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山东科技大学学士学位论文摘要 采掘机械化是煤炭工业增加产量，提高劳动效率，改善劳动条件，保障安全生产的必要技术手段。机电一体化，自动化煤矿开采技术装备的研制是实现高效生产的基本保障。该论文以许厂煤矿为基础，结合该矿的煤层情况、煤质情况、煤层顶底板情况、水文地质情况和瓦斯情况进行综合分析并加以计算。本设计主要从矿井地理位置，井田走向，顶底板条件，水文地质，矿井开拓系统，通风及排水要求，主副井系统，主运输系统等矿井基本情况出发，分成三大部分进行选型设计：工作面机电设备选型计算，流体机械（排水、通风）选型计算，运输提升设备选型计算。工作面机电设备包括采煤机的选型计算，工作面刮板输送机的选型计算以及液压支架的选型计算。流体机械包括矿井排水设备的选型计算和矿井通风系统设备的选型计算。运输提升设备包括可伸缩带式输送机和通用带式输送机的选型设计以及主井提升机的选型设计。在以安全第一的前提下，严格管理，从而实现真正的效益最大化。关键词：采掘机械化；选型设计；设备配套；采掘机械；运输提升；通风排水abstract mining mechanization of the coal industry to increase production, improve labor efficiency, improve working conditions, production of security necessary technical means. mechanical and electrical integration, automation of coal mining technology and equipment research is to realize the efficient production of the basic guarantee.the essays in xuchang coal mine as the basis, combined with the mine coal seam, coal quality, coal seam roof and floor, hydrogeological conditions and gas were analyzed and calculated. this design mainly from mine geographic location, ida to, roof and floor conditions, hydrologic geology, mine development system, ventilation and water drainage requirements, main shaft system, the main transport system in mine basic situation, divided into three parts selection of design: working face equipment selection calculation, fluid machinery ( drainage, ventilation ) selection calculation, transportation equipment selection calculation. working face of mechanical and electrical equipment including the selection and calculation of shearer, scraper conveyor, hydraulic support the calculation and selection of the selection calculation fluid machinery including mine drainage equipment selection calculation and equipment selection calculation of mine ventilation system.transportation equipment comprises a telescopic belt conveyer and general belt conveyor design and main shaft hoisting machine type selection design in order to security under the premise of the first, strict management, so as to realize the benefit maximization.keywords: mine mechanization; type design; equipment matching; transport promotion; ventilation and drainage1 矿井概况1.1 矿井地理位置及井田分布1.1.1 井田位置 许厂煤矿位于济宁煤田的东北部，属山东省济宁市高新区所辖。