XXX煤炭公司补连塔补连塔煤矿1200万ta综采工作面生产技术研究报告

1、神东煤炭公司补连塔煤矿1200万t/a综采工作面生产技术研究报告xx煤炭公司目 录1课题研究的意义和内容51. 1国内外高产高效工作血技术概况51. 2研究1200万t/a综采工作面的意义61. 3主要研究的内容82补连塔煤矿开采现状及条件102. 1井田境界及储量102. 2煤层赋存特征102. 3矿井生产建设概况113 1200万t/a综采工作面基本参数的确定153. 1工作面长度的确定153. 2工作面推进长度的确定153. 3工作面开采高度的确定153. 4工作面年产量及年推进度 164浅埋煤层大采高岩层控制184. 1浅埋煤层顶板破断运动规律分析 184. 2采场支护结构分析194.

2、 3液压支架工作阻力确定215综采工作面设备选型与配套235. 1采煤机选型235. 2液压支架的选型275. 3三机的选型315. 4胶带输送机的选型365.5乳化液泵站的选型375. 6工作面供电设备选型395. 7工作面设备总体配套416釆煤方法436. 1采煤方法选择436. 2采区巷道布置436. 3回采工艺476.4循环作业及劳动组织477建设1200万t/a综采工作面其它相关技术507. 1工作面通过断层顶板管理技术507.2工作面回撤通道贯通时顶板管理技术517. 3工作面超前支架及超前支护技术527.4预防片帮煤的措施547. 5预防支架倾倒的措施558 1200万t/a综采

3、工作面技术经济分析598. 1技术经济效益的分析598. 2工作面技术经济指标679结论68摘要本报告是在充分调查分析国内外综采技术及装备的基础上， 针对神东矿区煤层开采条件、目前神东矿区生产技术现状和发展 前景提出来的。旨在通过研究综采工作面的先进生产技术，进一 步提高综采工作面单产，从而达到提高生产效率、经济效益及资 源回收率的目的。报告对1200万t/a综釆工作面基本参数、浅埋煤层大采高 工作面岩层控制技术、综采工作面设备选型与配套、综采工作面 回釆工艺、巷道布置及支护以及生产过程中相关技术进行了初步 研究和探讨，对1200万t/a综采工作面技术经济效益作了初步 分析。随着补连塔煤矿20

4、03-2004年2000万t改扩建工程建设的 实施，矿井各系统能力进一步增大，为1200万t/a综采工作面 生产打下了良好的基础，提供了可靠的保障。研究分析结果表明：（1）目前国际上先进综采设备生产能力 可以满足1200万t/a综采工作面的需要。（2）工作面长度300m, 工作面推进长度6000m,工作面采高5.5m,采用“四、六”工作 制，工作而ei循环23刀,出煤量4044m/ei,年产量约为1213 万t。（3）具有明显的经济效益和社会效益。工作面长度300 m、 工作面推进长度6000m、工作面采高5. 5m的高产综采工作面，和 0前工作面长度240m、工作面推进长度5000m.工作面

5、采高4. 5m 的普通综采工作面比较，工作面万吨掘进率降低44.24%,每年巷 道掘进费可节省资金648万元；煤炭资源回收率较现有工作面提 高22%,仅一个工作面可多出煤232. 2万t；工作面工效由518. 5t/ 工捉高到769.2/工，捉高了 48.35%；工作面主要费用吨煤成本 降低9. 7%,吨煤降低成本153元，年生产成本节约1836万元； 工作面年生产能力增大了 400万t,吨煤销售利润按60元计算， 可增加利润2. 4亿元人民币。1报告研究的意义和内容1.1国内外高产高效工作面技术概况为考证国外高产高效大采高、长距离、自动化综采工作面发 展情况，神东公司组团考察了徳国dsk公司

6、auguste victoria煤 矿435米长的综采工作面，南非matla二矿6m大采高综采工 作面，澳大利亚newlands矿自动化综采工作面的装备水平配 套能力、工艺选择、劳动组织、安全管理、自动化程度、以及矿 井系统能力的配套。通过对三矿的考察，反映出神东矿区设备配套的局限性、单 一性，国外大采高、长距离、自动化综采工作面的发展已经超过 了神东矿区的水平。国外高产高效综采工作面长度达到435m,最 大采高已达6m,综采工作面实现了自动化控制。在综采设备方面，采煤机装机功率超过2000kw,牵引速度平 均为15-21ni/min,生产能力达到75t/mino同时，采煤机均装备 了以微机为

7、核心的电控系统，采用先进的信息处理和传感技术， 对采煤机的运行工况及各种技术参数、信息进行采集、处理、显 示、储存和传输，通过编程对采煤机牵引速度进行自我调节，对 截割电动机的功率进行自我平衡，对机械故障进行自我查询诊 断。针对大采高综采工作面，在煤机上设了防片帮液压装置，对 司机进行保护，针对工作面煤层倾角，采煤机滑靴采用液压可调 式装置，由电脑进行控制，以适应综采工作面横纵向坡度要求。液压支架工作阻力已达到10280kn,支撑高度达到6m,具备双 向口动顺序和成组顺序控制，支架支护强度高，工作阻力大，稳 定性好，大大减轻了工人的劳动强度，改善了生产条件。刮板运输机长度已超过450m,通过改

