某煤矿1200万ta综采工作面生产技术研究报告.doc

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1、神神东东煤煤炭炭公公司司补补连连塔塔煤煤矿矿12001200 万万 t/at/a 综采工作面综采工作面生生 产产 技技 术术 研研 究究 报报 告告X XX X 煤煤 炭炭 公公 司司目目 录录1 1 课课题题研研究究的的意意义义和和容容5 51 / 851.1 国外高产高效工作面技术概况51.2 研究 1200 万T/A综采工作面的意义71.3 主要研究的容 92 2 补补连连塔塔煤煤矿矿开开采采现现状状及及条条件件10102.1 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 3 1 12 20 00 0 万万 T T/ /A A 综综采采工工作作面面基基本本参

2、参数数的的确确定定15153.1 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 4 浅浅埋埋煤煤层层大大采采高高岩岩层层控控制制18184.1 浅埋煤层顶板破断运动规律分析184.2 采场支护结构分析194.3 液压支架工作阻力确定215 5 综综采采工工作作面面设设备备选选型型与与配配套套23235.1 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 6 采采煤煤方方法法 4343

3、2 / 856.1 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 7 建建设设 1 12 20 00 0 万万 T T/ /A A 综综采采工工作作面面其其它它相相关关技技术术50507.1 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 8 1 12 20 00 0 万万 T T/ /A A 综综采采工工作作面面技技术术经经济济 分分析析 59598.1 技术经济效益的分析598.2 工作面技术经济指标669 9

4、 结结论论 6767摘摘 要要本报告 是在充分调查分析国外综采技术及装备的基础上,针3 / 85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 综采工作面基本参数、 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、综采工作面回采工艺、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2003-20XX2000 万 t 改扩建工程建

5、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。 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 ,工作面日循环 23 刀,出煤量 40441t/日,年产量约为 1213 万t。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 ,和目前工作面长度 240m、工作面推进长度5000m、工作面采高 4.5m的普通综采工

6、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4 / 85518.5t/工提高到 769.2/工,提高了 48.35%；工作面主要费用吨煤成本降低 9.7%,吨煤降低成本 1.53 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 1 报报告告研研究究的的意意义义和和容容1 1. .1 1 国国外外高高产产高高效效工工作作面面技技术术概概况况为考证国外高产高效大采高、长距离、自

7、动化综采工作面发展情况 ,神东公司组团考察了德国DSK 公司 Auguste Victoria 煤5 / 85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

8、均为 15-21m/min,生产能力达到 75t/min。同时 ,采煤机均装备了以微机为核心的电控系统 ,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,具备双向自动顺序和成组顺序控制,支架支护强度高 ,工作阻力大

9、 ,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,通过改变运输机溜槽结构增大其6 / 85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31000kW,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/h。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6000kVA。1 1.

10、 .2 2 研研究究 1 12 20 00 0 万万 t t/ /a a 综综采采工工作作面面的的意意义义根据神东公司的发展规划,20XX 全公司的生产能力将达到1亿 t,到 20XX 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,还有很大的潜力可挖 ,要突破 2 亿 t 产量 ,需要做大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

11、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5-2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7 / 85且给矿区后期防灭火留下了潜在的隐患。以补连塔煤矿二盘区2-2煤 32201 综采工作面为例 ,该工作面煤层平均厚度6.5m,工作面使用采高为 5m 的液压支架 ,平均采高 4.5m,工作面回采率仅为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 2-2煤全采用 6m 大采高支架回

12、采 ,可多采出煤炭 1.3亿 t。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 20XX10 月份投产 ,20XX19 月份平均月产 95 万 t 以上 ,已经达到年产 1000 万吨的水平 ,目前是神东矿区产量最大的综采工作面 ,上湾煤矿采用 5.5m 大采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 3700KW,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

13、区综采设备向大采高迈进的一次重大突破,为今后神东矿区大采高综采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8 / 85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

14、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,通过进一步提高工作面单产 ,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 1. .3 3 主主要要研研究究的的容容11200 万 t/a 综采工作面技术参数确定；2大采高综采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；31200 万 t/a 综采工作面设备选型及配套；41200 万 t/a 综采工作面采煤方法；5120

15、0 万 t/a 综采工作面其它相关技术；61200 万 t/a 综采工作面经济效益分析。9 / 852 2 补补连连塔塔煤煤矿矿开开采采现现状状及及条条件件2 2. .1 1 井井田田境境界界及及储储量量1999 年 7 月神东公司矿区总体规划对补连塔井田围作了合理扩大。将原井田西界接壤的呼和乌素井田全部76.84km2 、尔林兔井田一部分 16.8km2以及原井田南界接壤的上湾煤矿一部分2.4km2划归为补连塔煤矿井田围。扩大后补连塔新井田南北走向长 6.3114.4km,东西倾斜长 614km,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