地理坐标为东经11636001164300，北纬352400353100。主井井口坐标x=3925634.793，y=39470135.561，z=+43.50m。1.1.2 井田范围 矿井东及东北部以孙氏店断层及煤层露头为界，西及西北部至八里铺断层与岱庄煤矿及何岗煤矿相邻，南到兖新铁路与济宁二号井煤矿相连，南北长约10km，东西宽约6km，开采深度为-120m-1000m，井田面积为56.5896km2。1.1.3 交通状况 许厂煤矿中心距济宁市8km，交通十分方便，铁路、公路及水路运输均很发达。连接京沪、京九两大南北铁路干线的新(乡)菏(泽)兖(州)石(臼港)铁路，从本区南侧通过，区内有孙氏店及兖州西站。由济宁市东行30km至兖州，与京沪铁路相接，向西109km至菏泽站与京九铁路相接，菏泽至新乡190km与京广铁路相连。济北矿区铁路专用线从本区中部通过，在兖州西站与京沪铁路接轨，煤炭铁路外运十分方便。327国道及日荷高速公路分别从矿区南北侧通过，兖州、济宁、邹城的公路已成环形，并与104国道相连，公路运输极为便利。著名的京杭大运河由北向南流经济宁市构成重要的水上运输要道，目前京杭运河已经成为南水北调东线工程的主要河道，兼做南北水上运输的主要航道，根据水利交通部门规划，疏通后京杭运河年通过能力将超过2500万t。矿区交通位置如图1.1所示。图1.1 许厂煤矿交通位置图1.2 矿井发展史及现在产量山东省煤田地质局统计资料显示，1998年末许厂矿井地质储量31222万吨，其中工业储量13513.30万吨，可采储量8263.40万吨，全部为3下煤层储量。目前主采平均厚度4 m的上组3#煤层，矿井设计生产能力150万t/a，核定生产能力320万吨t/a。经过6年多的开采，截至到2009年底保有地质储量为27441.9万t，其中保有能利用储量3501.3万t，可采储量2205.5万t（3下煤层2098.4万t和16上煤层107.1万t）。目前年产量为300万吨t/a。1.3 煤层的赋存情况及顶、底板条件1.3.1 煤层矿井可采或局部可采煤层共5层：自上而下有煤层、煤层、煤层、煤层、17煤层。煤层成煤时期为二叠纪，位于山西组的中上部，煤层厚为01.60米，全区平均厚0.25米，由于原始沉积时的成煤条件不利，致使区内大部分沉积缺失或不可采。煤层成煤时期为二叠纪，位于山西组的下部，煤层厚度大，埋藏浅，储量丰富，是主采煤层，厚度08.17米，平均厚度2.75米，全区发育，属稳定煤层。煤层：位于太原组下部，该煤层赋存稳定，煤厚0.73-1.8m，平均厚1.12m，结构较复杂，含夹石0-3层，多为钙质粉砂岩、泥岩或粘土岩，厚0.39m，平均厚0.06m。17煤层：位于太原组下部。该煤层全区赋存稳定，结构简单，煤厚0.65-1.1m，平均0.88m，局部含夹矸，多为泥岩或炭质泥岩。总厚1.39-2.90m，平均2.0m。两煤层煤岩类型以半亮型为主，半暗型次之，黑色玻璃沥青光泽，条痕为黑褐色，块状至粉末状，条带状结构。是低灰、低磷、高发热量、高硫煤，煤层牌号为气肥煤，是优良的炼焦配煤。本区内，17煤层埋藏较浅，区域内发育稳定，为下组煤开采的主采煤层，煤层的厚度、结构、稳定性、可采指数及间距变化情况见下表表1.1煤 层名 称煤 层煤层间距m夹 石最小最大平均煤厚变异系数（%）可采性指数稳定性结 构层数含夹矸的煤层(%)主要岩性3上02.710.75510.33不稳定简单41.080222泥 岩炭质泥岩全矿井08.042.3794.730.83不稳定较简单0330粉砂岩炭质泥岩可采区0.78.043.5363.79100.0较稳定较简单108.5215上01.410.6332.570.39不稳定简单015炭质泥岩泥 岩35.5016上0.392.671.2428.110.96稳定复杂0355炭质砂岩泥 岩粘土岩4.53170.601.610.9014.960.96稳定简单0125粉砂岩 泥 岩1.3.2 煤质主采煤层具有低灰、低硫、特低磷、高挥发分、高发热量、高灰熔点的特点，主要作为良好的炼焦配煤和动力用煤。煤的物理性质：该矿井各可采煤层均为黑色、黑褐、褐黑条痕色的软中等坚硬煤层。煤的硬度(坚固性系数)平均1.68，山西组煤层硬于太原组煤层，煤的最大硬度达1.90(煤层)。