8、变运输机溜槽结构增大 其使用寿命，链条技术取得了长足进步，运输机采用cst驱动和 离合保护系统，装机功率已达到3x 1000kw,大幅度提高了输送 能力和设备的可靠性。工作面顺槽采用长距离、大功率、大运量可伸缩胶带输送机, 多点驱动长度可达6000m,运输能力达到4000t/ho采用cst软 起动装置，实现了自动顺序开停机、全机分段通讯和紧急停机等 技术。工作面电气设备采用高电压、大容量的组合式自动调节控制 开关，装备功能齐全的工况参数监控系统，移动变电站容量已超 过 6000kvao1. 2研究1200万t/a综采工作面的意义根据神东公司的发展规划，2005年全公司的生产能力将达到 1亿t,

9、到2010年将达到1.4亿t, 2020年将达到2亿t。神东公 司建设高产高效矿井取得了重大突破，从根本上改变了煤炭行业 低效率、低效益的局面，实现了由劳动密集型向资本密集型的转 变，千万吨的矿井群初步形成，就神东公司的现状和发展而言， 还有很人的潜力可挖，要突破2亿t产量，需要做人量的生产技 术和装备方面的研究，来提高生产水平，实现规模经营。神东矿区开采条件优越，地质构造简单，特别适合于大规模 开采，现在开采的补连塔煤矿2-2煤，上湾煤矿1-2煤、2-2煤，即 将开采的大柳塔、活鸡兔5一2煤以及西部矿区的煤层厚度均在6m 以上，目前的装备水平开采特厚煤层一次性采全高资源浪费严 重，而且给矿区

10、后期防灭火留下了潜在的隐患。以补连塔煤矿二 盘区22煤32201综采工作面为例，该工作面煤层平均厚度6.5m, 工作而使用采高为5m的液压支架，平均采高4.5m,工作面冋采 率仅为69.2%,如果使用6m采高的液压支架，平均采高5.5m, 工作面回采率可达到84.6%,仅32201工作面可多采出煤炭102 万t,如果补连塔新井田02煤全采用6m大采高支架回采，可多 采出煤炭13亿i。所以研究和发展大采高综采工作面已经迫在眉 睫。上湾煤矿是神东矿区第一个使用5.5m大采高综采设备的矿 井，该工作面2003年10月份投产，2004年19月份平均月产 95万t以上，已经达到年产1000万吨的水平，目

11、前是神东矿区 产量最大的综采工作面，上湾煤矿采用5.5m大釆高综采设备的 成功经验，除了和上湾煤矿强化管理有关外，还与合理的设备配 套有很大的关系，由于采高的加大，设备功率的增加（采煤机功 率1815kw,刮板运输机功率3x700kw）,实现了综采工作面 产量的大幅度提高。上湾煤矿5.5m大采高综采工作面设备的成 功使用，是神东矿区综采设备向大采高边进的一次重大突破，为 今后神东矿区大采高综釆工作面的发展提供了有力的依据。研究大采高超长工作面的生产技术和装备水平，来提高回收 率以取得高效率、高效益、低成本的经济效果，对神东公司可持 续发展具有重要的价值。另外根据国外同等条件矿井的大采高工 作面

12、情况来看，设备配套上采用世界先进的大采高综采工作面设 备，取得了非常好的经济效益。1200万t/a综采工作面生产技术代表了国内外煤矿生产技 术最新的发展方向，它是矿井系统能力配套、工作面工艺合理选 择、工序合理匹配、生产安全保障及科学管理等方面的综合结果, 是矿井综合科技水平提高的具体体现。以工作面设备合理配套及 工艺参数优化为核心，将采场矿压控制，巷道支护及矿井运输等 相关技术进行综合配套研究，将有力地推动煤矿集约化生产技术 发展，通过进一步捉高工作面单产，加快高产高效矿井建设，以 更低成本迎接市场挑战，在激烈的市场竞争中求生存、求发展。该报告的研究对神东矿区厚煤层的开采具有重要价值。1.

13、3主要研究的内容(1 ) 1200万t/a综采工作面技术参数确定；(2) 大采高综釆工作面采场的矿压显现特点：包括矿压显 现规律、顶板破断运动规律、顶板破断运动对支架的作用、支架 对围岩控制及支架工作阻力的确定；（3）1200万t/a综采工作面设备选型及配套;（4）1200万t/a综采工作面采煤方法；（5）1200万t/a综采工作面其它相关技术；（6）1200万t/a综采工作面经济效益分析。2补连塔煤矿开采现状及条件2. 1井田境界及储量1999年7月神东公司矿区总体规划对补连塔井fr范围作了 合理扩大。将原井田西界接壤的呼和乌素井田全部（ 76.84kn）2）、 尔林兔井田一部分（16. 8

14、km2）以及原井田南界接壤的上湾煤矿一 部分（2.4kn?）划归为补连塔煤矿井田范围。扩大后补连塔新井 山南北走向长6. 31一14. 4km ,东西倾斜长6一14km ,面积 130. 9km2，地质储量21. 2亿t,工业储量20. 6亿t,可采储量为 13.5亿t,井田主要煤层可采储量情况见表2-lo表21 补连塔矿井田主要煤层可采储量表 单位：亿t煤层编号122 23 1合计原井田1. 3214. 3新井田46. 5313. 52.2煤层赋存特征补连塔井田地质构造简单，无大的断层和褶曲，煤层赋存条 件优越。主要可采煤层厚度大、倾角缓、层位稳定、储量丰富， 煤层瓦斯含量低（0-0. 19

