04第四章 采区布置及装备09.8 - 复件.doc

张家峁矿井初步设计（修改） 第四章 盘区布置及装备第四章 盘区布置及装备4.1 采煤方法4.1.1 采煤方法及回采工艺4.1.1.1 采煤方法本井田可采和局部可采煤层共有7层，分别为2-2、3-1、4-2、4-3、4-4、5-2、5-3号煤层。其中：2-2号煤层厚度5.269.85m，平均厚度6.49m。该煤层沉积稳定，厚度变化幅度较大，区内大面积自燃，局部有保留。该煤层结构较复杂，一般含夹矸23层，夹矸岩性以泥岩和粉砂岩为主，次为炭质泥岩。为区内局部可采煤层，可采面积11.246km2。煤层顶板岩性以粉砂岩、细粒砂岩为主，厚度0.9029.10m，偶见粉砂岩、细粒砂岩及泥岩伪顶。底板主要以泥岩为主，局部为粉砂岩，厚度0.558.90m，偶见薄层泥岩、粉砂质泥岩底板。与3-1煤层间距22.7236.81m，平均间距27.96m。3-1号煤层厚度2.343.10m，平均厚度2.82m。厚度变化幅度小，一般不含夹矸，结构简单。局部地段顶部或底部含有一层夹矸，夹矸岩性为深灰色泥岩或粉砂岩。直接顶板以粉砂岩为主，其次为泥质岩、中粒砂岩、细粒砂岩；底板岩性以粉砂岩和泥岩为主，次为细粒砂岩。为沉积稳定的局部可采中厚煤层。可采面积22.994km2。与4-2煤层间距33.1257.41m，平均间距44.35m。4-2号煤层厚度1.704.05m，平均厚度3.34m。厚度变化幅度较大，煤层结构较复杂，含夹矸03层，一般23层，夹矸岩性多为粉砂岩，少数为炭质泥岩。顶板岩性多为细粒砂岩、粉砂岩，次为泥岩；底板岩性以粉砂岩为主，其次为泥岩及粉砂岩。为基本全区可采薄中厚煤层，可采面积39.994km2。在ZH31、ZH33等钻孔一带煤层小范围分岔，下分层厚度0.201.41m。与4-3煤间距13.2026.11m，平均间距16.75m。4-3号煤层厚度0.101.90m，平均厚度1.28m，厚度变化不大。属大部可采的薄中厚煤层，可采面积29.617km2。煤层结构简单，一般不含夹矸，顶板以浅灰色厚层状中细粒长石砂岩为主，次为粉砂岩、泥岩；底板多为泥岩、粉砂岩，富含植物化石。与4-4煤层间距9.3519.04m，平均间距14.56m。4-4号煤层厚度0.101.20m，平均厚度0.79m。可采范围内厚度变化幅度仅有0.40m，结构简单，一般不含夹矸，中部泥、铁质含量较高。顶底板岩性多为水平层理特别发育的泥岩或粉砂岩。可采区分布于井田中部，属大部可采的薄煤层，可采面积38.581km2，与5-2煤层间距28.2754.13m，平均间距35.14m。5-2号煤层厚度2.477.35m，平均厚度5.66m。属沉积稳定的全区可采中厚厚煤层。区内由西向东呈分岔状，分岔区上分层编号为5-2、下分层编号为5-3煤层。5-2煤层结构简单，大多数见煤点不含夹矸，部分煤层底部含1层夹矸，夹矸厚度一般为0.100.20m。直接顶板以粉砂岩和砂质泥岩为主，其次为中粒砂岩和细粒砂岩。底板以粉砂岩为主，次为泥岩。分岔区与5-3煤层间距0.904.29m，平均间距为1.85m。5-3号煤层厚度0.451.10m，平均厚度0.88m。属沉积较稳定的局部可采薄煤层，可采范围不连续。该煤层结构简单，大多数见煤点含有1层夹矸，夹矸厚度一般为0.050.10m。直接顶板以粉砂岩和砂质泥岩为主；底板以粉砂岩为主，次为泥岩。井田内地质构造极为简单，为一平缓向西倾斜的单斜构造，倾角小于3，一般12，沿走向及倾向上有宽缓的起伏。区内未发现断裂，除烧变岩外，岩石裂隙也不发育。煤层瓦斯含量低，水文地质条件简单，煤层顶底板易于管理。根据上述各可采煤层赋存条件及开采技术条件，设计确定各煤层采煤方法为走向长壁采煤法，全部垮落法管理顶板。4.1.1.2 回采工艺根据国内外煤炭开采技术发展现状，结合本井田各可采煤层赋存特点，设计认为本井田3-1、4-2号煤层属中厚厚煤层，煤层赋存稳定，倾角小，顶底板稳定完整，采用一次采全高综采最为合适，可充分发挥其潜力，取得最大经济效益。根据国家环境保护总局关于陕西煤业集团有限责任公司韩城矿务局张家峁矿井新建工程环境影响报告书的批复（环审2006106号），“2-2煤层和一些沟谷切割较深地带，如乌兰不拉沟3-1煤层采取保水弃煤措施，不予开采”。因此本次设计暂不考虑开采2-2煤层。对5-2号厚煤层可供选择的采煤方法主要有：分层综采、放顶煤综采、大采高一次采全高综采；对4-3、 4-4及5-3号薄煤层可供选择的采煤方法主要有：薄煤层综采及刨煤机开采。1分层开采自70年代在开滦矿务局唐山矿试验成功厚煤层倾斜分层下行垮落金属网假顶综合机械化采煤法以后，分层开采的综合机械化采煤工艺又有了进一步的发展，目前是我国厚及特厚煤层的主要采煤方法之一，在大中型矿井得到普遍采用，积累了比较丰富的经验。但是，这种采煤方法采准巷道系统复杂，巷道掘进工程量大，巷道的掘进与维护费用也高；上分层开采时要铺设人工假顶，加大了工人的体力劳动强度，同时增加了工作面采煤作业循环时间和生产成本；对地质构造特别是断层的适应性差；煤层厚度变化时容易丢煤；单产低、效率低、效益低。