一五一矿综采工作面设计方案

1、黑河一五一煤矿综采工作面初步设计方鸡西永益煤矿机械制造有限公司2011 年 05 月一五一煤矿综采工作面初步设计方案一煤矿基本条件一五一煤矿其特点是煤层厚度中厚，变化不大，厚度为 5.0 5.5m。煤质硬度fw 3.5煤层倾角 16左右煤炭容重 1.4t/m 3工作面长度 150m二 采煤方法选择及规划产量根据一五一煤矿的发展规划， 考虑到煤层地质条件， 为更好的发 挥和提高矿井的投入产出率，实现高产、高效的目标，现规划产量定 为 105 万 t/a 为宜。三工作面技术经济指标的确定3.1 工作面生产能力的确定在煤炭生产发展规划确定后， 投入资金有充分保障的前提下， 采 煤工作面生产要取决于三

2、个方面：A、煤层赋存条件，即地质条件；B 矿井设计规模，包括提升、运输、开拓、掘进有充分保证的情况下； C、关键是采煤设备能否实现日产 3.5吨的水平。从国内外煤矿发展的情况看，中煤层实现日产 3500 吨的单产能 力，从设备上已经具备条件。从工作面长、 采煤机截深及日进尺寸的可能性分析， 可初步给出 参数如下：工作面长度150m采煤机截深0.8m平均采高5.5m煤炭容量1.4/m煤炭回收率87.7%则日进尺=3500150 5.5 1.4 0.877 = 3.456m即日进尺3.456m是完全可能的因此，实现日产3500吨，即年产105万吨是完全可行的3.2工作面基本参数的确定 3.2.1

3、工作面长度一般在地质赋存条件较稳定的情况下，可按下列公式核算。L二KX Q/(n x HX Bx r x C)式中：L工作面长度H平均采高，取 H=5.5mKi生产不均衡系数，取 K=1.1 ;Q工作面日产量，3500t/d ;n日循环数，取n=5;B 循环进尺，取0.8m;r煤体容量，1.40t/m 3;C工作面煤炭回收率，取 89% (机采98%,放煤80%)则 L=1.1 X 3500/(5 X 5.5 X 0.8 X 1.4 x 0.877)=142.53m。 现取150m3.2.2工作面走向长度走向长度约为800m (根据开拓的情况可增可减)。3.2.3工作面采高工作面平均采高为5.

4、5m。3.2.4采煤机的截深目前国内使用的采煤机的截深有 0.63m、0.8m，截深大有利于提 高煤炭产量，由于该矿顶板好，为了保证实现日产 3500吨的目标， 本设计采用截深0.8m。3.2.5工作面日推进尺及产量按工作面日产3500t/d计算，工作面日进尺为：S二KX Q/ (LX HX r X C)式中：S工作面日进尺；K1产量不均衡系数，取 K=1.1;Q工作面日产量,按 3500t/d ；L工作面长度,取 150m；H-平均采咼,为 5.5m；r煤体容量, 1.4t/m 3；C煤炭回收率, 87.7%；代入后得S=1.1 x 3500/(150 x 5.5 x 1.4 x 0.877

5、)=3.8m 采煤每刀截深0.8m, 3.82m需4.75刀，5刀故 每日进尺为 5x 0.8=4m工作面日产量： Qd=Sx hgx Lgx r x Cx Kg式中：Qd工作面日产量；S工作面进尺，3.8m;Lg煤长度，150mhg 煤咼度，5.5m；r 煤体容量, 1.4t/m 3；C煤炭回收率，87.7%;Kg工作面正规循环率，取0.90 ;则日产量为：Qd=3.8x1.4x150x5.5x0.877x0.9=3464.3t/ 天3.2.6 工作面月产量、年产量每月工作日按 25 天计算,则工作面月产量为 86607.5t ,工作面 年产量按 300天,计算为 1039290t, 若考虑

6、搬家倒面,时间约为一个 月,年产 105 万吨是可以保证的。上述产量能否保证与工作面技术装备有直接关系, 除综合管理到 位外,关键设备是采煤机生产能力,必须保证工作面的推进速度,现 核算如下：1 )采煤机的日切割总长度：LJ=nx (L+2L1)式中：Lj采煤机切割总长度；l工作面煤壁间长度，150mn日切割刀数，5刀；L1斜切进刀切割或返回长度 30m故 L j=5X（ 150+2X 30） =1050m2）切割方式：采用双向进刀切割方式3）采煤机切割速度的选择和开机率A、采煤机平均割煤速度取3.0m/min ;B、 生产劳动组织按“三八”制安排，即两班生产，每班8小时, 一班检修。C、开机