15、m7t）,矿井水文地质条件简单、涌水 量小（150m7h左右），煤层埋藏浅、顶底板较稳定，易于管理， 煤层属于中硬以上，韧性较好。煤的燃点低（ 300°c左右），属于易自燃发火煤层，煤尘具有爆炸性。井田内含煤地层为中生界侏罗系中下统延安组(j2y)，煤系 地层总厚187.3m,含煤系数10%,共含有煤层14层，主要可采 煤层为三层：l煤层平均厚度5. 03m； 2一2煤层平均厚度6. 75m； 3"煤层平均厚度3. 16叭井田地形总趋势为北部高南部低，东部高西部低，平均海拔 标高+ 1170m+ 1125m之间，最低点为白石头沟。井田地表覆盖第四系松散层，厚度550m,平均

16、20in左右， 并呈东厚西薄、北厚南薄变化。2煤层上覆基岩厚度10180m,且从井山东部向井山西部 逐渐增厚变化。：t煤层与旷煤层的层间距为36m, 2辺煤层与厂 煤层层间距为30mo井田内煤质变化规律为：水平方向从东向西、从北向南煤质 逐渐变优，垂直方向从上到下煤质逐渐变优。补连塔矿井山主要采煤层煤质指标情况见表2-2o2.3矿井生产建设概况补连塔煤矿原设计生产能力300万t / a, 1997年10月16 日建成投产。1998年矿井进行了技术改造，现矿井实际生产能力 1000万t/a, 2003-2004年又对矿井系统能力进一步改造，改造 后矿井系统生产能力可达2000万to2.3.1井下

17、生产建设情况(1) 井山开拓方式补连塔煤矿经矿井技术改造后，构成了平嗣一斜井开拓方式。表2-2补连塔矿井田主要煤层煤质指标情况煤层项 冃r2223_1水分（mud）7. 70%6. 91%6. 95%灰分(ad)8. 67%7. 11%5. 97%含硫量（std）0. 68%0. 31%0. 39%发热量(qb.daf)28.66mj/kg29.45mj/kg30.60mj/kg6853.84kcard/kg7042.76kcard/kg7317.77kcard/kg挥发分（vdaf）32.61%36. 44%35.68%发热量(qnet.d)27.99mj/kg28.20mj/kg29.62

18、mj/kg6693.61kcard/kg6743.83kcard/kg7083.41kcard/kg氧化钙（cao）21. 13%31.59%16. 64%煤灰熔融性（°c ）109014901080150010901420软化温度（st）129012901258熔点（°c ）290302297焦油产率（j.q5. 17. 58. 6矿井划分两个开采水平：2煤层及以上为上煤组，划为第一水平。2"煤层以下为下煤组，划为第二水平。大巷釆用分煤层盘区布置方式，主要巷道均为煤层巷道，一 水平采用联合布置。附：补连塔煤矿新井田开拓系统图（2）工作面开采情况补连塔煤矿从199

19、7年投产以来，首采工作面为2211综采工 作面，工作面布置在广煤层二采区，采用走向长壁开采。其余 已采的五个工作面31301、31302、31303、31304、31305均布置 在严煤层三采区，采用倾斜长壁布置方式；2 ?煤二盘区布置六 个工作面，全部为走向长壁布置方式。2. 3. 2主要生产系统(1) 运输系统矿井主要运输方式采用胶带输送机运输，旧主井系统现已改 造，其运输能力增大到2500t/h；新主井系统已经于2004年5 月份正式投入使用，其运输能力为3500t/h,年通过能力增大为 2000万t以上。辅助运输方式采用无轨胶轮车运输，辅助运输能力满足综采 工作面大型设备运输要求。20

20、04年年底铁路的运输、装车能力将达到2000万t/ao(2) 矿井通风能力改扩建后，矿井采用中央抽出式通风系统。南进风井、南回 风井全部改为回风井，主扇更换为型号fbcdzn038/800*2的对 旋轴流式风机，电机功率为2 x 800kw,叶片角为9°时，风量 16800m7mino叶片角为11°时，风量可达19200m7mirio矿井通 风能力可以满足2000万t/a矿井生产能力的风量要求。(3) 供电系统矿井有两路双回路供电系统，其中一路供电电源双回路取自 大柳塔llokva区域变电站的35kv母线。供给工业广场35kv变 电站，变电站内设有三台8000kva变压器。

21、另一双回路电源取自松定霍洛llokv区域变电站供给南风井 35kv变电站，内设有2台5000kva变压器。工业广场35kv变电站与南风井35kv变电站z间以185mm2 联络导线连接。矿井井下生产采区供电方式采用地面35kv箱式移动变电站， 直接向井下6kv供电。采区变电所直接将6kv供给综采工作面和 连采工作面的移动变电站。(4) 地面洗选厂建设情况补连塔矿洗选厂原设计能力400万t/a, 2001年达到600万 t/ao 2002年2月，经过原煤旁路直通系统的改造，实际能力达 到1500万t/a, 2004年2000万t工程洗选厂扩建后过煤能力可 达 2000 万 t/ao3 1200万t