随着放顶煤和大采高工艺的日益成熟，这种采煤方法使用得已越来越少。2放顶煤开采我国自1982年开始试验放顶煤开采方法以来，这种对开采厚煤层行之有效的技术日趋成熟，在我国厚煤层矿井中得到了普遍采用，并已开始向三软、夹矸、硬煤等条件下的矿井进行延伸研究。1999年我国有80多个综采放顶煤队，占综采工作面的35.4%，其中年产超2.0Mt的11个综采队，大部分是综采放顶煤。2001年在煤层中硬、无夹矸、低瓦斯、煤厚79m、直接顶与老顶为厚层砂岩等条件下的兖矿集团已开始出现年产超5.00Mt的综放工作面。实践证明，在厚及特厚煤层中，综采放顶煤较分层开采，简化了巷道布置和回采工序，降低了回采巷道掘进率，减少了工作面搬家次数，节省了人工、材料和时间消耗，降低了成本；提高了工作面单产和工效；生产高度集中，有利于矿井的管理与控制，实现安全文明生产；对于地质条件比较复杂、断层多、煤层厚度变化大的煤层适应性强。当然，放顶煤开采也不能解决所有厚煤层的开采问题，存在着煤尘大，工作面回采率偏低，高瓦斯煤层有局部瓦斯积聚危险和采空区浮煤易自然发火等固有问题尚待解决。同时煤层埋深、煤层厚度与强度、夹矸厚度、强度与层位、煤层裂隙发育程度等诸多地质因素也直接决定着放顶煤的效果。根据研究，当煤层埋深200m以内、煤层中硬时，单靠顶板压力难以破煤下落；当煤层硬度3时，易产生台阶型悬煤或大块煤堵塞放煤口，如大同侏罗纪煤层；当硬质厚层（400mm）夹矸位于顶煤中部时，同样产生悬顶阻止煤层的及时垮落或造成大块矸石堵口，如太原市王封矿夹石为0.60.8m的砂质泥岩，冒块多在0.6m以上，部分1m以上，堵口严重，顶煤放出率60%以下，上述情况下采用放顶煤开采均存在一定的技术问题。由于放顶煤主要是利用矿山压力破煤，因此对煤层的冒放性及赋存条件有一定的要求，根据我国多年生产实践，影响顶煤冒放性的自然因素主要有开采深度、煤层厚度、煤层结构、夹矸层数多少及其硬度和厚度、煤层顶底板岩性及其厚度、老顶岩性及其厚度和岩、煤体裂隙发育程度，还有煤岩交界面地质结构整合程度等。下面对张家峁矿井5-2号煤层的冒放性进行分析。（1）开采深度生产实践和理论计算都表明，顶煤冒放性随着开采深度的增加而提高。一般情况下，当开采深度小于200m时，顶煤冒放性差，当开采深度大于400m时，顶煤是易于冒落的。本井田5-2号煤层埋深多在120170m之间，平均150m以下。从开采深度看，顶煤受顶板压力作用极其有限，因此冒放效果比较差。同理分析2-2号煤层冒放效果也比较差。（2）煤层厚度及煤的硬度一般来讲，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和科研院所试验结果证明顶煤冒放性随煤层厚度的增大而减弱，其最大临界厚度为12.515m。本井田5-2煤层平均厚度为5.66m，在目前的开采条件下，采用大采高综采的采高完全可以达到煤层厚度，使用放顶煤则采放比太小，不能达到最佳的放煤效果。国内对放顶煤综采工作面的实测统计结果表明，煤层强度是影响顶煤冒放性的关键因素。试验结果证明：中硬煤层为半圆拱式冒落，椭柱体放出， 顶煤跨落角67，放出率73.1%；硬煤为拱桥式冒落，抛物体放出，垮落角55，顶煤放出率仅为13.4%。按照顶煤的强度与破坏关系理论计算，一般情况下，当煤的强度值Rc20Mpa时，顶煤的破坏程度降低，其冒落性较差。本井田5-2号煤层硬度较大，粒度大，块煤多，不易破碎，因此自然状态下冒放性较差。（3）节理裂隙发育程度顶煤裂隙发育程度直接影响到顶煤的冒放性，节理裂隙发育的煤层，顶煤在支承压力的作用下易于破碎，节理裂隙越发育，顶煤的冒放性就越好，就越易于放出。地质报告介绍本井田各煤层具贝壳状、阶梯状、参差状断口；后生裂隙不甚发育，裂隙被方解石脉或黄铁矿薄膜填充。节理裂隙不甚发育或不发育，不利于煤层的冒放。（4）煤层夹矸若顶煤中存在厚而坚硬的夹矸，将会严重影响顶煤的冒放性。一方面，夹矸在顶煤中形成“骨架”，使顶煤不易跨落；另一方面，即使顶煤跨落，夹矸易形成大块，影响顶煤冒放过程中的流动性，且堵塞放煤口无法放出。一般认为，顶煤中单层夹矸厚度不宜超过0.30m，其硬度系数也不宜大于3，顶煤中夹矸层厚度占煤层厚度的比例不宜超过1015%，否则应采取预破碎措施。相对来说本井田各煤层中的夹矸对顶煤的冒放无甚影响。（5） 顶板条件影响煤层冒放性的煤层顶板包括煤层直接顶和老顶两部分，直接顶对顶煤压裂无直接影响，但直接顶能够随采随冒，能充满采空区以防冲击来压，并促使顶煤放出，因此，具有一定的厚度是放顶煤综采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。本井田5-2煤层直接顶板以粉砂岩和砂质泥岩为主，其次为中粒砂岩和细粒砂岩，属坚硬半坚硬岩石，稳定性好。因此5-2号煤层直接顶较难冒落，对顶煤冒落不利。