采区布置与装备

1、第四章 采区布置与装备第一节 采煤方法一、采煤方法的选择（一）开采技术条件1、构造井田主体构造为碎石井背斜，两翼对称向南倾没。轴部地层产状3°5°，两翼地层产状一般为15°36°，深部可达40°45°，平均地层产状小于25°。本背斜对开拓开采影响较大，另有井田东北边界构造赵儿塔向斜及与其平行排列的火烧坡背斜（位处井田边界之外）对开拓开采影响不大。在井田北部发现落差大于2030m的断层有3条，其性质已控制和查明。断层集中在27勘探线以北，对矿井初期开采没有影响。2、煤层井田内含煤地层为中侏罗统延安组，共含煤41层，平均总厚41

2、.24m。矿井前期主采煤层为1、2煤。1煤主要分布于井田东翼，西翼多不可采，煤层厚度0.105.37m，平均2.20m，煤层结构简单，属较稳定煤层，少数含夹矸达四层，夹矸岩性多为砂质泥岩，少数为粉砂岩。2煤层位稳定，全井田可采，单层地质储量占全井田储量的40%左右，是井田内最主要的可采煤层，煤厚4.74(2514孔)9.42m（L64孔），平均7.88m。2煤厚度变化小，结构单一，少数钻孔含13层夹矸，属稳定煤层。根据矿井开拓布置，设计选定的首采区位于24I以北，27线以南，背斜东侧、+950m水平以上、走向长6km左右的井田东中部区域，即12采区。该采区南翼1煤厚度为0.574.31m，平均

3、2.2m，2煤厚度为6.528.66m，平均7.83m，倾角5°32°；采区北翼1煤厚度为2.394.48m，平均3.72m，2煤厚度为7.628.79m，平均7.9m，倾角18°35°。煤层赋存稳定（个别钻孔靠近火烧区或煤层露头处变薄），结构简单，个别钻孔含1或2层夹矸，夹矸岩性多为砂质泥岩，厚度一般在300mm以下。全井田1、2煤可采储量分别为37.73 Mt和248.74 Mt，大部分适合机械化开采；其中首采12采区的1煤和2煤可采储量分别为12.63 Mt和37.94 Mt。3、顶底板岩性1煤：东翼27线以北，西翼2001号、2002号钻孔以北地

4、段，直接顶板以直罗组底部粗粒砂岩为主；上述地段以南顶板为厚度3m左右的细粒砂岩、粉砂岩。底板以厚4m左右的粉砂岩、细粒砂岩为主，次之为砂质泥岩、局部为炭质泥岩。2煤：顶板以厚24m的炭质泥岩为主，次之为砂质泥岩，局部为粉砂岩。底板以厚3m左右的粉砂岩、砂质泥岩为主，泥岩次之。4、瓦斯本矿井为低瓦斯矿井。5、其它开采技术条件本矿井1煤、2煤无地温异常区。煤层属易自然发火煤层，并有煤尘爆炸危险。本矿井初期开采1、2煤，属中厚、厚煤层，赋存稳定，构造简单，开采面积大，应优先采用综合机械化开采。（二）采煤方法的选择本井田计算储量的可采煤层达15层，主要可采煤层有1、2、6、7、8下、10、12、14等

5、8个煤层。井田构造及水文地质条件简单，对开采影响较小。矿井移交时，开采1、2煤，故本设计主要对1、2煤的采煤方法进行选择，其它煤层根据今后的技术发展情况确定。1、1煤煤层厚度0.105.37m，平均厚度2.2m，首采区（12采区）内煤北翼厚度为2.394.48m，平均3.72m，南翼变化较大，0.574.31m，平均2.2m，煤厚南薄北厚，沿走向变化趋势明显。为便于提高工作面单产和设备选型，m以下区域后期开采，则12采区南翼首采范围内煤平均厚度m左右。设计采用走向长壁综采，全部垮落法管理顶板。矿井投产时在1煤中布置一个一次采全高国产综合机械化工作面。2、2煤初期开采的2煤，厚度4.749.42

6、m，平均7.88m，厚度变化小，结构单一。根据国内外厚煤层开采技术发展现状，结合井田开采技术条件，设计认为2煤可供选择的采煤方法主要有：综采放顶煤一次采全高和分层综采。（1）综采放顶煤一次采全高综采放顶煤一次采全高的主要优点是：易于实现高产高效，巷道掘进率和材料消耗量低，巷道维护条件有所改善，可减少综采设备的搬家次数与费用，动力消耗小，采煤成本低，对煤厚变化大、构造比较复杂的地质条件有较好的适应性，可降低煤层自然发火几率。其主要缺点是：煤炭回收率稍低，工作面设备多、管理复杂，易混入矸石、原煤灰分高、工作面作业条件较差。我国综采放煤始于1982年，先后在沈阳、平顶山、潞安、窑街、乌鲁木齐、阳泉矿

7、务局等进行推广应用，取得了良好的技术经济效果。进入20世纪90年代以来，对综放开采中存在的瓦斯治理、火灾防治、粉尘治理、提高回收率、全煤巷锚杆支护技术难题进行攻关研究，取得了可喜进展，综放工作面个数逐年增加，1997年全国有92个综放工作面，占工作面总数的4.4%，1999年有11个综放面年产超200万t，占全国同类指标总数的68.8%。2000年超2.0Mt/a的19个综采队中，综放队占68%。设计年产6.0Mt/a的综放工作面已在兖州兴隆庄投产。2002年年产超300万t的高产高效矿井中，综放面30个，占工作面总数的25%。 综放开采已成为厚煤层矿区实现高效集约化生产的主要途径。由于放顶煤

