（矿业工程专业论文）缓倾斜厚煤层高产高效回采工艺研究.pdf

摘要 我国放项煤综合机械化开采经过十多年的研究、试验、改进和提高，至 今已成为特厚煤层开采达到高产、高效、低成本和高效益的有效途径。但是 从稳产、高效率、高回收率方面所需与现有设备的技术性能、生产能力、可 靠性、整体配套性能相比较，还存在很大的差距，并存在着一些明显的薄弱 环节。过去单一煤层或分层开采至今沿用的主要配套设备，在其适应性、功 能、能力和可靠性方面均不能满足综放生产进一步发展的需要，在很大程度 上限制了综放工作面产量、顶煤回收率、综放工艺技术和经济效益的进一步 提高。 课题研究的目的是立足我国国情和放项煤综采的实践经验，通过对综放 工艺的重点攻关，使综放开采的技术水平进一步提高，使综放工作面的安全、 生产、效率、回收率和经济效益等方面达到国际领先水平。 本文在研究高产高效综放成套装备的基础上，以实现高产高效为目标， 以兴隆庄煤矿5 3 1 8 综放工作面为试验基地，以现场实测为基础，研究与成套 设备配套的高产高效综放工艺与参数，作业方式、劳动组织、支架适应性分 析。在分析国内外综采放顶煤技术发展态势，总结我国综采放项煤取得的成 就及存在问题的基础上，论述了实验的必要性、可行性和现实意义。 根据兴隆庄煤矿综放开采技术条件，提出了日产万吨，年产3 0 0 万吨， 工效大于1 0 0 吨工，工作面回采率大于8 5 的目标，为实现上述目标，在理 论研究和对采煤工艺、放煤方式、割煤、移架、放煤速度、割煤高度、停机因 素等进行了实测的基础上，对综放工艺进行了优化，从而确保了目标的实现， 并取得了良好的经济效益。 i i 东北大学碗士学位论文 a b s t r c t a b s t r a c t a f t e rt h es t u d y ，e x p e r i m e n t ，i n n o v a t i o na n di m p r o v e m e n tf o ro v e r 10 y e a r s ，c o a lc a v i n g t h ec o m p r e h e n s i v em e c h a n i c a lc a v i n gh a sb e c o m e t h ee f f e c t i v e a p p r o a c ht om i n et h es u p e r t h i c k c o a l l a y e rw i mh i g h p r o d u c t i o n ，h i g he f f i c i e n c y ，l o wc o s ta n dh i g h b e n e f i t b u ti nt e r m so f p r o d u c t i o ns t a b i l i t y ，e f f i c i e n c y ，h i g hc o l l e c t i o n t h e r ei sag r e a td i f f e r e n c ea n do b v i o u sw e a kp o i n t s n es i n g l e s e a m sa n dm u l f i l a y e rc o a l m i n i n g c a nn o tm e e tt h en e e do f 伽l y m e c h a n i z e d d e v e l o p m e n t i n a d a p t a t i o n ，f u n c t i o n ，c a p a b i l i t y a n d r e l i a b i l i t y ，a n d t h i sr e s t r i c t st h ei m p r o v e m e n to fb e n e f i ta n dt h e c o m p r e h e n s i v em e c h a n i c a lc a v i n g。p r o d u c t i o no fw o r k f a c e ，t o pc o a l c o l l e c t i o n t 1 1 i st h e s i si si n t e n d e dt o i m p r o v et h et e c h n o l o g yo ft h e c o m p r e h e n s i v em e c h a n i c a lc a v i n g ，a n dm a k et h es a l t y ，p r o d u c t i o n ， e m c i e n c y c o l l e c t i o na n d b e n e f i tr e a c hi n t e m a t i o n a ll e v e l b a s e do nt h es t u d yo f h i g h l yp r o d u c t i v ea n de 伍c i e n tc o m p r e h e n s i v e m e c h a n i c a l c a v i n ge q u i