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1、第六章 采煤方法第一节 采煤方法一、 采煤方法选择1开采条件一采区内12、15号煤层间距43.35m，其导水裂隙带高度(53.37m)大于两层煤层间距，若采用上行开采，可能会产生12号煤及顶底板物理力学性质发生变化：在掘进及回采工程中出现巷道顶板破碎，裂隙发育，部分地段底板松软，采动后有可能出现底板裂隙，容易造成支柱钻底，不利于超前支护管理以及15号煤采空区瓦斯通过裂隙进入12号煤层回采工作面等问题。本次设计针对上述情况，可采取加强巷道支护(巷道破碎段可采用U型钢支护)、适当加大回采工作面支护设备的工作阻力并加强通风等措施得以解决。因此一采区内采用上行可采虽对12号煤层有一定影响，但通过采取技
2、术安全措施是可行的。 2可供选择采煤方法：（1）分层开采：分层开采虽然技术成熟，但工序复杂，掘进率高，厚煤层分层开采，掘进工程量相对较大。 放顶煤开采：放顶煤开采与分层开采相比有以下明显优点：a、煤层掘进量小，掘进费用低，缓和了采掘关系；b、减少了搬家倒面次数，节省了设备搬迁、安装的工作量和费用；c、较分层开采对煤层厚度变化、地质构造适应性强，且减少了铺网工序、材料、工资及巷道维护等费用；d、工作面处于减压带，降低了支架吨位和支护成本；e、顶煤利用矿压落煤、装煤、变不利因素为有利因素；f、有利于矿井的集中控制，实现减面、减人、提高工效的目标；g、提高劳动生产率，降低成本，比一般回采工效提高25
3、倍，经济效益显著，吨煤成本一般降低820元。通过对分层开采和放顶煤开采优缺点比较，结合国内目前技术装备水平及本矿井多年的生产管理经验，因此12号煤设计采用长壁综采一次采全高采煤法，15号煤设计采用长壁综采放顶煤采煤法。二、工作面采煤、装煤、运煤方式及设备选型1回采工作面长度依据井田15号煤层的赋存状况和开采技术条件，参照煤炭工业矿井设计规范的有关规定，并结合国内综采机组开采同类煤层的成功经验，综合确定综采工作面长度为150m。根据工作面长度及采高，结合矿井开采技术条件和工作面装备水平，确定矿井以一个综采放顶煤工作面保证矿井设计规模。2工作面采煤、装煤、运煤方式及设备选型15号煤层首采区位于位于
4、井田西部，煤层厚度6.308.59m，平均7.02m，普遍含13层夹石，结构较简单，L1石灰岩为其直接顶板，个别有0.20m左右的泥岩伪顶，底板多为泥岩或碳质泥岩，属较稳定的大部可采煤层。针对15号煤层首采区的赋存条件及开采技术条件，本着“选用性能良好、安全可靠，并能适合于矿井具体条件的先进设备”的原则，并结合太原东山煤矿集团公司的实际使用放顶煤设备情况，对工作面采、装、运设备进行选型。工作面采煤设备：选用MG160/375W型无链，齿轮销排式液压牵引，采高1.43.0m，适应煤层倾角：35，滚筒直径：1.60m，截深0.6m，牵引速度：06m/min，电机功率375kW，额定电压：1140K
5、V，生产能力：800t/h。工作面运煤设备：前部刮板输送机采用与采煤机配套的SGZ-630/220型可弯曲刮板输送机，铺设长度150m，运输能力600t/h，电机功率2110kW；后部刮板输送机采用SGZ-730/400型可弯曲刮板输送机，铺设长度150m，运输能力700t/h，电机功率2200kW。根据工作面运煤设备的运输能力，回采工作面胶带顺槽运煤设备选用SSJ1000/275型可伸缩胶带输送机，铺设长度600m，运输能力630t/h，电机功率275kW。破碎机选用PCM110型颚式破碎机，破碎能力1000t/h，电机功率110kW。转载机选用SZZ-764/110型刮板转载机，输送能力8
6、00t/h，电机功率110kW。工作面采、装、运设备选型结果详见表5-1-1。表5-1-1 综采工作面采、装、运设备配备表设备名称设备型号功率(kW)单位总数量其中备用双滚筒采煤机MG-160/375-W375台1前部可弯曲刮板输送机SGZ-630/2202110台1后部可弯曲刮板输送机SGZ-730/4002200台1破碎机PCM110110台1刮板转载机SZZ-764/110110台1可伸缩胶带输送机SSJ1000/275275台1乳化液泵站BRW315/31.5200台1两泵一箱喷雾泵站WPE320/1045台1两泵一箱三、工作面顶板管理方式及液压支架选型1工作面顶板管理方式根据确定的综
7、采放顶煤采煤方法，工作面顶板采用全部垮落法管理。最大控顶距为4.80m，最小控顶距为4.20m。2工作面液压支架选型根据本矿和邻近煤矿实测的矿压数据，设计采用“老顶周期来压步距法”和“估算法”计算液压支架工作阻力。A老顶周期来压步距法PH=(-3.6+5.8M+1.4L2+3.6Lm)F式中：PH预计液压支架设计工作阻力，t/架；M煤层机采高度，取2.8m；L2实测老顶周期来压步距，取20m；Lm控顶距，取4.5m；F支架支护面积，为6.75m2。则：PH=(-3.6+5.82.8+1.420+3.64.5)6.75=383.67t/架=3760kN/架B估算法P=9.8Shcos式中：P支架
8、承受的载荷，kN；S支架支护的顶板面积，m2，支架长宽=5.2001.5=7.8m2;顶板岩石视密度，2.8t/m3;h冒落带岩石的高度（直接顶厚度），m;h=2MM采高，m；确定为2.8m。K岩石碎胀系数，取1.251.5。煤层倾角，取17。上式可写成：P=（24）9.8SMcos取中间值即P=39.8SMcos再考虑支架受力不均衡衡量的安全系数2，则;P=239.8SMcos=239.87.82.82.8cos17=3439（kN）设计根据上述计算的液压支架工作阻力，结合副斜井井筒断面尺寸，综采工作面液压支架初选ZF4400/17/28型四柱支撑掩护式综采放顶煤液压支架，支撑高度1.72.