8、主要是利用矿山压力破煤，因此煤层的冒放性是能否采用放顶煤综采的关键。根据多年来我国综采放顶煤采煤经验，影响顶煤冒放性的自然因素主要有煤层赋存深度、煤层厚度和强度、煤层结构、煤岩体节理裂隙发育程度及煤岩交界面地质结构整合程度、顶底板条件、地质构造、自然发火、瓦斯及水文地质条件等。下面对2煤的冒放性进行分析评价。a、煤层强度煤层强度是煤层本身抗破坏能力的主要指标，包括煤层的单向抗压强度，粘结系数和内摩擦角。国内外大多数放顶煤综采工作面的实测资料统计表明，煤层强度是影响顶煤冒放性的关键因素。一般认为当煤层硬度f系数小于3、强度小于20MPa时，顶煤冒放性较好。反之，顶煤的破坏程度降低，冒落性渐差。因

9、此大同“两硬”条件下放顶煤开采中采用了使“两硬”变“两软”的弱化措施，才使顶煤顺利冒放。根据精查地质报告及煤炭科学总院岩石力学实验室对相邻的羊场湾井田所作2煤煤岩物理力学实验，2煤自然状态下单轴抗压强度为19MPa以下，浸水后抗压强度随浸水时间加长，强度不断增加，单从抗压强度看，2煤属软至中硬煤层，冒放性较好。但2煤抗拉强度大，韧性高（平均1.21MPa，韧性指标910），节理不发育，受顶煤厚度、顶板压力等因素影响，容易在采空区形成倒台阶悬壁，垮落滞后，呈大块、特大块，远离切顶线无法放出。由此看来，2煤冒放性较差。b、煤层赋存深度根据理论计算和实践证实，顶煤冒放性随着开采深度的增大而加强。一般

10、情况下，开采深度大于400m时，顶煤易于冒落。本井田+950m水平2煤埋深在50430m之间，首采工作面埋深150350m之间，从开采深度看，2煤在+950m水平以上顶煤冒放性较差。c、煤层厚度与采放比一般来说，过厚的顶煤其上部难以达到充分松动，国内外综放工作面的实测数据和有关科研院所所作模拟试验结果都表明，顶煤冒放性随煤层厚度的增大而减弱，同时证明综放开采的最大临界厚度为12.515.0m。采放高度比即综放工作面放煤高度与采煤高度之比，它对顶煤冒放性影响反映在两方面，一是采煤工作面支架的反复支撑对顶煤的破碎作用，二是采放高度比影响着顶煤冒落充分松散的空间条件，我国缓倾斜厚煤层放顶煤采放比一般

11、1：12.4之间。井田内2煤平均厚度7.88m，最大厚度9.42m，按采煤机割煤高度3m计算，顶煤厚度平均4.88m，采放比1：1.63，从煤层厚度和采放比来看，2煤适合综采放顶煤开采。d、煤层结构一般认为，煤层中夹矸(单层)厚度不宜超过0.30m，其硬度系数f也不应大于3，顶煤中夹矸层厚度占煤层厚度的比例也不宜超过10-15%，否则，应采取预破碎措施。2煤结构简单，一般含夹矸13层，但大部分矸石集中于煤层下部，煤层中上部基本无矸石，因此2煤夹矸对放顶煤开采影响较小。e、顶板条件影响煤层冒放性的煤层顶板包含直接顶和基本顶两部分，直接顶对顶煤压裂无直接影响，但直接顶能够随采随冒并具有一定的厚度是

12、综放开采顶煤破碎冒落后顺利放出的基本条件，否则不利于顶煤回收。因此，无论从矿压角度还是从顶煤放出率来考虑，都希望直接顶的最小厚度能达到充满采出煤厚的空间。根据瓷窑堡煤矿及羊场湾二矿的开采实践，2煤顶板暴露23h后即开始冒落，顶板岩性松散，极易风化破碎。因此大部分情况下，其顶板对综放开采也是适宜的。f、自然发火问题本矿井2煤属易自然发火煤层，预防自然发火是放顶煤开采成败的关键。若有效控制采空区顺槽两侧、开切眼和停采线遗留煤量，综放开采可利于防止煤炭自燃，否则治理煤层自然发火比分层综采更加困难。根据灵武矿区多年来的防火工作来看，只要采取有效措施，如后退式开采，加快推进速度，提高顶煤回收率，均压通风

13、，预防性灌浆，喷洒及压注阻化剂，注氮防火等措施，自然发火可以得到控制，不会影响综采放顶煤的实施。g、瓦斯问题瓦斯问题是放顶煤开采的重大安全问题。由于放顶煤开采同时出煤量加大，瓦斯涌出量随之增大。但从本矿井2煤瓦斯涌出量较小的特点看，这一问题对进行放顶煤开采影响不大。根据以上的综合分析，设计认为影响本矿2煤冒放的最主要因素是煤层的高韧性。在自然条件下2号煤层在+950m水平以上不宜采用综采放顶煤开采。从综采放顶煤在我国的发展情况看，不仅在厚及特厚缓倾斜中硬煤层中被普遍采用，而且也在类似郑州矿区“三软”不稳定厚煤层和大同矿区“两硬”煤层中获得成功。其中在“硬”煤层和“两硬”煤层中主要采取对顶煤、顶