22、/a综采工作面基本参数的确定3. 1工作面长度的确定工作面长度的确定受有多种因素的影响，它与煤层赋存条 件、设备能力和工作面技术管理水平有关。针对补连塔矿的具体 条件，结合国内外现状，为了实现工作面年产1200万t,确定工 作而长度为300m。3.2工作面推进长度的确定根据矿井具体条件、设备的型式和目前本矿井开采技术水 平，考虑到巷道的掘进、维护、通风、运输、供电等问题，在对 工作面自燃发火采取相应技术措施后，结合设备大修周期，工作 面推进长度取6000m。3. 3工作面开采高度的确定工作面开采高度的增大，可以相应提高工作面的产量和回采 率，工作面采高确定除应满足工作面通风、设备、材料、人员的

23、 运送和工作面搬迁要求外，还应考虑设备可靠性和围岩的稳定 性。釆高越大，煤壁越易发生片帮，对顶板稳定性要求越高。综 合考虑煤层赋存状况和引进国外配套综采设备，确定工作面采高5. 5mo3.4工作面年产量及年推进度(1)工作面日推进度按工作面日产40000t计算，工作面日进度为:s 二 k-, ml m r 式中：s 工作面日进度，m；q 工作面h产量，40000t；l 工作面长度，300m；m 一采高，5. 5m；r 煤体容重，1. 29t/m3；所以40000300x5.5x1.29= 18.79,工作面循环进尺为0.85m,日循环数n为:工作血日进度二18.79循环进度一窗一 取 n 二2

24、3工作面日推进度为19叽(2)工作面h产量qg = sxhixl.xr, t/d 式中：qg工作面日产量，t/d；s 工作而日进度，19m；hi 一采煤机割煤高度，5. 5m；工作面长度，300m；r 一煤体容重，1. 29t/m3；则：qg =19x 5. 5x300 x 1. 29=40441. 5, t/d(3) 工作面月产量、年产量及年推进度工作面刀工作口数按25d计，则工作面刀产量为10110371,年产量为1213万t。月进度为475m,年推进度为5700m。4浅埋煤层大采高岩层控制4. 1浅埋煤层顶板破断运动规律分析4. 1. 1关于浅埋煤层老顶的破断运动特征在浅埋煤层条件下，老

25、顶稳定运动阶段与一般开采条件下老 顶悬露后的离层运动不同，如只有一层（层组）坚硬岩层组成的 老定时，老顶岩层之上的泥岩层、风化层、松散层随着老顶变形 运动而作为较重的载荷层而运动，而不是离层运动，表现为重载 荷作用的整体下沉运动。在有两层（组）老顶的条件下，下位老顶可能产生离层运动, 但第二层老顶受上覆重载荷的作用下整体下沉，这样它又作为载 荷层作用于第组老顶之上，形成第一组老顶的整体下沉。老顶破坏发展阶段类似一般开采条件下的破坏发展情况，其 破断线位于煤壁内部。当工作面推至极限垮落步距时，在上覆重 载荷的作用下，以剪切破断为主。当无主动支护或主动支护小时, 在煤壁线附近发生切落，当主动支护达

26、到一定值时，在支架上方 产生拉断裂隙，在重载荷的作用下，在架后二次切落，可称为剪 切后运动。浅埋煤层市于覆盖层的作用，形成不成稳定的砌体结构，只 能形成暂时的平衡结构，失稳运动表现为基岩全厚度整体台阶切 落，这是浅埋煤层矿压显现强烈的主要原因，切落后的沉陷运动 过程对采场矿显现及支架一围岩相互作用关系有重要的影响。需要指出的是，基岩全厚度切落并不等于全厚度整体沉陷。 从矿压观测表明基岩在沉陷过程中岩层间口下而上有一个滞后 的过程，成为阻滞运动。4. 2釆场支护结构分析开采后上覆岩层形成“大结构”，而采场支护是包含于其中 的小结构，支架的受力大小及其在回采工作面的分布规律不仅与 支架性能有关，而

27、且与围岩性质有关，及支架与围岩形成的整体 特征有关，下面就从“支架一围岩”相互作用的机理来分析大采 高浅埠煤层工作面采场的支护结构。4.2.1顶板破断运动对支架的作用补连塔煤矿的开采实践表明，老顶初次来压并不强烈，工作面液压支架只有中部部分支架安全阀开启，支架工作状态良好， 对顶板能有效控制。但是在工作面充分采动之后工作面矿山压力 明显增人，每一次的周期来压有50%的支架阻力超过额定工作阻 力，特别是大周期來压吋支架急剧增阻，从30# 110"支架安全阀开启，顶板下沉速度快，下沉量较大，最大可达500imn,说明支架承受了相当大的顶板作用力。4. 2. 2支架对岩控制作用分析在“支架

28、一围岩”关系中，围岩赋存的地质和力学特征是矛盾的主要方面，一定的赋存条件和开采条件，采场的围岩破坏是给定的，但是在破坏给定的条件下，选择合理的支护手段和参数 则可能控制破断岩层的运动，以至于控制部分破坏过程。下面就 结合补连塔煤矿的实际情况分析如下：(1) zy60002. 5/5. 0液压支架使用情况31301工作面于1999年元月份投产，可采储量360万t,本 工作面使用北京煤机厂zy60002. 5/5. 0型液压支架和joy公司 的采煤机、刮板机、转载机以及国外配套的电气设备。随着采高 的增大、矿山压力的增加，出现了支架大脚和掩护梁损坏事故， 严重影响了工作面的生产能力。支架的大脚和掩

