西山斜沟煤矿特厚煤层采煤方法探讨

收稿日期: 2008- 03- 10 作者简介:宋 � 伟 ( 1970- ) ,男,陕西西安人, 1992年毕业于中国矿 业大学采矿专业,学士学位,高级师,现任中煤西安设计工程有 限责任公司矿井所副所长。 西山斜沟煤矿特厚煤层采煤探讨 宋 � 伟,郑忠友,刘清宝 (中煤西安设计工程有限公司, 陕西 西安 � 710054) 摘 � 要:针对山西西山斜沟矿井的具体条件, 经过比较, 推荐 8号煤采用大采高采煤法, 13号 煤分两层开采,上分层采用大采高、下分层采用放顶煤开采。 关键词:厚煤层; 放顶煤、大采高 中图分类号: TD823. 49� � 文献标识码: B� � 文章编号: 1671- 749X( 2008) 06- 0022- 02 0� 引言 斜沟矿井是山西西山晋兴能源有限责任公司准 备开发建设的千万吨级矿井,该矿井位于山西省兴 县县城北直距 20 km处岚漪河两侧。井田东西宽约 4. 5 km,南北长约 22 km, 面积 88. 6 km 2。煤炭总资 源储量 2 444. 20M t。煤类为气煤, 矿井设计生产能 力 8. 0- 15. 0M t/a。采用斜井开拓方式。 井田主要可采煤层为 8、13号煤层,均属厚 -特 厚煤层, 8号煤层一般厚 2. 23~ 8. 34 m, 平均厚度 4. 87m; 13号煤层一般厚 5. 95~ 16. 68m,平均厚度 13. 88m。 8、13号两层煤的地质储量占矿井总储量 的 84. 8%。本井田含煤地层产状平缓, 沿走向、倾 向的产状变化不大, 无较大的波状起伏、褶皱, 地层 倾角一般为 9�~ 12�,各主采煤层赋存稳定, 构造简 单,埋深 100~ 600m左右。8号煤层顶板主要为细 ~粗砂岩或粘土岩,并有部分炭质泥岩伪顶,根据煤 科总院开采所 2003年 12月 斜沟煤矿 8、13号煤层 开采方法研究报告!, f = 5. 3, 属中硬顶板, 裂隙发 育,中硬底板;煤层结构较为复杂,一般含夹矸 2~ 4 层,煤层硬度一般为 f = 2~ 3,裂隙较为发育。13号 煤层顶底板岩性一般为泥岩、砂质泥岩、炭质泥岩, 这类岩石性软且遇水浸后易膨胀破碎, 开采时容易 发生冒落, f = 6. 8, 属中硬顶板, 裂隙较为发育, 同 时 13号煤层上方有 20 m以上的易跨落岩层, 煤层 结构较为复杂,一般含夹矸 2~ 4层, 夹矸岩性多为 炭质泥岩,单层厚度薄, 强度小,煤层硬度一般为 f = 2. 3左右,裂隙较为发育。 1� 采煤方法选择 根据本区的地质条件、煤层赋存特征和矿井生 产规模,同时结合国内外综采发展现状综合考虑,设 计对主采的 8、13号煤提出了三种采煤法: ∀ 倾斜分 层金属网 (或塑料网 )假顶综合机械化采煤方法; # 综合机械化放顶煤采煤法; ∃ 大采高综合机械化采 煤法 ( 8号煤一次采全高; 13号煤分两层,上分层采 用大采高采煤法开采,采高 4~ 5 m左右,下分层为 放顶煤采煤法开采 )。 1. 1� 人工假顶分层综采 本井田 8号煤厚度一般为 2. 23~ 8. 34 m,设计 考虑分两层开采, 分层厚度 2~ 4 m左右,分层间铺 设金属网假顶。 13号煤厚度一般为 5. 95 ~ 16. 68 m, 平均厚度 13. 88 m, 必须分 3~ 4层大采高开采, 分层厚度 4~ 5 m左右,分层间亦铺设金属网假顶。 综合分析, 8、13号煤采用人工假顶分层综采虽然煤 炭回收率高,但其复杂, 每分层均需布置回采巷 道, 巷道掘进率高, 材料消耗量大,成本高,增产潜力 小,人员多,效率低,效益差,而且 8号煤分层厚度下 工作面单产不大。从技术合理、经济效益、高产高效 的角度出发,确定本井田 8、13号煤均不宜采用人工 假顶分层综采。 1. 2� 一次采全高放顶煤综采 根据煤层赋存情况及顶底板条件, 经对主采煤 层 8、13号煤的冒放性分析,结合与本区地质条件类 22 宋 � 伟 � 郑忠友 � 刘清宝 � 西山斜沟煤矿特厚煤层采煤方法探讨 � � � � � � � � � � 2008年 似矿井采用综放的经验, 设计认为本矿 8号煤层埋 深浅, 在 8号煤层顶煤薄、出煤量较少的情况下,利 用放顶煤综采开采 8号煤层,工作面单产一般只能 达到 3~ 4. 0M t/a左右;要保证矿井初期 8. 0M t/a 生产能力,需装备 2- 3个综放工作面, 井巷工程量 多,投资多, 人员多,效率低,很难实现一井一面的高 产高效模式。因此 8号煤层不宜采用综放采煤法。 13号煤层埋深比 8号煤深, 冒放性相对好一些, 但 煤层厚度过大 (达 14 m左右 ) ,超过了放顶煤综采 最大临界值,采放比过大,顶煤将不能充分破碎,对 放煤不利,因此 13号煤层不适合一次采全高放顶煤 综采。