【正文】 的煤層或分層即難于通過，而這部分資源又難于采出，使回采率降低。統(tǒng)計資料表明，當煤層厚度變異系數(shù)大時，一次采全高綜合機械化采煤法的回采率比放頂煤開采低。綜上分析，常村煤礦S68工作面不適宜采用一次采全高綜合機械化采煤法。一次采全厚綜采放頂煤采煤法我國綜采放頂煤始于20世紀80年代初，20多年來得到了迅速的發(fā)展，目前綜放開采單面年產(chǎn)最高已達1000萬t，我國已成為世界上綜放開采技術發(fā)展最快、擁有綜放工作面最多的國家。實踐證明，在厚煤層中采用放頂煤開采較分層開采具有明顯的優(yōu)越性。（1）綜放開采主要優(yōu)點1）順槽掘進量少，掘進費用低，采掘接替關系緩和；2）搬家倒面次數(shù)少，綜采面搬遷、安裝的費用低；3）較分層開采減少了鋪網(wǎng)工序，降低了材料、工資及巷道維護等費用；4）提高了塊煤率，提高了煤炭售價；5）減少了設備的運行費（如采煤機），相對減少了設備折舊費或租賃費；6）有利于礦井的集中生產(chǎn)和集中控制，有利于實現(xiàn)減面、減人、提效的目標；7）提高勞動生產(chǎn)率，降低成本。資料統(tǒng)計表明，放頂煤比分層開采提高工效2～5倍，噸煤成本降低8～20元，經(jīng)濟效益十分顯著；8）對于厚度變化較大的厚煤層，更利于提高回采率，提高資源利用率。（2）綜放開采的主要缺點34 / 1381）對于厚度穩(wěn)定且采高適宜于分層的煤層，綜放工作面回采率偏低，一般在80%～85% 左右；2）煤塵大，一般比分層開采高出1～3倍；3）對于硬度大、裂隙不發(fā)育、埋藏淺、地壓小的煤層適應性差?；诔４迕旱VS傾角0176?！?176。 的開采地質條件，結合常村煤礦綜放工作面開采設備及豐富的開采技術經(jīng)驗，設計S68工作面采用一次采全厚綜采放頂煤采煤法進行開采。二、工作面生產(chǎn)能力據(jù)常村煤礦采掘接替安排，S68綜放工作面的接替順序為： S612→S68。S6，月。工作面割煤高度與放煤高度工作面割煤高度除應滿足通風行人的要求外，還應考慮設備的投入和機道上方頂煤和煤壁的穩(wěn)定性。采高越大，煤壁越高，越易發(fā)生片幫；但增大機采高度，縮小采放比，可以相應提高資源回收率。依據(jù)常村煤礦S68綜放工作面煤層賦存狀況及設備配備條件， ，放頂煤高度，采放比為1：。采煤機截深與放煤步距采煤機的截深和放煤步距應保證工作面盡可能大的循環(huán)產(chǎn)量，以實現(xiàn)綜放工作面的安全高效生產(chǎn)。放煤步距是確定工作面回采率和含矸率的重要因素，放煤步距過大，回采率下降；放煤步距過小，含矸率增大。常村煤礦綜采放頂煤開采經(jīng)驗認為，當回采工作面采放比為1：1左右時，宜采用35 / 138割一刀放一次煤的“ 一采一放 ”采煤工藝。常村煤礦S68綜放工作面采放比1:，因此采用“一采一放” 的采煤工藝。采煤機截深、工作面循環(huán)進度、。工作面長度影響采煤工作面長度的因素主要包括地質、技術和經(jīng)濟三個方面：地質因素主要有煤層厚度、傾角、圍巖性質和地質構造等；技術因素主要有采煤機、輸送機、頂板管理、工作面通風和巷道布置等；經(jīng)濟方面以生產(chǎn)成本最低、經(jīng)濟效益最好為目標。結合該礦綜采放頂煤開采技術經(jīng)驗、S68工作面的四鄰情況及巷道布置， 。采煤工作面年推進度S68綜放工作面采用“ 一采一放 ”的采煤工藝，每日循環(huán)次數(shù)為 6次，6=。工作面年推進度=日循環(huán)進度 設計年工作日正規(guī)循環(huán)率工作面年推進度 大 =330=1319m。工作面產(chǎn)量及服務年限綜采放頂煤工作面的產(chǎn)量主要由采煤機割煤產(chǎn)量和綜放支架放煤產(chǎn)量兩部分組成。（1） 工作面日割煤產(chǎn)量 （21）gggCLhSQ????式中 —工作面日割煤產(chǎn)量，t/d；—工作面日循環(huán)進度，；—工作面割煤高度，；gh—工作面割煤長度。L—煤的容重， t/m 3；?36 / 138—工作面割煤回收率，95%。gC計算可得常村煤礦S68綜采放頂煤工作面日割煤產(chǎn)量為：t/????