【正文】 機(jī)械化采煤，全部垮落法管理頂板。采煤機(jī)雙向割煤，端頭斜切進(jìn)刀，一刀結(jié)束后，做下一次斜切進(jìn)刀，進(jìn)刀到位后，全面成組移溜子和支架，一次拉直，工作面內(nèi)成最小控頂距狀態(tài)，然后前壁割煤與架后充填同步進(jìn)行。見附圖——工作面布置圖F10011651。第三節(jié) 采煤工作面裝備與技術(shù)參數(shù)一、技術(shù)參數(shù)由于初期只在一盤區(qū)開采,設(shè)定的開采工藝為大采高綜采，因此以下參數(shù)不包括綜放開采的二盤區(qū)綜放工藝。 工作面長(zhǎng)度《煤礦綜采采區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB505362009）：“采煤工作面參數(shù)應(yīng)根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造、煤層賦存與開采技術(shù)條件、采煤方法及工藝、技術(shù)裝備等因素，綜合分析合理確定，并應(yīng)符合下列規(guī)定：（1）長(zhǎng)壁工作面長(zhǎng)度，不宜小于150m；開采條件適宜的宜大于200m。（2）同一綜采工作面的長(zhǎng)度在生產(chǎn)過程中宜保持不變。（3）工作面推進(jìn)長(zhǎng)度宜使工作面具有1年以上生產(chǎn)時(shí)間。結(jié)合本礦井地質(zhì)條件、開拓系統(tǒng)以及投資、工作面管理及產(chǎn)量等方面的因素，首采大采高作面傾斜長(zhǎng)度確定為220m，工作面越長(zhǎng)，煤壁暴露時(shí)間越長(zhǎng)，煤壁片幫冒頂現(xiàn)象越嚴(yán)重。大采高綜采進(jìn)刀數(shù)與工作面長(zhǎng)度關(guān)系見表631。表631 大采高綜采進(jìn)刀數(shù)與工作面長(zhǎng)度關(guān)系工作面長(zhǎng)度/m截深/m割煤厚度/m回收率/%容重/tm3日產(chǎn)量/t不均衡系數(shù)日進(jìn)刀數(shù)/刀160~931212019~14180~931212017~13200~931212015~12220~93909014~11240~93909013~10工作面推進(jìn)長(zhǎng)度對(duì)于綜合機(jī)械化開采工作面，為了延長(zhǎng)工作面壽命，減少搬家次數(shù)，應(yīng)盡量加大工作面的推進(jìn)長(zhǎng)度，但長(zhǎng)度太大會(huì)增加掘進(jìn)時(shí)期通風(fēng)的難度，運(yùn)輸距離長(zhǎng)，管理難度大。礦井一盤區(qū)位置靠近井底車場(chǎng)，東西兩翼展長(zhǎng)在2700～2900m左右。盤區(qū)布置方式為借用水平大巷分區(qū)條帶開采開拓方式。五條大巷（輔運(yùn)集中巷布置三條），分別為運(yùn)輸機(jī)大巷，東西輔助運(yùn)輸大巷和東西回風(fēng)大巷。五條大巷平行布置，都設(shè)于煤層中。根據(jù)盤區(qū)所圈定范圍，工作面推進(jìn)長(zhǎng)度為2700m。采煤機(jī)截深目前我國(guó)大采高高產(chǎn)高效工作面所采用的截深一般為800mm或865mm。國(guó)內(nèi)外5m以上大采高工作面采煤機(jī)普遍采用865mm截深的滾筒，配套大采高液壓支架，生產(chǎn)系統(tǒng)配套性能良好，按照采煤機(jī)滾筒截深與工作面截距一致性原則，采煤機(jī)滾筒截深確定為865mm。工作面采高礦井3號(hào)煤層大采高綜采工作面的割煤高度確定，主要考慮了以下幾個(gè)方面的因素：①①煤層厚度影響根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，～。統(tǒng)計(jì)全礦區(qū)鉆孔，3號(hào)煤層厚度統(tǒng)計(jì)見表632?！?，～％，％。表632 不同鉆孔煤層厚度數(shù)量統(tǒng)計(jì)表厚度/m≤~~~~≥鉆孔數(shù)量212171433礦井范圍內(nèi)不同煤厚的儲(chǔ)量大小如表633所示（因采用插值法計(jì)算，儲(chǔ)量與地質(zhì)報(bào)告中略有不同），～%。