14、板预处理措施，提高顶煤及顶板冒放性，以实现综采放顶煤开采，参照类似经验，设计认为本井田2煤在采取顶煤软化处理措施后，可以采用放顶煤综采，并有望实现高产高效。软化处理措施主要有：工作面松动爆破或在顶煤中布置措施巷，通过注水或放震动炮等措施对顶煤进行弱化处理。据不完全统计，目前我国已有许多矿区采用顶煤或顶板软化处理措施进行综放开采。但由于软化处理措施工艺复杂、工序多，工效相对较低，目前已有的工作面其产量尚未突破2.00Mt/a。如铜川下石节、彬县下沟煤矿工作面条件与本矿2煤相似，下石沟矿采用顶煤高压注水与深孔爆破相结合的方法对顶煤进行处理；彬县下沟煤矿主要采取工作面架间爆破松动顶煤的措施。但放顶煤

15、工作面日产平均4000t/d，最高5200t/d。大同煤矿集团忻州窑矿主采煤层也与本矿2煤条件类似，采用顶煤和顶板松动爆破措施放顶煤开采，综放工作面平均月产101kt，最高月产121kt，年产量1.2Mt左右。本矿井煤层倾角较大，不利因素多，加上本矿区综放开采尚在试验阶段，管理和人员培训滞后，设计从生产的稳妥可靠性出发，认为矿井移交初期不宜采用综采放顶煤开采。目前，邻近本矿的磁窑堡技改井正在对2煤进行软化处理措施后的综采放顶煤开采试验（工作面正在进行试采）。待试验成功和工作面产量达到一定规模后本矿井再根据其试验的技术经济指标考虑是否采用综采放顶煤开采。（2）分层综采分层综采适用于煤层顶板不十分

16、坚硬，易于垮落，直接顶具有一定厚度的缓倾斜及倾斜厚煤层。我国自1974年在开滦矿务局唐山矿试验成功缓倾斜厚煤层下行垮落金属网假顶综合机械化采煤以后，分层开采的综合机械化采煤工艺已在十多个矿区得到广泛应用，积累了较丰富的经验。如晋城古书院综采一队在顶分层运用铺顶网综合机械化采煤工艺创造了年产180万t的好水平，兖州东滩综一队倾斜分层开采，采高2.9m，年产205万t/a，平一矿开采戊8-10煤层21191工作面上分层，年产也在204万t/a以上，随着大采高分层综采技术的应用，工作面单产水平已有了进一步提高。据统计，2000年全国76个百万吨综采队中，采用分层综采技术和综放开采技术的综采队分别为4

17、9个和27个，各占全国创水平综采队的64.5%和35.5%。如以全国现有220个综采队计算，综放开采所占比例更小，所以目前乃至今后相当长时期内，分层综采技术仍是我国厚煤层主导的开采技术。结合2煤厚度及煤层特点，根据采高不同，分层综采可分为大采高综采（分2层，每层采高4m左右）、一般综采（分3层，每层采高2.53.5m）及放顶煤开采（分2层，每层采高2.55m）。分层一般综采由于下分层工作面顶板管理困难，产量较低，效率不高，基本上已不用。采用分两层进行放顶煤开采，在下分层开采时由于顶分层已经开采，矿压破煤作用减弱，不利于顶煤破坏。大采高分层综采可以实现高产高效，相对一般分层综采，具有以下优点：a

18、、简化了回采巷道，降低了巷道掘进率和巷道维护工作量；b、对不稳定煤层的厚度变化适应性较强；c、避免了多层分层时做大量勘探煤厚的工作量及严格控制分层采高的困难，减少了工作面搬移次数及费用；d、大采高采场过风断面大，为稀释瓦斯创造了有利条件。经过许多局矿在各种地质条件下的探索和实践，大采高分层综采工艺在技术上已趋成熟。大采高综采在刑台、开滦、铁法、西山、徐州及神东等矿区应用较好。龙口梁家矿综采队在4.2m大采高和“三软”煤层条件下年产原煤1.56Mt；刑台东庞矿在采高4.2m条件下工作面单产多年保持在2.0Mt以上；神东大柳矿采高4.5m，多年维持高产，2000年工作面单产达到8.0Mt以上； 徐

19、州张双楼矿煤层倾角17°35°，平均24°，煤层5m条件下2000年单产达到1.39Mt。根据本矿井煤层厚度及赋存情况，设计认为本矿井2煤适合于大采高分层综采。根据下分层顶板形成条件不同，分层综采又分为人工假顶和利用再生顶板分层综采等类型。人工假顶分层综采的主要优点是煤炭回收率高，主要缺点是铺设假顶工作量大、用人多、工艺复杂、推进速度慢，由于下分层顶板为柔性金属或塑料隔离体，回采过程中易发生兜网、漏矸等问题，下分层顶板及巷道维护困难、巷道掘进率高、生产组织管理复杂、成本高。利用再生顶板分层综采，工艺简单、工序少、成本低、煤炭资源回收率高，因此有条件形成再生顶板的矿

20、井应尽量利用再生顶板分层综采。本井田2煤伪顶多为泥岩、炭质泥岩，厚度为0.281.39m，主要分布于28勘探线以北；直接顶多为炭质泥岩和泥岩，厚28.5m,属中等易冒落和中等稳定岩层。虽然岩石节理裂隙不发育，但岩石松软，遇水软化。相邻的羊场湾一号井、二号井在采用分层开采2煤时， 其顶分层开采12年后，下分层即可形成再生顶板，本设计2煤拟采用采区内“先采上分层，再采下分层”的回采顺序，下分层一般34年后才开始回采，将有利于再生顶板的形成。根据本矿井地质构造和2煤厚度及煤层特点，设计认为2煤采用走向长壁大采高分层开采比较合适：分两层开采，顶分层采高为4.0m，下分层采高约3.54.0m左右。综上所