（2） 工作面日放煤產(chǎn)量 （22）fff CLhS???式中 —工作面日放煤產(chǎn)量，t/d；f—工作面放頂煤高度，；f—工作面放煤長度，；fL—工作面頂煤回收率，%。fC計算可得常村煤礦S68綜采放頂煤工作面日放煤產(chǎn)量為：t/????（3） 工作面產(chǎn)量計算1）工作面日產(chǎn)量 考慮工作面正規(guī)循環(huán)率的影響，結合工作面日割煤產(chǎn)量和日放煤產(chǎn)量，綜采放頂煤工作面日產(chǎn)量可按式（23）計算。 （23）)(fgZGrQK???式中 —工作面日產(chǎn)量，t/d；r—工作面正規(guī)循環(huán)率。Z計算可得常村煤礦S68綜采放頂煤工作面日產(chǎn)量為：t/(48235)749rQ????2） 工作面年產(chǎn)量與月產(chǎn)量礦井年工作日數(shù)330 d，則工作面年生產(chǎn)能力為：Mt/a74930/??礦井月產(chǎn)量為：Mt/月 萬t/.?0.工作面可開采時間S68工作面設計可采儲量160萬t，因此工作面的可開采時間為：37 / 138??綜上：S68綜放工作面的產(chǎn)量和可采期均符合常村煤礦的采掘接替安排計劃。第三節(jié) 回采工作面裝備常村煤礦為生產(chǎn)礦井，本次設計對現(xiàn)有的回采工作面配套綜放設備進行校核。一、工作面放頂煤液壓支架 m，采放比為1:，采用全部垮落法管理頂板。架型的選擇綜放工作面支架的選擇需要考慮以下幾個方面：煤層地質條件、生產(chǎn)技術條件、經(jīng)濟條件。常村煤礦綜采放頂煤支架架型選擇主要考慮以下幾個因素：（1）支架應有良好的通風、行人空間；（2）設備投資要盡量節(jié)??；（3）支架可靠性高；（4）支架應具有滿足放煤要求的空間。常村煤礦S68綜放工作面的支架為ZF7000/，支架采用鉸接頂梁結構，并配護幫板。為校核該型號支架能否滿足3號煤層進行綜放開采的要求，評價支架的適應性，進行以下分析計算。支架工作阻力驗算（1） 綜采放頂煤支架工作阻力的確定方法目前綜采放頂煤支架工作阻力的確定方法主要有以下幾種：1）～，考慮附加載荷及冒落矸石阻力的影響來確定支架的工作阻力。2）認為支架工作阻力應考慮三部分，即頂煤和直接頂?shù)闹亓?，老頂活動的動載荷38 / 138以及冒落矸石的重量，～。3）運用損傷力學研究頂煤的破裂過程，認為支架承受上覆巖層的外載等于促使頂煤體在豎直方向變形的壓力，并給出了定量的計算公式。4）認為綜放支架載荷由松脫體壓力和老頂回轉變形壓力所確定。在計算老頂回轉變形壓力時考慮了頂煤沿支架頂梁方向上的剛度變化，并給出了積分表達式。5）基于對頂煤自承能力的認識，把直接頂（包括頂煤）分為全穿透型和半穿透型兩種類型，并分別給出了確定初撐力和額定工作阻力的公式。6）認為直接頂為可變形體，同時分析研究了直接頂?shù)淖冃纹茐奶卣?、結構力學特征及剛度，建立了采場直接頂為似剛性、似零剛度和中間型剛度三種條件下采場支架圍巖的整體力學模型。7）認為頂煤的承載能力受“主控破裂帶”的產(chǎn)狀及力學性質的控制，由此建立了控頂區(qū)頂煤的塊體力學模型，提出了控頂區(qū)頂煤承載能力的計算公式。在此基礎上，提出了中硬及中硬以下頂煤綜放支架外載及工作阻力的計算方法和計算公式。（2） 常村煤礦3號煤層綜采放頂煤支架工作阻力的確定1）支架工作阻力的確定方法對于常村煤礦3號煤層綜采放頂煤支架工作阻力的確定主要應用以下兩種方法：①建立在國內(nèi)綜放工作面大量統(tǒng)計數(shù)據(jù)及理論分析基礎之上的統(tǒng)計類比法；②建立在支架工作阻力構成分析基礎之上的估算法。2）支架工作阻力確定的基礎條件S6，采煤機平均割煤高度 ，開采深度為330～412mm，煤的普氏硬度系數(shù)（平均） f＝。3）支架工作阻力的確定①估算法Ⅰ、計算表達式估算法主要考慮煤層開采后冒落帶巖層的重量、頂煤的重量以及基本頂失穩(wěn)時的39 / 138動載對支架的作用力，在此基礎上支架工作阻力計算的表達式為： （26）??dmdqKq???