采煤方法設(shè)計(jì)教學(xué)

采煤方法設(shè)計(jì)教學(xué)

1回采巷道布置

回采巷道的布置方式與回采工作面使用采煤工藝、煤層的傾角、厚度、層數(shù)、層

間距等因素有關(guān)，一般地可按以下幾種方式進(jìn)行分別設(shè)計(jì)。

1.1薄及中厚煤層炮采、普通機(jī)械化采煤

圖10—1薄及中厚煤層煤采、普采時(shí)回采巷道的布置方式

1一工作面運(yùn)輸平巷；2（2，）一工作面回風(fēng)平巷；3—聯(lián)絡(luò)巷；4—煤層底板等高線

1.2綜合機(jī)械化采煤

綜采（放）工作面或大采高綜采工作面的回采巷道布置方式，根據(jù)礦井采煤、掘

進(jìn)的機(jī)械化程度，煤層巷道的維護(hù)條件，煤層瓦斯涌出量的大小以及工作面安全的需

要，工作面回采巷道布置有單巷、雙巷和多巷等三種方式，見表1。

表1綜合機(jī)械化工作面回采巷道布置方式

方式圖示優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件

巷道掘進(jìn)工程量省，掘進(jìn)率低，維

護(hù)量小，系統(tǒng)簡單，管理方便，可實(shí)

現(xiàn)無煤柱布置，提高煤炭回收率，防

止煤層自燃發(fā)火；運(yùn)輸巷靠近工作面

一側(cè)材料、設(shè)備運(yùn)輸不便；適用于綜

采、綜放或大采高面采煤工作面

工作面一側(cè)布置雙巷，通風(fēng)方式為

兩進(jìn)一回，靠工作面一側(cè)為膠帶輸送

機(jī)運(yùn)輸巷，外側(cè)可布置泵站，移動(dòng)站

等電氣設(shè)備；適用于大斷面回采巷道

維護(hù)較困難時(shí)

工作面一側(cè)布置雙巷，通風(fēng)方式為

一進(jìn)兩回，工作面運(yùn)輸巷兼作進(jìn)風(fēng)巷,

緊靠工作面回風(fēng)巷為輔助運(yùn)輸巷，另

一條為工作面瓦斯排放巷，常布置在

工作面回風(fēng)巷一側(cè)的頂煤中

工作面布置四條巷道，通風(fēng)方式為

兩進(jìn)兩回，雙巷布置有利于煤層起伏

較大的工作面排水、巷道掘進(jìn)及工作

面的回風(fēng)等情況；該方式巷道掘進(jìn)率

高，維護(hù)工作量大。適用于瓦斯含量

高的礦井

工作面布置五條巷道，通風(fēng)方式為

三進(jìn)兩回，靠進(jìn)工作面的一條鋪設(shè)輸

送機(jī)運(yùn)煤，另一條輔助運(yùn)輸兼作輔助

運(yùn)輸兼進(jìn)風(fēng)，其余均進(jìn)風(fēng)和備用，上

側(cè)平巷一般作回風(fēng)用；掘進(jìn)及回采期

間進(jìn)風(fēng)容易，工作面快速推進(jìn)時(shí)能防

止瓦斯聚集

工作面布置六條巷道，通風(fēng)方式為

三進(jìn)三回，工作面通風(fēng)容易，單巷風(fēng)

阻低且能保證工作面有足夠的風(fēng)量，

特別適用于瓦斯含量高的礦井，且工

作面平巷多采用連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)時(shí)

圖注1一工作面運(yùn)輸平巷；2一工作面回風(fēng)平巷；3—開切眼

多條巷道布置方式多用于高瓦斯的礦井或工作面，具體的巷道布置方式還有二進(jìn)

三回，四巷布置等方式,選擇時(shí)可根據(jù)具體條件設(shè)置回采巷道的數(shù)目及其承擔(dān)的運(yùn)輸、

進(jìn)（回）風(fēng)或輔助備用等用途。

1.3煤層群或厚煤層分層采煤

煤層群或厚煤層分層開采時(shí)，區(qū)段平段的布置方式見表2。

表2煤層群或厚煤層分層開采時(shí)區(qū)段平巷布置方式

方優(yōu)缺點(diǎn)適用條

圖示

式件

優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)開采厚煤層時(shí)，下分層近水平

巷道沿假頂掘井，方向易掌握，煤層或

頂壓較小，維護(hù)條件好；各分層傾角小

工作面長度基本相同，有利于采于10。的

重

區(qū)（盤區(qū)）均衡生產(chǎn)緩傾斜

___U_____u

迭4_

、、-缺點(diǎn)：對(duì)上分層巷道處的假頂鋪煤層

式

設(shè)質(zhì)量要求嚴(yán)格，否則下分層巷

道不好掘進(jìn)和維護(hù)；分層間采用

垂直眼聯(lián)系時(shí)，掘進(jìn)和運(yùn)料不方

便

優(yōu)點(diǎn)：巷道維護(hù)條件好；下分層近水平

內(nèi)