根据本区5-2号煤层赋存条件及冒放性分析，设计初步认为本井田煤层顶煤冒放性较差，在自然条件下不太适合放顶煤综采开采，即使采取措施使顶煤能冒落下来，其产量也不会太高。3大采高一次采全高综采一次采全高综采采煤法是国外高产工作面采用的主要方法。我国从1978年开始试验厚煤层大采高一次采全厚开采方法，至今已取得了长足进步，国内条件适宜的矿井已普遍采用。国外高产高效综采长壁工作面由于采用重型化、强力化、自动化和机电一体化的设备，走生产集中的途径，工作面的单产和工效大幅度得到了提高。神东矿区各矿井，在煤层倾角5以下、硬度f=34、顶板稳定、无瓦斯危害、采高大多在4.0m左右。自1985年开发建设以来，利用先进的管理思想和科技手段，将资源优势迅速转变为生产力优势，实现了高起点、快发展和高效率。近年来大柳塔、榆家梁、补连塔等矿井一井一面，其原煤产量均突破10.00Mt/a大关，实现了国内工效最高、吨煤成本最低的成果，极大地提高了产品在市场上的竞争能力。4薄煤层综采近年来，国内注重了对薄煤层综采设备的研制，已生产出性能可靠的采煤机，与国产液压支架配套使用，取得了良好的效果。其中较突出的是大同矿务局晋华宫矿，在上世纪90年代中期开始在1.31.5m厚的薄煤层试采，试采阶段平均月产0.0733Mt，最高月产0.0955Mt，创造了国产机组同类条件下的最好成绩。这套设备目前还在井下生产，日产稳定在2000t左右。这种采煤方法目前国内使用较多，积累的经验也较多。5刨煤机开采目前国际上对薄煤层的开采已达到较高的水平，德国利用刨煤机开采薄煤层技术走在世界的前列，其工作面装备的特点是机电智能一体化，采煤工作面实现计算机远程控制。目前国内应用进口的刨煤机开采比较成功的是铁法矿务局小青煤矿，在煤层厚度1.01.58m，平均1.3m，煤层倾角58条件下，最高日产6480t，最高月产0.142Mt，年产量达到1.201.50Mt/a的水平。根据上述分析比较，设计认为5-2号煤层属厚煤层，满足采高6m的大采高液压支架国内已能够生产，并在神东矿区成功使用。因此设计推荐5-2号煤层采用大采高一次采全高综采。对于4-3、4-4号薄煤层，采用刨煤机开采或薄煤层综采都是可行的方案。采用刨煤机开采最为先进，效率高，产量大，但设备价格昂贵，其采煤工作面主要设备如刨煤机、刮板机和电控设备需要进口，其余可采用国产设备，全套价格达8000万元左右，相当于23套薄煤层综采设备，此外还存在进口设备的维修和零部件更换等问题。这种采煤方法目前国内使用较少，经验尚不多。而薄煤层综采技术国内已比较成熟，设备可靠，虽然效率和工作面单产不如刨煤机开采，但设备价格较便宜，投资低。考虑到生产时4-3、4-4号薄煤层与5-2号煤层搭配开采，设计推荐4-3、4-4号煤层采用薄煤层综采。而对于最下部的5-3号煤层，由于煤层赋存薄并且可采范围不连续，不能布置正规长壁工作面，因此安排在矿井后期采用适当的采煤方法予以回收。4.1.2 工作面采煤、装煤、运煤方式及设备选型张家峁矿井设计生产能力为6.0Mt/a，初期投产3.0Mt/a，可采煤层数多，薄厚不一。为使矿井保持均衡生产，最大限度地回收煤炭资源，并且取得最好的经济效益。很重要的一个方面是必须合理解决上下煤层的压茬关系及薄厚煤层的合理搭配开采。因此，根据井田内各煤层的分布状况、煤层赋存条件，为使矿井尽快达产，并取得好的经济效益，本次设计矿井移交生产时首先开采5-2号煤层，配备1个5-2煤一次采全高综采工作面，2个综掘工作面，1个岩普掘工作面，达到矿井初期3.0Mt/a的生产能力。在5-2号煤层大约开采3年以后，再在4-2煤层布置1个回采工作面，以解决煤层压茬关系。条件具备时，布置1个4-2煤回采工作面和1个3-1煤回采工作面，即3-1煤与4-2煤搭配开采，另增加2个连续采煤机工作面，以保证矿井6.0Mt/a设计生产能力。4.1.2.1 综采系统设计原则本矿井规模定位在二十一世纪现代化特大型矿井，生产高度集中，综采工作面的采、装、运、支工序全部机械化。从目前综采的发展趋势看，设计高产高效的综采面要求加大工作面长度，加大截深，选用能切割硬煤的特大功率采煤机，提高采煤的切割速度，相应要求提高移架速度，与大运量的重型可弯曲刮板输送机相匹配，搞好端头支护，采用长距离顺槽胶带输送机。针对这些要求，对于综采系统设计考虑了以下原则： 1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。同时各设备间要相互配套，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，最大限度地发挥综采优势。2为综采工作面创造快速连续开采的条件，加大工作面推进长度，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，采用综掘机及连续采煤机（达产）多巷掘进，利用顶板完整，煤层坚硬的条件，采用树脂锚杆支护，以提高掘进速度，保证工作面的接替要求。