1.3.3 煤层顶底板煤层顶底板如表1.2所示。表1.2 煤层顶底板一览表煤层 类别岩石 名称厚度（m）主要岩性特征顶 板直接顶细砂岩1.5浅灰色，细粒，薄层状，泥质胶结，易垮落。老顶中砂岩36.0灰白色，中至粗粒，厚层状，高角度裂隙发育，富水性强底 板直接底粉砂岩(泥岩) 0.60灰黑色，块状，薄层状，含植物根茎化石，遇水膨胀。老底粉、细砂岩14.0灰黑色，粉砂岩与灰白色细砂岩互层，浑浊状层理，富水性一般顶 板直接顶十下灰5.47灰青色，质纯，隐晶质结构，致密，坚硬。含较多较大的蜓科类化石和海百合茎，具缝合线结构，裂隙发育，见含水裂隙和小溶洞，局部含燧石结核，部分岩芯较破碎。富水性中等，是16上煤层直接充水含水层老顶泥岩5.38黑灰色，质细腻均一，贝壳状断口，含条带状和扁豆状黄铁矿结核，局部受错动挤压，有摩擦镜面底 板直接底炭质 泥岩1.09灰黑色，质细腻，含较多镜煤条带及岩屑，并含星点状黄铁矿老底粉砂岩1.06黑灰色，参差状断口，泥质胶结，富含植物根部化石和少量叶片化石，具摩擦镜面17顶 板直接顶十一灰0.27深灰色，致密块状，方解石充填，颗粒较大，形成花斑状构造，缝合线明显，局部相变为泥岩或粉砂岩老顶粉砂岩1.75灰黑色，断口细腻，泥质胶结，含较多植物根茎化石，局部想变为泥岩底 板直接底粘土岩0.94灰色微带褐色，富含黄铁矿结核和植物根部化石，局部夹镜煤条带，顶部含炭质老底粉砂岩3.6深灰色块状，局部含粘土，有较多植物根部化石，含砂质较多的块断植物化石较少1.4 矿井水文地质情况1.4.1 矿井的边界条件许厂煤矿位于济宁煤田北部，水文地质边界东以孙氏店支1断层为界，西至八里铺断层，南起八里营断层，北至孙氏店断层。1.4.2 矿井含水层许厂煤矿有六个主要冲水含水层：第四系孔隙含水层，山西组3煤层顶、底板砂岩裂隙承压含水层，太原组第三层石灰岩岩溶裂隙承压含水层，太原组第层石灰岩岩溶裂隙承压含水层，太原组第十三层层石灰岩岩溶裂隙承压含水层，奥陶系石灰岩岩溶裂隙承压含水层。1.4.3 矿井涌水量预计全矿井涌水量预计应为上组煤、下组煤矿井涌水量之和，即矿井正常涌水量为1387m3/h，最大涌水量为1928 m3/h。1.5矿井开拓系统1.5.1 开拓方式 许厂煤矿主、副井和风井都采用立井开拓方式。在井田中央，掘立井到达-255米水平第一阶段运输大巷，掘井底车场，沟通主井、副井风路。再掘阶段运输石门，在煤层底板岩层中掘进运输大巷，向井田两翼延伸，当阶段运输大巷掘至采区中部时，再掘采区运输石门，沿煤层掘进采区运输上山、轨道上山。同时，自井田中部边界中央掘风井、阶段回风大巷、采区回风石门，与采区运输上山和轨道上山贯通，形成全矿通风系统。1.5.2 水平分布情况 矿井现有5个采区，13个掘进工作面。（1）五个采区：-255m水平的130、330、430、530四个采区，-400m 水平的1160采区。其中430、530两个采区为生产采区， 330、1160采区为开拓准备采区。130采区为置换开采采区。（2）13个掘进工作面：-255m水平130采区的南翼7#、8#充填巷2个掘进工作面； 530采区的5309轨道顺槽、530采区段集中皮带巷和530采区水仓3个掘进工作面；330采区的330采区轨道大巷、皮带大巷及东翼轨道大巷3个掘进工作面；430采区的4312轨顺、4315皮顺、430采区西翼轨道巷3个掘进工作面；-400m水平的1160采区轨道上山、1160皮带上山2个掘进工作面。1.5.3 井筒形式、数目、位置，井筒断面和装备本井田设有主井，副井和风井三个井筒。（1）主井井筒主井井筒净直径4.5m，装备一对12t底卸式多绳箕斗，担负矿井原煤提升。冷弯矩管道脊梁，树脂锚杆固定支座，并设有通讯，信号电缆。（2）副井井筒副井井筒净直径6.5m，装备一对1.5t矿车双层四车一宽一窄多绳罐笼，担负升降人员，材料设备及矸石提升并作进风井。玻璃钢罐道，树脂锚杆固定悬臂式支座。并设有全玻璃钢梯子间安全出口，二趟排水管，一趟压风管，一趟洒水管，以及动力，信号控制电缆（3）风井井筒风井井筒净直径5.0m，担负全矿井回风。并设有全玻璃钢梯子间安全出口，黄泥灌浆管，注砂管各一趟。1.5.4 井底车场 井底车场布置在-255m水平上，为节省初期工程量，车场内利用大巷进行调车，其具体平面图如下图所示： 图1.2 -255m井底车场布置图1.6 煤层开采方式矿井现采用走向长壁后退式一次采全高采煤法，建下压煤采用条带开采法。2006年开始针对建下条采煤柱及部分实体煤柱研发了置换开采技术。1.7 掘进方式 1.7.1 综掘 工艺：（1）综掘机截割煤层，遇岩石放震动炮，煤岩经综掘机耙装系统转载到后部运输机运输。（2）在截割、运输的同时，人力准备支护材料。