巷道在假頂下掘進(jìn)易于掌握方向煤層或

錯(cuò)

缺點(diǎn)：分階段煤柱較大，特別是傾角小

式

傾當(dāng)分層數(shù)目多時(shí)于15。的

斜缺點(diǎn)：下分層巷道處于固定支承緩傾斜

式外一壓力范圍處，維護(hù)困難；在下分煤層

錯(cuò)層工作面的上、下出口處沒有人

式工假頂；采煤和支護(hù)均較復(fù)雜;；

煤柱尺寸較大

優(yōu)點(diǎn)：各分層工作面長度基本保煤層傾

持不變;；避免污風(fēng)下行；減少輔角大于

助運(yùn)輸環(huán)節(jié)，運(yùn)輸及行人方便15°,由

水缺點(diǎn)：運(yùn)送煤炭的聯(lián)絡(luò)煤門或石于無下

平門內(nèi)需要鋪設(shè)輸送機(jī)，增加運(yùn)輸行風(fēng)，也

式環(huán)節(jié)適用于

開采瓦

斯大的

煤層

水煤炭可自溜，材料可水平運(yùn)送布置方

平式較多，

與根據(jù)具

傾體的地

斜質(zhì)條件，

煤炭可自溜，材料需要提升分階段

集中平

內(nèi)

巷的使

混錯(cuò)

用以及

合與

其他有

式外

關(guān)問題

錯(cuò)

通盤考

慮選取

傾

斜^03

1,\X-二

-----y--------7-------

與11

重

迭

圖注1一區(qū)段運(yùn)輸平巷；2一區(qū)段回風(fēng)平巷

2采煤工藝設(shè)計(jì)

2.1采煤工作面長度設(shè)計(jì)

2.1.1地質(zhì)因素

煤層地質(zhì)條件是影響工作面長度的重要因素之一。凡在工作面長度方向有較大的

地質(zhì)變化(如斷層、褶曲、煤層厚度、傾角等)應(yīng)以此為界限劃分工作面。

當(dāng)有下列情況時(shí)，工作面長度不宜過長：采用單體支柱，采高大于2.5m；煤層傾

角大于25。時(shí)；工作面頂板破碎難以維護(hù)時(shí)。

工作面瓦斯涌出量決定著通風(fēng)能力。低瓦斯礦井一般不受限制，但高瓦斯礦井，

通風(fēng)能力則是限制工作面長度的重要因素。工作面長度按下式驗(yàn)算。

160郎40(10-1)

'一為BP"

式中v----工作面允許的最大風(fēng)速，4m/s；

M米IWJ?m；

/inin---工作面最小控頂距，m；

Cf——風(fēng)流收縮系數(shù)，可取0.9~0.95；

小---晝夜產(chǎn)煤一噸所需風(fēng)量，m3/min；

B——循環(huán)進(jìn)尺，m；

P~一煤層生產(chǎn)率，即單位面積出煤量，P=MyxW',t/m3；

y——煤的容重，kN/m3；

n——晝夜循環(huán)數(shù)。

2.1.2技術(shù)因素

當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件一時(shí)，工作面設(shè)備是影響長度的主要因素。采時(shí)，由于支護(hù)、放頂工

作量大，推進(jìn)速度慢，可使工作面長度短些；高檔普采時(shí)，機(jī)組割煤，工作面可適當(dāng)

加長；綜采實(shí)現(xiàn)了全部工序機(jī)械化，為充分發(fā)揮設(shè)備效能，工作面長度可再加大，在

工作面設(shè)備中輸送機(jī)在很大程度上限制著工作面長度。國產(chǎn)刮板輸送機(jī)大都按150~

200m的鋪設(shè)長度設(shè)計(jì)，所以工作面長度在150-180m左右。

2.13經(jīng)濟(jì)因素

從經(jīng)濟(jì)角度考慮，工作面存在一個(gè)產(chǎn)量和效率最高、效益最好的長度。根據(jù)工作

面產(chǎn)量和長度的應(yīng)用數(shù)學(xué)分析法，給出經(jīng)濟(jì)上的最佳長度。

單向割煤，往返進(jìn)一刀所需時(shí)間九為:

tL=(L-Ll)(—+—)+tl(10-2)