9、8m，配备电液阀工作阻力为4400kN，支护强度：0.710.79Mpa，底板比压：0.982.15Mpa,支架重量14.5t。工作面机头部和机尾部端头过渡支架选用ZFG4800/20/30型液压支架，工作阻力4800kN，支护高度2.03.0m，支架重量15.4t。工作面超前20m采用DZ28-25/100型单体液压支柱配HDL-3000型型钢梁支护。四、采煤工作面采年推进度1采煤工作面采高井田内15号煤层平均厚度7.02m，依据15号煤层厚度和选定的放顶煤液压支架架形，设计确定采煤机割煤高度2.42.8m，放顶煤高度4.224.62m，采放比为1:(1.581.93)。2放煤步距和放煤方式
10、根据设计所要求的工作面单产能力和采煤工作面采煤机的截深，设计确定放煤步距为1.2m，即“一采一放”。根据15号煤层开采时的放煤高度和采高，本着提高资源回收率的宗旨，暂确定工作面采用单轮间隔放煤方式，同时放煤支架以两架为宜。矿井生产时应根据具体条件，对设计确定的放煤步距和放煤方式进一步实验，以确定适合本矿井的合理放煤步距和放煤方式。3采煤工作面年推进度采煤工作面采用“一采一放”工艺，即采煤机割一刀进0.61=0.6m，放顶煤液压支架放一次顶煤，工作面每个循环进一刀，放一次顶煤，循环进度为0.6m，日循环次数为4次，则日循环进度为0.64.0=2.4m。采煤工作面年推进度按下式计算：年推进度=日循
11、环进度年工作日循环率=2.4330=792(m)五、工作面回采方向回采工作面回采方式为采区内采用前进式开采，工作面采用后退式开采，同一翼相邻工作面间采用顺序开采。六、采区及工作面回采率井田内15号煤层为厚煤层，依据煤炭工业矿井设计规范，采区回采率取75%，工作面回采率为：机采回采率95%，放顶煤回采率80%。七、回采工作面回采率计算，采区回采率验算回采工作面顶煤损失按其在采空区空间上的分布，可分为：（1）端头损失（Nd）Nd=2s0（B+1.5n1）h1-h12/2tg式中：s0工作面走向长度，取750；煤的容重，取1.38t/m3;B工作面上下顺槽平均宽度，取4.0m；h1顶煤厚度，取4.2
12、2m；垮落顶煤放落角，=70o n1工作面端头不放煤的支架数，共取5架带入数值得：Nd=93749（t）（2）架间损失（Nj）架间的脊背损失按下式计算：Nj=0.687 s0（n-1）d2式中：s0工作面走向长度，取750m；煤的容重，取1.38t/m3;n1工作面放顶煤的支架数，共取98架d支架放煤口连缘间距，d=0带入数值得：Nj=0（t）（3）初采损失（NC）初采损失NC=S1Lh1+（S2-S1）KmEL式中：S1顶煤初次垮落步距，取6m；S2直接顶初次垮落步距，取18m；L工作面长度，取150m；煤的容重，取1.38t/m3; Km煤体碎胀系数，取1.2m；E在采空区丢失煤层的高度，
13、取0.5m；h1顶煤厚度，取4.22m；带入数值得：Nj=6732（t）（4）末采损失（Nm）末采损失Nm=S3Lh1式中：S3顶煤初次垮落步距，取6m； L工作面长度，取150m；煤的容重，取1.38t/m3; h1顶煤厚度，取4.22m； 带入数值得：Nm=5241（t）（5）其它损失（Nq）其它损失包括放煤步距不合理损失和放煤工艺损失，约占工业储量的10%左右。Nq=108986（t）（6）总损失（N）N= Nd+ Nj+ NC +Nm+ Nq=93749+0+6732+5241+108986=214708（t）214.71（kt）（7）工作面回采率（Hg）15号煤一采区回采工作面平均走
14、向长度750m，倾向长度150m。15号煤层平均厚度为7.02m，一个回采工作面工业储量约为1090kt。则总损失率为20%。则顶煤回收率H顶煤为：H顶煤=1-顶煤=1-20%=80%若割煤部分回采率为95%，则整个综放工作面回采率为：H=（4.2280%+2.895%）/7.0286%（8）采区回采率（Hc）15号煤一采区沿走向可布置7个工作面，工作面走向长度420760m，总长度3960m，倾向长度150m， 15号煤层平均总厚度为7.02m。一采区工业储量6.549Mt，采区可采储量为4.872Mt，服务年限为3.9年。Hc=39601507.021.380.86/6549000=75.58%，满足煤炭工业设计规范要求。第二节 巷道掘进一、采区巷道断面和支护形式矿井移交生产时采区巷道有：集中轨道大巷、一采区轨道大巷、一采区轨道下山、一采区胶带大巷、一采区胶带下山、一采区回风大巷、一采区回风下山和工作面轨道顺槽、胶带顺槽、开切眼、顺槽联络巷。上述巷道断面和支护方式详见第三章第一节有关内容。工作面轨道顺槽沿15号煤层底板布置，巷道坡度05。轨道顺槽断面按通过液压支架设计，同时考虑了综合管线布置和矿井通风要求。巷道内铺设单轨