p m e n t w i t h t h ea i mo f r e a l i z i n gh i g h p r o d u c t i o na n de 伍c i e n c y a n dw i t hn o 5 3 l8w o r kf a c eo fx i n gl o n g z h u a n gc o a lm i n e a st h ee x p e r i m e n tb a s i s ，a n db a s e do nf i e l ds u r v e y ，t h i s t h e s i ss t u d i e st h ep a i r a m e t e r , w o r k i n gs t y l e ，w o r k i n go r g a n i z a t i o n ，a n d b r a c e a d a p t a t i o na n a l y s i s o ft 1 1 e h i g h l yp r o d u c t i v e a n de f f i c i e n t c o m p r e h e n s i v e m e c h a n i c a l c a v i n gt e c h n o l o g y w h i c hm a t c h e st h e e q u i p m e n t s e t s t h et h e s i si l l u s l r a t et h en e c c e s s i t y , p r o b a b i l i t ya n dm e a n i n go ft h e e x p e r i m e n tb a s e do nt h ea n a l y s i s o ft l l e t e n d e n c y o fd o m e s t i ca n d i n t e m a t i o n a l c o m p r e h e n s i v e m e c h a n i c a l c a v i n gt e c h n o l o g y a n d s u m m a r i z i n gt h ec o m p r e h e n s i v em e c h a n i c a lc a v i n ga c h i e v e m e n ta n d p r o b l e m si n o u rc o u n t r y a c c o r d i n gt ot h ec o m p r e h e n s i v em e c h a n i c a l c a v i n gt e c h n o l o g yo fx i n gl o n gz h u a n gc o a lm i n e ，t h ef o l l o w i n ga i m i s p u tf o r w a r dt op r o d u c e 1o ，0 0 0t o n so fc o a lad a y 3m i l l i o nt o n sa y e a r ，w i t hw o r k i n ge f f i c i e n c yo v e r1 0 0t o n saw o r k e ro nas h i f t ，w i t h r e m i n i n g r a t eo v e r8 5p e r c e n to ft h ew o r k f a c e i no r d e rt or e a l i z et h i sa i m t h ec o m p r e h e n s i v em e c h a n i c a lc a v i n gt e c h n o l o g yi sm a x i m i z e db a s e do n t h es u r v e yo f t h e o r ys t u d y ，m i n i n gt e c h n o l o g y ，m a n l i e ro fc o a ld r a w i n g ， c o a l c u t t i n g , b r a c em o v i n g ，c o a ld r a w i n gs p e e d ，c o a lc u t t i n g h e i 【g h t ，m a c h i n es t o p p i n g ，s o t h a tt h er e a l i z a t i o no ft h ea i mi s g u a r a n t e e d ，a n dg o o d e c o n o m i cb e n e f i ti sa c h i e v e d i i i 查些查堂里主兰堡笙主 ! ! ! ! 