29、护梁开焊断裂的原因除与支架的设计、工 艺、材质等有关外，很重要的原因是与支护强度小有关。补连塔 煤矿31301工作面支架初撑力为5048kn,工作阻力为6000kn, 工作面初次来压后，工作面压力明显增大，即使非周期来压期间， 仍有部分安全阀开启，在大周期来压时，40120#支架安全阀普 遍卸载，中部煤壁片帮严重，深度达lm,活柱下沉量大，最大为 700mm,支架基本是在恒阻特性下工作，说明支架工作阻力偏小， 不能有效控制顶板的破断运动。(2) dbt86002. 4/5. 0液压支架使用情况31303工作面使用dbt86002. 4/5. 0大采高液压支架，初撑 力为5873. 8 kn,工

30、作阻力为8638kn,该支架在回采过程中存在 一定程度的倾倒问题，但对生产没有大的影响，由于支架选型合 理，能有效地控制顶板的破断运动，目前该支架采出煤量已达到2000 万 to4.3液压支架工作阻力确定分析三盘区的综合柱状图，已知老顶有两组关键层，其厚度 分别为：hv =13-02m . hv =5m ,基岩容重为 / = 0-024w/m3,上 下两组关键层的载荷厚度分别为10m. 30. 43m,小周期來压步距为 10-13. 5m,平均12. 5m；大周期来压步距为35m左右。将来设计采 高为6m；支架宽度为1. 75m；控顶距为4. 05m；直接顶厚度= 20.2/77 ；两柱掩护支

31、架支护效率“ =0.9；支架控制小周期来压 的工作阻力，按“台阶岩梁”结构进行计算：当小周期來压吋，下位关键层破坏运动，其关键层的最大回 转角 度为：q max = arcsin "。取岩石碎胀系数kp=l2,经计算0lmax=9°o根据补连塔煤矿矿体开采条件，取沙质泥岩载荷层参数 0 = 30°,贝ij 久=1 一 sin © = 0 5。则载荷传递系数：心二 心=071心。2n2atg cp周期來压期间取=gz + f”求得心=057。将相关参数代入（4-20）可得控制小周期来压时的支护阻力 为：p小阻=9088 9kn。当上部关键层破断运动吋，滑落

32、失稳吋表现为大周期来压，对下位岩层有一定的传递作用，其作用力为匕则:pd = *k 小 y 3h.l2 + y 山山）取传递系数心=015,求得pd = 2685kn。将匕代入（4-19）式，求得控制大周期来压的最小工作阻 力为：p大阻 > 10347k7v取支护效率095,所以合理的工作阻力为：pp阻 >10891 , kn所以支架的理想阻力为lloookno5综采工作面设备选型与配套综采工作面成套设备主要由液压支架、釆煤机、刮板输送机、 转载机、破碎机、胶带输送机及工作面供电、供液设备等组成， 这些设备的正确选型及合理配套，是充分发挥设备生产效能，达 到高产高效的前提。设备选型

33、着重考虑设备的生产能力、主要技术指标、适应性、 可靠性、安全性、经济性、配套性等因素。5. 1釆煤机选型5. 1. 1采煤机选型的原则影响采煤机选型的主要因素包括煤层的力学特性、煤层厚度 和倾角、工作面生产能力等，因此采煤机选型以采煤机对工作面 地质条件的适应性，以及釆煤机的实际生产能力作为主要考虑因 素，同时兼顾设备的配套性、经济性与可靠性。主要选型原则：(1) 采煤机的生产能力大于工作面设计生产能力。(2) 主要技术性能满足工作面顶底板岩层特性和煤层的力 学特性。(3) 整机大修周期的过煤量应大于工作面的可采储量。(4) 采煤机与液压支架、刮板输送机之间必须具备良好的 配套关系，这主要指采

34、煤机的滚简截深、机面高度、卧底量、牵 引方式等技术指标，以及采煤机与刮板输送机之间的过煤空间， 采煤机与工作面两端头设备的配套性等。5. 1. 2采煤机的技术参数确定（1）采煤机牵引速度确定根据计算结果，1200万t/a工作面日循环数n为23,采用“四 六制”作业方式，即三个班出煤，一个班准备、检修，釆煤机每 个循环的平均作业时间为：t = 3xtx60/n=3x6x60/23= 46. 96, min式中：t每个采煤班工作时间，h；t采煤机每个循环的作业时间，ho采煤机截煤时的平均牵引速度按下式计算：v二（l+2l】）/（t-ti）二（300+2x50）/（46. 96-5）二9. 53,

35、m/min式中：l一工作面长度，m；li采煤机及斜切进刀长度，ti一辅助工作时间，取5min；v采煤机牵引速度度，叽（2）采煤机生产能力计算采煤机正常开机割煤时的理论生产率估算公式如下：q二60iibvpc, t/h式中：q采煤机理论生产率，t/h ；h一工作面煤层平均采高，取5. 5m ；b采煤机滚筒截深，取0.85 m；v采煤机截煤时的平均牵引速度,m/min ；p煤的实体密度，取1. 29t/m3；q二60x5. 5x0. 85x9. 53x 1. 29=344& t/h(3) 装机功率采煤机装机功率可以采用比能法进行计算。p=qhw, kw式中：p装机功率，kw；q采煤机的理论