（3）一个循环截割完毕后退机，对迎头采取临时支护措施，最大空顶距不超过一个循环进尺加300毫米，最小空顶距300毫米。再由顶板中间向两帮打锚杆眼进行永久支护。（4）顶板锚杆、锚索都用mqt-120型风动锚杆机，两帮锚杆用mqb-45型风动锚杆机打眼并固定。放震动炮处理顶、底板岩石，使用7655风钻配合b22中空六棱钢钎直径32毫米柱齿钻头钻眼，人工装药爆破。（5）巷道掘进的同时后部铺设临时轨道，做好四清等工作。1.7.2 普掘 许厂煤矿岩巷炮掘都为光面爆破施工，断面为直墙半圆拱形，锚网喷支护，穿越煤层及地质构造时增加锚索加强支护。实行“四六”工作制，三班掘进一班喷浆。单班正规循环作业，每日组织3个循环后，利用一班时间进行初喷和复喷工作。1.8 矿井自然灾害情况1.8.1 矿井瓦斯本矿各煤层瓦斯含量低。全矿井唯x3-3号孔15上煤层甲烷含量最高,为0.71cm3/g.燃, 甲烷占瓦斯成份的37.56%；二氧化碳最高含量为1.33cm3/g.燃(x5-7号孔3下煤层),太原组煤层瓦斯含量很低，但二氧化碳含量略高于山西组煤层。瓦斯含量与煤层厚度成正比。主要可采煤层瓦斯成分中甲烷和二氧化碳占32.24%，其次为氮气和少量的重烃等气体，瓦斯成分主要为浅部的带和带。历年来瓦斯鉴定的结果显示，瓦斯相对涌出量最大值0.459、最小值0.000、平均值0.332，绝对涌出量最大值2.920、最小值0.000、平均值2.068；相对涌出量最大值2.20、最小值0.65、平均值1.395,绝对涌出量最大值13.89、最小值2.10、平均值8.336。本矿矿井相对瓦斯涌出量小于10且矿井绝对瓦斯涌出量小于40，符合煤矿安全规程规定要求，故此认定本区为低瓦斯矿井，此结果与精查阶段取得的结论一致。表1.3 历年瓦斯鉴定结果 年份矿井瓦斯等级瓦斯相对涌出量m3/t瓦斯绝对涌出量m3/min二氧化碳相对涌出量m3/t二氧化碳绝对涌出量m3/min2000低000.762.12001低0.181.140.654.572002低0.31.880.845.172003低0.3452.381.0337.112004低0.4292.6341.3738.4242005低0.4592.9201.63310.372006低0.3992.3101.96311.2132007低0.442.572.1012.182008低0.442.782.2013.891.8.2 矿井煤尘煤矿生产过程中煤尘主要来源于采掘工作面，由煤尘和岩尘构成，对矿井安全生产和职工健康造成威胁的主要是煤尘。2004年3月，煤科总院抚顺分院对许厂煤矿所采3下煤层进行煤尘爆炸性鉴定和煤层自燃倾向性鉴定，得出结论：煤尘具有强爆炸性，爆炸指数41.27%，煤层孔隙率3.47%。表1.4 各煤层煤尘爆炸性鉴定结果 序号煤层采 区时 间爆炸指数爆炸性鉴定结果13下130采区2000年6月39.06%有煤尘爆炸性23下430采区2004年3月41.27%有煤尘爆炸性316上1160采区2008年9月43.06%有煤尘爆炸性43下330采区2008年9月36.18%有煤尘爆炸性1.8.3 煤的自燃发火倾向许厂煤矿煤层和煤层经中国煤科总院抚顺分院鉴定属于自燃煤层，自然发火期为36个月，最短发火期203天。表1.5 各煤层自然发火倾向性鉴定结果序号煤层采 区时 间自燃倾向性13下130采区2000年6月自燃23下430采区2004年3月自燃316上1160采区2008年9月自燃43下330采区2008年9月自燃1.9 矿井通风要求矿井通风方式为中央并列式，通风方法为抽出式。现有2个进风井，副井为主要进风井，主井为辅助进风井，风井回风。风井地面通风机房安设两台型号为gaf25-12.5-1gz型轴流式矿井主要通风机,一台运转，一台备用。该型风机高效、节能、低噪音，风机效率85%以上。风叶角度在-20+20度之间可调，并在通过调整风叶角度，实现矿井反风。配备上海电机厂生产的y5606型高压电机，功率1250kw，矿井主扇运转良好，满足实际生产需要。2008年12月份，开启#扇风机为井下正常供风，电机i=82a，u=6000v，h=2150pa，n=989转/min，风机叶角为-1度，等积孔为4.60,矿井需要风量9195，矿井进风量为10088，总回风量10751，有效风量为9437，矿井有效风量率为87.78%，通风系统合理稳定，能够满足实际生产需要。矿井主要通风机参数为：风量：167243 m3/s；风压：13502900 pa；功率：1250kw；主轴转速：985rpm。矿井主要通风机安装有在线监测系统，可对风机的轴温、转速、电流、电压、效率及矿井风量、负压等进行监测，并显示风机运行曲线。1.10 矿井排水要求矿井排水系统包括下排水系统及井井上排水系统两部分。1.