竺! k e yw o r d s ：t h ec o m p r e h e n s i v em e c h a n i c a lc a v i n gw o r k f a c e ，t h e c o m p r e h e n s i v e m e c h a n i c a l c a v i n gm e t h o d ，h i g hp r o d u c t i o n a n d e f f i c i e n c y 声明 本人李志伟所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中 取得的研究成果除加以标注和致谢的地方，不包含其他人已经发表或 撰写的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的 说明并表示谢意。 析r 杠 i ，参 东北大学硕士论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 问题的提出及意义 我国放顶煤综合机械化开采经过十多年的研究、试验、改进和提高，至今已成 为特厚煤层开采达到高产、高效、低成本和高效益的有效途径。 缓倾斜特厚煤层放顶煤综合机械化开采，虽然取得了显著成绩，出现了大批 年产量百万吨和二百万吨以上的高产工作面，产量效率等跃居世界先进水平。但 是从稳产、高效率、高回收率方面所需与现有设备的技术性能、生产能力、可靠性、 整体配套性能相比较，还存在很大的差距，并存在着一些明显的薄弱环节。过去 单一煤层或分层开采至今沿用的主要配套设备，在其适应性、功能、能力和可靠性 方面均不能满足综放生产进一步发展的需要，在很大程度上限制了综放工作面产 量、项煤回收率、综放工艺技术和经济效益的进一步提高。例如：液压支架移架步 距小，不便实现一刀一放，放煤空间小不便操作维修，放煤口高度低限制顶煤排 放能力，可靠性低：工作面端部不能回收顶煤；环节配套能力低，不便采放平行 作业等等。研究的目的是立足我国国情和放顶煤综采的实践经验，通过对综放工 艺的重点攻关，使综放开采的技术水平进一步提高，使综放工作面的安全、生产、 效率、回收率和经济效益等方面达到国际领先水平。 在充分总结放顶煤综采实践的基础上，优化工作面的技术参数，根据充分满 足生产工艺要求，完善单机配套使用功能，配套设备系统使用功能，配套设备系 统生产能力匹配和畅通的原则，抓住关键和薄弱环节，搞好配套协调设计，组成 一套生产能力高，适应性好，技术性能优良，配套运行可靠性高的放顶煤成套综 采设备。为达到工作面日产超万吨、年产超3 0 0 万t ，工效大于i o o t 工，工作面 回收率超过8 5 的目标提供设备保证。 1 2 国外综采放顶煤技术的发展演变过程 放顶煤采煤法由来已久，早在2 0 世纪4 0 年代末和5 0 年代初，法国、前苏联 等国家就开始使用放顶煤技术。当时和以后的个时期，曾使用过木支柱、金属支 柱和单体液压支柱并配备刮板输送机进行炮采或普采的放顶煤技术。由于这种采 煤法效率低，安全性差，于是又逐步向综采放项煤过渡。 1 9 5 7 年，前苏联研制出k t y 型放顶煤支架，并在库兹巴斯拖姆乌辛斯克矿使 用。1 9 6 3 年，法国研制成“香蕉型”放顶煤支架，并用于布朗茨矿区。7 0 年代， 法国玛雷尔公司研制出支撑掩护式放顶煤支架，英国道梯公司为前南斯拉夫维雷 耶煤矿研制出掩护梁开天窗式双输送机放顶煤支架，前联邦德国赫姆夏特公司研 东北大学硕士论文 第一章绪论 制出多种放顶煤支架，匈牙利于7 0 年代末研制出单输送机开天窗式放顶煤支架。 这些放项煤支架的出现和发展，推动了放顶煤开采设备及技术的发展和完善。 通过数十年的实践，放顶煤开采技术逐步改进完善，已成为开采6 - 2 0 m 特厚煤层 有效方法之一。法国和前南斯拉夫开采特厚煤层效果显著，采煤工作面产量比传 统式开采法翻了一番，工效提高2 3 倍，掘进巷道和维护工程量减少了5 0 以上。 因此，综采放顶煤开采技术在2 0 世纪7 0 一8 0 年代很快在法国、前南斯拉夫、匈牙 利、前捷克、前苏联等国相继试验和推行。 1 3 我国综放技术的发展历程 放顶煤开采技术在我国的发展进程可大致分为以下三个阶段： 第一阶段为探索阶段( 1 9 8 2 1 9 9 0 年底) 。我国从1 9 8 2 年开始研究引进综放开 采技术，并于1 9 8 4 年6 月在沈阳蒲河矿开始试验。 第二阶段是成熟阶段( 1 9 9 0 1 9 9 5 年) 。它标志着我国综放开采技术走上了成 熟的独立发展道路，1 9 9 1 年研制出新一代低位放顶煤支架，实现了综放技术的重 大突破。 第三阶段从1 9 9 5 年到现在，是完善提高阶段。这一阶段综放开采巨大的技术 优势引起了广大煤矿企业的高度重视，难采煤层的放顶煤开采技术有了长足的发 展，并形成了各自开采特色。 兖矿集团于1 9 9 2 年在兴隆庄煤矿5 3 0 6 工作面试验综采放顶煤技术获得成功， 1 9 9 3 年起在全矿区迅速推广。综放开采推动了兖州矿区的整体技术进步，使矿区 各项技术经济指标发生质的飞跃，开辟了一条实现厚煤层开采低投入、高产出、 高效益的最佳技术路线，对我国综采放顶煤技术的发展起到了积极的推动作用。 1 4 课题研究的思路及主要内容 1 4 1 研究思路 以现场实测为基础，主要观测顶煤、顶板运移规律，控顶区上方破碎与架后 冒落规律；工作面试生产阶段各工序时间、劳动组织与作业方式、工作面采放平行 作业的合理方式、各设备运行状况、开机率、工作面生产系统开机率；工作面不同 放煤步距与放煤方式试验的放出效果、回采率、含矸率、灰份等指标。