21、述，设计确定1煤采用一次采全高走向长壁综合机械化开采，2煤在投产初期采用分层综采，后期根据邻近矿井放顶煤开采试验效果决定是否采用综采放顶煤开采。（三）回采工作面参数的确定1、工作面长度及推进方向长度工作面长度与地质因素和机械设备能力、顶板管理等技术因素关系密切，直接影响生产效益，适当加大工作面长度，不仅可以减少工作面的准备工程量，提高回采率，而且也相对减少了端头进刀等辅助作业时间，保证工作面高产高效。而提高工作面推进方向长度，可以减少搬家倒面次数，为工作面连续稳产高产高效创造条件。目前我国新建大型矿井综采工作面长度多在200250m之间，年推进度20003000m。统计资料分析认为综采工作面长

22、度在150250m时产量最大，效率最高。煤科院北京开采所根据胶带输送机铺设长度、顺槽维护、设备大修及工作面搬家等因素模拟计算，工作面推进方向最优长度在15002500m。本矿井投产初期采区构造简单，煤层顶底板较好，设计根据矿井规模、灵武矿区生产管理水平以及技术发展等因素，确定初期工作面长度在175220m之间，推进方向长度暂定3000m左右。随着科学技术的不断创新和设备可靠性的加强，工作面长度和推进方向长度可适当加长。2、工作面采高1煤为薄至中厚煤层，在25线以南，1煤厚度沿走向变化较大，可采范围内为0.84.31m，平均为2.2m。为便于提高工作面单产和设备选型，2m以下区域后期开采，则12

23、采区南翼煤层平均厚度3m左右，北翼3.72m左右，设计采用综采一次采全高进行回采。2煤为厚至特厚煤层，首采区平均厚度7.83m，设计采用分层综采，上分层采高取4.0m，下分层采高约3.54.0m左右。3、采煤机截深目前我国综采工作面的截深为600800mm，世界上高产高效工作面所采用的截深一般为800mm1000mm。考虑到本井田煤层韧性大，采煤机截深太大，会增大采煤机截割功率，本次设计采煤机截深取800mm。二、工作面设备选型1、设备选型原则和装备标准建设高产高效矿井是煤炭工业的发展方向，提高矿井机械化水平是发展高产高效的有效途径。我国从70年开始经过对综合机械化采煤技术不断探索、引进、消化

24、、创新，使之有了突飞猛进的发展，降尘、防尘、防火、防瓦斯积聚及提高采出率研究在“九五”期间取得重大进展，装备水平不断提高。目前采煤机朝大功率、大截深、高速电牵引方向发展；运输设备朝大运量、大功率、重型化、高强度、多点驱动、高自动化方向发展；液压支架朝简单实用、高工作阻力、高强度、高可靠性方向发展，采用电液控制系统，提高移架速度和安全性能。针对这种发展趋势，结合本井田煤层倾角较大等实际情况，在工作面主要设备选型时考虑以下原则：a、机械设备的选择首先满足技术先进、生产可靠、提高综采设备的开机率，达到高产高效。同时设备间相互配套，保证运输畅通，并增加运输环节的缓冲能力，以期达到采运平衡，最大限度地发

25、挥综采优势。b、为综采工作面创造快速连续开采的条件，加大工作面推进方向长度，减少搬家次数，并保证快速搬家。同时做到采准工作快，增大巷道断面特别是顺槽断面，利用煤层顶底板较好，煤层韧性大，有一定硬度的条件，采用树脂锚杆支护以提高掘进速度，保证工作面接替要求。c、对辅助运输系统，要求系统简单、环节少，工作人员能快速方便地到达工作地点。枣泉煤矿作为特大型矿井，依照高技术、高质量、高效率、高效益的开发建设原则，其工作面装备需充分依靠科技进步，选择国内外先进的高产高效、性价比高、安全可靠的采、掘、运、支设备。国内外实践表明：提高工作面单产，关键在于加大综采工作面的配套设备能力和提高采煤机开机率。根据目前

26、国内外采煤工艺和技术发展状况的分析，设计对矿井工作面个数和设备选型考虑了三种方案进行比较：方案一：综采设备全部引进方案本方案以一井一面保证矿井5.0Mt/a生产能力，在西井11采区南翼投产一个2煤全引进综采机械化工作面。我国从70年代末开始引进国外成套设备，矿井的产量和效益得到了很大提高，同时也掌握了一些国外综采设备及其使用情况。总的来说，国外设备装机功率大，机电一体化和可靠程度高，开机率高，使用寿命长，故障率低。全套引进国外高产高效综采设备综采工作面，平均日产可达到15000t以上，年产4.5Mt左右。如神华矿区大柳塔矿采用全引进采掘设备，在煤层厚度4m6m的条件下，工作面单产突破8.0Mt

27、/a，达到世界领先水平。但国外全引进设备投资高，经初步估算，一套全引进综采工作面设备投资约为国产综采工作面的23倍。而且零配件国产化程度低，设备维修费用高。同时只有矿井主辅运输、掘进、支护、工作面搬家技术与装备、供电、安全保障等系统配套才会最大限度地发挥全进口综采设备的生产潜力。从国内的生产情况看，国外全套引进设备一般使用在开采技术条件较好的矿区，煤层赋存稳定，地质构造简单，开采技术条件优越，煤层倾角一般在8°以内。如大柳塔矿煤层倾角23°，晋城寺河矿35°，活鸡兔矿井13°。本矿井8°以内煤层储量只有13.94Mt，服务时间短。不利于充分发挥