匕Vk

雙向割煤，往返進(jìn)兩刀所需時(shí)間九為：

人=(L-LiJ+fi(10—3)

匕

式中L----工作面長度，m；

L\——工作面端部采煤機(jī)斜切刀長度，m；

Vc---采煤機(jī)割煤時(shí)牽引速度，m/min；

vk——采煤機(jī)反向空牽引或清浮煤、割煤時(shí)的牽引速度，m/min；

fi——采煤機(jī)反向操作及進(jìn)刀所需時(shí)間，min。

工作面日產(chǎn)量為：

Q,=nLMByC(10-4)

式中〃——每日循環(huán)數(shù)，個(gè)；

L---工作面長度，m；

M---采高，m；

B——循環(huán)進(jìn)尺，m；

y——^的容重，kN/m3；

n——晝夜循環(huán)數(shù)。

60(24-7：-7；

n=--------!---=——(10-5)

式中Ti——上、下路途時(shí)間，min；

72——生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，min；

K一開機(jī)率，(%)；

B---循環(huán)進(jìn)尺，m；

y——煤的容重，kN/m3；

n---晝夜循環(huán)數(shù)。

將式(10—5)帶入式(10—4),對(duì)于某一具體的工作面，將L看作變量，其他

參數(shù)基本為常數(shù)，則化簡后為：

AI

Qr=----(10—6)

L+B

工作面中工人數(shù)目可分為隨工作面長度變化而變化的人數(shù)e和與工作面長度無關(guān)

的固定人數(shù)/兩部分，故總出勤人數(shù)O=則工作面效率P為:

式（10—6）和式（10—7）表示的是曲線。八P隨L的增加而增加，達(dá)到一值后，

L增加值又會(huì)減小。由此可確定經(jīng)濟(jì)上最佳的工作面長度。

止匕外，還可綜合考慮工作面設(shè)備租憑費(fèi)、修理費(fèi)、區(qū)段平巷掘進(jìn)費(fèi)、工作面搬家

費(fèi)、工人工資等費(fèi)用，求出工作面噸煤費(fèi)用最低的最優(yōu)工作面長度。

我國目前的開采技術(shù)條件及近年來的發(fā)展，緩傾斜煤層工作面長度一般為：炮采

80~120m,普采100~150m,綜采120~200m。

2.2采煤工作面生產(chǎn)能力的確定

當(dāng)采煤工作面長度一定時(shí)，工作面的生產(chǎn)取決于循環(huán)進(jìn)度和日循環(huán)數(shù)。不同的采

煤工藝有不同的影響因素。

2.2.1作面

煤采中影響循環(huán)進(jìn)度的主要因素有頂板條件、煤的強(qiáng)度、金屬較接頂梁長度。一

般情況下選擇循環(huán)進(jìn)度與頂梁長度相等地。但在選擇較接頂梁時(shí)，必須考慮頂板條件

和煤的強(qiáng)度。頂板破碎選小值，反之選大值。煤的強(qiáng)度會(huì)影響打眼速度等。

通常煤采工作面年推進(jìn)度可達(dá)480~540m,平均產(chǎn)量15萬t/a。循環(huán)進(jìn)度初定后，

依此確定日循環(huán)數(shù),然后結(jié)合礦井生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,最后確定工作面生產(chǎn)能力。

提高炮采工作面生產(chǎn)能力的途徑有：采用先進(jìn)的微差爆破技術(shù)，減少爆破工序時(shí)

間；合理優(yōu)化爆破參數(shù)，提高爆破自裝率，降低對(duì)支柱的沖擊；合理配備各工序人員

和安排各工序的銜接人與合作，減少窩工；提高管理和技術(shù)水平等。

2.2.2普通機(jī)械化采煤工作面

普采工作面循環(huán)進(jìn)度主要與采煤機(jī)功率、輸送機(jī)能力、較接頂梁長度等有關(guān)。

每日循環(huán)數(shù)影響到工作面年進(jìn)度，它又受采煤機(jī)的開機(jī)率和牽引速度的影響，進(jìn)

而又受工作面中其他工序的影響。設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定普采工作面年推進(jìn)長度不應(yīng)小于700

mo因此可根據(jù)此初定工作面生產(chǎn)能力，再根據(jù)礦井計(jì)劃產(chǎn)量和正規(guī)循環(huán)率等情況來

適當(dāng)調(diào)整，最后確定工作面生產(chǎn)輻射能。目前國內(nèi)平均單產(chǎn)在20~30萬t/a。

提高普采工作面生產(chǎn)能力的途徑有：合理安排各工序；采取措施實(shí)行正規(guī)循環(huán);

