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1、6 采煤方法6.1 采煤工艺方式6.1.1 采区煤层特征及地质条件采区主采煤层为二1煤层，平均厚度6.5 m，煤层倾角平均为12，结构简单，赋存稳定，采区内无大断层影响。煤质硬度为f=12，煤的容重为1.4 tm。煤层直接顶为粘土泥岩，平均厚度24 m；老顶为中砂岩，平均厚度178 m；直接底为粉砂岩，平均厚度24.67 m；老底为细砂岩。采区相对瓦斯涌出量为11.35 m/t，经鉴定该矿井煤层有自燃发火倾向，煤尘无爆炸性。正常涌水量为385.4 m/h，最大涌水量为500.6 m/h。6.1.2 确定采煤工艺方式根据采区的地质条件及煤层特征，可选择分层综采工艺、放顶煤工艺和一次采全高回采工艺
2、，各有优缺点：1）分层综采工艺的特点优点：分层综采工艺技术成熟，设备类型齐全性能完好，操作方便，管理简单，可选出适应各种条件的采煤设备；液压支架及配套的采煤机设备小、轻便，回采工作面搬家方便。采高一般为2.03.5 m，回采工作面煤壁增压小，煤壁稳定，生产环节良好；工作面采出率高，可达到9397%以上。缺点：巷道掘进较多，万吨掘进率低，单产提高困难；开采投入高，分层开采人工铺网劳动强度大，费用大；加剧接替紧张的矛盾，需要等到再生顶板稳定后才可采下分层。2）放顶煤工艺优点：有利于合理集中生产，实现高产高效，单产和效率高，具有显著的经济效益；巷道掘进较少，减少了巷道的维护工程量，同时生产也相对集中
3、；工作面搬家次数少；对地质条件，煤层赋存条件有更大的适应性；缺点：煤损失多，工作面回收率低；煤尘大，放煤是煤和矸界线难以区别，使得煤炭含矸率提高，影响煤质；自然发火、瓦斯积聚隐患较大，“一通三防”难度大。3）一次采全高工艺优点：工作面产量和效率高；巷道掘进少，减少了巷道的维护工程量，同时生产也相对集中；万吨掘进率高；工作面搬家次数少，节省搬迁费用，增加了生产时间；材料消耗少。缺点：煤炭损失大，对于煤厚比采高大的地方，一次不能采完；控顶较困难，煤壁容易偏帮；采高固定，适应条件单一。另外确定采煤工艺还应遵循以下原则：（1）煤炭资源损失少，采用正规采煤方法；（2）安全劳动条件好；（3）尽可能采用机械
4、化采煤，达到工作面高产高效；（4）材料消耗少，生产成本低；（5）便于生产管理。比较上述3种回采工艺的特点，分层开采综合经济效益差，不利于矿井实现高产高效，初步确定选择放顶煤或一次采全高的回采工艺较合理。结合矿井实际条件，虽然采用放顶煤工艺工作面瓦斯易超限，但是可以解决不会影响生产，煤质硬度较小，顶煤放煤容易，虽然放顶煤回采率低，但是本煤层平均厚6.5 m，采高3.5 m，有利于实现高产高效。本矿的煤层赋存条件简单稳定，地质特征简单，参照附近矿井的实际生产经验，二1煤层一水平倾角为12，二水平的煤层倾角为15，决定采用走向长壁采煤法。主采煤层平均厚度为6.5 m，倾角平均约12左右的特点，确定采
5、用综合放顶煤一次采全高开采，全部垮落法处理采空区的回采工艺方式。6.1.3 确定回采工作面长度、推进度根据地质勘探资料显示，在本采区内部没有大的地质构造，因此，在对采区进行区段划分时主要考虑技术因素。一般来说，在同等地质条件下，工作面长度越大，其生产能力就越大，越有利于提高一个工作面的单产，从而使整个矿井的产量容易得到保证。但是，经过长期的实践证明，工作面采长过大，虽然提高了工作面的循环产量，但是同时也增加了管理上的困难，过大的采长也会导致频繁的机电事故，进而影响安全生产。而采长过小，就会使循环产量降低，增加循环次数，影响生产能力。实践证明，综采工作面采长在150200 m时，产量比较理想。因