优化综放工 艺，达到高产高效目的。 东北大学硕士论文 第一章绪论 田1 1 研究思路图 f i g u r e1 if i g u r eo fs t u d ym e t h o d 3 查韭查兰塑主堕壅 曼二兰! 量鱼 1 4 2 主要研究内容 i ) 煤( 板) 运移、破坏实测研究 对顶煤( 板) 移动与破坏规律的实测分析可以正确描述顶煤( 板) 在支架前 方的运移过程，在支架上方的破坏程度和支架后方的冒落状态。为此，在5 3 1 8 综 放面上顺槽向顶煤( 板) 内打深基点钻孔，布设深基点实测顶煤( 板) 的位移量 及位移速度变化过程；在支架上方( 控顶板) 冒落状态。 a 、顶煤( 板) 运移实测 在5 3 1 8 综放面上顺槽布置两个测站，每个测站分别按不同的倾角向工作面侧 顶煤( 板) 中打两个钻孔，观测不同层位顶煤及顶板的位移变化状况，基点布设 参数见表1 1 所示。 表1 1 深基点位置参数表 基点 基点号 基点位置m 备注 类别垂直方向面长方向 l l l8 3 62 4 8 2 1 1 27 5 82 1 2 5 煤 l 一1 36 5 91 6 8 0 层1 - 1 45 1 5l o 2 8 基点号表示 基1 2 46 4 17 2 2 点 2 2 28 0 92 0 4 0 法：第一位数 2 2 = 36 7 61 6 3 1 表示测站，第 2 2 45 4 21 2 2 1 二位数表示 i - 2 21 9 7 63 0 1 6 钻控号，第三 岩i - 2 - 31 6 1 72 4 0 l 位表示基点 层 2 1 21 7 4 22 6 2 6 号。 基2 1 31 5 0 82 2 3 6 点2 1 48 4 l1 1 2 1 2 - 2 - i9 2 42 3 9 2 从表i 1 得知，煤层基点控制高度范围为5 1 5 m 一8 3 6 m ；岩层基点控制高度范 围为8 4 m 一1 9 7 6 m ，最高岩层基点位于顶板1 1 3 6 m 处。为了便于快速安装及固定 基点，设计自制了钢爪锚固器。 b 、顶煤破坏实测 沿工作面上、中、下不同位置9 # 、2 1 # 、5 0 # 、1 1 0 # 四个支架处的控顶距内向顶 煤中打垂直钻孔和向采空区侧倾斜的斜钻孔，用超声波测试仪实测顶煤沿厚度方 向和控顶距方向的破坏程度。钻孔参数见下表i 2 所示。 根据垂直孔内超声波传播速度可分析项煤沿厚度方向破坏区域，根据斜孔可 分析顶煤沿推进方向破坏区段。 4 东北大学硕士论文 第一章绪论 表1 2 超声波钻孔参数 t a b l e1 2p a r a m e t e ro fs u p e r s o n i cw a v eo fd r i l lh e ie 支架号 9 #2 #3 0 #1 1 0 # 孔口距煤壁距离2 02 12 o2 12 02 12 02 1 开孔角度。 9 05 09 05 09 05 09 05 0 孔深4 6 55 1 04 8 05 3 04 9 24 9 64 9 64 6 3 2 ) 矿压显现及支护适应性分析 在工作面5 # 、2 8 # 、8 8 # 、1 1 8 # 支架布设五个测站，分别在前后立柱下腔各安 装一台园图自记仪进行支架阻力连续跟踪监测，在工作面2 8 # 、5 8 # 、8 8 # 支架上设 置标记测取活柱缩量；在上下顺槽设置围岩变形测站监测支承压力影响范围及围 岩位移量变化；统计片帮、安全阀开启率等其它矿压显现特征；根据支架阻力发 挥程度、放煤机构的运行状况、对顶煤稳定性的控制、移架特征等分析新支架的适 应性。 3 ) 放煤工艺及参数现场实测 a 、进度安排 根据攻关试验综放面的接续及进度情况，课题组分阶段对放煤工艺及参数进行 了实测。 对5 3 1 7 综放面采放工艺与工序的实测分析 5 3 1 8 综放面各生产工序参数( 时间、速度等) 实测分析 5 3 1 8 综放面合理放煤步距与放煤方式实测确定 高产高效综放面回采工艺优选设计 b 、实测内容 割煤高度：全面实测1 3 个支架处采煤机割煤高度 采煤机进刀方式：端部斜切进刀与中部进刀 采煤机运行时间( 速度) ：采煤机上、下行割煤时间，空跑时间，上、下头回 头时间 移架速度：一段范围内移架人数、移架时间、移架架数、是否提架、单架纯移 架时间( 降架、拉架、升架) 放煤状态：放煤方式、同时放煤口数、放煤顺序、放煤轮次、方式时间、关口 状态、放煤口断流原因、移架后煤矸跟进情况 开机率：工作面采煤机、前部运输机、后部运输机、转载机、顺槽皮带等 故障观测：采煤机、前部运输机、后部运输机、皮带、机电、满仓等的原因和 时间 顶煤破碎宏观观测：空顶区顶煤裂隙、台阶下沉、素描、架后顶煤、矸石空间 5 东北大学硕士论文 第一章绪论 分布状态 其它有关内容：交接班时间，开、停机时间，交接班采煤机位置，工作面位 置，放煤位置等；相应时间的放出回采率、灰份、含矸率等指标。 实测期间实验了0 8 m ，1 6 m 两种放煤步距，放煤方式共试验了单轮顺序、单 轮间隔、双轮顺序、双轮间隔四种，放煤步距与放煤方式不同组合共试验了七种放 煤工艺。 