提高開機(jī)率；提高管理和生產(chǎn)技術(shù)水平，降低人為事故耽誤的生產(chǎn)時(shí)間等。

2.2.3綜全機(jī)械化采煤工作面

由于綜采工作面應(yīng)用液壓支架，移動(dòng)距離較靈活，循環(huán)進(jìn)度主要取決于采煤機(jī)的

功率和煤的強(qiáng)度，一般為0.6

綜采工作面機(jī)械化程度高，所以日循環(huán)數(shù)也相應(yīng)增多。設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：“厚度大于

3.2m一次采全高的煤層及厚度小于1.4m的薄煤層綜合機(jī)械化采煤工作面年推進(jìn)度,

不應(yīng)小于1000m；煤層厚度1.4~3.2m的綜合機(jī)械化采煤工作面年推進(jìn)度不應(yīng)小于1

200m,據(jù)此，可初定綜采工作面的生產(chǎn)能力。目前國內(nèi)綜采工作面平均單產(chǎn)在80~90

萬t/a左右，有許多工作面已達(dá)到100萬t/a以上，個(gè)別達(dá)500~800萬t/a。

綜采工作面提高生產(chǎn)能力途徑有:合理地進(jìn)行工作面機(jī)械設(shè)備配套;提高開機(jī)率；

提高生產(chǎn)管理和技術(shù)水平；制定嚴(yán)格嚴(yán)密的作業(yè)規(guī)程，確保正規(guī)循環(huán)作業(yè)等。

2.3采煤工藝主要參數(shù)

2.3.1循環(huán)方式

（1）循環(huán)和正規(guī)循環(huán)作業(yè)

工作面內(nèi)全部工序至少完成一次周而復(fù)始采煤過程，叫循環(huán)。對(duì)于單體支柱工作

面以回柱放頂為標(biāo)志，綜采工作面以移架為標(biāo)志。即放一次頂或移一次架為一個(gè)循環(huán)。

在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，按既定的工藝方式，保質(zhì)保量完成的一個(gè)循環(huán)稱為正規(guī)循環(huán)。實(shí)踐證

明，實(shí)現(xiàn)正規(guī)循環(huán)作業(yè)，是煤礦生產(chǎn)中一項(xiàng)行之有效的科學(xué)管理方法，可有效地保證

工作面高產(chǎn)，穩(wěn)產(chǎn)和高效。

循環(huán)率是衡量正規(guī)循環(huán)完成好壞的標(biāo)準(zhǔn)。

月實(shí)際完成循環(huán)數(shù)

循環(huán)率祖=xlOO%

月計(jì)劃循環(huán)數(shù)

此值不應(yīng)低于80%,否則應(yīng)查明原因，改進(jìn)薄弱環(huán)節(jié)，使之按時(shí)完成正規(guī)循環(huán)。

當(dāng)由于技術(shù)革新提前完成正規(guī)循環(huán)時(shí)，應(yīng)重新制定新的循環(huán)方式，以便提高產(chǎn)量。