7、率水平生产总分钟为 60 x5X2=600min开机所需时间为1050 -3=350min开机率为卩 sr=350 x 100%=58.3%600在我国与该工作面相似条件开机率一般可达到5065%因此，采煤机开采，煤炭回收率98%,日产量为1050 x 0.8 x 2.5 x 0.98=2058t,放顶煤日产量为4x 150x 3x0.897=1614.6t，对该工作 面进入正规循环后日产3500t是完全可以达到的。3.3工作面设备选型及总体配套设计3.3.1工作面设备总体配套总体思路根据黑河一五一煤矿的发展规划，结合其煤层赋存的条件，在目前国内、外综采设备技术水平的基础上，其设备选型和总体配

8、套中， 应遵循技术先进、设备可靠、能力有余、投资适度、立足国内、实现 高产高效、低耗、安全的基本原则。3.3.2设备选型及生产能力核定1）采煤机该工作面长度为150m采高（平均）5.5m,采煤机循环进尺0.8m, 煤层容量1.4t/m 3，平均日产3500t/d，工作面生产采用斜切进刀方 式开机窝，机窝长度30m,综合考虑外部条件和一些人为的因素影响 后，预计工作面开机率可达60%A、采煤机小时生产能力核算可按下式计算：q=kn *t式中：Q需要的采煤机平均小时生产能力，t/h ;Q d工作面日生产能力，2058t/d ;K 生产不均衡系数，1.2 ; n日生产班数，2个；t每班工作小时，8h

9、;S 工作面平均开机率，58.3%; 代入后得Q二 2058 1.2 =264.75t/h2 8 0.583B采煤机平均牵引速度及最大牵引速度 采煤机平均牵引速度为：Vcp= N(L-Li)T 60- N t1式中：N工作面平均日循环数，8个；L工作面长度，150mLi工作面机窝长度，30mT工作面平均开机时间，h;=2X 8 XT=日生产班次x每班工作时间x平均开机率62.5%=10h;t1开机窝时间，取22分钟; 代入后得Vc= 8 (150-30) =2.26m/min10 60-8 22采煤机最大牵引速度为Vma=K： X V：P式中：&采煤机割煤不均匀系数，取 K=1.5故 Vmax

10、=1.5 x 2.26=3.39m/minC采煤机功率按采煤机单位能耗计算采煤机割煤功率N=KX 60X BX HX VnaxX Hw式中：N需要的采煤机功率；K b备用系数，取&=1.1 ;B 截深， 0.8m；H 采高， 2.5m；V max最大牵引速度，5m/mi n;H w采煤机割煤单位能耗；按实测 Hw=0.55 kw h/m3代入后得N=1.1 x 60x 0.8 x 2.5 x 4X 0.55=290.4 kw液压牵引和电牵引为现阶段常用的两种机型，电牵引采煤机 相对使用成本高，对操作者的专业技能要求较高；其无论是电磁 划差调速还是变频调速维修都相当繁琐，需专业维修人员。液压 牵

11、引采煤机故障率低操作简单对操作者、维修人员专业技能要求 较低。综合考虑工作面的实际情况，及以上计算的采煤机装机功 率，推荐选用MG150/375-W双滚筒采煤机，总装机功率为375 kw, 截割功率 2x150=300 kw。D采煤机型号及主要技术参数型式MG150/375-W液压牵引采煤机采高范围（ m）1.32.85适应倾角（） K/X Q式中，Q刮板输送机运输能力，t/h ;Q h采煤机平均落煤能力，264.25t/h ；K /采煤机与刮板机逆向运动时，修正系数同向取1.1；代入后得：Q=1.1X 264.25=290.675t/hB 、后输送机能力核算原则：运输能力放顶煤能力即 Q K

12、/X Q式中，Q刮板输送机运输能力，t/h ;Q h平均放顶煤落煤能力，106.25t/h ;K v采煤机与刮板机逆向运动时，修正系数同向取1.1 ;代入后得：Q=1.1X106.25=116.875t/hC刮板输送机的选型按满足生产能力及我国现行成熟的机型，为了设备好管理、配件 同一性，现可选用前后输送机 SGZ630/320型整体铸焊式双中心链刮 板输送机，其主要技术参数如下：输送量（ t/h ）450设计长度（ m）150链速（ m/s）1.2驱动功率（ kW）2X 160电压（/）1140中部槽内宽（ mm）588刮板链型式中双链圆环链规格26 X 92卸载方式端卸整体铸焊式双中心链刮