c 、高产高效回采工艺优选设计内容 高产高效回采工艺要能实现：高产一日产万吨，年产4 0 0 万吨；高效一 回采率达8 5 ，低灰份。为此，在顶煤运移与破坏实测，相似材料模拟，数值仿真 计算、现场实测研究基础上，中理论上分析研究，设计得出高产高效回采工艺。 实现高效目标的有关工艺参数已由实验及数值仿真研究与实测分析得出，高 产目标应尽量使采放工艺平行作业或尽量减少两者之间的时间差别。影响采放循环 时间的主要因素是放煤时间与采煤机割煤时间。为此，根据实测各工序时间、速度、 设备能力、系统开机率，设计高产高效综放工艺的主要内容如下： 合理放煤口数目与割煤速度的优选设计 按后部运输机能力确定同时放煤口数目最大值 按运输系统能力确定采煤机切割速度 按采放平行作业确定采煤机切割速度 合理放煤口数目与采煤机切割速度的确定 综放工作面生产能力验算 高产高效综放工艺及参数确定 查! ! 查兰璺主堕皇 堕三兰婴堡三型塑型堕墅墅墨壁兰兰望! ! ! 丝 第二章 5 318 工作面地质概况及 ，生产技术条件 2 1 工作面地质条件 2 1 1 工作面概况 该工作面位于五采区下部，西南为5 3 1 7 工作面( 正在回采) ，东北与5 3 1 9 设计工作面相邻，西北到5 3 1 8 f 1 断层停采，东南为切眼与七采区相邻。工作 面标高：一4 0 9 0 一4 7 5 5 m ：埋藏深度：4 5 8 8 0 5 2 5 3 0 m ；工作面面积： 2 9 2 4 4 0 m 2 。 该工作面位于大南庄西南约4 6 5 m 。工作面的回采将造成地面农田塌陷， 下沉深度可达5 5 6 o m 左右。工作面中有生1 号钻孔，封孔质量良好。 2 1 2 煤层赋存条件 本工作面所采煤层为下二叠统山西组底部之煤3 ，下距煤6 为3 6 5 m ； 上距煤2 ( 厚0 4 5 m ) 2 9 4 m ，距侏罗系红层( 厚2 7 m ) 最小距离1 7 0 m ，距第 四系岩柱最小处2 2 0 m 。见煤点均可采，可采指数为1 ，煤厚变化小，变异系 数为1 3 1 ，煤层厚度大，且稳定，煤层倾角2 1 6 。，平均7 。，为近水平 煤层。煤层结构复杂，距离煤层顶板2 7 m 夹一层0 0 5 m 的炭质细砂夹矸。工 作面中部发育一古河流冲刷带，宽度为2 5 m ，穿过工作面长度为3 1 0 m ，河流 方向与工作面走向夹角3 5 。左右。 山西组3 煤为沥青弱玻璃光泽，厚层状，视密度为1 3 5 0 k g m 3 ，以暗煤 为主、亮煤次之，煤岩类型为亮暗煤，煤质牌号为气煤4 3 ，属特低硫、低磷、 低灰分、高发热量之煤种，是良好的动力用煤和炼焦配煤。 1 ) 煤层厚度为7 1 5 9 1 6 m ，加权平均厚度为8 2 8 m 。 2 ) 沿工作面方向煤层倾角为0 。4 5 7 。5 5 ( 其中切眼处煤层倾角为 4 。3 0 ) 。沿工作面推进方向煤层倾角为2 1 6 。 3 ) 煤层硬度系数f = 2 3 。 7 塞韭查兰塑主堡壅 苎三兰塑! ! 三堡亘丝垦蔓堡垦兰兰垫查堑堡 4 ) 顶底板情况：见表2 1 。 表2 1 煤层项底扳情况表 t a b l e2 1c o n d i t i o n so ft o pa n db o t t o mf i o o rs 顶底板名 岩石名称厚度m岩性特征 称 灰白色，泥质胶结，斜层理，下部含泥质包裹 煤3 中砂岩2 2 0 2 体，张裂隙发育 顶板粉砂岩2 0 6灰黑色，泥质胶结，水平层理。 泥岩 0 2 0灰色，含碳质，易冒落。 灰黑色，遇水膨胀成糊状，下部砂岩含量高， 煤3 泥岩1 5 9 见植物根化石。 底板粉、细砂岩互灰黑色，缓波状层理，泥质胶结，部分硅质 层 1 3 8 0 胶结，见泥岩条带。 2 1 3 地质构造 本面地质构造简单，煤层总体为一单斜构造，发育次一级波状起伏，从 切眼到停采线煤层产状变化规律为nez 4 5 。一se 么1 6 。一nez 6 5 。一 e 么2 。一se 么6 。，5 3 1 8 新二联附近煤层么1 6 。煤层裂隙发育，发育x 型 节理，易冒顶。工作面发育5 3 1 8 f7 、5 3 1 7 f1 、5 31 7 f2 、5 3 1 8 f5 、5 3 1 8 f 6 断层，其中5 3 1 8 f7 在5 3 1 8 工作面下顺槽已揭露，5 3 1 7 f1 、5 3 1 8 f5 、5 3 i 8 f 6 在切眼附近发育，为工作面隐伏断层。停采线附近发育5 3 1 8 fl 、5 3 1 8 f 4 、5 3 1 8f2 、5 3 1 8f3 断层，为肖家庄三号断层伴生之断层束。以上断层在面 中延伸长度分别为：6 0 m 、1 2 0 m 、6 0 m 、6 0 m 、1 8 3 m 、1 3 3 m 、o m 、o m 、2 5 m 、o m 。 2 2 工作面设计参数 2 2 1 开采方式 倾向长壁综采放项煤一次采全高全部陷落法。 2 2 2 工作面几何尺寸、储量计算 几何尺寸： 8 东北大学硕士论文 第二章 5 3 18 工作面地质概况及生产技术条件 工作面长度： 工作面上、下顺槽中一中平距为1 8 0 7 m ，经过计算，该面净平距1 7 6 7 5 m ， 净斜长1 7 6 7 6 l l7 7 7 6 3 m ，平均17 7 2 6 2 m 。