（2）循環(huán)方式的確定

根據(jù)每日完成的循環(huán)個(gè)數(shù)，循環(huán)方式可有單循環(huán)和多循環(huán)之分。

確定循環(huán)方式時(shí)，應(yīng)綜合考慮礦井生產(chǎn)能力、工作面生產(chǎn)能力、礦井工作制度及

人員配備和管理水平等因素。其中工作面生產(chǎn)能力與工作面選擇的作業(yè)形式、工序安

排、勞動(dòng)組織有關(guān)。

確定循環(huán)方式的一般步驟為：首先根據(jù)工作面地質(zhì)條件、生產(chǎn)技術(shù)條件，確定工

序安排形式，排出工藝流程圖；其次根據(jù)工序安排和勞動(dòng)定額確定作業(yè)形式和人員配

備；第三，繪出正規(guī)循環(huán)圖并計(jì)算產(chǎn)量；第四，根據(jù)該工作面的計(jì)劃產(chǎn)量，對(duì)工作面

循環(huán)方式進(jìn)行調(diào)整。如此反復(fù)，直至達(dá)到80%循環(huán)率的情況下能完成計(jì)劃產(chǎn)量，并留

有適當(dāng)余地為止。

2.3.2作業(yè)形式

采煤工作面形式是指一晝夜內(nèi)工作面中采煤班與準(zhǔn)備班在時(shí)間上的配合方式，它

由作業(yè)規(guī)程中的循環(huán)作業(yè)圖來反映

(1)作業(yè)形式的確定

常用的作業(yè)形式有下列五種。

①“兩采一準(zhǔn)”。晝夜三個(gè)班，兩班采煤，一班準(zhǔn)備。采煤班以落煤、裝煤、運(yùn)煤、

支護(hù)為主；準(zhǔn)備班完成回柱放頂、檢修、掐接輸送機(jī)等工作，適用于準(zhǔn)備工作量較大

的炮采工作面。

②“三班采煤、邊采邊準(zhǔn)”。即落煤與放頂兩個(gè)主要工序在空間上錯(cuò)開一定的安全

距離，實(shí)行平行作業(yè)。此方式可充分利用空間、時(shí)間和設(shè)備，適用于為普采工作面。

③“四班作業(yè)、三采一準(zhǔn)”。每日四班，三班采煤，一個(gè)班檢修。這種作業(yè)形式,

既可增加采煤時(shí)間，又可保證機(jī)器有充分的檢修時(shí)間，更適用于綜采工作面。

④“四班交叉”。每日四班，每班首尾兩小時(shí)為兩班交叉作業(yè)時(shí)間，可把工作量大

的工作集中在人員多的交叉時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。此方式適用于炮采或普采中各工序工作量差

別較大的工作面。

⑤“兩班半采煤、半班采煤”。此方式增加了采煤時(shí)間，有利于提高產(chǎn)量。適用于

準(zhǔn)備工作量較小時(shí)的綜采或普采工作面。

(2)工序安排

采煤工作面工序安排有排序作業(yè)和平行作業(yè)及兩種相結(jié)合的形式等。安排時(shí)，應(yīng)

分清主、次工序，保證主要工序順利進(jìn)行，盡可能地增加出煤時(shí)間；輔助工序盡可能

與采煤平行，充分利用空間和時(shí)間，并保證作業(yè)安全；薄弱環(huán)節(jié)，結(jié)合定額，加強(qiáng)措

施。

根據(jù)上柱要求，排出工藝流程圖。它是編制循環(huán)作業(yè)的基礎(chǔ)。

2.33勞動(dòng)組織

勞動(dòng)組織是指正規(guī)循環(huán)中生產(chǎn)工人的組織形式和勞動(dòng)定員o勞動(dòng)組織與作業(yè)形式、

工序安排等有密切關(guān)系，合理的勞動(dòng)組織有利于完成正規(guī)循環(huán)，有利于提高質(zhì)量和效

率。

長壁工作面勞動(dòng)組織有下列幾種：

(1)分段作業(yè)

采用綜合工種，將采支工人分成小組，沿工作面全長分為若干段，第段由一個(gè)小

組負(fù)責(zé)，每個(gè)小組綜合作業(yè)，共同完成本段各工種工作。優(yōu)點(diǎn)是：勞動(dòng)量均衡；工人

熟悉工作地點(diǎn)情況，有利于安全；綜合工種，有利于勞動(dòng)力搭配。據(jù)點(diǎn)是局部地段變

化時(shí)，可能影響全工作面進(jìn)度。這種形式較適用于炮采和刨煤機(jī)工作面。

(2)追機(jī)作業(yè)

即將工作面工人按專業(yè)分組，各專業(yè)組跟隨采煤機(jī)及時(shí)完成清底煤、移輸送機(jī)和

回柱放頂或移架等各專業(yè)工作。優(yōu)點(diǎn)是工種單一，技術(shù)熟練，工作效率高。缺點(diǎn)是分

工過細(xì)，勞動(dòng)量不均，忙閑不勻，跟機(jī)作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大。適用于普采和綜采工作面。

(3)分段接力追機(jī)作業(yè)

它是上述兩種形式的結(jié)合,具體做法是將工作面劃分為若干段(多采用每段6m),

將工人劃分為若干小組，每組負(fù)責(zé)一段內(nèi)的綜采工作。各組輪流接力追機(jī)。這種璜可

充分利用工時(shí)，也可減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，還可以在必要時(shí)集中力量處理事故。適用于長工

作面的普采和綜采。

2.4采煤工作面設(shè)計(jì)選型設(shè)例

本節(jié)以某長壁大采高綜采工作面為例，說明設(shè)備的選型與配套設(shè)計(jì)。

已知條件：該礦設(shè)計(jì)年產(chǎn)400萬t/a。根據(jù)礦井條件，經(jīng)過選型計(jì)算，擬定采用長

壁大采高綜采，裝備世界先進(jìn)水平的大功率高可靠性設(shè)備，以加大開采強(qiáng)度，提高規(guī)