其采煤方法可调整为分两层开采, 上分层采 用大采高采煤法,采高 4~ 5 m左右; 下分层为放顶 煤采煤法,有利于实现高产高效及,能够较 好地适应本井 13号煤厚较大的特点。 1. 3� 大采高综采 根据煤层赋存特征和国内外大采高设备和工艺 的发展现状,同时借鉴邻近孙家沟矿的实践经验,设 计认为 8、13号煤采用大采高综采,工作面生产潜力 大、可靠性高、工序简单,易管理。在采用大功率、高 可靠性大采高综采设备的基础上, 采用大采高综采 工作面单产可达 5. 0~ 9. 0M t/a左右。初期矿井可 实现 %一井一面&的高产高效模式, 从技术上来说是 较可行的一种采煤方法。 2� 采煤方法比较 前已论述, 由于人工假顶分层综采具有工艺复 杂、巷道掘进率高、增产潜力小等缺点, 因此人工假 顶分层综采首先被淘汰, 现重点以初期开采的 8号 煤层为例对一次采全高放顶煤综采和大采高综采进 行技术经济比较。 2. 1� 设备及井巷工程量投资比较 放顶煤工作面配备最先进的国产综采设备,大 采高工作面配备全引进综采设备, 放顶煤工艺装备 三个综采工作面,同时配备两个连续采煤机工作面 用于巷道掘进,同时配备 2个连续采煤机工作面用 于巷道掘进和回收边角煤。 采用放顶煤综采主要综采设备投资约 28 081. 654万元。采用大采高综采, 主要综采设备投资约 27 067. 718万元。采用放顶煤综采比大采高综采主 要综采设备多投资 1 013. 936万元, 但需要指出的 是,由于国际市场波动, 进口采掘设备涨价浮度较 大, 预计实际进口设备投资将有可能超过放顶煤设 备投资。 采用放顶煤综采比大采高综采多两个工作面, 移交时,放顶煤综采的准备与回采工程量为 49 960 m, 大采高综采的准备与回采工程量为 33 395 m。 放顶煤综采比大采高综采井巷工程量多 16 565 m, 井巷工程投资多约 5 000万元。 2. 2� 人员和工效比较 采用放顶煤综采比采用大采高综采要多装备两 个工作面,参照国内其他矿区综放面人员配备情况, 多一个回采工作面至少需增加约 60人。同时,在工 作面数量相同的条件下, 综放面与大采高面相比还 需增加以下人员:放煤工, 预爆破工,清理工等。三 个综放面比一个大采高工作面至少增加 16人,全矿 井三个综放面比一个大采高面共需增加约 136人。 由于人员的增加,不可避免地造成工效降低,进而直 接影响企业的效益。 2. 3� 增产潜力比较 放顶煤综采,工作面产量主要取决于放煤速度。 根据目前国内放顶煤综采装备和水平,工作面单产 类比推算,在浅埋深的条件下,采用放顶煤综采的增 产潜力不大。设计认为在设备可靠、管理先进的条 件下,工作面单产最多在 3. 0~ 4. 0M t/ a左右。 大采高综采,工作面产量主要取决于割煤速度、 采煤高度和移架速度。割煤速度主要取决于采煤机 的功率和设备可靠性,本区煤层条件非常适合大采 高综采,在选用可靠设备的情况下, 其增产潜力很 大。 2. 4� 煤炭回收率比较 在 8号煤厚度在 2. 23~ 8. 34m、13号煤厚度 5. 95~ 16. 68 m的条件下, 采用大采高综采比放顶煤 综采,其煤炭回收率高约 2%左右。 2. 5� 煤质比较 与大采高综采相比,放顶煤综采回采的原煤中, 不可避免地要混入一部分矸石,势必增加原煤灰分, 降低煤质,有可能增加洗选成本。 2. 6� 工作面设备管理和作业条件比较 与大采高综采相比,放顶煤综采工作面设备多, 管理难度大。由于需同时打开多个放煤口, 工作面 粉尘比较大,撒煤清理量大, 作业条件差,需对顶煤 和顶板进行弱化处理, 工艺较复杂。由于大采高一 次采煤高度低于放顶煤综采的 (下转第 37页 ) 23第 6期 � � � � � � � � � � � 宋 � 伟 � 郑忠友 � 刘清宝 � 西山斜沟煤矿特厚煤层采煤方法探讨 � � 从图 4看出:绕组 1( T1 - T2 ) 绕组 2( T3 - T4 ) 和绕组 3( T5 - T6 ) 构成脉冲变压器, 通过调整线圈 匝数、耦合系数、铁芯形状和磁罐形状来改变驱动波 形。Z501和 Z502组成栅压双向限幅电路, 分别为 栅极提供 + 15V和 - 5 V的开通和关断电压, 而逻 辑与门电路是为了防止 IGBT误导通而设的。C501 ~ C503无功补偿及保护接地电路。 D501~ D505、 C504 ~ C506、R501~ R509、N501 ~ N 502、M501~ M 502构成充、放和整流电路,使对角桥臂获得一致 的驱动波形,同桥臂获得互补并具有相同死区时间 的电压。