其中切眼处工作面净斜长 1 7 7 3 5 7 m 。 工作面推进长度为1 6 4 2 m 。 工作面加权平均煤厚为8 2 8 m 。 2 2 3巷道布置 根据五采区煤层赋存情况，采区形状结合本采区原有巷道布置情况和工 作面布置方式( 竖向条带) ，因此，五采区下部设计确定采用竖向条带式布局， 横集中巷采用煤岩直交的布置方式。具体巷道布置为：两条主下山( 5 3 1 9 主 皮带下山、5 3 1 9 轨道巷) 平行布置，方位角1 2 6 。，二者作为采区运输、辅 助运输及通风排水的骨干巷道。主皮带巷通过溜煤眼与采区上部5 3 0 0 皮带巷 联接，然后通过5 3 0 4 煤仓与东皮带大巷联接。 这样，5 3 1 8 综放工作面巷道布置方式为倾向长壁“煤岩直交”布置。 上顺槽中线下错5 3 1 7 综放工作面下顺槽中线7 m ，为沿空掘巷。巷道断 面规格：矩形断面，净宽x 高= 3 7 2 8 m ，高强度组合锚杆支护系统与围岩 注浆加固联合支护，支护目的主要是维护巷道围岩稳定，控制巷道围岩变形， 以保证在回采期间基本不维修，如维修期间有一定量的底鼓量，可进行起底。 联合支护包括如下内容： a 巷道顶板采用高强度组合锚杆支护系统，树脂锚杆荆锚固，锚固形式 为全长锚固，并铺设菱形金属网、w 钢带，以主动加固煤体，顶角加长锚杆 以加固巷道顶角薄弱带； b 巷道两帮采用高强度锚杆支护，树脂锚杆剂锚固，并铺设双抗金属网、 钢筋梯，加固巷道左侧实体煤及右侧的小煤柱，确保巷道的稳定性； c 滞后掘进迎头一定距离进行注浆加固，主要为加固采空侧小煤柱及顶 煤，以提高破裂围岩的整体稳定性。 巷道设计锚杆布置参数：顶板5 根锚杆，间距8 0 0 m m ，煤体侧4 根锚杆， 间距8 0 0 m m ，采空侧5 根锚杆，间距6 5 0 m m ；锚杆规格中0 0 2x2 5 m ；锚杆排 距8 0 0 m m 。上顺槽靠下帮布置移动变电站，靠上帮铺设铁路，做为进风、行人 及辅助运输。下顺槽为实体煤掘进。巷道断面规格：矩形断面，净宽高= 4 2x 3 o m 。采用中0 0 2 2 5 m 螺纹钢树脂锚杆进行锚网支护，树脂锚杆剂 东北大学硕士论文 第二章 5 3 18 工作面地质概况及生产技术条件 锚固，顶帮均铺挂金属网，顶部配合bh w 一3 - 2 8 0 4 2 0 0 矿用钢带加强支护。 设计锚杆布置参数：顶板6 根锚杆，间距0 7 2 m ；两帮各4 根锚杆，间距0 8 m ： 锚杆规格中0 0 2 2 5 m ；锚杆排距0 8 m 。下顺槽设计略靠上帮安装胶带输送 机( 即顺槽中心线上移0 3 m 即为胶带输送机中心线) ，做为煤流运输及回风 巷道。 东北大学硕士学位论文 第三章高产高效综放工作面总体设计 第三章高产高效综放工作面 总体设计，瞄l 甲七k ，i 3 1 整体设计 3 i 1 实现高产高效的主要技术途径 1 ) 提高综放成套设备的可靠性 通过合理的设备选型和配套，在保证综采成套设备设计制造质量的前提下，提 高综放成套设备的可靠性，减少机电事故，提高采面开机率，是提高工作面单产的 关键。 2 ) 加大采煤机截深 国外采煤机截深普遍为0 8 一l m ，个别也有加大到1 2 m 的。我国综采十几年发 展中，大多采用0 6 m 截深。近年高产高效工作面逐渐采用0 8 m 截深，每一循环产量 可提高3 3 左右，增加截深已成为提高单产的有效施。 3 ) 提高放煤速度 支架放煤口尺寸及二次破煤能力直接影响放煤速度。较大的放煤口和良好的 二次破煤能力，能有效提高放煤速度。 4 ) 加快采面的推进速度 提高采煤机的牵引速度及工作面支架的推溜、移架速度，也是增产的重要措 施。对于双输送机放顶煤工作面，采煤机牵引速度不必很快，推溜、移架速度是影响 采面推进速度的主要因素。因此合理确定采煤机牵引速度和提高推溜、移架速度是 很重要的。 5 ) 保证合理的工作面设备能力 工作面设备能力也是制约工作面产量的重要因素，因此选择能力适当的工作 面设备，保证将采煤机割下的煤及放下的顶煤及时运出是必要的。工作面设备能力 应形成由里向外的“喇叭口”，设备能力应以1 卜1 2 倍为基数逐渐增大。 6 ) 提高操作水平 通过加强技术管理和不断改进劳动组织，提高操作水平，减少事故，提高处理 事故的水平，减少非生产时间。 3 1 2 主要设备研制、选型及总体配套原则 1 ) 综放成套设备的研制与选型，以提高设备的可靠性为主，同时考虑其技术的 先进性。利用现有支护、落煤以及输送设备等先进、成熟的技术成果，结合究州矿 区的具体实际条件，进行总体优化设计。 2 ) 新研制设备应针对主要薄弱环节重点攻关，配套设备应择优选型，必要时 个别引进。 3 ) 综放成套设备应能满足高产、高效、高回收率的需要。 4 ) 各主要设备的技术性能不仅要满足日产万吨、年产3 0 0 万t 的要求，而且要 有一定的备用系数。各主要设备的相互协调与配合应科学合理，使其发挥最佳的生 产效能。 