模效益，建設(shè)新型的高產(chǎn)高效現(xiàn)代化礦井。

2.4.1綜采工作面選型配套原則

從高產(chǎn)高效、一井一面、集中生產(chǎn)的綜采發(fā)展新趨勢(shì)要求出發(fā)，必須增大工作面

設(shè)計(jì)長度，加大截深，選用能切割硬煤的特大功率采煤機(jī)組，提高割煤速度，相應(yīng)地

提高液壓支架的移架速度，與大運(yùn)量、高強(qiáng)度的工作面運(yùn)輸機(jī)相匹配，機(jī)巷也必須采

用長距離大運(yùn)量的膠帶輸運(yùn)機(jī)。從設(shè)備技術(shù)性能要求出發(fā)，所選綜采機(jī)械設(shè)備必須是

技術(shù)上先進(jìn)，性能優(yōu)良，可靠性高，以保證綜采設(shè)備的開機(jī)率，同時(shí)各設(shè)備間要相互

配套性好，保持采運(yùn)平衡，最大限度地發(fā)揮綜采優(yōu)勢(shì)。

2.4.2工作面設(shè)備的選型

(1)采煤機(jī)

礦井設(shè)計(jì)以1個(gè)長壁綜采工作面和2個(gè)連采工作面保證年產(chǎn)400萬t的生產(chǎn)能力。

考慮一定的富裕系數(shù)，綜采工作面的日產(chǎn)量應(yīng)在11000t以上。根據(jù)日產(chǎn)量要求，平

均日循環(huán)數(shù)應(yīng)為8個(gè)。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì),國外高產(chǎn)高效工作面開機(jī)率一般在70%以上，

最高達(dá)95%,國內(nèi)高產(chǎn)高效面先進(jìn)水平一般在40%~45%,引進(jìn)國外設(shè)備按比國內(nèi)先

進(jìn)水平有所提高，而接近世界先進(jìn)水平的原則，取開機(jī)率為55%。

①確定采煤機(jī)的牽引速度

v=(L-Li)/(Tx60-nx7i)(10-8)

式中v——采煤機(jī)所需平均牽引速度，m/min；

L——為工作面設(shè)計(jì)長度，219.5m；

L\——工作面生產(chǎn)時(shí)采用斜切進(jìn)刀開機(jī)窩方式，開機(jī)窩長度取35m；

T——工作面開機(jī)時(shí)間：14x55%=7.7h；

n---晝夜循環(huán)數(shù)，取8；

Ti——開機(jī)窩時(shí)間，取20min。

v=(219.5-35)/(7.7x60-8x20)=4.88(m/min)

則工作面的最大牽引速度應(yīng)為1.4x4.88=6.83(m/min)

按照計(jì)算，采煤機(jī)的實(shí)際截煤速度應(yīng)達(dá)到6~7m/min?？蛰d時(shí)要求其速度不小于

12m/min,以減少輔助工作時(shí)間。國外雙高工作面的采煤機(jī)實(shí)際截煤速度普遍在8

m/min以上。最高達(dá)13m/min,最大牽引速度已達(dá)31.8m/min。

②采煤機(jī)的功率

W=60vBHkHw(10-9)

式中W——需要的采煤機(jī)功率，kW；

v——采煤機(jī)所需平均牽引速度，m/min；

B——工作面截深，取0.865m；

H一采高，根據(jù)國外大采高設(shè)備能力，取5.0m；

k一破巖能力系數(shù)，取1.4；

Hw——能耗系數(shù)(1.1~4.4),取3~3.5。

卬=60x4.88x0.865x5.0x1,4x(3~3.5)/3.6=1477.4~1723.6(kW)

國外采煤機(jī)牽引速度普遍比國內(nèi)高，因此，功率需求普遍比國內(nèi)大，且在遇地質(zhì)

構(gòu)造時(shí)還可以切割巖。因此,厚煤層大采高采煤機(jī)總功率一般應(yīng)在1700~1800kWo

根據(jù)美國、澳大利亞等國高產(chǎn)高效工作面及國外幾家主要采煤機(jī)廠家使用和生產(chǎn)

采煤機(jī)機(jī)型來看，當(dāng)今世界采煤機(jī)發(fā)展方向已趨向交流電牽引采煤機(jī)，它以其技術(shù)先

進(jìn)、控制操作靈活方便、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，逐步取代液壓和直流電牽引采煤機(jī)成

