“煤薄矸硬井深,百年求索无音。谁敢横刀立马?唯我采二大军!”这是团杨村矿党委书记李庆良在创建薄煤层综采60万吨采煤队动员大会上激情满怀而又恰如其分的借词感言。由此,杨村煤矿含硬夹矸薄煤层综合机械化开采的雄浑乐章在百里煤海澎湃奏响…… C)ffg|\
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掌声此起彼伏,誓言掷地有声。一幅幅雄伟的画卷在动员大会上展现,一个个感人的故事让一代代采煤人魂牵梦萦。一个名不见经传的小矿毅然攻克硬夹矸薄煤层综采的世界性难题,实现全过程机械化,实属难能可贵。 9Xd<_
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它圆了杨村煤矿乃至兖矿集团几代人的梦想! }0ewqQfa
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一、几代之梦想 m]b/Rk,
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寻梦——怀揣煤海冲浪的梦想,杨村人以豪迈的气魄发展薄煤层综采,涌动着领先世界的雄心壮志。 -<29"odii
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煤,这黑色的“金子”! uw^'P# tH
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早在2000年前的春秋战国时期,就被我们的祖先开始用作燃料,到汉代已普遍使用。南朝历史学家范晔在《后汉书》中记载:“县有葛乡,有石炭二顷,可燃以爨。”可见,当时用煤烧火做饭在民间已经普及。到晋代及十六国时期,采煤炼铁已传到边疆。北魏时期地理学家郦道元所著《水经注•河水篇》记载:“屈茨北二百里有山,人取此山石炭,冶此山铁,恒充三十六国用。”说明当时用煤来冶炼铁的规模之大。意大利旅行家马可•波罗到中国旅行,从公元1275年5月到内蒙多伦西北的上都,至公元1292年初离开中国,游历了新疆、甘肃、内蒙、山西、陕西、四川、云南、山东、浙江、福建和北京。他在各地看到中国人用一种“黑乎乎”的石头烧火做饭,还用来炼铁,感到很新奇,后来还把它带回欧洲——当时欧洲人都是用木炭作燃料,还不知道这种黑石头为何物。到16世纪,欧洲人开始用煤炼铁。18世纪60年代从英国开始的产业革命,使能源结构发生第一次革命性变化——从生物质能源转向了矿物质能源,即由木炭转向了煤炭。工业文明的宏伟篇章也由此揭开。 ?2v{?geV
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或许煤的发现是偶然的,使用也是偶然的。露天中拣起一块把玩,不经意间与火接触便燃烧了起来。或许就是纯粹的自燃,被人们发现,被人们利用。但是,随后的工作却是刻意的,从石砸木撬到镢刨锨挖,从简单的露天挖到现代化的井工开采,变成了一项工作、一个产业,成为一个民族、一个国家强盛的巨大支柱。 Di
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或许,一部煤的开采史,就是一部人类文明史的缩影。 R+?=liHa
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但是,造物主在赋予人类聪明和灵性的同时,又表现出他小气、吝啬和缺少慷慨大度的一面。 d'{gyE.
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煤,不可再生,总有一天会枯竭。 .!$vWQ:
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我们还担忧不起将来如果人类没有煤作能源时将会何去何从;但是,眼下我们不得不对于一个拥有几千人、上万人的煤矿在面临资源枯竭时作何抉择进行思考。 |?fdHi.35#
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人无远虑,必有近忧。正确的选择总属于那些站在高处牢牢把握现实并且能够拨开迷雾看清远方的智者。 A(3E.0,
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兖矿集团就是这一时代的智者。面对现实,憧憬未来,凤凰涅槃般的追寻着。 &$`
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兖矿的采煤 157m,
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孔孟之乡,桑梓之邦。坐落于此的兖矿集团更是人杰地灵,物华天宝,丰富的煤炭资源造就了一座耀眼的煤城。 VLn$86e
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作为共和国的骄子,1976年7月成立的兖州矿务局就是现兖矿集团的前身。成立之初,所属唐村煤矿、南屯煤矿、北宿煤矿生产工艺均为炮采,工艺落后、劳动强度大、工效低。 ;#b?4}%$
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1980年第一个综合机械化工作面的投产,标志着兖州矿区煤炭开采翻开了崭新的一页。兴隆庄煤矿、鲍店煤矿、东滩煤矿等大型、特大型矿井的相继投产,使整个矿区的年设计产能突破1300万吨,较最初翻了三番。 %c4}c :.