东北大学硕士学位论文 第三章高产高效综放工作面总体设计 3 1 3 工作面生产能力及设备能力( 见表3 15 3 1 8 综放工作面主要设 备组成表) 1 ) 工作面生产能力 工作面平均厚度8 2 8 m ，工作面长1 7 7 2 6 2 m ，当机采高度3 m ，截深为8 0 0 m m ，一刀 一放，采煤机割煤回收率为0 9 7 ，放煤回收率0 7 8 ，工作面采用四班作业制( 三 班生产，一班检修) ，每个生产班割煤三刀，放煤三次，日进尺7 2 m ，全月工作 2 8 天时，工作面生产能力可以达到日产1 2 1 0 9 5 t ，年产4 0 6 8 7 9 2 t 。 表3 15 3 1 8 综放工作面主要设备组成表 t a b l e3 1p a r t so ft h em a i ne q u i p m e n to f5 3 1 8m i n i n gf a c e 序设备名称数量电压备注 号 l z f s 6 2 0 0 1 8 3 5 型放顶煤支架 1 1 4 2 z t f 6 5 0 0 1 9 3 2 型排头放顶煤支架 6 3 m g t y 4 0 0 9 0 0 - 3 3 电牵引采煤机 13 3 0 0 v0 - 9 - 1 5 m m i n 4 s g z 9 6 0 7 5 0 中双链刮板输送机 13 3 0 0 v1 8 0 0 “h 5 s g z 9 0 0 7 5 0 中双链后部刮板输送机 13 3 0 0 v1 5 0 0 t h 6 s z z l 0 0 0 3 7 5 型转载机 13 3 0 0 v2 2 0 0 t h 7 p c m 2 0 0 型锤式破碎机 11 1 4 0 v2 2 0 0 t ，l l 8 s s j l 2 0 0 3 x 2 0 0 可伸缩式输送机 l1 1 4 0 v2 2 0 0 t l l 9 o r b 3 1 5 3 1 5 垂乳化液泵 21 1 4 0 v 1 0 d r b 2 0 0 3 1 5 型乳化液泵 21 1 4 0 v 2 ) 支护能力 液压支架工作阻力可根据经验采用类比法确定，根据“高产高效高可靠性”的 总体要求，将工作阻力确定为6 2 0 0 k n ，这样不仅提高了支架的适应能力，也有助于 提高综放成套设备的可靠性及开机率。 3 ) 采煤机割煤能力 当工作面进刀方式采用端部斜切进刀双向割煤方式，下端头作业影响时间为 3 0 m i n ，上端头作业影响时间为l o m i n ，上下两端放煤影响时间为2 0 m i n ，斜切进刀及 返回割通速度5 m m i n ，采煤机平均割煤速度4 5 m m i n 时，平均每割一刀切煤用时 9 3 6 m i n ，因此当采煤机割煤牵引速度大于4 5m m i n 时，每个生产班割煤三刀是 有保证的，m g t y 4 0 0 9 0 0 3 3 0 电牵引采煤机割煤牵引速度为0 9 1 5 m m i n ，可以满 足要求。 4 ) 前部输送机输送能力 前部输送机输送能力应能满足采煤机割煤能力的要求。当采高3 m 截深0 8 m 。 截割牵引速度4 5 m m i n ，采煤机割煤速度不平均系数为1 5 时，采煤机最大割煤 能力为1 3 1 2 2 t m i n 。s g z 9 6 0 7 5 0 型中双链刮板输送机输送能力为1 8 0 0 t h ，可满 足要求。 5 ) 后部输送机输送能力 由于推拉输送机机头尾时必须停机进行，放煤循环时间应减去上、下两端头作 业影响时间，放煤流量不均匀系数为i 5 ，取放出项煤含矸系数为1 1 ，则后输送 机输送能力为1 0 6 0 5 t h ，s g z 9 0 0 7 5 0 型中双链后部刮板输送机输送能力为 1 5 0 0 t h ，可满足要求。 6 ) 转载机输送能力 转载机的输送能力应满足综放工作面前后两部输送机同时卸载的要求，通过 计算，转载机输送能力达到2 0 6 0 3 t h 即可满足要求，s z z l 0 0 0 3 7 5 型转载机输送能 力为2 2 0 0 t h ，可满足要求。 7 ) 破碎机破碎能力 p c m 2 0 0 型锤式破碎机破碎能力为2 2 0 0 t h ，是s z z l 0 0 0 3 7 5 型转载机的配套设 备，可以满足要求。 8 ) 胶带输送机 s s j l 2 0 0 3 x2 0 0 可伸缩带式输送机为1 2 m 带宽国内输送能力最大的输送机， 输送能力为2 0 0 0 t h ，稍小于配套要求，但基本上可以满足生产要求。 3 2 综放支架 “高产高效高可靠性放顶煤液压支架”是攻关的主要设备之一，该项目针对目 前放顶煤支架存在问题，研究适应高产高效要求的高可靠性放顶煤液压支架的结 构和参数，其主要创新点是： 1 ) 前连杆采用双连杆结构，提高了支架的稳定性和抗扭能力： 2 ) 采用先进的计算机模拟试验和优化设计技术，提高支架的可靠性： 3 ) 加大尾梁插板行程，增加放煤口的尺寸，提高了放煤速度，有利于放大块煤： 4 ) 采用大截深( 0 8 m ) ，一刀一放，追机作业，工序紧凑合理，适应高产高效要 求： 5 ) 支架设有抬底座机构，防止底座前端扎底，可以提高移架速度： 6 ) 立柱和千斤顶采用聚胶脂密封，使用寿命可以提高5 6 倍。 7 ) 支架液压系统采用大流量双供回液系统。 