3对辅助运输系统，要求系统简单、环节少，把工作人员快速方便地运送至工作地点，作为提高工作面生产能力的一个重要因素考虑，并在巷道布置上加以保证。4.1.2.2 回采工作面主要设备选择对于回采工作面装备，引进设备性能好，可靠性高，效率高，较易达到高产高效，近年来在国内多个矿井创造了较好的经济效益；国内设备通过近几年的发展，设备性能较以前有较大的提高，且设备价格低，维修便利。结合黄陵二号煤矿采用国产设备的成功经验，经综合考虑，本矿井5-2煤回采工作面装备采用主要采煤设备引进、其它配套国产设备的方案，尽量减少矿井初期投资，同时满足矿井高产高效的需要；3-1、4-2煤回采工作面装备考虑采用国产化装备。15-2煤层长壁综采工作面设备选型（1）采煤机随着综采工作面装备水平的提高和矿井生产能力的增大，采煤机选型有向大截深、高速度、大功率发展的趋势。根据本区煤层条件，采煤机选型应满足下列要求：1）井田煤层硬度大，首采区煤层厚度比较大，故应选用较大功率采煤机；2）采煤机截割效率高，装煤效果好；3）牵引速度快，稳定性好，操作安全，采用电牵引。据资料统计，国外高产高效工作面的开机率一般在70%以上，最高达97%；国产高产工作面的开机率平均50%，神东矿区引进设备已达到70%以上。考虑本矿井为新建矿井，初期管理水平及开采经验较少，设计确定采煤机组每班开机率为35%。按矿井初期设计生产能力3.0Mt/a考虑，首采5-2煤层长壁综采工作面年日产量应在9000t/d左右，则采煤机的平均截割牵引速度可按下式计算：式中：L工作面长度，m；取260mH采高，m；平均取6.0mB截深，m；取0.865mg煤层容重，t/m3；取1.32 t/m3T每班工作时间，h；取6hI采煤机开缺口行程，m；取50mK采煤机组开机率，%；取35%C工作面回采率，%。取93%经计算，采煤机的平均截割牵引速度V4.46m/min，平均割煤能力2119t/h。为使工作面产量均衡，采煤机的实际截割牵引速度应根据煤层厚薄变化适当调整，空载时要求其速度不小于20m/min，以减少辅助工作时间。国外“双高”工作面采煤机的实际截割速度普遍都在811m/min以上，最高达13m/min。根据国内外采煤机割煤能耗资料，开采1t煤所需能量为0.80.9kW.h，按照能耗系数法，根据以上计算的采煤机平均截割牵引速度及割煤能力，求得5-2煤采煤机功率为16951907kW。根据以上计算，并考虑切割硬煤的要求，应适当加大采煤机的切割功率。设计5-2煤选用引进的大功率电牵引双滚筒采煤机，其主要技术参数需满足如下条件：装机功率2300kW左右，截深0.865m，最大采高6.3m，额定生产能力大于2300t/h，牵引方式为销排式无链电牵引，额定电压3300V，频率50Hz。满足以上技术参数的采煤机生产厂家有：德国Eickhoff、美国Joy、德国BUCYRUS等公司。初步选择7LS-7型，最大采高6352mm，截深865mm，总装机功率2345kW。（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选型需要满足以下四个方面的要求：1）运输能力与采煤机生产能力相适应，并留有一定的峰值富余系数；2）外型尺寸和牵引方式与采煤机相匹配；3）运输机长度与工作面长度相一致；4）支架宽度与刮板输送机的节距相一致。采煤机的生产能力按下式计算：Q=60VMBg式中：Q采煤机小时割煤量，t/h；V采煤机牵引速度，取4.46m/min；M煤层开采厚度，平均取6.0m； B截深，取0.865m； g煤的容重，1.32t/m3； 有效截割系数，取0.9。经计算，采煤机的生产能力Q1650t/h考虑到5-2煤层厚度大，采煤机割煤过程中会产生煤壁片帮，增加落煤量。因此，工作面刮板输送机、转载机、破碎机的运输能力应比采煤机的生产能力大，留有一定的峰值富余系数，本次设计暂按50%计，故选择工作面刮板输送机、转载机、破碎机选型如下：可弯曲刮板输送机选用SGZ1250/31000型，主要技术参数为：设计长度260m，运输能力2500t/h，电机功率31000kW，额定电压3300V，频率50Hz。刮板转载机选用SZZ1550/525型，主要技术参数为：设计长度60m，转载能力2500t/h，额定电压3300V，装机功率525kW，频率50Hz。破碎机选用PCM400型，主要技术参数为：额定破碎能力3000t/h，装机功率400kW，额定电压3300V，频率50Hz。以上5-2煤回采工作面“三机”均选用国产设备，其中刮板输送机减速器、链条、链轮、中板等部件和材料采用进口。（3）液压支架1）架型选择液压支架是综采工作面主要设备之一，目前美国长壁工作面中液压支架基本以掩护式为主，约占全部架型的96%，且有向两柱式发展的明显趋势。液压支架技术另一重大突破是控制系统，应用电液控制技术，采用电磁（或微电机）控制的先导阀，先进可靠的压力和位移传感器，灵活自由编程的微处理机技术，红外遥感技术等现代科技成果，使液压支架的动作自动连续进行，移架速度大大提高，支架循环时间达到68s。