36、生产率，3448t/h；hw米煤机单位能耗，kw. h/1 o以补连塔矿所用joy公司生产的6ls采煤机为例估算hwo6ls采煤机装机功率为卩二1500kw,采高h=4. 5m,牵引速度v=8m/min,小时生产能力 q二60x4. 5x0. 85x8x 1. 29=2368, t/h。iifp/q二 1500/2368二0. 6, kw. h/t由此计算得：p二qh尸3448x0. 6=2069kw因此，选用的采煤机装机功率应不小于2000 kwo(4) 牵引力神东矿区煤质硬度普氏系数达到f二3左右，且韧性较大，工作面倾角一般在03。目前所用的采煤机自重75t左右，牵 引功率达到2x70kw

37、,牵引力达到600kn以上，平均割煤牵引速 度8m/mir）o多年的生产实践表明在神东矿区生产条件下，这些技 术参数匹配合理，对1200万t/a工作而采煤机牵引力的选取有 相当大的对比参考价值。实现1200万t/a生产能力时，采煤机 平均割煤牵引速度应达到9. 53m/min以上。因此，采煤机牵引功 率应达到2x 110kw以上，牵引力达到800kn以上。（5）滚筒直径双滚筒采煤机的滚筒直径以大于工作面最大采高的0. 5倍为 宜。补连塔煤矿综采工作面配套支架最大高度为6m,工作面最大 采高必须控制在5.8m以下，所以双滚筒采煤机的滚筒直径大于 2.9m即可满足使用要求。根据采煤机滚筒直径系列，

38、取滚筒宜径 d=2.9m o根据上述分析计算，生产能力为1200万t/a的综采工作面, 配套采煤机主要性能和技术参数应满足以下要求： 采煤机的生产能力大于3448t/h； 采煤机允许的平均截割牵引速度大于9. 53m/min； 采煤机应优先选用865mm截深的滚筒； 采煤机的装机功率不低于2000rw； 采煤机牵引功率2x110kw以上，牵引力800kn以上； 滚简直径2. 9mo目前世界上几个先进的采煤机生产厂家的产品能达到以上 生产能力及技术要求，根据我矿区目前使用情况，选用eickhoff sl500系列型采煤机比较理想，而且该型采煤机在南非matla二 矿6m大采高综采工作面也得到成功

39、使用。eickhoff sl500型采 煤机技术参数见综采工作面设备一览表。表5一4。5.2液压支架的选型5.2. 1液压支架选型原则补连塔煤矿1200万t/a综采工作面配套液压支架的选型主 要应考虑以下几方面：（1）支架架型结构与工作面煤层赋存条件相适应；（2）液压支架对顶板的支护强度与神东煤田大采高综采工 作面顶板破断运动规律相适应；（3）支架的支撑高度与工作面采高相适应；（4）支架电液控制系统的技术性能（丄要指跟机移架循环 周期）与工作面高速推进的牛产技术条件和适应；（5）支架的可靠性（主要指实际大修周期和实际使用寿命） 必须与高产高效工作面的生产要求相适应；（6）支架运输尺寸、搬运方式

40、及支架自重与矿井辅助运输 条件相适应；（7）支架通风断面与工作面通风要求和适应。5.2.2液压支架性能及参数的确定(1) 液压支架结构型式的确定根据补连塔煤矿i '煤层的矿压特点和近年来引进支架的使 用情况，1200万t/a综采工作面配套液压支架结构型式宜选用两 柱掩护式。(2) 液压支架主要技术参数确定 支架额定工作阻力和初撑力根据对综采面液压支架工作阻力的计算，中心距为1.75m, 控顶距约为4. 05m的支架的工作阻力为lloookn，支护强度约为 1.4mpao初撑力可按下式确定：po= (60%80%) p, kn式中：p。一液压支架额定初撑力，kn；p液压支架额定工作阻力，

41、kno综采面支架的初撑力可以根据上面公式推荐的60%-80%范 围，以矿区正在使用的液压支架的初撑力做参考，采用对比法选 定。神东矿区目前在用的四种液压支架的工作阻力与初撑力对比 情况见表5lo表51神东矿区在用液压支架初撑力参数表支架型号工作阻力(kn)初撑力(k)比 值( )j0y76250/2.2/4. 37625506366. 4j0y8670/2. 4/5. 086706056. 670dbt7432/2. 2/4. 5kd74325053. 868dbt8638/2.4/5.okd86385873. 868从表51可以看出，神东矿区目前使用的四种液压支架的 设计初撑力约占其额定工作

42、阻力的66%73%o这些支架已经在神 东矿区应用多年，对工作面顶板维护效果良好。因此，补连塔煤 矿综采面支架的设计初撑力可参考选定为支架额定工作阻力的 70%75%左右。 所以，初撑力 p。二70%p二70%x 11000二7700 kn。(3) 支架移架循环周期液压支架的跟机移架速度必须满足采煤机割煤时的平均牵 引速度，即不得低于953m/mirio液压支架一个降架一移架一升架循环的周期t可以采用下式 计算：tw60a/v二60x 1. 75/9. 53 = 1 1. 02s式中：v一采煤机平均截割牵引速度，9. 53m/mi n；a支架中心距，1. 75mo(4) 支架推移步距液压支架的有

43、效推移步距应与采煤机的截深相配套，采煤机 选型计算推荐采用865mm截深的滚筒，因此对应液压支架的有效 推移步距应为865mm。(5) 大修周期与寿命依据神东公司引进综(连)设备寿命及大修期表，液压支架 大修产量为12001400万t。故此选用引进液压支架在大修周期内可以满足工作面1200万t出煤量。(6) 底座对工作面底板的比压支架底座对工作面底板的比压以矿区在用的液压支架的底座比压作参考，釆用类比法选定。选定情况见表52o表52神东矿区液压支架底座比压对比支架型号工作阻力kn最大比压mpa平均比压mpaws1. 767153. 72. 0j0y7625/2.2/4.376255. 972.

