陈蛮庄大倾角工作面综机设备选型学习教案

1、会计学1陈蛮庄大倾角陈蛮庄大倾角(qngjio)工作面综机设备工作面综机设备选型选型第一页，共38页。一、煤层地质(dzh)条件矿井可采煤层主要为3（3上）煤，位于山西组中下部，全区可采，厚0.987.06m，平均3.49 m。煤层结构(jigu)简单，不含或偶含一层夹矸，属稳定煤层。首采区3煤层为合并区，煤层厚度在3.606.46m。井田总体构造形态为向北北西倾斜的单斜构造，煤层倾角一般在1831之间。煤层试样力学性质测试结果表明，煤层平均单向抗压强度为1.56MPa，平均单向抗拉强度为0.38MPa，煤层具有弱的冲击倾向性。第1页/共38页第二页，共38页。一、煤层(micng)地质条件钻

2、孔综合柱状图显示,煤层中从地表向下有一层巨厚的黄土层，厚度(hud)在594925m左右，厚土层下方是细砂层，中间夹有泥岩。工作面顶板主要赋存特点是表土厚、土层多、厚度(hud)大(基岩薄)，由于土层没有承载能力，可以预见工作面来压十分强烈。对于CZK11-2、CZK11-2号钻孔处的煤层应预以高度重视，建议钻探，以掌握该处煤层赋存特点。第2页/共38页第三页，共38页。一、煤层(micng)地质条件钻孔综合柱状图显示(xinsh), 煤层厚度在3.537.62m，平均厚度为5.6m，煤层厚度变化大。钻孔编号钻孔编号表土层层厚度表土层层厚度/m煤厚煤厚/m埋深埋深/m直接顶直接顶上覆岩层间土上

3、覆岩层间土层层CZK9-1600.513.53757.27细砂岩细砂岩CZK9-2595.863.81133.76粉砂岩粉砂岩CZK10-1564.183.631214.61细砂岩细砂岩CZK11-1577.157.62818.54细砂岩细砂岩多层多层CZK11-2584.285.081104.2中砂岩中砂岩多层多层CZK12-1564.640.92947.5细砂岩细砂岩多层多层CZK12-2925.363.671171.04粉砂岩粉砂岩多层多层第3页/共38页第四页，共38页。一、煤层(micng)地质条件直接顶板为细砂岩、粉砂岩和泥岩，厚1.3517.32m，一般在28 m之间。粉砂岩抗压

4、强度为17.035.1MPa，细砂岩抗压强度为67.6173.9MPa，属较稳定极稳定顶板。煤底板为泥岩、粉砂岩或砂质泥岩，厚度13m。据邻区张集井田资料，其抗压强度为7.8051.2MPa，属不稳定稳定底板。陈蛮庄煤矿煤层的最大特点是：埋藏深、表土厚、煤层厚、差异大、煤质软、倾角大。但是应该看到，该矿的煤层厚度最大不超过7m，倾角不超过35，煤质并不是呈粉末状，而是具有一定粘性的鳞块状。整的条件来说，上述条件决定了该煤层可以(ky)采用机械化方法进行开采。第4页/共38页第五页，共38页。二、首采区(ci q)煤层地质条件首采区为3煤(3上、3下)合并区，采区面积1.19km2，可采储量48

5、0.5万t，服务年限3.8a。煤层厚度3.396.46m，煤层倾角1831。直接顶为细砂岩(sh yn)、粉砂岩(sh yn)和泥岩，厚1.3517.32m，一般在28 m之间。属较稳定稳定顶板。底板为泥岩、粉砂岩(sh yn)或砂质泥岩，厚度一般13m，属不稳定稳定底板。首采区(ci q)煤层地质条件第5页/共38页第六页，共38页。三、开采(kici)方法选择厚煤层开采(kici)方法主要有： 分层综合机械化开采(kici)、一次采全高综采、综合机械化放顶煤开采(kici)三种开采(kici)方法。各有特点与适应性。方方 法法分层综采分层综采一次采全高综采一次采全高综采综放开采综放开采优优