井下排水系统：采用集中排水方式，在-255m水平设有中央主排水泵房，430采区设有采区泵房。中央泵房安设md500577水泵5台，配用jsq1584型高压电机，功率为680kw。排水管路为三排325mm无缝钢管，泵房的最大排水能力为2250 。水仓分内、外、扩容三个水仓，总容积9120。矿井水从中央泵房排到地面矿井水处理站，处理后排入杨家河。430采区正常涌水量为808.7 ，最大涌水量为1361.9 。430采区水仓分主、副、增容三个水仓，总容量为8630 。泵房安设了md500576型水泵5台，配用jsq1584型高压电机，功率为680kw；采用两排325mm管路，从430采区直排至-255m水仓,排水能力为1520 ；-400m水平泵房安设mda500-579水泵6台，配用ykky500-4型高压电机，功率为1120kw。排水管路为三排42614无缝钢管，泵房最大排水能力2530 。水仓分内水仓及内增容水仓，外水仓及外增容水仓两个水仓，总容积8000 m3。矿井水从-400m水平泵房通过-400m水平地面直排钻孔排到地面新矿井水处理站，处理后排入杨家河。2.地面排水系统：地面有一个污水泵房与两个雨水泵房，雨水泵房有两台100lzb360型水泵，功率为55kw，泵房最大排水量可达480 。污水泵房配有2台2.5pw型水泵，功率15kw；1台4pw型水泵，功率30kw。泵房排水能力200 。整个地面的疏水、防水、排水系统完善可靠。1.11 矿井主运输系统矿井运输主要有皮带、轨道和提升三种方式。皮带运输： 顺槽采用pvj1400s、pvj800s巷道平铺式皮带，主要运输大巷采用st3150型平铺式强力皮带。轨道运输：铁路铺设轨距900毫米，钢轨22千克/米，主要运输工具是电机车、平板车和矿车。提升运输主要使用绞车牵引箕斗、罐笼和矿车运输。工作面采出的煤由工作面刮板运输机经顺槽胶带输送机、采区上下山胶带运输机运入胶带暗斜井井底煤仓，然后由暗斜井胶带运输机经330胶带大巷运输机运往井底煤仓，由主井箕斗提至地面运往选煤厂。1.12 矿井辅助运输系统 矸石（掘进出煤）：掘进工作面掘进巷道轨道上山采区下部车场大巷井底车场（翻罐笼）副立井提升（主井胶带）地面； 材料设备：地面副井井底车场大巷采区下部车场轨道上山工作面平巷工作面； 人员：地面副井人车井底车场（大巷人车）运输（或轨道）上山工作面平巷工作面。1.13 主副井系统 主、副井提升系统都为落地式多绳摩擦轮提升机，配低速直联直流电动机，主井提升高度325.5米，自动化运行。副井提升高度299.75米，半自动运行。电控系统都采用数字控制，操作保护部分由plc担负，上位机使用工控机，完成提升下放整个工艺流程的监控，能实现故障诊断。 主井安装定量自动装载系统，由两台k4给煤机给煤，通过宽1000毫米的皮带运至定量斗，再经扇形闸门装至箕斗。卸载系统采用内动力曲轨卸载。2004年4月，由外动力汽缸卸载改为内动力曲轨卸载，卸载时间缩短了10秒钟。 副井装备大小两套提升罐笼，每套分上下两层，大罐可乘坐84人，小罐可乘坐64人。井口上下装有液动安全门、摇台、阻车器和推车机，绞车闭锁和操车联动都为程序控制，副井口上下信号系统使用多功能信号机，实现了各环节的信号闭锁。副井提升方式及单循环提升时间：提人最大运行速度7.7米/秒，单循环运行时间152秒；提矸、提煤、下料最大运行速度7.7米/秒，单循环运行时间102秒；下其它物件最大运行速度3米/秒，单循环运行时间156秒。1.14 矿井供电系统1.14.1 供电系统矿井110kv变电站主变容量为20000kva，高压侧（110kv）额定电流为98.8a，低压侧（6kv）额定电流为1833a。经统计，矿井最大负荷为14800kv，负荷率为74%，最小负荷为4600kv，负荷率为23%。矿井由地面110kv变电站6kv室向井下供电电缆共计6条，其中供-255中央变电所3条yjv59 3120mm2电缆，供430采区变电所2条yjv59 3150mm2电缆，供-400水平泵房变电所1条yjv59 3150mm2电缆。 1.14.2 井下供电 -255中央变电所由110千伏变电站馈出的三回路提供电源。-495水平变电所也为三回路供电，其中，两回路由110千伏变电站提供，另一路由430车房变电所提供。正常供电时，由三路电源同时运行，一旦有一回路发生停电故障，正常运行的两台联络开关，可保证各水平供电的连续性。 -255中央变电所安装手车式kygc型高压开关柜22面，采用三电源单母线分段系统供电方式，馈出17路，分别供至130采区1#、2#变电所，430车房变电所，-255中央泵房，以及副井底信号室。-495水平变电所安装bgp9l-6ak高压防爆开关28台，采用三电源单母线分段系统供电方式，馈出20路，分别供至-495水平各个配电硐室和移动变电站。