28、进口设备潜力。方案二：综采设备全国产方案本方案以二井三面保证矿井5.0Mt/a生产能力。即分别在西井11采区南翼2煤投产一个国产综采机械化工作面（2.0Mt/a）、北翼2煤投产一个国产综采机械化工作面（1.3Mt/a），东井12采区南翼1煤投产一个国产综合机械化工作面（1.5Mt/a）。我国从1974年引进43套综采设备以来，综合机械化采煤技术与装备经历近30年的发展历史。在引进、消化和吸收的基础上，经过改进完善和开发研究，我国的综采技术得到长足发展，综采技术趋向于大型化、集中化、高产高效的方向发展，某些综采技术达到了国际先进水平，部分国产采煤机械设备还出口印度、俄罗斯、土耳其、美国等国家，我

29、国日产7000t，年产200万t成套综采设备已经比较成熟，该套设备在铁法晓南矿连续多年单产超过2.2Mt。目前国产采煤机装机功率最高已达1200kW，装机功率1800kW的电牵引采煤机也将于今年下半年在晋城寺河矿投入使用；重型刮板输送机装机功率已达1400kW，即将在大同四老沟矿投入使用；液压支架最大支护高度达到5m，最大工作阻力11000kN；掘进机已具备研制开发切割功率200kW，适应断面33、经济切割硬度f8的中重型能力。从近年来高产高效矿井建设看，工作面单产超过3.0Mt/a的矿井都不同程度地引进或部分引进了国外设备。一些关键部件和技术仍需进口。我国在综采技术、设备发展、质量稳定性、新

30、技术应用、科学管理等方面与采煤技术先进国家相比，还存在一定的差距，主要表现在以下几个方面：(1)装机功率小，工作能力差。我国采煤机目前功率大多在300800kW，大功率采煤机性能尚不稳定，而国外功率1000kW以上，滚筒截深1.0m的大功率大截深低故障率的采煤机在国外各大煤业公司得到广泛的应用。同时，工作面输送机大型化、铠装化发展的速度相当快，普遍采用侧卸机头、双速电机、主副电机液压平衡的一体机，装机功率最大1575kW，输送长度300m，工作能力3500t/h。在支架、运输顺槽皮带和乳化液泵等配套设备方面，亦存在较大差距。(2)设备可靠性差，使用寿命短。这个问题最为突出，如有的采煤机现场要求

31、采出量大修期为100万t，而实际采出量不到15万t，就得更换马达和泵，采出量不到70万t，就必须大修。(3)新技术应用上的差距。国外非常重视新设备和新技术应用，特别是电子计算机的应用，大部分设备都装备了电子计算机，实现了计算机控制或无线电远方控制及工况和故障监控诊断。(4)国产设备配套系统可靠性低，生产连续性差，开机率低。根据本矿井煤层倾角较大，近水平区域可采储量少的情况看，全部采用国产设备实现矿井高产高效的目标有一定困难；同时采用全国产综采设备所需的工作面数量多、工程量大、生产分散、管理复杂、接替紧张。方案三：部分引进方案为保证整个工作面生产系统的可靠稳定，提高开机率，设计在东井12采区南翼

32、1煤和2煤各布置一个综采工作面，其中2煤综采工作面关键设备或部件考虑全部或部分引进，1煤工作面采用国产设备，能力分别达到3.3Mt/a和1.5Mt/a。矿井以二个工作面保证5.0Mt/a的生产能力。通过以上分析，结合矿井煤层赋存情况和开采技术条件，设计推荐部分引进方案装备工作面，既保证了矿井的高产、高效及生产的可靠性，又充分发挥了设备的生产能力，降低了投资。2、工作面设备选型（1）采煤机a、采煤机应具有的生产能力考虑到1煤首采区工作面走向长度较短，按工作面需搬家一次计（耗时50d），则有效开采时间按250d计算。2煤工作面推进方向长度3000m左右，其有效开采时间按300d计算。采煤机应具有的

33、最小生产能力由下式计算：Qh=Qy×f/D×(N-M)×t×K式中：Qh工作面设备所需最小生产能力，t/h；Qy要求的工作面年产量，1煤工作面1.5×106t/a ， 2煤工作面3.3×106t/a；D年生产天数，1煤工作面250d，2煤工作面300d；f能力富裕系数，1.3；N日作业班数，3班；M每日检修班数，1班；t每班工作时数，8h；K开机率，2煤工作面0.7，1煤工作面0.6。则1煤Qh =1.5×106×1.3/250×（3-1）×8×0.6=813t/h2煤Qh =3.3&

34、#215;106×1.3/300×（3-1）×8×0.7=1277t/hb、采煤机牵引速度采煤机平均截割牵引速度VcVc= Qh /(60×B×H××C)式中：Vc采煤机平均截割牵引速度，m/min；Qh采煤机可实现的生产能力，1煤工作面813t/h，2煤工作面1277t/h；H平均采高，1煤工作面3m，2煤工作面4m；B截深，0.8m；煤的容重，1.33t/m3；C工作面回采率，0.93；则1煤工作面Vc=813/（60×0.8×3.0×1.33×0.93）=4.6m/mi