16、.5 亿 t,井田主10 / 85要煤层可采储量情况见表21。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1-22-23-1合 计原井田1.3214.3新井田46.5313.52 2. .2 2 煤煤层层赋赋存存特特征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 00.19m3/t,矿井水文地质条件简单、涌水量小150m3/h 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左右 ,属于易自燃发火煤层 ,煤尘具有爆炸性。井田含煤地层为中生界侏罗系中下

17、统组J1-2y,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：1-2煤层平均厚度 5.03m；2-2煤层平均厚度 6.75m；3-1煤层平均厚度 3.16m。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 20m 左右 ,并呈东厚西薄、北厚南薄变化。11 / 851-2煤层上覆基岩厚度10180m,且从井田东部向井田西部逐渐增厚变化。 1-2煤层与 2-2煤层的层间距为36m,2-2煤层与 3-1煤层层间距为 30m。井田煤质变化规律为：水平方

18、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。补连塔矿井田主要采煤层煤质指标情况见表22。2 2. .3 3 矿矿井井生生产产建建设设概概况况补连塔煤矿原设计生产能力300 万 ta,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,2003-20XX 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 t。2 2. .3 3. .1 1 井井下下生生产产建建设设情情况况1井田开拓方式补连塔煤矿经矿井技术改造后,构成了平硐 斜井开拓方式。表 22 补连塔矿井田主要煤层煤质指标情况煤 层项 目

19、1-22-23-1水 分Mad7.70%6.91%6.95%灰 分8.67%7.11%5.97%含 硫 量0.68%0.31%0.39%12 / 8528.66MJ/kg29.45MJ/kg30.60MJ/kg发 热 量6853.84kcard/kg7042.76kcard/kg7317.77kcard/kg挥 发 分32.61%36.44%35.68%27.99MJ/kg28.20MJ/kg29.62MJ/kg发 热 量6693.61kcard/kg6743.83kcard/kg7083.41kcard/kg氧 化 钙Cao21.13%31.59%16.64%煤灰熔融性 1090149010

20、80150010901420软 化 温 度ST129012901258熔 点290302297焦油产率 Tar,d5.17.58.6矿井划分两个开采水平：2-2煤层及以上为上煤组 ,划为第一水平。 2-1煤层以下为下煤组 ,划为第二水平。大巷采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 1997 年投产以来 ,首采工作面为 2211 综采工作面 ,工作面布置在 1-2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 1-2煤层三采区 ,采用倾

21、斜长壁布置方式；2-2煤二盘区布置六个工作面 ,全部为走向长壁布置方式。2 2. .3 3. .2 2 主主要要生生产产系系统统13 / 851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20XX5 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。20XX 年底铁路的运输、装车能力将达到2000 万 t/a。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

22、号FBCDZNO38/800*2 的对旋轴流式风机 ,电机功率为 2800KW,叶片角为 9时,风量16800m3/min。叶片角为 11时,风量可达 19200m3/min。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 110kVA 区域变电站的 35kV 母线。供给工业广场35kV 变电站,变电站设有三台8000kVA 变压器。另一双回路电源取自松定霍洛110kV 区域变电站供给南风井35kV 变电站 ,设有 2 台 5000kVA 变压器。工业广场 35kV 变电站与南风井35kV 变电站之间以 1

23、85mm214 / 85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,20XX 达到 600 万t/a。20XX2 月,经过原煤旁路直通系统的改造,实际能力达到1500 万 t/a,20XX2000 万 t 工程洗选厂扩建后过煤能力可达2000 万 t/a。3 3 1 12 20 00 0 万万 t t/ /a a 综综采采工工作作面面基基本本参参数数的的确确定定3 3. .1 1 工工作作面面长长度度的的确确定定

24、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15 / 85合国外现状 ,为了实现工作面年产 1200万t,确定工作面长度为300m。3 3. .2 2 工工作作面面推推进进长长度度的的确确定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. .3 3 工工作作面面开开采采高高度度的的确确定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

25、风、设备、材料、人员的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。采高越大,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5.5m。3 3. .4 4 工工作作面面年年产产量量及及年年推推进进度度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 = ,mrmLQK式中： S 工作面日进度 ,m；Q 工作面日产量 ,40000t；L 工作面长度 ,300m；16 / 85m 采高 ,5.5m；r 煤体容重 ,1.29t/m3；所以S =18.79,m29. 15 . 530040000工作面循环进尺为 0.