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1992年8月兴隆庄煤矿综采放顶煤技术的试验成功,全面攻克了一系列技术难题,多项技术处于国内国际领先水平。“兖州矿区煤炭综合生产技术研究与开发”获煤炭工业科技进步特等奖、国家科技进步特等奖。 E"SChMH
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虽然厚煤层机械化开采在兖矿取得了长足的发展,但薄煤层的开采,几十年来却一直是“外甥打灯笼”——照旧沿用着打眼放炮的落后模式,仅仅是在支护工艺上有过几次小的改进。 kmy9Lb7@
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杨村矿的采煤 u\$|lduA
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投产于1989年6月的杨村煤矿,是利用国家煤代油项目资金建设的,原设计生产能力60万吨。在投产最初的10年时间里,所开采的16上、17煤层为薄煤层,一直延用打眼放炮、人工攉煤的生产工艺。敢为人先的杨村人,始终以探索实施薄煤层机械化开采作为己任,先后探索出了炮落挡装、炮落铲装工艺,1995、1997年采煤一区先后创出了25.2万吨和37万吨的全国先进水平。 kZ
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1995年经当时的山东省煤炭工业管理局批准进行技术改造后,杨村煤矿一跃成为一座年产原煤120万吨的现代化大型矿井。新划入的3层煤采用先进的综采放顶煤生产工艺,使矿井产量翻了番。尽管如此,在兖矿集团,杨村煤矿在产能上还是属于“小老弟”, 但因其拥有薄煤层炮采、厚煤层综放和特殊条件开采3种开采工艺,却成为当时兖矿集团开采工艺最为复杂的矿井。 A$!u)Gv
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综采放顶煤技术的应用着实让杨村人风光了一把,矿井连续5年产量突破120万吨,成为兖矿集团人均利润贡献率最高的矿井,昔日的矿区“西伯利亚”转眼成了美丽的“后花园”。 >q\KDV.]
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近年来,厚煤层资源逐年减少,加上村庄下压煤、河下压煤,矿井生产接续面临越来越大的压力,加之薄煤层开采劳动强度大对职工身心的不良影响,薄煤层高效综采愈发迫在眉睫。 JA?.xB+
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大锨攉出的“辉煌” :s (D
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上世纪90年代时任兖矿集团董事长的赵经彻在谈及杨村煤矿薄煤层达到37万吨的全国先进水平时,感慨地说:“这是用大锨攉出的辉煌,其难度不亚于厚煤层综采400万吨的产量。” TlS-<
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现杨村煤矿圣杨木业公司总经理郑海运和准备一区党支部书记马保庆搭档带领采煤队在1996年曾经创出过薄煤层炮采37.8万吨的纪录。“那个时候就是人海战术加上加班延点,职工也特别能战斗、特别讲奉献。为什么当时采煤、掘进出了那么多劳模,就是当时那样干出来的,安排的任务完不成都不上井,干不完活不交班,就是凭着这种毅力和精神。”说起当时创高产的情形,马保庆的脸上写满了自豪。 Y
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虽然创出了令全国同行瞩目的成绩,但付出的代价也是惨痛的。就在创高产的最后阶段,一起事故抹杀了来之不易的成绩。“要不是出了事故,郑海运的全国劳模就评上了,当时都已经推到了省里了,可是恰恰就在开会的时候发生了死亡事故。”马保庆惋惜地说。 Xn"x6_9@O
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膝盖上的“水袋” ALpqWi)
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双膝跪地,两手前伸,蜷伏着身子,扒着满是煤渣的底板,向着采煤工作地点爬去。这是在高度不足1米的炮采薄煤层工作的矿工特有的前行动作。碰上工作面更矮的区域,就是跪着、坐着也直不起腰和脖子,一个班下来,头上的安全帽不知要碰顶板多少次。 vn#@PDhfF
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在这样的工作条件下,工人们不得不由“直立行走”改为用膝盖“爬行”。就算是不做任何事,单单在平地上跪一个小时,普通人也很难承受,更何况是在打眼放炮、支回支柱、清煤攉煤的负重状态下,困难可想而知。 Qff_-gn],B
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一下、两下……脆弱的膝盖上硌出了血印、划出了血痕;十下、百下……一个个的血印、血痕汇聚了整个膝盖;五百、六百……一千、一万……,最后变成了厚厚的老茧,老茧里层脱离皮下组织形成中空,继续的硌、碰、磨造成软组织受伤,先充血、后水肿,进而在双膝上形成可怕的“水袋”,跪在“水袋”上,膝盖钻心刺骨的疼,堪称“苦刑”。形成“水袋”就要及时“抽水”,有很多在薄煤层工作过的职工都有这样的经历,水袋如果不及时抽出来很可能化脓。 _(sx
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“水袋”,可怕的“水袋”,甚至可以说是很容易化脓而致残的“水袋”……艰苦的工作环境时刻牵动着人们的心,重重敲打着了解薄煤层艰辛的人们的心,让一代代矿工和他们的亲人梦想着如何早日摆脱艰难困苦。 U*d44BVgr
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老部长的许诺与期待 5r=4/Y8.