35、n2煤工作面Vc=1277/（60×0.8×4.0×1.33×0.93）=5.4m/minc、采煤机装机功率装机功率包括截割电动机、牵引电动机、破碎电动机、液压泵电动机、机载增压喷雾泵电动机等电动机功率总和。装机功率由下式估算：P=Q×Hw式中：P装机功率，kW；Q采煤机生产率，1煤工作面813t/h，2煤工作面1277t/h；Hw比能耗，一般0.60.7，取0.7。经计算1煤为569kW；2煤894kW。d、采煤机所需牵引力据经验统计，采煤机牵引力一般为其装机功率数值的0.51倍。e、确定滚筒直径滚筒直径一般按最大采高的0.6倍考虑，本矿井1

36、煤首采区南翼一次采全高，平均厚度3m，滚筒直径取1.8m；2煤采用分层综采，上分层厚度4.0m，滚筒直径取2.2m。根据以上分析结果，参照国内外高产高效矿井工作面装备情况，1煤工作面选用国产MG400/920-QWD型无链电牵引采煤机。确定2煤工作面采煤机的主要参数如下：装机功率1500kW左右，截深不小于800mm，采高2.24.5m，生产能力不小于3.3Mt/a，牵引方式为链轨式或销排式无链电牵引，牵引力不小于750kN，额定电压3300V，频率50Hz。满足上述技术参数的1煤国产采煤机生产厂家主要有天地公司上海分公司、太原矿山机器集团有限公司、鸡西煤矿机械有限公司等；2煤进口采煤机生产厂

37、家有美国JOY公司、德国EICKOFF公司、英国安德森、日本三井三池等。国内目前投入使用的采煤机最大功率为1200kW，1800kW大功率采煤机下半年方可出厂。国外采煤机质量可靠，性能稳定，已经实践证实，根据煤层赋存情况，设计初选德国EICKOFF公司的SL500型采煤机。采煤机主要技术参数见表4-1-1。采 煤 机 技 术 参 数 表表4-1-1项 目单 位1煤工作面2煤工作面采煤机型号MG400/920-QWDSL 500总装机功率kW92012151965截割功率kW400×2（500825）×2采高m2.04.03.56.0截深m0.80.865滚筒直径m1.82.

38、2驱动方式交流电牵引交流电牵引牵引速度m/min014.5030.75适应煤层倾角45°35°供电电压V33003300（2）工作面可弯曲刮板输送机、转载机、破碎机工作面刮板输送机生产能力的选择原则是保证采煤机采落的煤被全部运出，并留有一定的备用能力。工作面刮板输送机的运输能力应满足Qc=Kc×Km×Ky×Qm式中：Qc刮板输送机应具有的运输能力，t/h； Kc采煤机截割速度不均衡系数，1.1；Qm采煤机平均落煤能力，1煤工作面813t/h，2煤工作面1277t/h；Km采煤机与刮板输送机同向运动时的修正系数，1.08；Ky运输方向及倾角系数，

39、0.9。经计算1煤工作面刮板输送机的运输能力应大于870t/h；2煤工作面应大于1366t/h。考虑工作面运输条件差，刮板输送机实际运输能力按工作面最大出煤量的1.2倍设计，即1煤工作面应不小于1000t/h，2煤工作面应不小于1532t/h。转载机、破碎机能力应大于刮板输送机能力。可提供上述产品的厂家有西北煤矿机械总厂、张家口煤矿机械厂等数十家国内生产厂家，国外生产厂家有美国JOY公司、朗艾道、隆格伏尔、德国DBT公司、英国道梯、安德森、伽力克、休五德等。1煤工作面设计选用国产SGZ830/630型刮板输送机、SZZ830/315转载机、PCM200破碎机。2煤工作面设计选用国产SGZ100

40、0-1125型刮板输送机、国产SZZ1000/400型转载机、国产PCM250破碎机。上述设备设计要求关键部件引进。技术参数分别见表4-1-24。刮板输送机技术参数表4-1-2项 目单 位1煤工作面2煤工作面型号SGZ830/630SGZ1000-1125输送能力t/h12002000装机功率kW315×2375×3链速m1.031.31刮板链型式中双链中双链供电电压V3300/11403300/1140中部槽规格mm(L×W×H)1500×780×2901500×1000×303转载机技术参数表4-1-3项 目单

41、 位1煤工作面2煤工作面型 号SZZ830/315SZZ1000/400输送能力t/h20002200装机功率kW315400设计长度m50100供电电压V3300/11403300/1140破碎机技术参数表4-1-4项 目单 位1煤工作面2煤工作面型 号PCM200PCM250输送能力t/h22003500装机功率kW200250出口粒度mm300150300250供电电压V3300/11403300/1140三、工作面顶板管理方式、支架设备选型（一）支架选型1煤大部分地段顶板为厚3m左右的细粒砂岩、粉砂岩。底板以厚4m左右的粉砂岩、细粒砂岩为主，次之为砂质泥岩、局部为炭质泥岩。2煤顶板以厚

42、24m的炭质泥岩为主，次为砂质泥岩，局部为粉砂岩，底板以3m左右的粉砂岩、砂质泥岩为主，泥岩次之。国内外长壁工作面生产经验表明，液压支架是工作面装备中对生产能力影响最大的设备，因此必须把支架的可靠性放在首位，不但要稳定可靠，故障率低，而且使用寿命长，近年来液压支架朝重型化发展，结构型式简单实用，支架工作阻力不断增大，一般为6000kN8000kN，最大达到10000kN。根据本矿井煤层顶底板情况和煤层赋存条件，参照近年来临近矿井综合机械化开采实践，确定选用掩护式液压支架。支架支护强度以下式估算：P=（68）×9.8×M××Cos×10-3式中