6、 点点分层厚度分层厚度( (采高采高) )可可根据煤层进行确定根据煤层进行确定巷道掘进量小，开巷道掘进量小，开采效益高采效益高支架、配套相对成支架、配套相对成熟，技术相对完善熟，技术相对完善缺缺 点点巷道掘进量大，效巷道掘进量大，效益差，采空区反复益差，采空区反复扰动，易自燃，近扰动，易自燃，近年很少采用，配套年很少采用，配套不完善不完善采高大，煤壁片帮采高大，煤壁片帮与端面冒落问题严与端面冒落问题严重，支架重心高，重，支架重心高，稳定性差，对煤厚稳定性差，对煤厚度有要求度有要求顶煤回收率没有综顶煤回收率没有综采工作面高，对工采工作面高，对工作面瓦斯有要求作面瓦斯有要求特特 点点 上世纪上世纪

7、8080年代普遍年代普遍采用开采方法采用开采方法用于煤层小于用于煤层小于7m7m且且煤厚相对稳定煤厚相对稳定用于煤层厚度变化用于煤层厚度变化较大的厚煤层较大的厚煤层第6页/共38页第七页，共38页。三、开采(kici)方法选择由于陈蛮煤矿煤层厚度差异性较大，分两层开采，下分层开采时采高变化大，开采效率受到一定影响。因而不推荐分层开采。受设备限制，一次采全高综采开采高度一般不超过6.5m。考虑到陈蛮庄煤层赋存特点，当采高超过4m时，煤壁片帮和端面冒落等问题难以控制，因而不推荐一次采全高综采。综放开采的最大特点是适应性强，可用于厚和特厚煤层开采，尤其(yuq)适合煤层厚度变化差异性较大的工作面开采

8、。根据陈蛮庄煤矿的煤层赋层特点，结合开采经济效益，认为该煤层采用综放开采方式比较合适。第7页/共38页第八页，共38页。三、开采方法(fngf)选择符合(fh)矿井煤层赋存条件。陈蛮庄煤矿3煤的最大特点是煤层厚、倾角大、煤质松软，对于上述煤层目前国内多采用放顶煤技术进行开采，效果明显。 与当前技术发展水平相适应。目前国内对于软煤大倾角煤层，主要采用综放技术开采。综放开采可适当降低机采高度，避免煤壁片帮，同时由于支架重心高度较低，支架稳定性好，有效地防止了“倒架”现象的出现。正因如此，目前对对软煤大倾角煤层多采用放顶煤技术进行开采。与矿井系统相一致。陈蛮庄煤矿煤层好、年设计生产能力0.99Mt，

9、采用综放开采，产能与矿井生产能力相匹配。第8页/共38页第九页，共38页。四、大倾角(qngjio)工作面矿压特点前苏联和前西德均将煤层按倾角分为四类：18为缓倾斜煤层；1935为倾斜煤层，3654为次急倾斜煤层；5690为急倾斜煤层。我国对于大倾角煤角度的界定与国外基本一致，目前尚未规范统一。 煤层倾角超过18时，支架(zhji)的下滑力超过其摩擦力，支架(zhji)有下滑倾向。冒落矸石的自然安息角为35，当煤层倾角大于35时，冒落矸石滑（滚）落使采空区的下部填满、上部悬空，底板稍有扰动，很容易失去稳定，形成不同于35以下煤层的岩层移动规律。应该说，大倾角煤层一般为3555的煤层。第9页/共

10、38页第十页，共38页。四、大倾角(qngjio)工作面矿压特点煤层倾角通过两个途径对矿压产生影响：是煤层顶板层理的运动(yndng)有别于倾角较小的情况，煤层倾角导致的采空区矸石滑移对顶板的垮落产生影响。急倾斜煤层岩层移动特点：破坏性影响更加偏向于采空区上边界，采空区下边界显著减少 ；除顶板岩层外，破坏性影响波及到底板岩层及采空区上边界所采煤层，且煤层的破坏先于顶底板岩层的破坏；随着煤层倾角及顶底板和所采煤层力学强度差异性的增加，岩层移动最终形成一种与水平煤层不同的拱形力学平衡结构，特点是岩层呈现“厂”型移动形态 。第10页/共38页第十一页，共38页。四、大倾角(qngjio)工作面矿压特

