【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(jì)資料表明，當(dāng)煤層厚度變異系數(shù)大時(shí)，一次采全高綜合機(jī)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(jī)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(jì)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(dá)1000萬t，我國已成為世界上綜放開采技術(shù)發(fā)展最快、擁有綜放工作面最多的國家。實(shí)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(diǎn)1）順槽掘進(jìn)量少，掘進(jìn)費(fèi)用低，采掘接替關(guān)系緩和；2）搬家倒面次數(shù)少，綜采面搬遷、安裝的費(fèi)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(hù)等費(fèi)用；4）提高了塊煤率，提高了煤炭售價(jià)；5）減少了設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)（如采煤機(jī)），相對減少了設(shè)備折舊費(fèi)或租賃費(fèi)；6）有利于礦井的集中生產(chǎn)和集中控制，有利于實(shí)現(xiàn)減面、減人、提效的目標(biāo)；7）提高勞動生產(chǎn)率，降低成本。資料統(tǒng)計(jì)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(jì)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(diǎn)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(yīng)性差?；诔４迕旱VS傾角0176。～5176。 的開采地質(zhì)條件，結(jié)合常村煤礦綜放工作面開采設(shè)備及豐富的開采技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)S68工作面采用一次采全厚綜采放頂煤采煤法進(jìn)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?yàn)椋?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(yīng)滿足通風(fēng)行人的要求外，還應(yīng)考慮設(shè)備的投入和機(jī)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(jī)采高度，縮小采放比，可以相應(yīng)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(shè)備配備條件， ，放頂煤高度，采放比為1：。采煤機(jī)截深與放煤步距采煤機(jī)的截深和放煤步距應(yīng)保證工作面盡可能大的循環(huán)產(chǎn)量，以實(shí)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(yàn)認(rèn)為，當(dāng)回采工作面采放比為1：1左右時(shí)，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(jī)截深、工作面循環(huán)進(jìn)度、。工作面長度影響采煤工作面長度的因素主要包括地質(zhì)、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)三個(gè)方面：地質(zhì)因素主要有煤層厚度、傾角、圍巖性質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造等；技術(shù)因素主要有采煤機(jī)、輸送機(jī)、頂板管理、工作面通風(fēng)和巷道布置等；經(jīng)濟(jì)方面以生產(chǎn)成本最低、經(jīng)濟(jì)效益最好為目標(biāo)。結(jié)合該礦綜采放頂煤開采技術(shù)經(jīng)驗(yàn)、S68工作面的四鄰情況及巷道布置， 。采煤工作面年推進(jìn)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(jìn)度=日循環(huán)進(jìn)度 設(shè)計(jì)年工作日正規(guī)循環(huán)率工作面年推進(jìn)度 大 =330=1319m。工作面產(chǎn)量及服務(wù)年限綜采放頂煤工作面的產(chǎn)量主要由采煤機(jī)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(jìn)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(jì)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(jì)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(jì)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(jié)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(jì)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(jì)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(shí)間S68工作面設(shè)計(jì)可采儲量160萬t，因此工作面的可開采時(shí)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(jì)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(shè)計(jì)對現(xiàn)有的回采工作面配套綜放設(shè)備進(jìn)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(gè)方面：煤層地質(zhì)條件、生產(chǎn)技術(shù)條件、經(jīng)濟(jì)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(gè)因素：（1）支架應(yīng)有良好的通風(fēng)、行人空間；（2）設(shè)備投資要盡量節(jié)?。唬?）支架可靠性高；（4）支架應(yīng)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(jié)構(gòu)，并配護(hù)幫板。為校核該型號支架能否滿足3號煤層進(jìn)行綜放開采的要求，評價(jià)支架的適應(yīng)性，進(jìn)行以下分析計(jì)算。