43、M为采高 M = 4.0 m 为顶板岩石容重 =2.5t/m3 为煤层倾角 min=6° P=（68）×9.8×M××Cos×10-3=（68）×9.8×4.0×2.5×Cos6°×10-3=0.5850.780MPa根据支护强度的计算， 1煤工作面选用ZY5200/17/38型掩护式液压支架，支撑高度1.7m3.8m，工作阻力5200kN，推移行程0.8m，支架中心距1.5m，初撑力3877kN，对底板比压1.82.1MPa，要求支护强度0.62 MPa。端头支架要求与基本

44、架配套，初选SZG6000-19/35型。2煤工作面选用ZY5600/23/47型掩护式液压支架，支撑高度2.3m4.7m，工作阻力5600kN，推移行程0.9m，支架中心距1.5m，初撑力5000kN，对底板比压1.92MPa，要求支护强度0.84 MPa。端头支架要求与基本架配套，初选ZT9000-18/38型。两层煤支架移架方式均采用国外引进电液控制阀并要求与采煤机实现联动，能显示支架工作状态，故障情况，具有随机操作和成组操作功能，移架速度低于10s。支架整体顶梁钢性结构，应有防倒防滑及调架装置。能满足上述要求的厂家有北京煤机厂、郑州煤机厂以及美国JOY、英国道梯、安德森等众多厂家。（二

45、）配套乳化液泵站支架的快速、安全操作是实现高产高效的前提，而支架的移架速度主要取决于支架液压系统的流量。为了适应综采工作面快速移架、推移输送机的需要，目前国外供液压力已提高到33.5MPa 40.0MPa，最高达50MPa，总流量已加大到250L/min500L/min。设计要求工作面乳化液泵站国内设备流量应不小于315L/min，压力不小于31.5MPa，引进不小于250L/min，压力不小于35.5MPa。国内设备厂家有无锡煤矿机械厂，鸡西煤矿专用设备厂、南京六合煤矿机械厂等，我国引进较多的是英国雷波公司产品。1煤工作面设计选用国产GRB315/31.5型乳化液泵站（两泵两箱），其技术参数

46、如下：流量：315L/min压力：31.5MPa单机功率：200kW电压：1140V2煤暂选用进口S300TRIMAX型乳化液泵站（两泵两箱），其技术参数如下：流量：270L/min压力：35.5MPa单机功率：185kW电压：1140V四、可伸缩带式输送机（一）1煤顺槽可伸缩带式输送机设备选型1煤工作面长度10001430m，高差100m，倾角05°,输送能力Q=1.2x1000=1200t/h。具体设备选型如下：1、初定设计参数根据运距及运量，初定带宽B=1200mm，带速V=3.15m/s。上托辊间距ao=1.2m，下托辊间距au=3.0m，上下托辊辊径133mm，轴承型号为4

47、G306，辊径d=30mm。2、由带速、带宽验算输送能力式中：k倾斜系数，k=0.98； S输送带上物料的最大横截面，S=0.1900； v输送机的带速，带速不变，v=3.15m/s； 物料松散密度，=900kg/m3；>1200t/h，满足要求。按照煤的最大粒度较核胶带宽度式中：dmax煤的最大粒度，mm。由此可以看出，带式输送机的带速、带宽能满足输送能力的要求。3、驱动力和所需传动功率计算驱动圆周力：Fu=C·FH+FS1+FS2+FSt式中：C=1.064；附加阻力系数； FH=fLg(qRO+qRU+(2qB+qG)cos)；输送机的主要阻力； qRO=，承载分支托辊每

48、米长旋转部分质量；qRU=，回程分支托辊每米长旋转部分质量；f模拟摩擦系数，f=0.03；L输送机水平长度，L=1430m；H物料提升高度，H=100m。输送机在运行方向的倾斜角；=05°。 g重力加速度；g=9.81m/s2暂定胶带为PVG2500S整芯难燃型胶带，其中qB=26.4kg/m，每米长输送带的质量；qG=，每米长输送物料的质量；输送带速度；=3.15m/s；经计算，FH=77887N。FS1=F+Fgl；主要特种阻力；F= C0Ln(qB+qG)gcoscos；托辊前倾的摩擦阻力；C槽形系数；C=0.430托辊和输送带间的摩擦系数；0=0.3Ln装有前倾托辊的输送机长

49、度；Ln=1430m托辊前倾角度；=1°30其它符号同前。经计算， F=5766NFgl = ；导料槽栏板的摩擦阻力；2物料与导料槽间的摩擦系数；2=0.7b1导料槽两栏板间宽度；b1=0.73ml导料槽栏板长度；l=3.0mIv输送能力；Iv= ；其它符号同前，经计算，Fgl=481NFS1=5766+481=6247N。FS2=Ap3；输送带清扫器摩擦阻力；A清扫器与输送带接触面积；A=0.012+0.018=0.03P清扫器与输送带的压力；P=10x1043清扫器与输送带间的摩擦系数；3=0.7经计算，FS2=2100N。FSt=qGgH；倾斜阻力符号同前，经计算， FSt=1