栅极电阻 RG加入, 是为了防止驱动脉冲 产生振荡和改善驱动脉冲的前后沿陡度, 减小集电 极电流上升率 d ic/dt。 因采用变压器耦合,不能自动实现过流保护,但 通过外围短路过流保护电路 (未画出 ) ,采用软关断 方式切断直流输入,从而有效地保护了 IGBT。 2. 3� 工作原理 当控制信号到时: 对 C504、C505充电, N501, M 501导通, N502关断,脉冲变压器原边 ( T1 - T2 )电 流经 M501流通,电势上正下负,绕组 2 ( T3 - T4 )的 感应电势下正上负, 但电流由于没有流通通路而无 法流通,绕组 3( T5 - T6 )的感应电势上正下负, 电流 经 IGBT栅极和 M502密勒电容流通。 � � 当控制信号未到时: N502导通, N501, M 501关 断, 脉冲变压器原边放电, 电流经 D501流通, 电势 上负下正 。绕组 2电势上正下负, 电流经 D502流 通,能量回馈给电源,绕组 2主要为防止铁芯饱和而 设。绕组 3电势上负下正, M 502导通, 为栅极放电 提供通路。由于 IGBT充放电回路是分开设计的, 因此,在脉冲变压器确定后, 可通过分别调整充放电 通路中电阻即可调整脉冲波形。 3� 试用情况 该变频调速系统在淮南矿业集团部分矿井试用 半年以来,就其驱动电路而言,运行平稳,控制灵活, 能很好地面向控制对象要求,达到了预期效果。 参考文献: [ 1] � 钱文明, 等. 用于 IGBT 的专用集成电路驱动器 HR065的设计原理与应用研究 [ J]. 电气传动, 1995, ( 2): 23~ 28. [ 2] � 盛祖权,等. 具有完善短路保护功能的 IGBT驱动 器 HLA02[ J]. 电力电子技术, 1995, 29( 4): 74 - 76. [ 3] � 何湘宁. IGBT逆变器用集成电路驱动器十一届电 源学会年会文集 [ C] �1995, ( 11): 480- 484. [ 4] � 林力,武和雷.工 GBT逆变器的驱动与新型保护电 路设计 [ J].实验室研究与探索, 2000, 6: 55- 57. Design on driving circuit of invertor based on IGBT ZHU Yu�qin, ZHENG X iao�dong, L IAO X iao�w e,i HAN�fang , XU X iao�jun ( Departm ent o f Compu ter and Inform ation Eng ineering, H ua inan No rmo lUn ive rs ity, H ua inan 232001, China) Abstrac t: Based on the ana ly sis of prob lem s in transducer of m ine m ain fan, IGBT dr iv ing c ircuit is designed us ing pulse transfo rm er segrega tion w ay. The paper introduces the design request, structure and princ ip le o f driv ing circu it. K ey words: lGBT; dr iv ing c ircuit; pulse transform er (上接第 23页 )采放高度, 大采高综采搬家比放顶 煤综采频繁,搬家费用高。 3� 结论 综上所述,对于初期首采的 8号煤层,参考邻近 孙家沟矿井建设的成熟经验, 8号煤以一个全引进 大采高综采工作面实现矿井初期 8. 0M t/a能力是 完全有可能的,且充分体现了 %一井一面&高产高效 模式。设计从减少初期投资、降低生产成本,提高煤 质、尽快实现斜沟矿井经济良性循环的角度出发,推 荐采用一次采全高大采高综采采煤法。 13号煤层埋藏亦浅,厚度过大, 采放比过大, 通 过上述分析,推荐采煤方法为分层开采,上分层采用 大采高采煤法开采,采高 4~ 5 m左右,下分层为放 顶煤采煤法开采,采放高度 9~ 10m左右,有利于实 现高产高效及安全生产, 13号煤层初期上分层装备 大采高设备,有利于保证 8、13号煤设备的通用性和 互换性,生产管理简单, 技术成熟,有利于 13号煤初 期开采时以一个工作面实现 8. 0 ~ 10. 0 M t/a的生 产能力。 13号煤层采过上分层后,剩余煤层 (下分 层 )厚度大部在 9. 0~ 10. 0 m, 平均厚度 10m左右, 设计采用放顶煤综采。 37第 6期 � � � � � � � � � 朱玉琴 � 郑晓东 � 寥晓维 等 � 一种基于 IGBT的逆变器的驱动电路设计