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百十来米的薄煤层工作面,普通人每爬一次都是大汗淋漓、衣服湿透。采煤工人常年累月在低矮的空间内组织生产,打注单体、联炮、放炮、攉煤,工作极其艰辛。劳动强度大、机械化程度低、安全系数低、工作效率低。这“一大三低”是薄煤层工作状态的最真实概括。 T0<4_a#0
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薄煤层采煤工戏称他们的工作状态为“三块大石头夹着一块小肉”,可见薄煤层工作空间之狭小。工作面使用的单体液压支柱,最大行程只有1.2米。工人师傅们都是坐着、跪着劳作,在这样压抑的空间中,他们平静而从容,用木楔子把放炮后残留在底板上的煤全部刮起来,铲在运输机上。在这样的环境里,更让人懂得煤的金贵及对宽阔和安全工作空间的渴望。 &*fLtEh
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正是薄煤层采煤工作的艰苦,让全国政协常委、中国煤炭工业协会会长、党组书记王显政看在眼里,急在心头!他曾几次满怀深情地对煤科院的领导讲:“如果薄煤层机械化自动化成功了,我一定要去给你们颁奖。”这是老一代煤矿人对薄煤层机械化寄予的厚望和重托!…… UC~WK=a~3
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父子情缘 dy]`B[w0
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谢荫予是一名从兖矿退休的老职工,几十年的薄煤层井下作业经历让他迫切地希望有一天工人能甩掉手里的大锨。 3(gJ+jsE+
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从1958年在唐村矿参加工作,谢荫予干过技术员、技术科副科长、副总工程师、副矿长,并且一直从事薄煤层工作。 L]b~j
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“薄煤层含硬夹矸不仅仅是在兖州矿区,在四川、重庆、东北等好多个地方都存在,我当时也去调研过,一直都没有实现机械化开采。机采解决不了,效率、安全、成本、效益等很多问题都很难解决。” "&F#YS7
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“我上班的时候,兖州矿区薄煤层的数量占到30%,这许多年过去了,薄煤层大都没采;厚煤层越采越少,现在薄煤层比重更大了,听说兖矿本部已经超过40%;薄煤层机械化不解决,还是会像过去一样,消耗高、效率低、安全难保证、成本高,这样下去效益也难保证。” M4y)@[l&8
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“薄煤层开采安全管理难度大,因为炮采需要打眼放炮,免不了会把柱子打倒打坏,顶板也就成了脱缰的野马和吃人的老虎。现场工人不得不冒险作业,抢护顶板。唐村矿在薄煤层开采过程中牺牲过不少同志。如果实现了机采,这些问题就能解决了,炮采始终解决不了。” swtSU(F
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“唐村矿在16、17层都搞过机采,但是没有一次成功。当时可能是机器的功率小,刀具强度也不行,根本就打不动,火星子直冒,滚筒上的截齿一打就坏了,煤就是割不下来。后来,仅仅是从打眼放炮工艺上做了一些改进。” j9x_pv9v
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薄煤层机械化没能成功,谢荫予老人直到退休仍感到遗憾,但有朝一日实现薄煤层综采的心愿却从来没有动摇过。 `I.fk#HNG
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2007年,谢荫予老人的儿子兖矿集团综机管理中心研究所副所长谢波成为为薄煤层机械化项目组主要成员之一,接过了爸爸“手中的枪”,继续致力于薄煤层机械化的研究工作。父亲的心愿正是谢波奋斗的目标。谢波希望有一天能带着老父亲,亲眼看一下薄煤层工作面滚筒飞转、煤流如潮的场景,以了却父亲的心愿。 ErJU]Rz68
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随着集团公司薄煤层机械化开采工作力度的加大,薄煤层综采的难题一个个被攻克,谢荫予老人总是执着地追问一些过去没能解决但现在解决了的问题,并经常和儿子讨论交流。 } w4Y
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“我们加大了采煤机电机的功率,截齿的强度也比以前大大增强了。”因参与了重大项目攻关,并取得重大成功,谢波说起的时候总是倍感骄傲。 bV'ktw.b
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生命的呼唤 ;u4>L;Ds4
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有统计资料显示,我国薄煤层原煤产量占全国煤炭总产量的四分之一左右,可伤亡人数却占总伤亡人数的三分之二,其中放炮和顶板事故占事故的80%。很明显薄煤层采煤的危险性之巨大。 mH<;3,#X,