支架工作阻力驗(yàn)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(rèn)為支架工作阻力應(yīng)考慮三部分，即頂煤和直接頂?shù)闹亓浚享敾顒拥膭虞d荷38 / 138以及冒落矸石的重量，～。3）運(yùn)用損傷力學(xué)研究頂煤的破裂過程，認(rèn)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(jì)算公式。4）認(rèn)為綜放支架載荷由松脫體壓力和老頂回轉(zhuǎn)變形壓力所確定。在計(jì)算老頂回轉(zhuǎn)變形壓力時(shí)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(dá)式。5）基于對頂煤自承能力的認(rèn)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(rèn)為直接頂為可變形體，同時(shí)分析研究了直接頂?shù)淖冃纹茐奶卣?、結(jié)構(gòu)力學(xué)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(xué)模型。7）認(rèn)為頂煤的承載能力受“主控破裂帶”的產(chǎn)狀及力學(xué)性質(zhì)的控制，由此建立了控頂區(qū)頂煤的塊體力學(xué)模型，提出了控頂區(qū)頂煤承載能力的計(jì)算公式。在此基礎(chǔ)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(jì)算方法和計(jì)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(yīng)用以下兩種方法：①建立在國內(nèi)綜放工作面大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及理論分析基礎(chǔ)之上的統(tǒng)計(jì)類比法；②建立在支架工作阻力構(gòu)成分析基礎(chǔ)之上的估算法。2）支架工作阻力確定的基礎(chǔ)條件S6，采煤機(jī)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(jì)算表達(dá)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(shí)的39 / 138動載對支架的作用力，在此基礎(chǔ)上支架工作阻力計(jì)算的表達(dá)式為： （26）??dmdqKq???式中 q—工作面支架所需支護(hù)強(qiáng)度，N/m 2；Kd—基本頂失穩(wěn)時(shí)的動載系數(shù)，據(jù)綜放工作面礦壓觀測結(jié)果，一般 Kd=～；qm—冒落帶巖層自重應(yīng)力， N/ m2；qdm—支架上方頂煤自重應(yīng)力， N/ m2。冒落帶巖層的自重應(yīng)力可按式（27）計(jì)算，支架上方頂煤的自重應(yīng)力可按式（28）計(jì)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(jì)算綜采放頂煤支架所需支護(hù)強(qiáng)度的另一種表達(dá)式為： （29）???????????dmszmdhrKMq110?Ⅱ、計(jì)算結(jié)果常村煤礦S6179。，179。，基，結(jié)合S68綜放工作面煤層開采的基礎(chǔ)條件，由式（29）可得S68放頂煤工作面支架所需的支護(hù)強(qiáng)度為： ???????????支護(hù)強(qiáng)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(jì)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(hù)強(qiáng)度，N/ m 2；q—端面距，m；KL—頂梁長度，m；D—采煤機(jī)截深，m；J—支架寬度，m。 BS6，寬度為 ，所需支護(hù)強(qiáng)度為519565 N/ m 2，由式（210）計(jì)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(jì)算結(jié)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(jìn)行放煤開采要求，適應(yīng)性強(qiáng)。由于綜采放頂煤工作面前、后部輸送機(jī)的電機(jī)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(jī)的機(jī)頭、機(jī)尾處，難以滿足設(shè)備的幾何尺寸配套要求。常村煤礦S6，刮板輸送機(jī)采用雙電機(jī)，因此在綜放工作面上、下端頭的機(jī)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(jié)構(gòu)為大尾梁鉸接小尾梁加插板，后部空間大，可實(shí)現(xiàn)端頭支架的放煤功能。二、采煤機(jī)工作面進(jìn)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(jī)端部斜切進(jìn)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(jī)割完一刀煤后，不管放煤作業(yè)是否結(jié)束，立即反向跑空刀清浮煤。當(dāng)采煤機(jī)清浮煤到達(dá)端頭時(shí)，輸送機(jī)的機(jī)頭已經(jīng)推向煤壁，可立即進(jìn)行斜切進(jìn)刀，端頭作業(yè)對割煤和放煤都沒有影響。采煤機(jī)小時(shí)生產(chǎn)能力核算（1）采煤機(jī)的平均落煤能力常村煤礦S68綜采放頂煤工作面采煤機(jī)的平均落煤能力可按式（ 211）計(jì)算。 （211）????????????????? gffgfdKJrgp hBQTLChLTirwZX2160〕＋〔式中 —采煤機(jī)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(jī)割煤速度 與空刀牽引速度 之比， ，取 =；i gVkVkgVi/?i—采煤機(jī)兩滾筒中心距， m；ZX—采煤機(jī)開機(jī)率，；KJ—綜放工作面日生產(chǎn)時(shí)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(jī)返向時(shí)間，1 min；wfT—采煤機(jī)截深，；B—實(shí)體煤容重，；?—刮板輸送機(jī)彎曲段長度，25m。SL可計(jì)算得出常村煤礦S68綜放工作面采煤機(jī)的平均落煤能力為：42 / 138t/h??607324[]. ?????? ?? ?? ??? ?（2）采煤機(jī)平均割煤速度采煤機(jī)平均落煤能力確定之后，其平均割煤速度可按式（212）計(jì)算。 （212）γ???gpgphBQV60式中 —采煤機(jī)平均割煤速度，m/min。gpV 計(jì)算可得：m/?????（3）采煤機(jī)最大割煤速度和最大生產(chǎn)能力采煤機(jī)最大割煤速度和最大生產(chǎn)能力可分別按式（213）和式（21