為當(dāng)前的主導(dǎo)機(jī)型。美國高產(chǎn)高效工作面交流電牽引采煤機(jī)占95%,澳大利亞、南亞

等國家也占到85%以上，國內(nèi)神華礦區(qū)占90%以上。采煤機(jī)技術(shù)方向是大功率、電牽

引、多電機(jī)、橫向布置、大截深、快速牽引和實(shí)現(xiàn)微機(jī)工況監(jiān)測(cè)和故障診斷以及高可

靠性和方便的維修性。

設(shè)計(jì)礦井煤質(zhì)較硬，普氏硬度/=4左右，有煤層構(gòu)造。工作面超前壓力顯現(xiàn)較明

顯，在采煤過程中易出現(xiàn)片幫現(xiàn)象。通過選型計(jì)算，結(jié)合工作面地質(zhì)情況，選用德國

艾柯夫公司的SL500型交流電牽引采煤機(jī)，裝備了強(qiáng)大的截割功率，牽引速度快并具

有很高的機(jī)械強(qiáng)度，可保證在厚煤層和堅(jiān)硬截割條件下的安全使用。機(jī)身3段間采用

高強(qiáng)度液壓螺栓連接，截割電機(jī)橫向布置；整機(jī)采用16位微機(jī)MICOS68控制，具有

狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷功能，并裝備了自動(dòng)化功能:①采煤機(jī)在有人控制下截割1刀后，

其后的截割就可以進(jìn)行無人操作；②限量控制臥底和采高，幫助操作人員作業(yè)。采煤

機(jī)通過先導(dǎo)控制線或數(shù)據(jù)線可與順槽主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并可將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛?。?/p>

煤機(jī)的具體技術(shù)特征見表3。

表3SL500采煤機(jī)主要技術(shù)特征表

項(xiàng)目技術(shù)特征項(xiàng)目技術(shù)特征

4000（以12m/min牽齒軌式無鏈交流電

生產(chǎn)能力/t?h“牽引方式

引時(shí)）牽引

最小/最大采高/

2.7/5.2牽引速度/m/min0-31.8

m

滾筒直徑/截深/

2700/865牽引力/kN734

mm

臥底量/mm640牽引功率/kW2x90/460V

液壓泵電機(jī)功率/

切割硬度F=035/1000V

kW

1715（不包括破碎

截割功率/kW2x750/3300V總裝機(jī)功率/kW

冷卻方式水冷重量/t88

(2)工作面可彎曲刮板輸送機(jī)

①工作面刮板輸送機(jī)的生產(chǎn)能力應(yīng)保證采煤機(jī)采的煤被全部運(yùn)出，并留有一定備

用能力。采煤機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)能力比理淪生產(chǎn)能力低得多，特別是受設(shè)備開機(jī)率和液壓

支架移架速度、刮板機(jī)生產(chǎn)能力等影響和高瓦斯礦井瓦斯涌出量及通風(fēng)條件制約，牽

引速度必然受限制，實(shí)際能力為：

Q=6QHBVrC(10-10)

式中?！擅簷C(jī)小時(shí)割煤量，t/h;

HB米:同?,5m；

V采煤機(jī)實(shí)際牽引速度取，6m/min；

y——煤的容重，1.45t/m3。

C一采煤機(jī)反向空牽引或清浮煤、割煤時(shí)的牽引速度，m/min；

2=60x5x0.865X6X1.45X0.9=2031(t/h)

則刮板輸送機(jī)輸送能力應(yīng)達(dá)到2500t/h。

②運(yùn)輸機(jī)的鋪設(shè)長度和裝機(jī)功率應(yīng)依照工作面設(shè)計(jì)長度和采煤參數(shù)確定。初步計(jì)

算，功率應(yīng)在1200kW以上，結(jié)構(gòu)應(yīng)堅(jiān)固耐用，機(jī)頭結(jié)構(gòu)為交叉?zhèn)刃妒?，?qū)動(dòng)裝置垂

直布置，中部槽為整件鑄造槽幫，封底結(jié)構(gòu)，雙中鏈鏈條不小于2x34mm,機(jī)尾可

以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)張緊鏈條，應(yīng)采用軟啟動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)，電腦控制。根據(jù)上述原則選擇DBT

公司PF4/U32工作面刮板輸送機(jī)，其主要技術(shù)特征見表4。

表4PF4/1132刮板輸送機(jī)主要技術(shù)特征表

項(xiàng)目技術(shù)特征項(xiàng)目技術(shù)特征

運(yùn)輸能力/t?M2500鏈形式雙中鏈

電機(jī)功率/kW2x700鏈中心距/mm165

供電電壓/V)3300鏈速/m/s1.28

溜槽尺寸(LXWXH)

1750x988x284刮板間距/mm876

/mm

鏈條尺寸/mm(p42xl46卸載方式交叉?zhèn)刃?/p>

CST可控傳輸，內(nèi)置

傳輸控制冷卻方式水冷

式

機(jī)尾鏈張緊行程/

500mm主機(jī)重/t550

mm

運(yùn)輸機(jī)的CST的驅(qū)動(dòng)控制有半自動(dòng)和全自動(dòng)2種方式，由1臺(tái)PROTEC電腦連接到

每1臺(tái)驅(qū)動(dòng)部，用于控制安裝在減速器內(nèi)的CST離合器，并監(jiān)測(cè)壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、