配合采煤机的煤岩识别系统等先进技术，可实现工作面自动控制。美国1994年共有80个长壁工作面，其中有70个工作面是电液控制的工作面，占87.5%，使用两柱掩护式支架73套，占91.25%，是美国长壁工作面使用的主要架型，支架工作阻力大部分在70008000kN，最大的两柱掩护式支架工作阻力达到9800kN。美国煤层赋存平缓，埋藏浅，顶板一般为砂岩或砂质页岩，中等稳定和稳定类型，底板多为页岩和砂岩，也较稳定。多年的生产实践表明，高工作阻力的二柱掩护式支架能适应顶底板属于中等稳定的长壁工作面。本井田初期盘区内煤层埋深在160m以内，煤层赋存平缓，顶板一般为粉砂岩，中等稳定和稳定类型，底板为泥质粉砂岩、砂页岩，也较稳定。根据神东矿区投产的大柳塔矿和补连塔矿高产高效工作面的经验，高工作阻力的二柱掩护式支架能适应顶底板属于中等稳定的长壁工作面。结合国内外高产高效工作面经验，结合我国架型选择要求，回采工作面液压支架采用掩护式，支架的顶梁要求采用整体刚性结构，不使用铰接顶梁，以使掩护式支架具有结构简单、操纵方便、造价较低、便于维修的特点，带一个护帮板，支架底座采用带有提底座千斤顶的刚性底座。2）支架高度支架支护高度按下式计算确定：最大高度：HmaxMmax+S1式中：Mmax工作面设计最大采高，取6.0m；S1伪顶厚度或浮煤冒落厚度，取0.3m。最小高度：HminMmin -S2式中：Mmin工作面设计最低采高，取3.2m；S2顶板最大下沉量和支架前移时的最小可缩量，取0.25m。根据以上公式计算，液压支架的最大高度为6.3m，最小高度2.95m左右。3）支架支护强度的计算支架支护强度按以下经验公式计算：P=(68)M式中：P支架支护强度，t/m2；M采高，取6.0m；顶板岩石容重，取2.6t/m3。经计算，液压支架的支护强度为：93.6124.8t/m2。根据支架支护强度的计算，借鉴国内外液压支架选型经验及高产高效工作面的特点，对5-2煤回采工作面液压支架的技术参数要求如下：架型为掩护式，支撑高度2.86.3m，支护强度不小于120t/m2（1.2Mpa），工作阻力大于10000 kN，推移行程不小于950mm，支架中心距1750mm。移架方式采用电液阀控制并要求能与采煤机联动，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。根据以上技术要求，设计初步选择国产ZY12000/28/63D型掩护式液压支架，其电液控制系统、密封件、液压阀、胶管、接头等采用进口部件。主要技术参数为：支撑高度2.86.3 m，支架中心距1750 mm，工作阻力12000kN，支架重量43t/架。（4）顺槽可伸缩胶带输送机顺槽可伸缩胶带输送机的铺设长度要与工作面推进长度相适应，小时运量应与工作面生产能力相匹配。经计算，工作面顺槽胶带机选型需要满足以下参数：运量2500t/h，带宽1.4m，V=4.0m/s，PVG2500，电机功率3500kW，电压等级1140V，运输长度2350m。（5）乳化液泵站、喷雾泵站为提高液压支架支护速度，与采煤机切割速度相适应，要求乳化液泵站具有大压力、大流量，并保证设备冷却等安全使用要求。因此，乳化液泵站、喷雾泵站考虑采用引进设备。主要技术参数为：乳化液泵站选用引进的S375型，由四台乳化液泵、二台乳化液箱组成，工作压力37.5MPa，公称流量430L/min，总功率4280kW，额定电压1140V，频率50Hz。喷雾泵站选用引进的S300型，由三台泵、一个水箱组成，工作压力14.3MPa，公称流量500L/min，总功率3160kW，额定电压1140V，频率50Hz。5-2煤层大采高综采工作面主要采煤设备技术特征见表4.1-1。23-1、4-2煤层长壁综采工作面设备选型考虑到矿井达产时将转入上部3-1、4-2煤层开采，届时布置1个4-2煤回采工作面和1个3-1煤回采工作面，即3-1煤与4-2煤搭配开采，保证矿井6.0Mt/a设计生产能力。故本次设计对3-1煤和4-2煤回采工作面主要设备也进行了初步选择。3-1煤层厚度在2.343.10m之间，平均2.82m；4-2号煤层厚度1.704.05m，平均厚度3.34m，两层煤均属中厚煤层，开采技术条件类似。故设计按4-2号煤层条件统一进行配备选型，以方便设备采购和管理。