表633 不同煤層厚度儲(chǔ)量表厚度/m＜~~~~~~~~~~＞儲(chǔ)量/Mt比例/% 通過對(duì)3號(hào)煤層厚度的統(tǒng)計(jì)分析可以發(fā)現(xiàn)，％，％，特別是一盤區(qū)，，煤層厚度較穩(wěn)定，適宜采用3m～6m割煤高度的大采高綜采。②煤壁片幫冒頂影響割煤高度越大、煤壁片幫冒頂越嚴(yán)重，采用FLAC3D數(shù)值模擬軟件分析3號(hào)煤層不同割煤高度對(duì)片幫冒頂?shù)挠绊懣梢钥闯?，在采高?m～5m的條件下，選取一定的支護(hù)強(qiáng)度，保持較快的推進(jìn)速度，能夠?qū)⒚罕诘乃轿灰瓶刂圃谳^合理的范圍內(nèi)。在采高5m～6m的條件下，煤壁水平位移相對(duì)會(huì)明顯增大，但考慮到采高增加會(huì)適當(dāng)提高資源回收率。鄰近霍爾辛赫煤礦的趙莊礦同樣開采3號(hào)煤層，該礦開采3301工作面采用了ZY12000/ 28/ 62D型兩柱掩護(hù)式支架，割煤高度達(dá)到6m?！?，工作面煤壁片幫等大部分控制在300～500mm，局部受來壓等影響達(dá)到1000mm。趙莊礦3301工作面采用改進(jìn)設(shè)計(jì)的大采高液壓支架（采用了伸縮梁和二級(jí)護(hù)幫板設(shè)計(jì)），采用合理的采煤工藝流程，以及加強(qiáng)工作面管理，順利實(shí)現(xiàn)了大采高工作面回采。綜合考慮上述因素，參考鄰近礦井的生產(chǎn)情況以及工作面位置的煤層厚度，在回采過程中根據(jù)煤壁的穩(wěn)定性再適當(dāng)調(diào)整割煤高度，使之達(dá)到安全高效生產(chǎn)。工作面生產(chǎn)能力（1）日進(jìn)度工作面日推進(jìn)度按下式進(jìn)行計(jì)算：式中：n——日循環(huán)數(shù)； L——工作面長(zhǎng)度，220m； k1——生產(chǎn)不均衡系數(shù)，取k1=； ——工作面日產(chǎn)量，按9090t計(jì)算； H——煤層采厚，； B——循環(huán)進(jìn)尺。 ——煤體容重，179。； C——工作面回采率，93%。根據(jù)計(jì)算結(jié)果。在大采高綜采工作面長(zhǎng)度220m情況下，可滿足年產(chǎn)達(dá)到300萬t的要求。（2）計(jì)劃日循環(huán)數(shù)統(tǒng)計(jì)的工作面正規(guī)循環(huán)率為90%，則計(jì)劃日循環(huán)數(shù)為12刀（個(gè)）。二、工作面裝備（一）工作面設(shè)備合理配套的前提根據(jù)該礦厚煤層資源豐富等特點(diǎn)，工作面設(shè)備選型與配套設(shè)計(jì)必須以提高回收率，滿足通風(fēng)要求，實(shí)現(xiàn)工作面高產(chǎn)高效為中心，通過工作面設(shè)備的合理選型與配套。（二）工作面主要設(shè)備選型工作面液壓支架液壓支架的選型既要考慮設(shè)備先進(jìn)性，又要考慮性能穩(wěn)定可靠、經(jīng)久耐用。根據(jù)3號(hào)煤層的頂板條件，考慮國(guó)內(nèi)外高產(chǎn)高效礦井的成功經(jīng)驗(yàn)和發(fā)展方向，選用兩柱掩護(hù)式液壓支架。（1）支架中心距考慮支架的穩(wěn)定性以及大采高兩柱掩護(hù)式支架已向大中心距方向發(fā)展。，不但可以大大提高支架的穩(wěn)定性，而且可以減少支架數(shù)量，簡(jiǎn)化電液控制系統(tǒng)，降低設(shè)備投入成本，提高移架速度。 （2）支架高度。為滿足過斷層需要應(yīng)盡量縮小最小采高。（3）支架工作阻力目前，支架工作阻力計(jì)算還沒有統(tǒng)一的公式和理論，天地科技股份有限公司經(jīng)過多年的研究和實(shí)踐認(rèn)為，采用工程類比和數(shù)值模擬方法能很好的計(jì)算支架工作阻力和支護(hù)強(qiáng)度。本項(xiàng)目采用這兩種方法計(jì)算工作阻力。即：工程類比分析法和支架與圍巖相互作用關(guān)系的數(shù)值模擬方法。①工程類比與本礦井條件相似的為趙莊煤礦，天地科技股份有限公司對(duì)該煤礦3301大采高工作面礦壓進(jìn)行了觀測(cè)，支架型號(hào)為ZY8640/，觀測(cè)了3條測(cè)線，位置分別為：332號(hào)架；6668號(hào)架；9997號(hào)架。