26、85m,日循环数 n为：n=22.1,取n=2385. 079.18循环进度工作面日进度工作面日推进度为 19m。2工作面日产量Qg = Sh1Lgr,t/d式中： Qg 工作面日产量 ,t/d；S 工作面日进度 ,19m；h1 采煤机割煤高度 ,5.5m；Lg工作面长度 ,300m；r 煤体容重 ,1.29t/m3；则：Qg =195.53001.29=40441.5,t/d3工作面月产量、年产量及年推进度工作面月工作日数按 25d计,则工作面月产量为 1011037t,年产量为 1213万t。月进度为 475m,年推进度为 5700m。17 / 854 4 浅浅埋埋煤煤层层大大采采高高岩岩

27、层层控控制制4 4. .1 1 浅浅埋埋煤煤层层顶顶板板破破断断运运动动规规律律分分析析4 4. .1 1. .1 1 关关于于浅浅埋埋煤煤层层老老顶顶的的破破断断运运动动特特征征在浅埋煤层条件下 ,老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。18 / 85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一组老顶之上,形成第一组老顶的整体

28、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。浅埋煤层由于覆盖层的作用,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 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

29、过程中岩层间自下而上有一个滞后的过程,成为阻滞运动。4 4. .2 2 采采场场支支护护结结构构分分析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 围岩 相互作用的机理来分析大采高浅埋煤层工作19 / 85面采场的支护结构。4 4. .2 2. .1 1 顶顶板板破破断断运运动动对对支支架架的的作作用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

30、分采动之后工作面矿山压力明显增大 ,每一次的周期来压有50的支架阻力超过额定工作阻力,特别是大周期来压时支架急剧增阻,从 30110支架安全阀开启,顶板下沉速度快 ,下沉量较大 ,最大可达 500mm,说明支架承受了相当大的顶板作用力。4 4. .2 2. .2 2 支支架架对对围围岩岩控控制制作作用用分分析析在支架 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：1ZY60002.5/5.0

31、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,本工作面使用煤机厂ZY60002.5/5.0 型液压支架和 JOY 公司的采煤机、刮板机、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。20 / 85支架的大脚和掩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 ,

32、40120支架安全阀普遍卸载 ,中部煤壁片帮严重 ,深度达 1m,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。2DBT86002.4/5.0 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 t。4 4. .3 3 液液压压支支架架工工作作阻阻力力确确定定分析三盘区的综合柱状图,已

33、知老顶有两组关键层 ,其厚度分别为：、,基岩容重为,上下两mh0213下mh15上3/0240mMN组关键层的载荷厚度分别为10m、30.43m,小周期来压步距为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；两柱掩护支架支护效率；支架控制小周期来压mh2 .209 . 021 / 85的工作阻力 ,按台阶岩梁 结构进行计算：当小周期来压时 ,下位关键层破坏运动 ,其关键层的最大回转角度为： 。1max1) 1(arcsinlhKmP取岩石碎胀系数,经计算。21PK0max19根据补连塔煤矿矿体开

34、采条件,取沙质泥岩载荷层参数,则。3050sin1则载荷传递系数： 。ttGKKtghlK710221周期来压期间取,求得。DZFGP阻570GK将相关参数代入 420可得控制小周期来压时的支护阻力为：。KNP99088小阻当上部关键层破断运动时,滑落失稳时表现为大周期来压,对下位岩层有一定的传递作用,其作用力为则：DP)21244233lhlhKpDD（取传递系数,求得。150DKKNPD2685将代入 419式,求得控制大周期来压的最小工作阻力为：DPKNP10347大阻取支护效率 0.95,所以合理的工作阻力为：,kN10891大阻阻PP22 / 85所以支架的理 想阻力为 11000k

35、N。5 5 综综采采工工作作面面设设备备选选型型与与配配套套综采工作面成套设备主要由液压支架、采煤机、刮板输送机、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。23 / 85设备选型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 5. .1 1 采采煤煤机机选选型型5 5. .1 1. .1 1 采采煤煤机机选选型型的的原原则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 ,以及采煤机的实际生产能

36、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 ,这主要指采煤机的滚筒截深、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 5. .1 1. .2 2 采采煤煤机机的的技技术术参参数数确确定定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