6、此，工作面长度确定为180 m，矿井设计年产量为1.8 Mt。由于该井田地质条件较好，且赋存稳定，所以考虑用一个工作面满足生产要求。工作面推进方向有前进式和后退式，两种方式适用条件及优缺点见表6-1。表6-1 工作面推进方向适用条件及优缺点项 目适 用 条 件 及 优 缺 点前进式前进式回采具有初期工程量小，投资省等优点，但在采空区维护巷道较为困难，技术复杂，维护费用高，且工作面漏风大。后退式后退式初期需要掘进较长距离的工作面巷道，但在生产过程中，工作面巷道维护量小，随采随废，漏风小，也比较安全。通过上述比较，结合相邻矿井的经验，本设计中工作面采用走向长壁采煤法后退式开采，。理论工作面年推进长
7、度，V=33060.6=1188 m/a；本设计设置第一阶段西一采区为首采区，距煤层底板15 m左右，布置轨道、运输和回风平巷，回采工作面沿煤层倾向布置，沿走向推进，跨上山开采，工作面年推进长度约1188 m。根据开拓、准备的巷道布置，确定工作面长度为180 m，区段长平均200 m；煤厚6.5 m，采高3 m，放煤高度3.5 m。采放比1：1.17；采煤工作面日循环6刀，三班生产一班检修。工作面布置三条平巷，上侧布置两条平巷为回风平巷和内错尾巷，回风平巷沿二1煤层底板布置，内错尾巷沿二1煤层顶板布置，两巷相距15 m；另一侧为轨道平巷，沿二1煤层底板布置，轨道平巷和回风平巷断面均为5.0 m
8、宽，3.0 m高，内错尾巷断面为3.2 m，宽2.4 m高，。工作面配套设备见表6-2。表6-2 工作面配套设备设备名称型号设备名称型号液压支架ZFS5200/17/33胶带输送机SSJ1200/2250采煤机MXA300/600L破碎机LPS-1500前刮板输送机SGZ-764/500乳化液泵站MRB125/31.5A后刮板输送机SGZ-764/500采煤机喷雾泵站PB320/6.3端头支架ZTF6500-19/32移动变电站KBSGZY-1250刮板转载机SZZ764/160馈电开关KBKI-8OOA6.1.4 回采工作面破煤、装煤方式综放工作面设计采用双滚筒采煤机破煤。工作面首先沿二1号
9、煤底板布置一个采高3.5 m的综采工作面，采用双滚筒采煤机割煤，顶煤通过放顶煤支架放出。在采煤机截割煤的同时，利用滚筒螺旋齿片和弧型挡煤板自动将煤装到工作面刮板输送机；余煤由铲煤板随移溜铲入刮板输送机；放顶煤时落煤自装；少量煤由人工铲子攉装到刮板输送机内。1）采煤机选型采煤机的选择要考虑工作面的地质条件，采煤机的采高、截深、功率、牵引方式等主要参数要选取合理，有较大的使用范围，以便在实际生产中有较强的适应性。 根据本矿井实际情况条件，本设计选用MXA300/600L采煤机，其技术特征见表6-3。2）刮板输送机选型目前使用的刮板输送机，按照刮板链分，有三种类型:边双链、中单链和中双链，边双链的运
10、输能力大，但受力不均，适用煤质较硬的煤；中单链与中双链的运输能力较大，煤质较软时适用，刮板输送机的输送能力应大于采煤机最大生产能力的1.2倍。输送机中部糟的结构多为开底式，只有煤质底板较软时选用闭底式。同时考虑到要与所选的采煤机相配套，故选用SGZ880/500型刮板输送机。由于是放顶煤开采，故采用前后2个刮板输送机，前后型号相同，其技术特征见表表6-4。表6-3 采煤机技术特征项 目单 位数 目型 号MXA300/600L采 高m1.93.5适应煤层硬度f4适应倾角040链条规格mm销轨滚筒中心距mm6220机面高度mm16051655喷雾方式内外喷雾装机功率KW2300截深m0.6截割电机