式中 q—工作面支架所需支護強度，N/m 2；Kd—基本頂失穩(wěn)時的動載系數(shù)，據(jù)綜放工作面礦壓觀測結果，一般 Kd=～；qm—冒落帶巖層自重應力， N/ m2；qdm—支架上方頂煤自重應力， N/ m2。冒落帶巖層的自重應力可按式（27）計算，支架上方頂煤的自重應力可按式（28）計算。 （27）mmhq???10式中 —冒落帶巖層容重，t/m179。；m?—巖層冒落高度，m；h， 為煤層開采厚度（m）， 為巖石碎脹系數(shù)（～）1??szKMszK。 （28）dmdmhrq??10式中 —頂煤容重，t/m179。；dm?—頂煤厚度，m。 h將式（27 ）和式（28 ）代入式（29）可得計算綜采放頂煤支架所需支護強度的另一種表達式為： （29）???????????dmszmdhrKMq110?Ⅱ、計算結果常村煤礦S6179。，179。，基，結合S68綜放工作面煤層開采的基礎條件，由式（29）可得S68放頂煤工作面支架所需的支護強度為： ???????????支護強度確定后，根據(jù)支架頂梁長度、控頂距等參數(shù)，由式（240 / 13810）可計算出支架的工作阻力。 （210）??BLqPJDK????式中 —支架工作阻力，N；P—支架的支護強度，N/ m 2；q—端面距，m；KL—頂梁長度，m；D—采煤機截深，m；J—支架寬度，m。 BS6，寬度為 ，所需支護強度為519565 N/ m 2，由式（210）計算得出支架的工作阻力為：?????????????③支架工作阻力校核依據(jù)上述計算結果，取其最大值，S68綜采放頂煤工作面支架所需的工作阻力為5105kN ，因此常村煤礦已有的ZF7000/9型綜采放頂煤液壓支架能夠滿足S68工作面進行放煤開采要求，適應性強。由于綜采放頂煤工作面前、后部輸送機的電機和傳動裝置采用平行布置方式，將工作面普通放頂煤液壓支架擺放到輸送機的機頭、機尾處，難以滿足設備的幾何尺寸配套要求。常村煤礦S6，刮板輸送機采用雙電機，因此在綜放工作面上、下端頭的機頭處各布置3組ZPG7500/22/36型過渡支架。ZPG7500/22/36型過渡支架為反四連桿架型，額定工作阻力為7500 kN；后部結構為大尾梁鉸接小尾梁加插板，后部空間大，可實現(xiàn)端頭支架的放煤功能。二、采煤機工作面進刀方式、割煤方式及放煤方式常村煤礦S68綜放工作面采用采煤機端部斜切進刀、單向割煤。41 / 138工作面放煤方式為一刀一放、采放平行作業(yè)。割煤和放煤可以完全平行作業(yè)，互不干擾，互不等待。采煤機割完一刀煤后，不管放煤作業(yè)是否結束，立即反向跑空刀清浮煤。當采煤機清浮煤到達端頭時，輸送機的機頭已經(jīng)推向煤壁，可立即進行斜切進刀，端頭作業(yè)對割煤和放煤都沒有影響。采煤機小時生產(chǎn)能力核算（1）采煤機的平均落煤能力常村煤礦S68綜采放頂煤工作面采煤機的平均落煤能力可按式（ 211）計算。 （211）????????????????? gffgfdKJrgp hBQTLChLTirwZX2160〕＋〔式中 —采煤機平均落煤能力，t/h；gp—工作面日產(chǎn)量，7324t/d；r—工作面長度，；L—采煤機割煤速度 與空刀牽引速度 之比， ，取 =；i gVkVkgVi/?i—采煤機兩滾筒中心距， m；ZX—采煤機開機率，；KJ—綜放工作面日生產(chǎn)時間，1080min；dT—工作面割煤回收率，95％；gC—工作面放頂煤高度，；fh—工作面割煤高度，；g—工作面放頂煤長度，；fL—工作面放煤回收率， 80%；fC—采煤機返向時間，1 min；wfT—采煤機截深，；B—實體煤容重，；?—刮板輸送機彎曲段長度，25m。SL可計算得出常村煤礦S68綜放工作面采煤機的平均落煤能力為：42 / 138t/h??607324[]. ?????? ?? ?? ??? ?（2）采煤機平均割煤速度采煤機平均落煤能力確定之后，其平均割煤速度可按式（212）計算。 （212）γ???gpgphBQV60式中 —采煤機平均割煤速度，m/min。gpV 計算可得：m/?????（3）采煤機最大割煤速度和最大生產(chǎn)能力采煤機最大割煤速度和最大生產(chǎn)能力可分別按式（213）和式（21