11、点急倾斜煤层直接顶上覆岩层的冒落和破坏对岩层移动起到重要作用。采空区直接顶上端岩层容易被拉断或剪断，采空区直接顶的倾斜岩层受到上端岩梁的水平推力和最下段冒落矸石的支撑，形成(xngchng)一个“厂”型移动拱结构。水平煤层水平煤层(micng)开采岩层移动形态开采岩层移动形态 急倾斜煤层开采岩层移动形态急倾斜煤层开采岩层移动形态 第11页/共38页第十二页，共38页。四、大倾角(qngjio)工作面矿压特点随工作面的推进，倾斜岩层达到极限跨距时，形成破断板块继续向采空区冒落，岩块开采区内形成的垮落带，称为“下位岩层”，同时“厂”型移动拱结构也不断向上和老顶扩展。“厂”型移动拱侧的倾斜岩层在岩梁

12、支撑和老顶自重力的作用(zuyng)下形成整体弯曲移动带，称其为“上位岩层” 。急倾斜煤层急倾斜煤层(micng)(micng)开采岩层力学模型开采岩层力学模型第12页/共38页第十三页，共38页。四、大倾角(qngjio)工作面矿压特点急倾斜煤层开采岩层移动也同样可以把上覆岩层分为：直接顶板、下位岩层和上位(shn wi)岩层。与下位岩层相比，上位(shn wi)岩层的分层特征和整体性保持完好，变形程度明显要小，属于小变形区，各分层可看小挠度板的“叠合”。 急倾斜煤层急倾斜煤层(micng)(micng)开采岩层力学模型开采岩层力学模型第13页/共38页第十四页，共38页。五、大倾角工作面矿

13、压对支护(zh h)方式影响在大倾角综放工作面，液压支架在顶板压力、支架自重、相邻支架挤靠力、支架工作阻力、底板反力作用下处于平衡状态。大倾角煤层的顶板不是沿法向移动，而是沿一条逐渐接近重力作用方向的曲线移动，顶板越不稳定，其移动曲线偏离(pinl)法线越远。顶板移动的法向分量对支架产生垂直作用力，有利于支架的稳定；顶板移动的切向分量对支架产生侧向力，可能导致支架倾倒。在不同煤层倾角下，顶板运动方向与煤层法向夹角的变化对支架抗倒能力的影响较为显著。第14页/共38页第十五页，共38页。六、采煤(ci mi)工艺对支架稳定性影响最佳的割煤、移架、推溜和放煤方式。支架防倒防滑及调架技术。防止前部输

14、送机上窜、后部输送机下滑技术。保证工作面系统稳定性基础的端头支护技术。移架操作顺序：采煤机由上向下割煤伸伸缩(shn su)梁打开护帮板采煤机由下向上清煤收护帮板收伸缩(shn su)梁降架带压移架打开护帮板。采煤机由上向下割煤牵引阻力小，有利于装煤，滚筒割煤时煤块不易向支架的人行道抛掷，及时伸出伸缩(shn su)梁并打开护帮板，能有效支护顶板，割通运输平巷上帮后，采煤机上返清煤，安全性好。第15页/共38页第十六页，共38页。七、大倾角(qngjio)工作面支架稳定性支架下滑：在有倾角的工作面，支架在非支撑状态(zhungti)下，由于自身及背矸重力的作用，支架有下滑的可能性。支架开始出现

15、下滑时的平衡方程为：0cossinfGG支架倾倒力学模型支架的临界(ln ji)下滑角为=arctanf。式中：f为支架底座与底板摩擦系数，取f=0.3，支架的临界(ln ji)下滑角为=17。支架倾倒：当工作面横向倾角增大到一定程度时，在移架或支架空载状态下，支架会发生倾倒。支架的倾倒力距为：MD=HgGsinBwGcos/2BwR2/2HfR2RsH第16页/共38页第十七页，共38页。七、大倾角(qngjio)工作面支架稳定性假设支架采高为3m，中心(zhngxn)距为1.5m，重心高为1.5m时，支架极限倾倒角为24.2。考虑安全系数，支架在倾角大于20的工作面会出现倾倒。可以采用伪斜