530采区变电所采用双回路供电，两路电源分别来自-495水平变电所，530采区变电所安装bgp9l-6ak高压防爆开关9台，采用双电源单母线分段系统供电方式，馈出3路，分别供至所内变和采区工作面移动变电站。 矿井采区采用1140伏、660伏、127伏三种电压等级，采区变电所采用固定式与移动变电站相结合的供电方式，由变电所向工作面移动变电站供电，再进入工作面机组等设备或上下山绞车和附近掘进设备。1.14.3 地面供电地面供电由110千伏变电站提供电源。设立机厂区变电所、锅炉房配电室、煤化工配电室、蒜场配电室及工具房配电室等主要配电点。配有9台变压器，容量3020千伏安，占总容量的8.5，高压开关柜38面。2 采煤工作面设备选型计算采煤工作面是矿上工作的重中之重，采煤设备的选型也是最重要的。恰当的选型能够更好的发挥设备的运行能力，提高煤矿的产量。2.1采煤工作面条件此选型设计工作面选用许厂煤矿4311工作面。2.1.1 工作面位置及井上下关系4311工作面布置在430采区南翼，该工作面以西为小屯西断层，该断层走向与工作面走向大致平行，距离工作面皮带顺槽225258m；以东为孙氏店支2-1断层，距离工作面轨道顺槽027m；停采线以北距离430采区南翼集中皮带巷140m，工作面切眼以南为实炭区。工作面井下标高-395.6-437.5m。表2.1 4311工作面位置及井上下关系表 水平名称-255m水平采区名称430采区地面标高（m）+38.1+41.6井下标高（m）-395.6-437.5地面的相对位置工作面切眼南距如意工业园北院墙269m，停采线位于杨家河河堤处，河堤走向与停采线呈51夹角，工作面除养猪场外，其余均为农田和田间小路。回采对地面设施的影响工作面回采区域地面有五处养猪场，停采位置位于杨家河河堤下方，其余为农田。预计回采过程中将对杨家河河堤及地面养猪场产生影响。回采期间要对其加强观测以便超前采取措施进行维护。井下位置及相邻关系工作面以西为小屯西断层，断层走向与工作面走向大致平行，与工作面皮带顺槽间隔225258m；以东为孙氏店支2-1断层，与工作面轨道顺槽相距为027m；停采线以北140m为430采区南翼集中皮带巷，工作面切眼以南为实炭区。走向长度(m)339倾斜长度(m)175/149面积(m2)541492.1.2 煤层情况煤层情况具体见表2.2所示。表2.2 煤层情况表 煤层厚度(m)2.44.53.3煤层结构较简单煤层倾角（）0+6+3开采煤层3下硬度13煤种气煤稳定程度稳定煤层情况该面所采煤层为下二迭统山西组3下煤层，该煤层褐黑黑色，参差状断口，沥青光泽，块状及少量粉末状，条带状结构。煤岩组分以暗煤为主，亮煤次之，含少量镜煤条带，局部含炭质泥岩或粉砂岩夹矸。属低灰、低硫、特低磷的优质气煤。从现场两顺槽实际揭露情况看，煤厚变化幅度较小，厚度在2.44.5m之间，平均3.3m，可采指数为1。该面在倾斜方向上煤层倾角0+6，总体上南高北低。 2.2 采煤工作面设计该工作面分里、外两段，走向长度分别138m、201m，倾向长度分别为175m、149m，平均煤厚为3.3m，煤层容重1.35，计算工作面基础储量为24.10万t。2.2.1 采区设计、采区巷道布置概况430采区为双翼采区，分南北两翼，两翼均布置走向长壁工作面。在采区中部布置三条下山，分别为430采区皮带下山、430采区轨道下山和430采区行人下山。三条下山均在岩层中呈东西方向布置。另外，为便于布置工作面顺槽，施工了430辅助轨道上山和430辅助皮带上山。为了实现430采区的煤炭集中运输，在430采区底部布置了1#和2#两个煤仓，通过430皮带下山的强力皮带将这两个煤仓的煤运至井底主煤仓。4311工作面布置在430采区南翼，4311轨道顺槽与430南翼集中轨道巷相通，皮带顺槽与430南翼集中皮带巷相通。2.2.2 工作面巷道布置1）工作面轨道顺槽4311工作面轨道顺槽，长度为452m，沿3下煤层顶板布置，矩形断面，净宽4.0m，净高2.8m，净断面积11.2m2，采用锚网索支护，顶板采用182400mm的20mnsi高强度全螺纹钢锚杆支护，每排布置5条锚杆，锚杆间排距为9001000mm；两帮采用规格181800mm的20mnsi高强度全螺纹钢锚杆支护，每帮布置3条，每排布置6条，锚杆间排距为9001000mm；为加强支护，顶板每隔两排锚杆排打设一排锚索排，每排锚索排使用t型钢带打设2条钢绞线，钢绞线采用17.8mm低松驰预应力左旋钢绞线，其长度不低于6.0m，并且锚入顶板硬岩石1000mm以上。该顺槽主要用于本工作面的进风和运料。轨道顺槽内远离工作面一帮布置三排管路，分别为100mm的玻璃钢管供水管路，50mm的高分子排水管路和100mm的高分子供风管路各一路，在靠近工作面的一帮设有移动变电站、乳化泵站等设备。