37、,即三个班出煤 ,一个班准备、检修 ,采煤机每个循环的平均作业时间为 :24 / 85t=3T60/n=3660/23= 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,h。采煤机截煤时的平均牵引速度按下式计算:V=/=/=9.53,m/min式中 : L工作面长度 ,m； L1采煤机及斜切进刀长度 ,m； t1辅助工作时间 ,取 5min； V采煤机牵引速度度 ,m。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=60HBVC,t/h式中： Q采煤机理论生产率 ,t/h； H工作面煤层平均采高 ,取 5.5m； B采煤机滚筒截深 ,取

38、0.85 m； V采煤机截煤时的平均牵引速度,m/min；煤的实体密度 ,取 1.29t/m3；Q=605.50.859.531.29=3448,t/h3装机功率采煤机装机功率可以采用比能法进行计算。P=QHw,kW25 / 85式中： P装机功率 ,kW；Q采煤机的理论生产率 ,3448t/h；Hw采煤机单位能耗 ,kW.h/t。以补连塔矿所用JOY 公司生产的 6LS 采煤机为例估算Hw。6LS 采煤机装机功率为P=1500kW,采高 H=4.5m,牵引速度V=8m/min,小时生产能力 Q=604.50.8581.29=2368,t/h。Hw=P/Q=1500/2368=0.6, kW.

39、h/t由此计算得：P=QHw=34480.6=2069kW因此 ,选用的采煤机装机功率应不小于2000 kW。4牵引力神东矿区煤质硬度普氏系数达到f =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 270kW,牵引力达到 600kN 以上 ,平均割煤牵引速度8m/min。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 工作面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 2110kW

40、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26 / 85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,取滚筒直径D=2.9m 。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2000k

41、W；采煤机牵引功率2110kW 以上 ,牵引力 800kN 以上；滚筒直径 2.9m。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使用。 Eickhoff SL500 型采煤机技术参数见综采工作面设备一览表。表54。5 5. .2 2 液液压压支支架架的的选选型型5 5. .2 2. .1 1 液液压压支支架架选选型型原原则则27 / 85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

42、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主要指跟机移架循环周期与工作面高速推进的生产技术条件相适应；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相适应。5 5. .2 2. .2 2 液液压压支支架架性性能能及及参参数数的的确确定定（1）液压支架结构型式的确定根据 补连塔煤矿 1-2煤层的矿压特点和近年来引进支架的使

43、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28 / 85顶距约为 4.05m 的支架的工作阻力为11000kN ,支护强度约为1.4MPa。初撑力可按下式确定：P0=60%80%P,kN式中： P0液压支架额定初撑力 ,kN；P液压支架额定工作阻力 ,kN。综采面支架的初撑力可以根据上面公式推荐的60%80%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 51。表 51 神东

44、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kN比 值JOY76250/2.2/4.37625506366.4JOY8670/2.4/5.086706056670DBT7432/2.2/4.5KD74325053.868DBT8638/2.4/5.0KD86385873.868 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阻力的66%73%。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 P0=70%P=70%11000=

45、7700 kN。3支架移架循环周期29 / 85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 9.53m/min。液压支架一个降架 移架 升架循环的周期t 可以采用下式计算：t60A/V=601.75/9.53=11.02s式中： v采煤机平均 截割 牵引速度 ,9.53m/min；A支架中心距 ,1.75m。支架推移步距液压支架的有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。

46、故此选用引进液压支架在大修周期可以满足工作面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 ,采用类比法选定。选定情况见表52。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MPa30 / 85WS1.767153.72.0JOY7625/2.2/4.376255.972.12JOY8670/2.4/5.086705.462.49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2.02.5MPa。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

47、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 ,其中德国 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

48、距为1.75 米的支架 ,采高 5.5-5.8 米,最理想的工作阻力为11000KN。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。31 / 85端头支架建议国产化 ,选用支撑高度为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54。 5

49、 5. .3 3 三三机机选选型型5 5. .3 3. .1 1 三三机机选选型型原原则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、机、破碎机的运输能力都应大于采煤机的生产能力 ,一般取 1.2 倍；2工作面刮板输送机、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采煤机、液压支架的配套要求；4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要求。5 5. .3 3. .2 2 三三机机参参数数及及性性能能的的确确定定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

50、输送机输送32 / 85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=Q1.2=34481.2=4138,t/h式中： 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=9.8Lcos9.8Lsin,NWk= 9.8q00Lcossin,N式中： Wzh重段运行阻力 ,N；Wk空段运行阻力 ,N；q工作槽单位长度上的负荷质量,kg/m；q=Qg/3.6/v=40003.