5-2煤层综采工作面主要设备选型及技术特征表表4.1-1序号设备名称型号主要技术特征备注1采煤机7LS7采高3.26.3m,截深0.865m，装机功率2345kW，电压3300V引进2掩护式液压支架ZY12000/28/63D支架高度 2.86.3m，中心距1750mm，电液阀控制，工作阻力12000kN，重量43t3液压支架过渡架ZY12000/28/55D支架高度 2.85.5m，中心距1750mm，电液阀控制，工作阻力12000kN4液压支架端头架ZY12000/28/55D支架高度 2.85.5m，中心距1750mm，电液阀控制，工作阻力12000kN5可弯曲刮板输送机SGZ1250/31000设计长度260m，运输能力2500t/h，功率31000kW，电压3300V6破碎机PCM400破碎能力3000t/h，功率400kW，电压3300V7转载机SZZ1550/525输送能力 2500t/h，设计长度60m，功率525kW，电压3300V8可伸缩胶带输送机带宽1400mm，PVG2500，输送能力2500t/h，运距2350m，功率3500kW，电压1140V9乳化液泵站S375工作压力37.5Mpa，公称流量430L/min，功率4280kW，电压1140V，四泵二箱引进10喷雾泵站S300工作压力14.3Mpa，公称流量500L/min，功率3160kW，电压1140V，三泵一箱引进（1）采煤机3-1煤与4-2煤搭配开采时，按矿井设计生产能力6.0Mt/a考虑，每个长壁综采工作面日产量应在9000t/d左右，则采煤机的平均截割牵引速度可按下式计算：式中：L工作面长度，m；取260mH采高，m；平均取3.3mB截深，m；取0.8mg煤层容重，t/m3；取1.32 t/m3T每班工作时间，h；取6hI采煤机开缺口行程，m；取50mK采煤机组开机率，%；取55%C工作面回采率，%。取95%经计算，采煤机的平均截割牵引速度V5.39m/min，平均割煤能力1141t/h。为使工作面产量均衡，采煤机的实际截割牵引速度应根据煤层厚薄变化适当调整，空载时要求其速度不小于15m/min，以减少辅助工作时间。按照能耗系数法，根据平均牵引速度及割煤能力，求得采煤机功率为9131027kW。考虑切割硬煤的要求，应适当加大采煤机的切割功率。设计选用国产大功率电牵引双滚筒采煤机，其主要技术参数需满足如下条件：装机功率1500kW左右，截深0.8m，最大采高4.5m，额定生产能力大于1200t/h，牵引方式为链轨式或销排式无链电牵引，额定电压3300V，频率50Hz。初步选择MGTY650/1800-3.3D型，采高2.54.5m，截深0.8m，装机功率1805kW，电压3300V。（2）工作面可弯曲刮板输送机、转载机、破碎机按照运输能力与采煤机生产能力相适应，并留有一定的峰值富余系数考虑：Q=60VMBg式中：Q采煤机小时割煤量，t/h；V采煤机牵引速度，取5.39m/min；M煤层开采厚度，平均取3.3m； B截深，取0.8m； g煤的容重，1.32t/m3； 有效截割系数，取0.9。经计算，采煤机的生产能力Q1015t/h根据环节能力配套的原则，工作面刮板输送机、转载机、破碎机的生产能力均应不小于1015t/h。故选择工作面刮板输送机、转载机、破碎机选型如下：可弯曲刮板输送机选用SGZ880/800型，主要技术参数为：设计长度260m，运输能力1500t/h，电机功率4002kW，额定电压1140V，频率50Hz。刮板转载机选用SZZ900/315型，主要技术参数为：设计长度50m，转载能力1500t/h，额定电压1140V，装机功率315kW，频率50Hz。破碎机选用PCM160型，主要技术参数为：额定破碎能力1800t/h，装机功率160kW，额定电压1140V，频率50Hz。（3）液压支架1）支架高度支架支护高度按下式计算确定：最大高度：HmaxMmax+S1式中：Mmax工作面设计最大采高，取4.0m；S1伪顶厚度或浮煤冒落厚度，取0.2m。最小高度：HminMmin -S2式中：Mmin工作面设计最低采高，取2.3m；S2顶板最大下沉量和支架前移时的最小可缩量，取0.25m。根据以上公式计算，液压支架的最大高度为4.2m，最小高度2.05m左右。2）支架支护强度的计算支架支护强度按以下经验公式计算：P=(68)M式中：P支架支护强度，t/m2；M采高，取4.0m；顶板岩石容重，取2.6t/m3。经计算，液压支架的支护强度为：62.483.2t/m2根据上述计算，对液压支架的技术参数要求如下：架型为掩护式，支撑高度2.04.2m，支护强度不小于85t/m2（0.85Mpa），工作阻力大于800t，推移行程不小于900mm，支架中心距1750mm。移架方式采用电液阀控制并要求能与采煤机联动，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。根据以上技术要求，设计初步选择ZY8500/20/42型，主要技术参数为：支撑高度2.04.2 m，支架中心距1750 mm，工作阻力8500kN，初撑力58176715kN，支架重量32t/架。（4）顺槽可伸缩胶带输送机顺槽可伸缩胶带输送机的铺设长度要与工作面推进长度相适应，小时运量应与工作面生产能力相匹配。经计算，工作面顺槽胶带机选型需要满足以下参数：运量1500t/h，带宽1.2m，V=3.15m/s，PVG2000，电机功率2400kW，电压等级1140V，运输长度2000m。（5）乳化液泵站为提高液压支架支护速度，与采煤机切割速度相适应，要求乳化液泵站具有大压力、大流量，据此设计选用S375型乳化液泵站，该泵站由四台乳化液泵，二台乳化液箱组成，工作压力37.5MPa，公称流量430L/min，总功率2803kW。