16、方式布置工作面，使工作面实际倾角小于20则支架就不会倾倒。支架纵向剖面提高(t go)支架初撑力，有利于支架稳定性。若为煤层倾角，B为支架底座宽度。当支架相对于其底座下侧边缘O3处于向下翻倒状态时，假设W2位于纵向中心平面内，有平衡方程：0sin2cos2222gHGBGHWBWHBBHGWg222)cossin2(第17页/共38页第十八页，共38页。七、大倾角(qngjio)工作面支架稳定性上式说明(shumng)：支架稳定性同支架重心高度成反比，支架重心越高，则支架越不易稳定；支架稳定性同底座宽度有关，底座宽度尺寸越大，支架稳定性越高；初撑力与摩擦系数成反比，支架与顶底板摩擦系数越大，则

17、所需的支撑力越大；大倾角工作面液压支架稳定性同支架支撑力有关，支架只有“支得住”，才能站得稳，因此支架必须有足够的初撑力；支架需带压移压，当工作面倾角时，为防止支架下滑，需要带压移架，带压移架数值根据上式进行确定。第18页/共38页第十九页，共38页。八、大倾工作面支架(zhji)结构设计原则对支架整体参数优化，提高支架稳定性和抗偏载能力。 应加大前梁前端支撑能力，以适应支架与顶板的相护(xin h)作用关系，防止片邦冒顶，提高支架稳定性。推移杆在收回位置时，推移机构与底座前端单边侧向间隙应不小于20mm，防止支架下滑。加大弹簧侧推力，侧推千斤顶缸径不小于80 mm，并设置液控单向阀，保证支架

18、有足够的防倒能力和扶正能力。侧护板应满足相邻支架移动一个步距时，保证移架方向不小于200mm的重合量；相邻支架高差200mm时，保证顶梁侧护板在高度方向上有不小于200mm的重合量，防止架间的挤、咬现象。第19页/共38页第二十页，共38页。八、大倾角工作面支架(zhji)结构设计原则底座前部采用整体封底、后部底板敞开形式，底座前端比压小，排矸性能好，拉架顺利。底座设有导向梁式调架装置，增加支架调架能力；严格控制四连杆机构销孔的间隙，要求结构件焊后整体镗孔，四连杆机构销孔的间隙应小于1.6mm，连接耳轴向最大配合间隙应小于12mm，关键受力部位采用高强度钢板，并优化焊缝布置，减小应力集中，从而

19、提高支架的结构强度和可靠性及整体稳定性。顶梁(dn lin)、掩护梁、尾梁全程设置侧护板，增加支架稳定性，同时有效防止架间漏矸、窜矸。第20页/共38页第二十一页，共38页。十、液压支架主要(zhyo)技术参数确定支架高度： 考虑到采区煤层厚度在3.537.6m左右，平均厚度5.6m，因此支架最大采高为3.6m/4.0m。 煤层厚度较薄时，采用综采方法进行开采，当煤层厚度较厚时，采用放顶煤煤层时，机采高度控制在2.83.0m，平均采放比保持在1：1左右，比较合理。 根据上述要求(yoqi)，支架最大高度确定为3.8m/4.2m。考虑到井下运输，以及单伸缩立柱的调高幅度等影响，将最小高度确定为1

20、.8m/2.0m。第21页/共38页第二十二页，共38页。十、液压支架(zhji)主要技术参数确定工作(gngzu)阻力放顶开采时，采用岩石容重法：)(cddqqKqhqddcccMq18 . 0pKMh0.8 7.612.16 24.32(1.251.5) 1hm（顶煤回收率取80%，直接(zhji)顶松散系数取1.25）1.8 2400 10(12.16 24.32)1400 10 30.6 1.08qMPa计算结果表明，若采用放顶煤方法进行开采，工作面支护强度为0.61.08MPa，支护强度的下限为0.6MPa。考虑到工作面采深超过1000m，建议工作阻力取上限，即取1.08MPa。第2