支架實(shí)測(cè)工作阻力和支護(hù)強(qiáng)度占額定工作阻力和支護(hù)強(qiáng)度的比值如表634所示，從表中可以看出，實(shí)測(cè)工作阻力和支護(hù)強(qiáng)度平均值只有額定值的80～90%，最大值超出額定值6～8%。因此，支架工作阻力和支護(hù)強(qiáng)度基本可以滿足3301工作面支護(hù)要求。根據(jù)與趙莊3301工作面支架工作類比分析可知，本礦首采大采高工作面支架工作阻力至少應(yīng)大于9000kN。②數(shù)值模擬針對(duì)3號(hào)煤層的賦存條件，構(gòu)建FLAC3D數(shù)值模擬模型。在不同支護(hù)強(qiáng)度表634 3301工作面支架工作阻力及支護(hù)強(qiáng)度實(shí)測(cè)架號(hào)實(shí)測(cè)支架工作阻力實(shí)測(cè)支架支護(hù)強(qiáng)度平均與額定值之比/%最大值與額定值之比/%平均值/kN均方差/kN最大值/kN平均值/MPa最大值/MPa317795141592106671061951915695735916879359條件下支架上方頂板不同位置處的下沉位移曲線。通過比較分析，進(jìn)而確定頂板下沉位移與工作面支架支護(hù)強(qiáng)度之間存在的規(guī)律。為了確定合理的支護(hù)強(qiáng)度，統(tǒng)計(jì)了不同支護(hù)強(qiáng)度下不同位置處的頂板最大下沉量，支護(hù)強(qiáng)度與頂板最大下沉位移關(guān)系見圖631所示。由圖631可見，隨著支架支護(hù)強(qiáng)度的增大而下沉位移減小，支架支護(hù)強(qiáng)度的增大對(duì)控制頂板下沉作用極為明顯；，支架支護(hù)強(qiáng)度的增大對(duì)控制頂板下沉作用逐漸減弱，并逐漸趨于穩(wěn)定，此時(shí)頂板下沉位移也已經(jīng)達(dá)到一個(gè)較小值?！D631 支護(hù)強(qiáng)度與頂板最大下沉位移關(guān)系圖數(shù)值模擬表明，礦井3號(hào)煤層大采高綜采工作面支架的合理支護(hù)強(qiáng)度。根據(jù)上述選取結(jié)果，并參考趙莊礦大采高綜采面支護(hù)強(qiáng)度。再根據(jù)配套尺寸、支架頂梁長(zhǎng)度、控頂距算出支架工作阻力：式中：——支架工作阻力，kN； ——支架的支護(hù)強(qiáng)度，； ——空頂距， ——頂梁長(zhǎng)度， ——支架寬度，代入值可以求得：=1000（+）=根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，考慮一定的富裕系數(shù)，工作阻力確定為12000kN。工作面基本支架確定為ZY12000/30/62D型兩柱掩護(hù)式液壓支架。在工作面上、下端頭的機(jī)頭處布置3組過渡支架。選用ZYG12000/28/50D型掩護(hù)式液壓支架。為了減輕工作面下端頭管理難度，降低工作面工人勞動(dòng)強(qiáng)度，設(shè)計(jì)采用端頭支架。端頭支架選用ZYT14400/28/50D型掩護(hù)式液壓支架。所有支架均采用電液控制。采煤機(jī)按年330個(gè)工作日計(jì)算，雙向割煤采煤機(jī)平均落煤能力由下式計(jì)算：式中：——采煤機(jī)平均日產(chǎn)量，12120t/d； L——工作面長(zhǎng)度，220m； Ls——輸送機(jī)彎曲段長(zhǎng)度，25m； Lm——采煤機(jī)兩滾筒中心距，13m； ——實(shí)體煤容重，； ——工作面回采率，92%； Td——采煤機(jī)返向時(shí)間，3min； B——采煤機(jī)截深，； H——平均采高，； K——采煤機(jī)平均日開機(jī)率， 。綜采工作面采煤機(jī)平均落煤能力，帶入?yún)?shù)計(jì)算得： t/h綜采工作面采煤機(jī)平均割煤速度：=m/min考慮采煤機(jī)割煤不均衡性，綜采工作面采煤機(jī)最大割煤速度：=按采煤機(jī)單位能耗計(jì)算采煤機(jī)的截割功率為：式中：——采煤機(jī)截割功率，kW； ——備用系數(shù)，； ——采煤機(jī)割煤?jiǎn)挝荒芎模蛎簩訉儆谲浢?，?。則大采高綜采工作面采煤機(jī)截割功率：kW經(jīng)計(jì)算，采煤機(jī)截割功率應(yīng)不小于1008kW。根據(jù)我國(guó)年產(chǎn)在400萬t左右礦井的開采實(shí)踐，采煤機(jī)選用MG750/1815GWD 型交流電牽引采煤機(jī)。