50、03810N。驱动圆周力：1.064x77887+6247+2100+103810=195029N=195kN。传动功率计算：传动滚筒轴功率PA=。4、输送机胶带张力的计算在进行胶带张力计算时，暂不考虑储带装置带来的阻力、特种阻力和附加特种阻力。计算简图见图4-1-1。输送机正常运行，必须满足以下两个条件：1）满足输送带下垂度要求为了限制输送带在两组承载托辊间的下垂度，作用在输送带上任意一点的张力必须大于最小张力Fmin。承载分支：回程分支： （h/a）max输送带许用的最大垂度，（h/a）max=0.01；其它符号同前。2）输送带不打滑输送带不打滑条件为：F2(S1)min式中：Fumax=

51、KAFu=1.5x195=292.5kN；本输送机采用双滚筒驱动，功率配比1:1，1、2分别为驱动滚筒的围包角，1=180°，2=210°；为输送带与传动滚筒的摩擦系数，=0.30。eu= eu1xeu2=3x2.56=7.68则：F2(S1)min43.79kN各特性点张力计算：S1=43.79kNS2=1.04xS1=45.54kNS3=S2+fLg(qRu+qB)-qBhg=33.33kNS4=1.04S3=34.66kNS5=S4+fLg(qRO+(qB+qG)cos)+qBHg+FSt+FS1 =234.8kN输送带最大张力为：Fmax=Fu+S1=238.8kN

52、根据以上计算可知，输送机胶带的最大张力Smax=238.8kN。胶带的安全系数n=12.56，所以选用PVG2500S整芯难燃型胶带满足设计要求。5、电机功率的计算及驱动装置选型电机功率计算：PM=PA/=767.8kW。选用电机型号YB450S3-4，400kW，两台，驱动方式采用双滚筒驱动。该带式输送机输送距离长，提升高度高、输送量大、功率大，其驱动装置必须采用软启动，消除硬启动的危险，使带式输送机具有良好的启动技术性能，保证生产的正常运行。经方案比选后，设计选用进口的CST可控启动驱动系统，提高本胶带输送机的运行可靠性。CST型号为630KS，速比为31.5，共两台。因此1煤工作面可伸缩

53、带式输送机的型号为SSJ1200/2x400，储带长度为120m。拉紧装置选用SZL型可伸缩带式输送机液压自动拉紧装置，型号为SZL-1200/130，液压泵站电机功率为4kW，慢速绞车功率为5.5kW。（二）2煤顺槽可伸缩带式输送机设备选型2煤工作面长度3050m，高差250m，倾角07°，输送能力Q=1.2x1532=1838.4t/h，取2000t/h。具体设备选型如下：1、初定设计参数根据以上参数进行计算可知，选用一条带式输送机单点驱动PVG整芯难燃胶带带强不能满足要求，在设计中考虑了两个方案：即方案选用两条带式输送机搭接；方案选用一条带式输送机多点摩擦或多点探头驱动。方案要

54、求各驱动单元启动、制动同步，控制系统要求较高，而且工作面环境较差，对输送机运行极为不利；多点驱动单元至少在6点以上，驱动单元多，驱动硐室多，PVG胶带须进口，投资大，故推荐方案。为了便于工作面的管理，减少设备装备时间，两条带式输送机均选用可伸缩式带式输送机。两条可伸缩带式输送机基本参数一致，带长为1525m，高差125m，倾角07°。初定带宽B=1400mm，带速V=3.55m/s。上托辊间距ao=1.2m，下托辊间距au=3.0m，上下托辊辊径159mm，轴承型号为4G306，辊径d=30mm。2、由带速、带宽验算输送能力式中：k倾斜系数，k=0.975； S输送带上物料的最大横截

55、面，S=0.264； v输送机的带速，带速不变，v=3.55m/s； 物料松散密度，=900kg/m3；>2000t/h，满足要求。按照煤的最大粒度较核胶带宽度式中：dmax煤的最大粒度，mm。由此可以看出，带式输送机的带速、带宽能满足输送能力的要求。3、驱动力和所需传动功率计算驱动圆周力：Fu=CxFH+FS1+FS2+FSt式中：C=1.06；附加阻力系数； FH=fLg(qRO+qRU+(2qB+qG)cos)；输送机的主要阻力；qRO=，承载分支托辊每米长旋转部分质量；qRU=，回程分支托辊每米长旋转部分质量；暂定胶带为PVG3150S整芯难燃型胶带，其中qB=39.3kg/m，

56、每米长输送带的质量；qG=，每米长输送物料的质量；g重力加速度，g=9.81m/s2；f模拟摩擦系数，f=0.03；L输送机水平长度，L=1525m；H物料提升高度，H=125m。输送机在运行方向的倾斜角；=07°。输送带速度；=3.15m/s；经计算，FH=122544N。 FS1=F+Fgl；主要特种阻力； F= C0Ln(qB+qG)gcoscos；托辊前倾的摩擦阻力； C槽形系数；C=0.43 0托辊和输送带间的摩擦系数；0=0.3 Ln装有前倾托辊的输送机长度；Ln=1525m 托辊前倾角度；=1°30 其它符号同前经计算， F=9106NFgl = ；导料槽栏板的摩擦阻力；2物料与导料槽间的摩擦系数；2=0.7b1导料槽两栏板间宽度；b1=0.85ml导料槽栏板长度；l=3.0mIv输送能力；Iv= ；其它符号同前，经计算，Fgl=776NFS1=9106+776=9882N。FS2=Ap3；输送带清扫器摩擦阻力； A清扫器与输送带接触面积；A=0.014+0.021=0.035 P清扫器与输送带的压力；P=10x104 3清扫器与输送带间的摩擦系数；3=0.7经计算