21、2页/共38页第二十三页，共38页。十、液压支架(zhji)主要技术参数确定支架工作(gngzu)阻力为：()zKDPq LLBP支架工作(gngzu)阻力，kN； Lk梁端距，取Lk =0.3m；LD顶梁长度，取LD=5m； B支架宽度，取B=1. 5m。P=1.08(5+0.3)1.5=8586 kN计算结果表明，工作面工作阻力应不低于8586kN。第23页/共38页第二十四页，共38页。十、液压支架(zhji)主要技术参数确定综采工作面现场实测数据(shj)的回归公式 该结果表明，液压支架(zhji)工作阻力应不低于7600kN。hm采高；Lp基本顶周期来压步距，取Lp30m；Bc控顶距

22、，初步取Bc=5.3m(顶梁长度+梁端距)；N充填系数，N=hi/hm，hi 直接顶厚度，hi=7m。P=72.3hm+4.5Lp+78.9Bc-10.24N-62.1若采高为3.5m，则P=0.724MPa；若采高为4m，则P=0.76MPa考虑到1.25倍富裕系数，则支护强度分别为0.9或0.95MPa。P=0.9(5+0.3)1.5=7155 kNP=0.95(5+0.3)1.5=7553kN第24页/共38页第二十五页，共38页。十、液压支架(zhji)主要技术参数确定类比(lib)分析 唐口煤矿离陈蛮庄煤矿最近的唐口煤矿就使用ZF7500/20/38型放顶煤支架进行放顶煤和一次采全高

23、综采。支护强度0.991.02MPa，配套MGTY400/930-3.3D电牵引采煤机，SGZ1000/1400前后部刮板输送机，多年(du nin)使用效果说明，该套支架支护参数合理，能够适应工作面煤层赋存条件，完全满足工作面支护需要。葛亭煤矿葛亭煤矿2313大倾角工作面采用ZF5600/16.5/26正四连杆四柱支撑掩护式低位放顶煤液压支架，采用装备齐全的防倒防滑装置，支护强度0.860.88MPa，配套MG200/500-QWD电牵引滚筒式采煤机、SGZ730/320前后部刮板输送机、ZFG5600/19/30过渡支架、ZT11200/20/30端头支架和ZCZ11200/20/30F超

24、前液压支架，满足了该矿煤层倾角40的厚煤层放顶煤开采需要。第25页/共38页第二十六页，共38页。十、液压支架(zhji)主要技术参数确定考虑到工作(gngzu)阻力对煤壁片帮有一定缓解作用，建议支架工作(gngzu)阻力不低于8600。对片帮冒顶可控的4个主要影响(yngxing)因素:支架垂直作用力、支架水平作用力、端面距、支架合力作用点距工作面煤壁距离。垂直作用力的影响主要通过支架的支护强度来反映，水平力主要通过护帮力来反映。图(a)为支护强度分别为0.5、0.9MPa时顶板应力场模拟结果可以看出，端面与顶部拉应力区明显减小。第26页/共38页第二十七页，共38页。十、液压支架主要(zh

25、yo)技术参数确定中心距：支架中心距主要有1.25m、1.5m、1.75m和2.0m几种参数可供选择。支架中心距的选择主要根据支架支护强度、立柱千斤顶安装布置、井下运输、矿井(kungjng)提升能力等因素综合确定，原则是满足提升和矿井(kungjng)运输要求的前提下，尽可能选择较大的中心距。初步确定为1.5m，如果下井运输没有制约，建议选用1.75m中心距。移架步距：大倾角综放工作面已有开采经验和目前综机设备配套能力，工作面截深确定为0.6m比较合适。为了满足工作面0.6m截深，支架移架步距确定为600mm。支架方案可在下述三种ZF8000/17/35、ZF8600/18/38、ZF860

26、0/20/40方案中进行选择。第27页/共38页第二十八页，共38页。十一、支架(zhji)结构特点顶梁整体刚性(n xn)顶梁形式，结构简单、可靠，支架前端支撑力大，比铰接分体顶梁前端支撑力高近10倍，有利于维护架前顶板、抑制煤壁片帮、避免梁体内漏矸。同时整体顶梁接近全长可设置活动侧护板，对顶板密封性好。根据陈蛮矿煤矿生产技术条件，特别是考虑对极软不稳定煤层放顶煤工作面的适应性及密封性，本架型选用整体刚性(n xn)顶梁形式。架前支护方式架前支护形式选用顶梁前端为带伸缩梁带护帮板结构。采用2个100缸径伸缩梁千斤顶，行程700mm，在工作面循环步距600mm的情况下，可弥补由于梁端距产生的无

