； 綜合思索各種要素研制適用于深井的通風冷卻系統以便尋求出一種有效的防止熱害的方法。ZJL-450礦用制冷系統 任樓煤礦運用井下降溫設備 開發井下降溫設備 深部動力災禍的監測預警設備 隨采深的添加，巖石破壞機理隨之轉化，礦山動力災禍危險性增大。監測預警技術應順應深部開采的特點。 礦山動力災禍監測預警技術的開展方向是：檢測技術在向遙測化開展，研討對象從單一要素向多種要素開展，監測系統由單一的分散監測點向區域性自動監測網開展，對巖體性態變化的檢測由延續的人工檢測、預警向著智能式的延續監測、分析和預告開展。 與之相順應的配套設備的研制是今后一個時期的重要科研課題。 深部動力災禍的監測預警設備 在監測系統方面，主要引進波蘭等國家的設備。國內雖然也有類似設備，但難