11、KW2300滚筒直径m18牵引方式液压、双牵引、无链牵引速度m/min07.05供电电压V1140卧底量mm194重量t49牵引力KN400表6-4 刮板输送机技术特征项 目单 位技术特征型 号SGZ880/500生产能力t/h1500运输机长度m250链条形式中双链形总装机功率kW2400/200链速m/s1.2中部槽尺寸mm15008803206.1.5 工作面支护方式及支架选型1）工作面支护方式选择液压支架必须有合理的工作阻力和初撑力。液压支架的阻力式支架设计中最基本参数，支架所有强度都由此决定。它在一定程度上显示了支架的工作能力和特征。目前支架阻力主要是采用现场观测，然后根据观测数据进
12、行估算或折算。选择液压支架还必须确定合理支架结构高度。合适的结构高度是支架正常工作的关键。在实际使用中，通常选用的支架最大结构高度比最大采高大200 mm左右。最小结构高度比最小采高低250350 mm。同时它们又随这地质条件和生产条件的变化而变化。选择时需综合各项因素，进行全面分析。除了以上要求外，液压支架的选型还必须和生产能力配套。矿井设计煤层采用综合机械化放顶煤开采，综放工作面的支护设备为放顶煤液压支架，放顶煤液压支架有高位、中位和低位三种。其中低位放顶煤液压支架因为安全性高，含矸率低而被广泛使用。设计工作面采用沿底开低放顶煤采高为3.5 m，放煤高度为3 m，采用低位放顶煤液压支架支护
13、。2）液压支架选型由于支撑掩护式液压支架具有支撑能力大，切顶能力强，支撑效率高等特点，本工作面采用综放顶煤液压支架，根据“三机”选型配套原则，选用ZFS5200/17/33。其技术特征见表6-5。表6-5 ZFS5200/17/33型支架主要技术特征项目单位数目型 号ZFS5200/17/33型 式四柱支撑掩护式低位放顶煤支撑高度m173.3底座比压MPa2.2顶板（老顶）级12支架宽度m1.421.58中心距m1.5初撑力kN3958工作阻力kN5200尾梁长度m1.25支护面积M27.02支护强度MPa0.65泵站压力MPa31.5支架重量t15.98缸 径mm200顶板（直接顶）级12适
14、应煤层倾角203）支架支护强度的验算：结合矿上实际情况，工作面液压支架支护强度按工作面最大采高的八倍进行计算，上覆岩层所需的支护强度按下式计算： F8HRgS （6-1）式中： H 工作面采高，3.5 m； R 上覆岩层密度，2.3103 kgm3； F 计算工作阻力，kN； S 工作面液压支架支护面积，7.02 m2；则： F83.02.31039.87.02 3798 kN根据支架说明书提供的支架工作阻力为5200 KN大于8倍采高验算所需的工作阻力，所以该支架能够满足支护要求。乳化液泵选用MRB125/31.5A型1台。喷雾泵选用PB320/6.3型1台。6.1.6 端头支护及超前支护方式1）端头支护端头采用端头液压支架支护顶板，刮板机头以及转载机等设备放于端头支架空间内。由于工作面的上、下出口处悬顶面积大，机械设备多，又是材料和人员出入的交通要口，所以必须加强支护。工作面上端头（机头）使用三架PDZ型端头液压支架进行顶板支护，滞后工作面支架，其滞后距离不大于0.9 m。工作面下端头（机尾）使用三架PDZ型端