2）工作面皮带顺槽4311工作面皮带顺槽，长度为426m。沿3下煤层底板布置，矩形断面，净宽4.4m，净高2.8m，净断面积12.32m2，采用锚网索支护，顶板采用182400mm的20mnsi高强度全螺纹钢锚杆支护，每排布置5条锚杆，锚杆间排距为10001000mm；两帮采用规格181800mm的20mnsi高强度全螺纹钢锚杆支护，每帮布置3条，每排布置6条，锚杆间排距为10001000mm；为加强支护，顶板每隔三排锚杆排打设一排锚索排，每排锚索排使用t型钢带打设2条钢绞线，钢绞线采用17.8mm低松驰预应力左旋钢绞线，其长度不低于6.0m，并且锚入顶板硬岩石1000mm以上。该顺槽主要用于本工作面的运煤和回风。皮带顺槽内靠近工作面一帮布置三排管路：分别为100mm玻璃钢供水(防尘)管路、50mm的高分子供风管路、100mm的高分子排水管路以及两路束管监测管路等，在远离工作面侧设置转载机和胶带运输机。3）工作面切眼4311工作面切眼，长度为175m。沿3下煤层顶板布置，矩形断面，净宽7.5m，净高2.8m，净断面积21.0m2。锚网索支护，顶板及两帮锚杆分别采用202400mm和181800mm的20mnsi钢螺纹锚杆，顶板锚杆间排距顶板为700800mm，两帮为1000800mm。顶板每隔两排锚杆排打设四个锚钉，锚钉托盘的规格为20020020mm，钢绞线采用17.8mm低松驰预应力左旋钢绞线，其长度不低于8.0m，并且锚入顶板硬岩石1000mm以上。4）硐室及其它巷道在工作面切眼中部，靠近轨道顺槽侧布置采煤机组装硐室，长度19m，宽度1.5m，高度2.8m，采用锚网索支护。4311面巷探，长21m，沿3下煤层顶板布置，矩形断面，净宽4.0m，净高2.8m，净断面积11.2，采用锚网索支护。当工作面推进到此处时，需撤出机尾侧的部分支架和溜槽，进行缩面处理。2.3 采煤工艺及三机配套要求2.3.1 采煤工艺4311工作面采用综合机械化走向长壁后退式一次采全高采煤法回采，全部垮落法管理顶板。采煤工艺：割煤移架推移刮板输送机落煤方式：使用mg400/930-wd型双滚筒采煤机双向截割煤体，前滚筒割顶煤，后滚筒割底煤。割煤高度3.3m。装煤：采煤机滚筒截割装煤和工作面刮板运输机前移配合装煤。运煤：刮板运输机将煤运到皮带顺槽桥式转载机，再由转载机与皮带顺槽皮带运输机搭接将煤运出。2.3.2 落煤方法1） 采煤机的进刀图2.1 采煤机斜切进到示意图采煤机的进刀采用端部自开缺口、斜切进刀的方式，斜切进刀段长度为45m，进刀深度0.8m。具体操作如下： （1）采煤机向下（上）割透端头煤壁后，由上（下）而下（上）依次推移刮板运输机，当推移刮板运输机距采煤机后滚筒15m后停止推移，使刮板运输机弯曲段为15m后，将采煤机反向运行，向上（下）进刀，通过15m的弯曲段至45m处，使采煤机达到正常截割深度（即0.8m），按要求推移刮板运输机至平直状态。（2）将两个滚筒的上下位置调换，向下（上）割三角煤至割透端头煤壁。（3）割完三角煤以后，再将两个滚筒的上下位置调换，采煤机空机返回，进入正常割煤状态。2）采煤机正常切割采煤机正常割煤时，前滚筒割顶煤、后滚筒割底煤。采煤机以3m/min的速度向上（下）割煤，直至割透上（下）端头煤壁。2.3.3 三机配套要求1）生产能力配套 采煤机生产能力与工作面生产任务要求相适应工作面刮板输送机的输送能力应大于采煤机的生产能力装载机的输送能力要大于工作面输送机的实际运输能力破碎机的破碎能力与工作面生产中可能出现的大块煤，岩等状况相适应带式输送机的输送能力应大于转载机的输送能力液压支架的移架速度与采煤机的牵引速度相适应乳化液泵站输出压力与流量应满足液压支架初撑力及其动作速度要求。2）设备性能（1）输送机的结构形式及附件必须能与采煤机的结构相匹配（如采煤机的牵引机构，行走机构，底托架及滑靴的结构，电缆及水管的拖移方法，自开缺口，以及是否连锁控制等）。（2）输送机的中部槽与液压支架的推移千斤顶连接装置的间距和连接结构相匹配。（3）采煤机的采高范围与支架最大和最小结构尺寸相适应，采煤机截身与支架的推移步距相适应。3）移架速度与牵引速度配套液压支架沿工作面的长度的移架速度应能跟上采煤机的工作牵引速度，否则采煤机后面的空顶面积将增大，容易造成梁端顶端顶板的冒落。液压支架的移架速度=m/min 式（2.1）式中 泵站流量，l/min； 一架支架全部立柱和千斤顶同时动作所需要的容积，l； a支架中心距，m； k考虑从泵站到支架间管路泄露损失系数，一般取1.11.3 。移架速度的计算值必须大于采煤机的最大工作牵引速度。4）相关尺寸配套采煤机依靠工作面输送机导向并在其上移动，而工作面输送机与液压支架又互相为支点移架和推溜，因此三者的相关尺寸应能协调。