工作面輸送機(jī)①刮板輸送機(jī)能力核算，選擇工作面刮板輸送機(jī)的運(yùn)輸能力應(yīng)滿足采煤機(jī)最大落煤能力的要求：式中：——考慮運(yùn)輸方向及傾角系數(shù)。 ——采煤機(jī)與刮板輸送機(jī)同向運(yùn)動(dòng)時(shí)的修正系數(shù)，； ——采煤機(jī)割煤速度不均勻系數(shù)。t/h②刮板輸送機(jī)選型刮板輸送機(jī)電機(jī)功率計(jì)算：式中：——刮板鏈+刮板單位長(zhǎng)度的質(zhì)量，約60kg/m； ——煤?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度的質(zhì)量，kg/m，其中為運(yùn)量（采煤機(jī)最大割煤量/生產(chǎn)不均衡系數(shù)），為刮板鏈速度； ——刮板輸送機(jī)的長(zhǎng)度，225m； ——安裝傾角，按7?； ——刮板鏈繞鏈輪的阻力附加系數(shù)，～。 ——中部槽彎曲的運(yùn)行阻力附加系數(shù)，～。 ——煤的阻力系數(shù)，見表635； ——刮板鏈阻力系數(shù)，見表635。 =+=表635 阻力系數(shù)值鏈子種類單鏈～～雙鏈～～===1106kW工作面刮板輸送機(jī)功率不小于為1147kW，選用SGZ1000/2855型鑄焊封底式刮板輸送機(jī)輸送機(jī)，其基本參數(shù)如下：刮板機(jī)型號(hào)：SGZ1000/2855鑄焊封底式總裝機(jī)功率：2855KW最大輸送能力：2500t/h設(shè)計(jì)長(zhǎng)度：225m鏈速：轉(zhuǎn)載機(jī)①轉(zhuǎn)載機(jī)生產(chǎn)能力核算轉(zhuǎn)載機(jī)的生產(chǎn)能力應(yīng)能滿足刮板輸送機(jī)的卸載要求，其生產(chǎn)能力按下式計(jì)算：式中：——轉(zhuǎn)載機(jī)生產(chǎn)能力，t/h； ——刮板輸送機(jī)實(shí)際需運(yùn)煤最大能力，1720t/h； ——不均勻系數(shù)。代入計(jì)算，則轉(zhuǎn)載機(jī)生產(chǎn)能力： t/h②轉(zhuǎn)載機(jī)型號(hào)選擇根據(jù)3號(hào)煤層大采高綜采的開采要求，按照轉(zhuǎn)載機(jī)的運(yùn)輸能力的計(jì)算，可選用的SZZ1200/375型整體焊接箱式結(jié)構(gòu)橋式轉(zhuǎn)載機(jī)并采用自移系統(tǒng)與皮帶機(jī)尾連接，其主要技術(shù)參數(shù)：轉(zhuǎn)載機(jī)型號(hào)：SZZ1200/375轉(zhuǎn)載機(jī)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度：35m裝機(jī)功率：375kW輸送能力：2500t/h中部槽規(guī)格：1200mm刮板鏈速度：圓環(huán)鏈規(guī)格：φ38137Dmm，冷卻方式：水冷卻轉(zhuǎn)載機(jī)前移方式：邁步自移邁步自移行程：1100mm.破碎機(jī)破碎機(jī)選用與轉(zhuǎn)載機(jī)相配套的PCM375型錘式破碎機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)：破碎機(jī)型號(hào)：PCM375功率：375kW破碎能力：4000t/h破碎形式：錘式最大入料尺寸：12001350mm（長(zhǎng)度不限）最大出料粒度：400mm帶式輸送機(jī)根據(jù)工作面生產(chǎn)能力，選用DSJ120/180/2500可伸縮帶式輸送機(jī)1部，帶式輸送機(jī)技術(shù)規(guī)格：運(yùn)輸能力： Q=1800t/h帶 寬： B=1200mm帶 速： v=帶式輸送機(jī)鋪設(shè)長(zhǎng)度：L=2700m傾角－3176?！?176。；整機(jī)局部適應(yīng)角度： 10186。帶式輸送機(jī)機(jī)提升高度H=80m。功 率：2500KW機(jī)頭集中驅(qū)動(dòng)。乳化液泵及噴霧泵站①乳化液泵站選擇3臺(tái)國(guó)產(chǎn)BRW400/，主要技術(shù)參數(shù)如下：公稱壓力：公稱流量：400L/min電動(dòng)機(jī)功率：250kW泵箱容量：3000L供電電壓：1140V。②噴霧泵站根據(jù)工作面