44、 12j0y8670/2.4/5.086705. 462. 49从表52可以看出，神东矿区目前在用液压支架的平均比 压为2. 02. 5mpao这些支架已经在神东矿区应用多年，配合提 底座机构的应用，支架底座对工作面底板条件的适应情况良好。 因此，补连塔综采面支架的平均底座比压可参考选定为小于 2.5mpa。大采高支架在全球已经广泛使用，目前装备5. 5-6m支架的 工作面就有8个综采工作面，其中徳国lazy矿、南非matla矿 装备了 6m大采高支架，南非matla二矿开采石炭二叠系煤层， 主采煤层厚度6. 5m,埋藏深度116m,属于浅埋煤层，开采技术 条件类似神东矿区。液压支架工作阻力为

45、10556kn,完全能控制 顶板，支架使用非常成功。神东公司开采实践表明，本区矿山压力较大，由于浅埋深薄 基岩厚松散层的特点，有时顶板破断运动表现为整体岩柱切落。 需要足够的支撑力来控制顶板，经理论计算中心距为175米的 支架，采高5. 5-5. 8米，最理想的工作阻力为lloookno目前dbt 公司制造的6m支架完全可以满足。但是采高增大后可能会产生较严重的片帮问题，可以通过改 变液压支架的护帮机构来解决，为解决液压支架的倾倒问题以及 调面困难问题，在设备底座上配备底调油缸。matla矿使用的液 压支架为两节护帮板。另外，采煤机采煤机也采取了相应的防片 帮措施。端头支架建议国产化，选用支撑

46、高度为5m、顶梁可以伸缩的 四柱支撑掩护式支架。根据上述分析计算，生产能力为1200万t/a的综采工作面， 配套液压支架的主要性能和技术参数见综采工作面设备一览表 表 54o5. 3三机选型5. 3. 1三机选型原则综采工作面三机的选型主要从设备配套性，对工作面地质条 件的适应性，安全可靠性和经济性等方面。（1）刮板输送机、转载机、破碎机的运输能力都应人于采 煤机的生产能力，一般取1.2倍；（2）工作面刮板输送机、转载机、破碎机大修期的过煤量应大于工作面回采煤量；（3）刮板输送机应满足与釆煤机、液压支架的配套要求；（4）转载机要与可伸缩胶带输送机相配套；（5）刮板输送机的铺设长度满足工作面长度

47、要求。5.3.2三机参数及性能的确定（1）刮板输送机技术参数确定 输送能力按照采煤机割煤时的平均落煤能力确定工作面刮板输送机 输送能力。通常考虑到工作面输送条件较差，工作面输送机的实 际运输能力应为平均落煤能力的1.2倍，所以刮板输送机应具备 的输送能力为qg二qx1. 2二3448x 1. 2二4138, t/h式屮：q采煤机的理论生产率。 刮板输送机的铺设长度刮板输送机的铺设长度应达到工作面长度，约为308m,其精 确长度详细配套设计时确定。 刮板输送机功率a、刮板输送机的重段和空段运行阻力可按下式计算wzh二 98（qa+ q0 co 0） leos p ±98（q3+ q0

48、co 0） ls in p , nwk二 98q（）3olpcosbsinb, n式中：wzh重段运行阻力，n；wk空段运行阻力，n；q工作槽内单位长度上的负荷质量，kg/m；q二qg/3 6/v二4000一 ( 3. 6x 1. 58) =703, kg/mqg刮板输送机的输送能力，4000t/h；v一链速，1. 58m/s ；3煤在溜槽中的运行阻力系数，0.4；q°刮板链单位长度的质量，qo=16okg/m；3。一刮板链在溜槽屮的运行阻力系数，取0.2 ；b煤层倾角，补连塔煤层倾角为03。，取b二0。；l刮板输送机的铺设长度，按308m计算；土一向上运输用“+”号，向下运输用“-

49、”号。由此得出:wzh二9. 8x (703x0. 4+160x0. 2) x300=920808, nwk=9. 8 x 160x0. 2x 308=96589, nb、刮板输送机功率计算刮板输送机总的运行阻力为：wo=l. 1 x 1.12 (920808+96589)二 1253433, n式屮：w。一刮板链的牵引力，n；3一刮板输送机溜槽弯曲段的附加阻力系数，取1.12。刮板输送机的装机功率为：nmax=w0xv n 1000, kwnmax=1253433x 1. 58*0. 85一 1000二2330, kw式中：传动装置的效率，取085。刮板输送机的寿命估计根据以上计算可选择db