图2.2 工作面配套尺寸 式（2.2） 式中 r无立柱空间宽度，mm； b截深，mm； e煤壁与铲煤板间应留的间隙，一般取100150mm； w工作面输送机宽度，mm x前柱与电缆槽间距，一般为150200mm； d前柱外径，mm。 w=f+g+j+v 式（2.3） 式中 f铲煤板宽度，取150240mm； g中部槽宽度，mm； j导向槽宽度，mm； v电缆槽宽度，mm。几何关系要求：（1）从安全角度出发，工作面无立柱空间r愈小愈好，（2）为防止移架后支架前柱与电缆相碰和采煤机司机的人身安全，前柱与电缆槽之间必须留有间隙x=150200mm，人行宽度k应大于700mm；（3）梁端距t一般为150300mm（薄煤层可取小值），用来防止滚筒切割顶梁（4）推移千斤顶行程应比采煤机截深大100200mm（5）保证过煤高度h大于250300mm（薄煤层时允许为160200mm），以便煤流顺利从采煤机底托架下通过（6）过机高度y一般应大于200mm，以使采煤机在最小截割高度、底板起伏不平及顶板下沉时，能顺利从顶梁下通过。 其他要求：（1）煤层倾角大于10度时，必须在采煤机上设防滑装置，倾角大于16度时不想安装液压安全绞车。（2）煤层倾角大于16度时（大采高支架工作面倾角小于10度）输送机必须设置防滑锚固装置。（3）煤层倾角大于18度（大采高支架工作面倾角大于10度），支架必须带有防滑及调架装置。（4）必须 综合考虑综采设备的各部分连接强度和刚度（5）综合考虑工作面与平巷的联接方式，巷道断面及布置，通风对设备配套要求等问题。2.4 采煤机选型计算2.4.1 采煤机选型的原则和要求1）采煤机是综采工作面最主要的生产设备。选型时，应考虑煤层赋存条件和生产能力的要求，以及与输送机和液压支架的配套要求。可根据煤的坚硬程度、煤层厚度、煤层倾角和顶底板类型进行选型。（1）根据煤的坚硬程度选型采煤机适用于开采坚固性系数f4的缓倾斜至急斜煤层。对f=1.82.5的中硬煤层，可采用中等功率的采煤机；对粘性煤以及f=2.54的中硬以上的煤层，应采用大功率的采煤机。（2）根据煤层厚度选型。极薄煤层：厚度小于0.8m，最小截高在0.650.80m时只能采用爬底板式采煤机。薄煤层：厚度0.81.3m，最小截高在0.750.90m时可以采用骑槽式采煤机。中厚煤层：厚度1.33.5m。根据煤层的坚硬度等因素可选择中等功率或大功率的采煤机。厚煤层：厚度在3.5m以上，利用一次采全高采或者放顶煤开采。此采煤面厚度为厚煤层，采用一次性采全高采煤机。 （3）根据煤层倾角选型，由于该采煤面的平均倾角为3，因此不需要采取防滑措施，一般选用无链牵引采煤机。 （4） 根据顶底板性质选型。顶底板性质主要影响顶板管理方法和支护设备的选择。因此，选择采煤机时应同时考虑选择何种支护设备。2）选型要求（1）功能全，性能好采煤机的主要功能是截煤和装煤。完成这些功能的工作机构是滚筒。截煤时的比能耗要小，块煤率要高，粉尘要小，生产率高，装煤效果好，能调整滚筒高低，以适应煤层厚度的变化，能自开缺口等。所选的采煤机参数（如生产率，牵引速度，装机功率等）应满足矿井工作面高产高效的要求。（2）适应性强所选的采煤机应和煤质，煤层厚度，煤层顶底板种类，煤层倾角等基本条件相适应。（3）机电和人身安全保护完善机电保护应能防止机器过载，过温，应能防爆，对液压油和冷却水能抗污染，有可靠有效的降尘机构，若工作面倾角较大时，应有防滑装置。（4）工作可靠性高采煤机要达到高产高效，除具有较好的性能外，还必须具有较高的可靠性。液压牵引向电牵引发展正是体现了这两种主要要求。微机控制和故障诊断也可满足这方面的要求。（5）经济效益显著采煤机的价格较高，因此，必须以高产量，高效率来获得好的经济效益。2.4.2 采煤机参数计算1）生产能力工作面每天8个循环，每循环进尺0.8m，平均割煤高度3.3m，割煤回采率95%。平均每月生产天数为30天，煤的密度为1.35t/m3。每循环产量：=shrc =shrc=1750.83.31.350.95 =1490.83.31.350.95=592.5t =504.5t式中：、工作面里、外两段一个循环生产能力，t； l里、l外工作面里、外两段平均倾斜长度，m； s工作面循环进尺，m； h工作面设计采高，m； r煤的容重，； c割煤回收率，%。设计生产计划为每天三个生产班生产，早班割2刀，中班和夜班每班割3刀，其中早班9点半至11点半检修，一天完成8个循环，可得出：里段日产量=8=8592.5t =4740t外段日产量=8=8504.5t =4036t里段月产量=4740t3080%=113760t外段月产量=4036t3080%=96864t工作面月推进=0.883080%=153.6m实际小时生产率： 在实际使用中，考虑了工作中发生的所有类型的停机时间，如处