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在薄煤层干了30多年的杨村煤矿准备一区区长刘宝富一声叹息后,道出了薄煤层炮采的危险性:“薄煤层事故率太高了,当时最难的就是顶板管理和放炮管理。只要打眼就必须在运输机上打,煤壁处空顶的问题解决不了,打眼人员就始终受到顶板的威胁。由于煤层条件千变万化导致放炮难控制,火药装得少就打不动煤,装得多容易打歪支柱,支柱打歪了,人还要进去抢支,不然没法干活,进去就是在空顶情况下作业,弄不好就会出事。一个人在面上跪着要攉10几吨煤,还要回柱支柱,工作量太大,人员一疲惫就容易违章,违章的现象多,发生事故的概率就高。” j+a6/r2m
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一张锨、一把镐、一件破棉袄, !uCM@" 5
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一个班、八节溜、天天不见少, TW'GAAt
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杨村煤矿准备一区党支部书记马保庆自编的打油诗真实地说明了薄煤层职工的工作状态。 ,E:4H
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“在煤矿,薄煤层职工的职业病最多,由于长期处于潮湿的工作环境中,就是跪着也直不起腰来、伸不起脖子来,膝盖长时间负重,加上煤尘的危害,所以在薄煤层工作时间比较长的职工大都患有腰间盘、椎间盘突出、关节病和滑囊炎等疾病。” &>g
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昔日的梦想 |[8%_!,
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“那个时候,我做梦都想着有这么一天,能把大锨扔了,不放炮了,煤还能呼呼地往外出。现在终于有希望了。”在薄煤层干了30多年的准备一区班长胡春旺说。 7?g4\~jN)
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胡春旺说到以前在薄煤层的经历,最多的就是“累”和“不安全”,“最初的薄煤层支护是用木料、木楔和大锤,支上木头用大锤往里楔木楔子,后来用上了摩擦支柱,这两种支护都不行,初撑力都达不到,有时候顶板一来压就能把整个工作面压塌。再后来用上了单体支柱,支护强度相对高多了。” hutn. O
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薄煤层的老职工经常说,在薄煤层干活要胆大心细。该小心的时候要小心,该大胆的时候要大胆,比如明明知道这里有危险就必须尽快加强支护,越是畏畏缩缩、拖拖拉拉越容易出事,既要大胆的去干还要时刻如履薄冰,时刻观察和防范各种危险征兆。 sg^<GP}5@
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两柱式掩护液压支架 挡煤皮 ^"\"#Xz_
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如何最大限度地减轻职工的劳动强度?如何最大限度的提高现场操作的安全系数?一代又一代杨村人从来没有停止过探索和尝试。 OM*RY
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“首先要解决运输和支护的问题,最后才是解决最困难的机采。只有安全和煤炭输送这两个问题解决了,才能谈到采煤机的问题。”本着先易后难的思路,杨村人开始摸着石头过河。 Q38t-
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“没有现成的设备可以使用,咱们只有结合现场实际进行改造。” qO9!fML
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2006年9月,时任杨村煤矿生产副矿长程晓之与准备一区区长刘宝富等人在调研了枣矿集团滨湖矿两柱掩护式支架之后,眼前豁然开朗。把这套支架的行程再降低一些就能够安装在杨村煤矿,这样顶板事故就基本可以杜绝了。在随后的工作中,杨村煤矿与兖矿集团机械制造厂对支架进行了改进。 cR(@CB~C
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兖矿集团机厂设计支架的探索与实践 !%L/S\}
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目前,国内外在薄煤层开采方式上,主要有:高档普采,单体支柱加采煤机或垛式支架放炮开采;支架配套刨煤机开采;再就是薄煤层综采。在较薄煤层开采上,支架配套采煤机运输机的综采技术已经比较成熟。一米以下薄煤层的综采,特别是对于含硬夹矸薄煤层的综采目前国内还没有成功实施的例子。 I`K\W66N{