3 3 后部输送机 高可靠性放效顶煤后部输送机在低位综放工作面装备中具有举足轻重的地位， 是该项目的关键课题之一，在吸收了国内外有关先进技术的基础上，对放顶煤专用 后部输送机进行了研究开发，并实现了预期的开发目标。 1 ) s g z 9 0 0 7 5 0 型放项煤专用后部输送机已达到年产4 0 0 万t 综放工作面对后 部输送机的性能指标的要求。 s g z 9 0 0 7 5 0 型输送机输送能力1 5 0 0 t h ，驱动电动机总功率7 5 0 k w 。设计能力 指标广泛适用日产万吨综放工作面后部输送机的设备配套。 2 ) 由于该机开发研制中采用了多项新工艺、新材料、新技术，使后部输送机寿 命得到可靠保证，常规维修降到了很低的水平。 通过对各种形式的中部槽结构进行分析比较，该机中部槽采用整体铸焊式开 底结构，耐磨高强度中板厚0 0 4 m ，中部哑铃装置联接强度3 0 0 0 k n ，过煤量可达4 0 0 万t 以上。 东北大学硕士学位论文 第三章高产高效综放工作面总体设计 刮板链采用中3 4 1 2 6 双中心链，在满足设计运输能力的前提下具有更大的安 全系数，有效地减少了断链事故的发生。 3 ) 可传递3 7 5 k w 功率的平行布置行星减速器，通过优化设计，设计寿命1 5 0 0 0 h ， 质量仅为3 7 0 0 k g 。质量与传递功率的比值仅为9 8 7 k g k w ，在目前国内同档次大功 率矿用减速器中为最小值。由于减速器体积小、高度低、为放顶煤后部输送机的设 备配套安装提供了便利条件。 4 ) s g z 9 0 0 7 5 0 型输送机设计中充分考虑了放顶煤开采后部输送机安装、运行 的各种不利因素，提出对策，力求更低、更小、更紧凑，以使端部机头结构流畅，更利 于煤炭的卸载。可伸缩机尾更利于紧链操作，使输送机在合理的链张力下工作。 该机工业性试验期间故障累计时间仅为6 5 h 运行总功率最大值约4 5 0 k w ，仅 占整机功率的6 0 。这些统计指标是对研制工作的充分肯定，表明我国放顶煤后部 输送机制造水平又登上了一个新的台阶。 通过对国内外主要煤炭输送设备生产高信息资料的收集及分析，s g z 9 0 0 7 5 0 型放顶煤专用后部输送机不仅在国内处于技术领先地位，而且在国际上也处于先 进水平。 3 4 综放工作面顺槽运输设备 综放工作面顺槽运输设备是该项目关键设备之一。该项目针对目前顺槽运输 设备运输能力低，可靠性差，顺槽设备移位困难，不易调整的问题进行研究、开发。 在s z z l 0 0 0 3 7 5 型转载机及p c m 2 0 0 型破碎机研制中，大量采用成熟的新技术，并有 所创新： 1 ) 可伸缩机头，可使刮板链处于最佳工作状态，且方便紧链操作； 2 ) 首次在转载机传动中采用行星齿轮减速器： 3 ) 采用整体箱式结构输煤槽，提高了转载机的过煤寿命； 4 ) 采用中5 3 4 x1 2 6 c 级刮板链条，有利于减少断链事故的发生； 5 ) 落地段溜槽全部采用哑铃联接，增强了总体适应能力； 6 ) 首次将皮带机尾自移装置用于综放工作面顺槽，并与转载机拉移油缸配套 实现了皮带机尾滚筒的快速移位调整，充分发挥了工作面设备的生产能力； 7 ) 采用双皮带轮破碎主轴； 8 ) 采用整体可调式破碎底槽，使破碎机整体强度增加。 3 5 综放工作面排头放顶煤支架 z t f 6 5 0 0 1 9 3 2 型排头放顶煤液压支架是用于厚煤层综放工作面两端的支护 设备，并能把顶煤放落至运输机内，它与工作面中间支架、采煤机、前、后部运输机 配合使用，实现工作面的采煤运输，放煤综合机械化，实现综放工作面高产、高效、 高回收率。 该排头放顶煤支架采用单四连杆机构，四连杆布置在四个立柱中间。为了提高 支架的稳定性，增加支架抗扭性能，在保证支架井下运输的前提下，加大了立柱中 心距，以加大四连杆机构的截面，同时选用高强度板，来提高四连杆机构的强度。为 了维护管理前部运输机机头机尾上部的顶煤，采用了前梁加挑梁的结构型式，并采 l4 东北大学硕士学位论文第三章高产高效综放工作面总体设计 用两个中0 1 6 m 的前梁千斤顶，使前梁有足够的支撑力，维护机头机尾的安全工作 空间。 能够实现综放工作面端头放顶煤是该支架研究设计关键。该支架采用了掩护 梁加带插板可伸缩尾梁的结构型式，实现了既能维护后部运输机的机头、机尾，有 足够安全工作空间，又能放顶煤：掩护梁与顶梁后部饺接，由两根立柱支撑掩护梁， 这样可以随意调节掩护梁下部的工作空间，满足维护机头、机尾工作空间的要求： 带插板的尾梁与掩护梁尾部饺接，通过尾梁千斤顶实现尾梁的摆动与支撑：当尾粱 与掩护梁挑平，插板伸出时使支架后部形成足够的安全工作空间，使运输机正常工 作。需要机头、机尾放煤时，尾梁插板缩回，尾梁下摆，顶煤即可放入运输机槽内实 现放顶煤，放完煤后，即可挑平尾梁伸出插板。 z t f 6 5 0 0 1 9 3 2 型排头放顶煤液压支架不仅有可靠的工作阻力，而且有很大的 初撑力，初撑力为工作阻力的9 3 6 ，这样可以使端头的顶煤管理得到了较好的维 护。 支架的推移装置采用推移千斤顶倒装，推移框架采用二节分体铰接式。推移千 斤顶采用中0 1 6 m 缸径和中0 1 0 5 m 杆径，拉架力达到6 3 0 k n ，推溜力为3 9