（6）喷雾泵站设计选用S300型喷雾泵站，该泵站由三台泵一个水箱组成，工作压力14.3MPa，公称流量500L/min，总功率1602kW。3-1、4-2煤层综采工作面主要采煤设备技术特征见表4.1-2。3-1、4-2煤层综采工作面主要设备选型及技术特征表表4.1-2序号设备名称型号主要技术特征备注1采煤机MGTY650/1800-3.3D采高2.54.5m,截深0.8m，装机功率1805kW，电压3300V2掩护式液压支架ZY8500/20/42支架高度 2.04.2m，宽度1750mm，电液阀控制，工作阻力8500kN，重量32t3可弯曲刮板输送机SGZ880/800设计长度260m，运输能力1500t/h，功率2400kW，电压1140V4破碎机PCM160破碎能力1800t/h，功率160kW，电压1140V5转载机SZZ900/315输送能力 1500t/h，出厂长度30m，功率315kW，电压1140V6可伸缩胶带输送机带宽1200mm，带速3.15m/s，PVG2000，输送能力1500t/h，运距2000m，功率2400kW，电压1140V7乳化液泵站S375工作压力37.5Mpa，公称流量430L/min，功率3280kW，电压1140V，四泵二箱8喷雾泵站S300工作压力14.3Mpa，公称流量500L/min，功率2160kW，电压1140V，三泵一箱4.1.3 回采工作面支护及顶板管理工作面支护：工作面采用掩护式液压支架支护顶板，上、下端头支护采用端头液压支架，工作面巷道超前支护采用超前支架及悬浮式液压支柱，超前支护距离不小于25m。顶板管理方式：分析顶板岩性结构，并参照邻区神府东胜矿区的实践，本矿井主采煤层的顶板属较易垮落顶板，回采工作面移架后，顶板岩石可自行垮落，故各煤层工作面均采用全部垮落法管理顶板。4.1.4 工作面回采方向与超前关系工作面回采方向为后退式。在开采有压茬关系煤层时，应先采上部煤层后采下部煤层，上层煤开采半年后方可布置下层煤回采巷道。4.1.5 回采工作面参数的确定4.1.5.1 采高国内外对于厚煤层一次采全厚综采的合理采高进行了大量研究，认为采高并非愈大愈好，采高大小必须与煤层地质条件、目前的综采设备技术水平及采煤工艺各环节的配套能力相适应。对于目前我国的具体条件来说，综采工作面的采高存在着一个合理的取值范围。实践证明，当加大工作面的采高时，工作面顶板压力随之增大，煤壁前方支承应力集中程度亦随之增大，从而加剧工作面煤壁片帮和冒顶。从国内及世界主要产煤国家大采高综采设备的使用情况来看，现阶段长壁式大采高综采在技术上的可靠高度一般为6.0m以下，目前我国已出现采高6.3m的大采高液压支架。本井田5-2号煤厚度2.477.35m、平均厚度5.66m；4-2号煤厚度1.704.05m、平均厚度3.34m；3-1号煤层厚度2.343.10m，平均2.82m。为了尽量减少煤厚损失，提高资源回收率，5-2煤平均采高按6.0m考虑，4-2煤平均采高按3.3m考虑，3-1煤平均采高按2.8m考虑。4.1.5.2 工作面长度及推进长度工作面长度的增加有利于提高盘区回采率、降低巷道掘进率，更重要的是降低工作面辅助作业时间、提高了工作面开机效率，从而达到提高工作面单产的效果。目前国内高产高效综采工作面长度已达到200250m，并已出现300m长的工作面；国外高产高效综采工作面长度已达到250350m。参照榆家梁矿、补连塔矿、大柳塔矿的经验，结合本矿工作面煤层平缓、装备先进，煤层厚度适中的特点，为加快推进速度，减少工作面片帮，加强顶板管理，设计确定回采工作面长度为260m。根据目前国内外工作面推进长度统计资料，美国平均达2570m，最大达5365m，澳大利亚平均达1874m；国内神东矿区高产高效矿井工作面推进长度最大已达6000m。提高工作面推进长度，可以减少搬家倒面次数，被视为工作面连续稳产高产的重要因素。本井田一盘区各煤层受火烧区及常家沟水库安全煤柱的影响，工作面推进长度差别比较大。结合井田开拓方式和盘区布置，首采一盘区工作面推进长度为19005000m。4.1.5.3 回采工作面循环数及年推进度在工作面长度一定的条件下，回采工作面年推进度主要取决于采煤机截深、牵引速度和开机率。采煤机截深：目前，综采工作面的采煤机截深一般为0.6m，高效工作面为0.81.0m，考虑到本矿设计能力，为加快采煤机割煤速度，设计确定井5-2煤综采工作面截深0.865m，4-2、3-1煤综采工作面截深0.8m。采煤机割煤速度：提高采煤机割煤速度有利快速移架减少片帮，以利于顶板管理，设计5-2煤回采工作面采煤机割煤速度为4.46m/min，4-2、3-1煤回采工作面采煤机割煤速度为5.39m/min。采煤机开机率：根据神东矿区引进成套综采工作面设备矿井的生产实践，其采煤机组的平均开机率均在70%以上。