13、板输送机， 中板都采用高强耐磨板， 前 输送机封底板采用耐磨锰板； 后输送机不封底板， 连接方式哑铃销牢固可靠拆装方便。3）顺槽转载机A、转载机的生产能力应能满足综采面前后刮板输送机的卸载要求，其生产能力按下面公式计算：QQ+ Qs式中：Q采煤机平均落煤能力，264.25t/h ;Q s 平均放顶落煤能力，106.25t/hQ h+ Qs=264.25+106.25=370.5 t/hB转载机型号选择按转载机运输能力要求，选择SZZ764/160转载机，其主要技术参 数如下：输送量（ t/h ）1000出厂长度（ m）40链速（ m/s）1.4功率（ kw）160电压（V）660/1140刮板

14、链型式中双链圆环链规格 26 X 92卸载方式端卸4 ）顺槽用破碎机按转载机运输能力要求，选择 PLM1OO0破碎机，其主要技术参数如下：破碎能力（ t/h ）1000最大入料粒度（ mm）700X 700最大出料粒度（ mm）300以下破碎轴转速（ rpm）466功率（ kw）110电压（ V）660/1140喷雾水压（ MPa） 7.411764706选用满足要求。根据以上计算确定皮带机参数如下：输送量（ t/h ） 设计长度（ m） 运输倾角（） 胶带宽度（ mm） 胶带速度（ m/s） 功率（ KW） 电压等级（ V）50085015 （上运）100022X250 kw660V/114

15、0V驱动方式机头两驱启动方式限矩型液力偶合器本设计采用机头集中驱动的方式， 采用限矩型液力偶合器实现软 起动和功率平衡，保证输送机正常运行；考虑到运量及功率较大，无 论是机头还是H支架，强度都大幅度提高，保证了使用寿命和耐久度； 在各外购件选型方面，力求做到性能稳定、结构紧凑、配置合理、操 作和维护简单方便。选用伸缩皮带机具有以下优点： 驱动装置采用浮动支撑。 悬浮式驱动装置是减速器与电动机、 偶 合器等安装在同一底座上， 底座不与地面接触， 而是通过球面绞支撑 杆与坐落于地面的支撑座连接。 这种结构即可统一设计， 又可缓解启 动力对减速机的冲击。托辊、滚筒等内部结构形式参考 DTII 型皮带

16、机进行设计，提高 了托辊、滚筒的使用寿命，减少了维修量。H支架采用80X60X5的方钢制作，增加使用中的牢固性，提高了 安全性能。上托辊使用带调偏机构的铰接托辊， 可在使用中直接调偏， 使用 更方便。纵梁和托辊采用挂钩形式，使安装维护和更换更加简单。四. 基本支架初步设计4.1 架型选择放顶煤支架是近 40年煤炭行业发展起来的一种支护、 采放设备， 它是放顶煤开采新技术、新工艺、新方法的关键设备之一，因此，对 放顶煤支架的选型是至关重要的国内外现有 30 余种不同型号的放顶煤支架，归纳起来基本上是 三种，即前开窗口高位放顶煤支架；后开窗口中位放顶煤支架；后开 门插板式低位放顶煤支架。 从国内煤

17、矿使用经验， 可确定后开门插板 式低位放顶煤支架是适合一五一煤矿煤层放顶煤开采、支护的设备。 通过几十个工作面经验，认为对放顶煤支架选型可归纳为四个方面， 亦即放顶煤支架必须具备的四个条件：可控性；可冒性；可放性；适应性。可控性即放顶煤支架对煤壁及前梁端的控顶效果，主要反映在输送机道上方无立柱空间这一范围内，具体就是从支架前立柱上支点到煤壁采煤机滚筒切割线这一空间。 可冒性即放顶煤支架对顶煤的破 碎能力，主要反映在前立柱上支点到顶梁尾端这一区段内。可放性即放顶煤支架的放煤效果和放煤能力，主要指顶梁尾端到放煤口这一区 段，它是提高煤炭回收率的决定因至素。它与放顶煤窗口尺寸、放煤 位置、放煤形式、

18、放煤千斤顶推力、拉力和煤的硬度等有关。适应性 即是放顶煤支架对煤层顶底板和煤层厚度倾角变化的适应能力。要求支架结构件有足够的强度，保证作业人员的安全性和设备本身强度的 自保性。通过以上四点的考虑，工作阻力选择50005500KN支撑高度1.51.7/2.8m ;架型采用四柱支撑掩护式后四联杆低开后门插板式； 底座对底板接触比压选择1.72.0MPa,底座应采用整体平底座；支 架重量根据矿山提升、大巷运输和工作面安装要求，支架重量不超过 16t。4.2基本支架主要技术参数的确定4.2.1液压支架支护强度的确定综采工作面平均煤厚为 5.5m，机采2.5 m放3.0 m 综采工作面 的长度初步确定为