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兖州矿区薄煤层主要有16层17层及部分18层煤,煤层厚度从0.8-1.4米不等,局部含有硫化铁结核,f值高达11。对于这种煤层的开采,使用机采落煤方式难度巨大。通过大量的走访调研、探讨研究,兖矿集团机电设备制造厂充分吸收、借鉴国内外薄煤层支架的技术成果,在枣矿集团滨湖矿等矿井掩护式支架基础上进行了大胆创新。采用的双伸缩立柱辅助机械加长段结构,既增加支架的调高范围,又保证立柱足够的支撑效率;采用特制小底阀结构,缩短立柱总长,减小立柱倾角,提高支撑效率;控制方式采用液压邻架先导控制与成组定量控制相结合;推移框架及顶梁前端均采用板式结构,最大限度减小构件厚度,增加过人、过机空间。 BP<^JPa
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该薄煤层机械化开采液压支架的研制,开创了兖矿集团薄煤层机械化开采的先河,在具体设计中应用了autoCAD计算机辅助制图、Pro/E三维制图、ANSYS分析软件及液压支架受力分析专用软件等先进的计算机软件工具,使支架设计更趋于合理化,有效的受力分析确保了支架的安全可靠性。为确保井下复杂多变的条件,主要构件采用Q550钢板,增强安全系数。为使过机空间达到最大化,支架上液压系统及其它附件的布置都经过了10多次的验证,以达到最优。如顶梁设计过程中充分考虑井下使用问题,把前部盖板等做到没有突起,需要安装的部件多采用镶嵌结构处理。这种人性化设计更好地保证了井下操作人员的安全。经过200多个日日夜夜的工作,该支架2008年初设计完成,并开始了样机制作,随后顺利通过样机试验取得了煤安证,标志着含硫化铁硬结核薄煤层机械化开采液压支架研制项目已向成功迈出了一大步。2008年底第一批薄煤层ZY2600/6.5/16型两柱掩护式液压支架在杨村煤矿开始下井使用。 wnYluYe
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改进后的支架体积小,灵活性高,可采最低高度为0.9米,最高可达2米,适于平均厚度为1.3米的薄煤层开采。72组支架安装在4601工作面之后,采用炮落铲装的生产工艺,很快就彰显了巨大的威力,两柱掩护式支架的试验使用,标志着杨村煤矿薄煤层开采支护技术手段发生了质的飞跃。 "n(<6qD8
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对比单体支柱和液压支架两种支护方式,马保庆、刘宝富感触颇深。 8_`2DtHnm
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“以前,在那么矮的情况下,一个人一个班攉煤在12吨到16吨之间,支回的支柱、顶梁、铁鞋在3吨左右,加起来一个人的工作量接近20吨。现在使用支架以后,顶板护顶到了煤帮根,后边不用回柱放顶,前边也不用打临时支护,生产上,只要把炮放出来,挡煤皮使用效果达到要求,清煤、拉架、推运输机铲煤,两个循环后整个工序就完成了。生产时间比原来减少一半,安全系数也上来了,工人的干劲提高了,产量大幅提升。”马保庆侃侃而谈。 ZCDA9m.&
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“原来用单体支柱时,平均日产也就300来吨煤。现在就很好了,20来个生产日,就出到1万吨左右,使用上采煤机以后,能实现三班生产,月产三万吨煤没问题。”刘宝富自信地说。 KRYawXH
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两柱掩护式液压支架的成功应用从根本上解决了薄煤层顶板管理难的问题,加上大功率的运输机,薄煤层机械化开采的三大件已经备齐了两件,这也为薄煤层采煤机的上马应用奠定了坚实的基础。 =U
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在兖矿近40年的薄煤层开采史上,薄煤层机械化开采的研究一直没有停歇,但一直没有多大进展。为什么实现机采如此之难?这还要从薄煤层的地质构造说起。 ozA:\K2&
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兖矿的薄煤层厚度在0.8到1.3米,顶板是石灰岩,底板是铝土岩,煤层中还含有大量的硫化铁结核、大块的夹矸以及断层。在薄煤层工作面安装采煤机受到空间狭小的制约,小煤机安装不了大电机,每一个零部件的大小都受到限制,煤机下面还要留出过煤空间,不是能力达不到,就是强度不够,小空间下解决含硬夹矸结核体煤的机械截割问题最为关键。如果把采高加大,石灰岩顶板非常坚硬,普氏系数可达8—12。小面积切割尚可,大面积切割煤机就容易损坏。割顶不行,割底同样走不通,铝土岩的底板属于粘土,一同采出无法分离,再好的洗煤厂也洗不了。现实条件决定了不能大面积破顶和割底。 t7mkng\n,
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如果把薄煤层比喻成煤炭中的野玫瑰,那薄煤层中含有的硬夹矸就是野玫瑰下的硬刺。一米以下含硬夹矸薄煤层综采项目曾在全国范围内进行技术难题招标,但无人敢接;当时德国著名的煤矿机械设备制造公司DBT想用他们生产的刨煤机一试,但到现场看了之后,连连摆手。世界各国的煤机制造厂家也多次进行过调研和实验,但没有一家企业成功,这也使这一项目成为一个世界性的难题。 OmI$~& |