本矿井为新建矿井，考虑到管理水平及开采经验较少，设计预留一定的富余，5-2煤综采工作面采煤机开机率初期按35%考虑，4-2、3-1煤综采工作面开机率按55%考虑。工作面回采工艺：为双向进刀、双向割煤，采煤机每割一刀为一个循环，开缺口运行长度按延长50m计。根据煤炭工业矿井设计规范（GB50215-2005），矿井设计年工作日330d，每天四班作业，其中三班生产，一班检修准备，每班工作时间6h。根据以上确定的技术指标计算，矿井初期按3.0Mt/a考虑时，5-2煤综采工作面年推进度为1713m，达产时4-2、3-1煤综采工作面年推进度为2904m。详见表4.1-3。回采工作面技术参数表表4.1-3项 目技术参数项 目技术参数5-2煤层综采工作面工作面长度（m）260每班有效工作时间(min)126采煤高度（m）6.0每日生产班数（个）3煤体容重（t/m3）1.32日循环数（个）6有效截深（mm）865年工作日（日）330每循环时间（min）70年推进度（m）17134-2煤层综采工作面工作面长度（m）260每班有效工作时间(min)198采煤高度（m）3.3每日生产班数（个）3煤体容重（t/m3）1.32日循环数（个）11有效截深（mm）800年工作日（日）330每循环时间（min）58年推进度（m）29043-1煤层综采工作面工作面长度（m）260每班有效工作时间(min)198采煤高度（m）2.8每日生产班数（个）3煤体容重（t/m3）1.29日循环数（个）11有效截深（mm）800年工作日（日）330每循环时间（min）58年推进度（m）29044.1.6 工作面和盘区回采率4.1.6.1 工作面回采率影响一次采全高综采工作面回采率的因素主要是煤厚变化与综采装备的采高范围不完全匹配，张家峁矿井5-2号煤厚度2.477.35m，综采设备最大采高6.3m。当煤厚大于6.3m时就会造成明显的丢煤损失。另外再考虑丢失的浮煤等损失，工作面回采率按93%计算。4-2煤层厚度1.704.05m； 3-1煤层厚度2.343.10m。综采设备最大采高4.2m。当煤厚大于4.2m时就会造成明显的丢煤损失。另外再考虑丢失的浮煤等损失，工作面回采率按95%计算。4.1.6.2 盘区回采率一般说来影响盘区回采率的因素有盘区隔离煤柱损失，区段煤柱及顺槽顶煤损失，无法布置工作面开采的边角煤损失等。根据上述因素及已确定的工作面回采率，考虑边角煤采用连续采煤机回采，盘区回采率可以达到7580%。在投产后的开采过程中，应积极探索缩小煤柱尺寸，创造条件对巷道煤柱进行回收，以有效提高盘区回采率。4.1.7 回采工作面生产能力本矿井移交投产时，井下共布置1个5-2煤回采工作面、2个综掘工作面，另考虑1个普掘工作面。达产时布置4-2、3-1煤2个回采工作面，再增加2个连续采煤机工作面。4.1.7.1 长壁综采工作面生产能力回采工作面生产能力按下式计算：式中：工作面生产能力，t/a；工作面长度，m；工作面年推进度，m；工作面采高，m；煤的容重，t/m3；工作面回采率。经计算，初期5-2煤回采工作面生产能力为3.28Mt/a，达产时4-2煤回采工作面生产能力为3.12Mt/a，3-1煤回采工作面生产能力为2.59Mt/a。详见表4.1-4。4.1.7.2 连采机工作面生产能力矿井达产时布置4-2、3-1煤2个回采工作面，由于长壁综采工作面产量大、推进速度快，为保证工作面正常接续，设计配备2个连采机掘进工作面。连采机掘进速度按每月1500m考虑，煤巷平均断面为17.5m2，掘进不均衡系数取0.6，则2个连采机工作面年产量为： A连17.51.321500120.620.50Mt/a回采工作面特征表表4.1-4时期工作面平均采高(m)长度(m)年推进度(m)煤体容重(m3)工作面回采率生产能力（Mt/a）投产3.0 Mt/a5-2煤综采工作面6.026017131.320.933.28综掘工作面（2个）0.152合 计3.58达产6.0 Mt/a3-1煤综采工作面2.826029041.290.952.594-2煤综采工作面3.326029041.320.953.12综掘工作面（2个）0.152连采工作面（2个）0.252合 计6.514.2 盘区布置4.2.1 达到设计生产能力时的盘区数目及位置4.2.1.1 首采盘区位置的选择首采盘区位置选择着重考虑了如下因素：1初期盘区应尽量布置在井底附近，以减少初期大巷的开拓工程量，缩短投产时间，节省矿井初期投资。2资源勘探控制程度高，煤层赋存条件及开采条件好。3尽量扩大单个盘区尺寸，以减少工作面搬家倒面次数，增加盘区储量，以满足工作面生产能力和盘区服务年限要求。设计本着早出煤早见效的原则，结合井田开拓推荐方案，确定投产盘区为一盘区。一盘区走向长6.46.9km，倾斜宽3.16.2km，面积31.2km2，可采储量234.23Mt，工作面推进距离19005000m。4.2.1.2 盘区和工作面数目设计矿井移交生产和达到设计生产能力时共布置1个盘区（一盘区）。移交生产时盘区内布置1个5