50、t公司生产的pf6/1142*2058mm型刮 板输送机，大修期过煤量可采用以下类比的方法确定。目前神东公司所用dbt公司生产的刮板机的输送能力为 2500t/h时，实际大修期过煤量为900-1100万t,由于新选用的 dbt公司生产的pf6/1142*2058mm型刮板输送机输送能力为 4000t/h,相应大修期过煤量应按比例增大，其设备大修期可按 比例估算为：大修期过煤量=4000 / 2500x900- 1440,万tpf6/1142*2058mm型刮板输送机主要技术参数见综采工作面 设备一览表。表54o通过实际考察情况，pf6较我们现在使用的pf4在设计和制 造工艺方面做了很多优化和改

51、进，主要表现在以下儿个方面：1、溜槽由过去的重载铸钢槽结构改为组装槽结构（目前j0y 公司采用铸钢槽），实现了基本槽和顶部通过槽的分离，顶部通 过槽中板和侧板采用抗磨材料制造，实现了磨损和加载区域分 离，锻造和滚轧部配合最优化，钢槽焊接装配全自动化，所有焊 接部分都不在磨损地方，可以通过更换顶部通过槽加大溜槽磨损 寿命（顶部槽和基本槽的磨损比为3： l）o2、溜槽侧板rti原来的梯形轮廓改为圆形轮廓，增加了接触 面积，降低了配合压力，减少了侧板的磨损，延长了使用寿命。3、链条采用48*144/160mm,设计较48*152/152设计更合理， 使链轮和链条啮合实现了最佳配合，延长了链轮和链条的

52、使用寿 命，链条是由dbt设计，由德国两个单独得厂家生产。4、机头、机尾驱动架也作了改进，增加了强度能承受 2*1200kw的驱动。运输能力可以增加到5000t/ho5、cst驱动系统。同步软启动可以始终提供最大的转矩；实 现过载保护，无断链现象，使链条损失降到最低；精确分配负荷、 实现最小的能量消耗，运输机无过热现象，延长使用寿命。6、刮板机选型生产能力增大到4000 t/h,这在一定程度上增 加了设备的可靠性，减少维护量，降低设备的维修费用，增加设 备的使用寿命。7、设备配套时工作面运输机溜槽高度在l4m左右，既可以 防止片帮煤进入电缆槽，也可以防止片帮煤落在支架大脚前，避 免移架时挤坏电

53、缆影响生产，更主要的可以保证安全。通过考察和理论分析，认为pf6刮板机是保证长距离工作面 较好的运输机，是满足1200t/a综采设备配套理想的刮板运输机。(2) 转载机、破碎机技术参数及性能确定转载机、破碎机的选型主要考虑其工产能力及三机的配套 性。因此，可选择与dbt刮板机相配套的pf6/1532转载机和sb 0916 u破碎机。考虑大块煤的影响，可采用两级破碎的方式，因 此，需选用两台sb 0916 u破碎机，第一级破碎机的过煤高度初 步定为1500600mm,第二级破碎机的过煤高度初步定为600 300mm。转载机、破碎机的主要参数见综采工作面设备一览表。 表 5一4o配套时的注意事项：

54、从神东矿区目前设备配套情况看，rti-t 该区煤层完整性好，工作面大块煤增加了刮板机的运行阻力，所 以刮板机功率选型应考虑偏大一些，转载机的能力应该比刮板机 能力大，这样大大减少大块煤堵塞和刮板机、转载机压死现象。 目前，神东公司由于转载破碎机能力小，大块煤影响比较严重， 所以在设备配套时应考虑。5.4胶带输送机的选型5.4. 1胶带输送机的选型的原则(1) 胶带输送机的输送能力应大于或等于工作面刮板输送 机的输送能力；(2) 胶带输送机的机尾部要与转载机的配套尺寸相适应；(3) 胶带输送机的输送长度要根据运输巷道的长度、坡度、 以及输送机功率等因索综合考虑。5.4.2胶带机的参数确定根据设备

55、能力配套原则，带式输送机的运输能力应为采煤机的1. 2倍，所以，带式输送机的输送能力为4000t/ho在工作面基本参数的初步确定中，工作面的推进长度定为 6000m,根据可选择的带式输送机的技术参数和补连塔使用经验， 宜选用两部3000m长的带式输送机或一部6000m两点驱动的带式 输送机。带式输送机技术参数见综采工作面设备一览表表5一4o5.5乳化液泵站的选型5.5. 1泵站及相关电器设备的选型原则乳化液泵站的选型原则可以归纳为以下方面：(1) 泵站的输岀压力应满足液压支架初撑力的要求；(2) 泵站的输出流量应满足液压支架移架速度的要求；(3) 乳化液箱的容积应满足多台泵同时工作的需要；(4) 泵站应配备机电液一体化的检测系统，以实时检测系 统的输出流量、输出压力，乳化液箱的液位和温度、泵站运行状 态，并可预警，保护人员和设备的安全。5.5.2乳化液泵站的参数计算(1) 泵站额定流量满足移架速度要求的系统供液量为：qb=10_4vkb (n 1s1f1+n1s1f2+n2s2f3) /l, l/min (51) 式中：qb系统供液量，l/min；v采煤机截煤吋的牵引速度，9. 53m/min；心一考虑系统漏液和其他千斤顶同时动作时的修正系数，kb=2. 0；m移架时升、降的立柱数，取2；si移架时立柱的升、降高度，取50mm；s2一移架步距，取865mm；f】、比、分别为立柱活