19、150m综采工作面液压支架受力，主要是受上覆可垮落下位岩层（直接 顶）的静压力和上位岩层（老顶）来压时的动压力的影响。为安全起见，煤层开采后，可及时垮落的上岩层形成对支架的静 压力一般按煤层开采后所需的垮落高度来计算。煤层开采后，上位岩层最大可垮落高度为 H1二 M/ （ -1 ） = 2.5/ （1.16-1 ） = 15.625m 式中：Hi直接顶厚度（m）;直接垮落后未经压实的碎胀系数， =1.1-1.3，取= 1.16 ;M 机采煤层高度，M=2.5m尽管直接顶和部分老顶能够随采随冒，但是上位岩层的周期性断裂时，仍然对支架有一定的动载荷。则支架支护强度可按下式估算：p二kH =1.4

20、15.625 2.6 = 56.875t/m = 0.56875MPa 式中： k 老顶来压时动载荷系数 , k=1.4;H1 可垮落下位岩层厚度，H=15.625m;丫岩层容重，丫 =2.6 t/m 3;因此，建议工作面液压支架的支护强度应不小于 0.56875MPa4.2.2 支架工作阻力的确定根据支护强度、 配套设备尺寸、 支架顶梁长度和空顶距计算支架 工作阻力如下：3P=nx( LK+LD X BX px 10/ ( n iX n 2)= 1.1 X( 3.274+0.34 )(3.274+0.34+0.80 )x 1.5 X 0.56875 x 103/(0.85 X 0.95)=4

21、200 5129.8KN/ 架式中：n安全系数，n= 1.1 ;B架间距，B= 1.5m;n 1支护效率，取n 1= 0.85 ；n 2安全阀波动系数，n 2= 0.95 ;p 支架支护强度 (0.56875MPa)；LK空顶距，340mmLD一一顶梁长度，3274mm根据计算结果及我国行业标准中工作阻力系列，工作阻力选择 5200KN。按我国煤矿支护设备缸径系列，缸径选定为 200mm泵站工作 压力为31.5MPa时初撑力为989.6KNX 2=3958.4 KN，相当于工作阻 力 5200KN的 76.2%。4.2.3 支架高度的选择工作面采高为2.5m,因此支架最大高度定为2.8m。采用

22、单伸缩立 柱，支架最低高度为 1.6m。4.3 基本支架的主要技术参数1 )支架型式两柱掩护式支架型号ZF5200/16/28工作阻力5200KN(P=41.4MPa)初撑力3958KN（P=31.5MPa初撑力与额定工作阻力的比率0.762:1适应工作面的倾角2.5 倍，此型式被广泛应用。6）高强度板、薄箱型断面设计在保证结构件强度的前提下， 减小断面尺寸及支架重量， 该设计 主体结构件均采用了高强度板、薄箱型断面设计，其中 Q560高强度 板达75噓右，Q460高强度板占25噓右，并进行了优化设计。7）支架采用四连杆机构,前、后连杆均为双连杆,与掩护梁及 底座均是两处铰接,增大了连杆的抗弯

23、、扭能力,提高了支架的稳定 性8）。结构件交错布置的设计 为解决支架在最低位置时各部件的干涉问题,本设计采用了交叉布置的结构形式。 即将正装差动的推移千斤顶居于底座正中间, 两 个平衡千斤顶在空间上布置于推移千斤顶上方, 两个前连杆布置于平 衡千斤顶两侧,满足了支架在最低位置时的最大重合度。9）液压系统采用 400L/min 流量,主进液采用 32 高压胶管, 回液管采用 38 高压胶管,立柱和推移采用 400L/min 的大流量操纵 阀,这样既能满足工作面的使用要求,又能提高产品的经济性。10）增加放炮保护装置，一般采用钢板或高密度钢丝网及橡胶 板等屏障，放炮时保护了油缸活塞杆，延长了使用寿命。11）各铰接部件采用整体镗铰接孔的方法，确保各部件互换性五.支架的选材5.1结构件选用材料及其性能材料屈服强度（穴）抗拉强度（代延伸率（35）冲击功(-20C) (AkU所占比例Q460460MPa580600MPa16%40/J25%r 右Q560560MPa600680MPaP 75%左右5.2立柱和千斤顶选材、主要机械性能及工艺要求1）立柱缸筒、活柱以及千斤顶缸筒、活塞杆均选用27SiMn材料屈服强度抗拉强度延伸率冲击功27Si Mn(T s=835MPa(T b=98