27、支护空间，实现伸缩梁端对煤壁前部顶煤的“三角区”以及煤壁直接支撑的重要功能。伸缩梁与水平呈3水平夹角上翘，使伸缩梁在伸出过程中，充分与顶板接触，接顶性好。第28页/共38页第二十九页，共38页。十一、支架结构(jigu)特点底座选用开底式整体式刚性底座，前面采用过桥、后部采用箱形体将底座连接为整体，该形式兼有整体式和分体式底座的综合(zngh)优点，不仅具有很高的强度和刚度，而且对底板起伏不平的适应性强，排矸性能好。对支架结构进行优化，底座前端比压为1.121.5MPa，不超过底板抗拉强度1.5MPa。抬底机构底座抬底机构的主要作用是，支架移架时，抬起底座前端，减小底座前端的比压的影响，力求少

28、清浮煤，加快推进速度。抬底机构有效地了提高支架对工作面极软底板的适应性，是保证支架顺利移架重要措施。选用125/90mm抬底千斤顶，抬底力为38.6kN，大于支架重量。第29页/共38页第三十页，共38页。十一、支架(zhji)结构特点伸缩梁密封采用全封闭、整体结构，不仅满足(mnz)了该条件下伸缩梁结构大行程、大工阻的要求，而且实现了伸缩梁行程范围内的全密封要求，并增加了横向宽度，有效地适应了极松软煤层放顶煤工作面支架超前支护架内、架间密封的要求。本架伸缩(shn su)梁结构常规伸缩梁结构第30页/共38页第三十一页，共38页。十一、支架结构(jigu)特点尾梁密封通常放煤机构尾梁侧护板均

29、为固定的，在正常1.5m中心距情况下，邻架尾梁固定侧护板间存在120mm的间隙。尾梁固定侧护板结构简单(jindn)，在煤质较硬的条件下，能满足放煤机构需要。在极松软厚煤层放顶煤工作面条件下，此间隙将导致放煤泄露失控。本型支架在保留该处结构合理间隙的基础上，采用活动尾梁侧护板结构，满足该条件下邻架尾梁间在各种状态下的密封要求。本架尾梁结构(jigu)常规尾梁结构第31页/共38页第三十二页，共38页。十二(sh r)、采煤机选型滚筒选择滚筒直径一般为采高的0.550.65倍，如果工作面最大采高确定3.5m，则滚筒直径D=18002000mm；如果最大采高为3.8m，则滚筒直径D20002200

30、mm，可满足工作面生产需要。采煤机装机功率计算表明，如果最大机采高度(god)为3.5m，则采煤机的实际装机功率应不低于394455kW；如最大机采高度(god)为3.8m,采煤机的实际装机功率应不低于428494kW。机采高度(god)为3.5m，选用MG200/500-QWD或MG250/630-QWD；机采高度(god)为3.8m，选用MG300/700-QWD。第32页/共38页第三十三页，共38页。十二(sh r)、采煤机选型采高范围m1.83.5备注适合倾角45截 深600机面高度1420总装机功率kW500配套滚筒直径1800、2000下切深度3501800滚筒截割功率2200k

31、W供电电压1140V牵引方式齿轮销轨式调速型式四象限交流变频调速牵引功率240kW牵引速度m/min06/10，07.9/13.12牵引力kN689/412，535/320泵站电动机功率kW18.5供电电压V1140MG200/500-QWD型采煤机主要(zhyo)技术参数 第33页/共38页第三十四页，共38页。十二(sh r)、采煤机选型MG250/630-QWD型采煤机主要(zhyo)技术参数 采高范围m2.03.5备注适合倾角40截 深600机面高度1416总装机功率()kW630配套滚筒直径1800、2000最大卧底量3301800滚筒截割功率与2250kW供电电压1140V牵引方式齿轮销轨式调速型式四象限机载交流变频调速牵引功率255kW牵引速度m/min07/11.7泵站电动机功率kW20供电电压V1140第34页/共38页第三十五页，共38页。十二(sh r)、采煤机选型MG300/700-QWD型采