油位等參數(shù)，CST在電腦控制下在15s內(nèi)軟起動(dòng)。在全自動(dòng)方式下，可通過小型控制

站監(jiān)視電機(jī)功率等,實(shí)現(xiàn)載荷均勻分布和卡鏈過載保護(hù)等,遇沖擊載荷時(shí)離合器分離。

數(shù)據(jù)掃描器能處理17種不同的電子信息，并可在主電腦上查找到這些信息，具有故障

診斷功能。運(yùn)輸機(jī)機(jī)尾鏈的液壓自動(dòng)張緊控制，由帶有微處理器的PM4系統(tǒng)控制，通

過輸入電機(jī)電流、緊鏈千斤頂行程、千斤頂單向閥的壓力，通過軟件控制算法來控制

液壓缸，自動(dòng)調(diào)節(jié)鏈的張緊。

（3）轉(zhuǎn)載機(jī)與破碎機(jī)

①轉(zhuǎn)載機(jī)

轉(zhuǎn)載機(jī)應(yīng)具有高強(qiáng)度能夠與皮帶機(jī)尾整體自移，選擇參數(shù)以工作面運(yùn)輸機(jī)額定運(yùn)

量乘1.1環(huán)節(jié)系數(shù)確定，額定運(yùn)輸能力2750t/h,以此選擇DBT公司PF4/1332轉(zhuǎn)載機(jī)，

技術(shù)特征見表5。

②破碎機(jī)

破碎機(jī)通過能力應(yīng)確保工作面刮板機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)煤流的及時(shí)通過，應(yīng)不小于1.2x2

500=3000t/h,另外根據(jù)晉城煤作為煤化工能源要求，塊率要高，因此要選用滾筒形

式為截齒式，要求截齒（座）強(qiáng)度高數(shù)量少，以減少塊率損失，懸垂高度可調(diào)節(jié)，溜

槽底板應(yīng)具有足夠強(qiáng)度。根據(jù)這些需求，選擇DBT公司的WB1418破碎機(jī)，技術(shù)特征

見表6。

表5轉(zhuǎn)載機(jī)技術(shù)特征表

項(xiàng)目技術(shù)特征項(xiàng)目技術(shù)特征

運(yùn)輸能力/t?h“2750長度/m27.5

電機(jī)功率/kW315主機(jī)重量/t72（不包括破碎機(jī)）

供電電壓/V1140冷卻方式水冷

溜槽尺寸/

1500x1188x284配套機(jī)尾MATILDA皮帶機(jī)尾

LxWxH,mm

鏈速/m/s1.54有效推移行程/m3.5

鏈中心距/mm330長度/m11.6

鏈條規(guī)格/mm(p42x146寬度/m2.9

刮板間距/mm756行走機(jī)尾重量/t20

表6破碎機(jī)技術(shù)特征表

項(xiàng)目技術(shù)特征項(xiàng)目技術(shù)特征

運(yùn)輸能力/t?h“2750長度/m27.5

電機(jī)功率/kW315主機(jī)重量/t72（不包括破碎機(jī)）

供電電壓/V1140冷卻方式水冷

溜槽尺寸/

1500x1188x284配套機(jī)尾MATILDA皮帶機(jī)尾

LxWxH,mm

鏈速/m/s1.54有效推移行程/m3.5

鏈中心距/mm330長度/m11.6

鏈條規(guī)格/mm(p42xl46寬度/m2.9

刮板間距/mm756行走機(jī)尾重量/t20

（3）液壓支架的選擇

①液壓支架架型選擇

液壓支架是綜采工作面最重要的設(shè)備之一，從目前世界先進(jìn)采煤國家長壁工

作面中的液壓支架看，液壓支架基本以掩護(hù)式為主，約占全部架型的96%,且

有向2柱式發(fā)展的明顯趨勢(shì)。美同1994年有80個(gè)長壁工作面，使用2柱掩護(hù)式

支架73套，占91.25%,是美國長壁工作面使用的主要架型，支架工作阻力大部

分在7000~8000kN,最大的2柱掩護(hù)式支架工作阻力達(dá)到9800kN。美國煤

層賦存平緩，埋藏淺。

頂板一般為砂巖或砂質(zhì)頁巖，屬中等穩(wěn)定和穩(wěn)定類別，底板多為頁巖和砂巖,

也較為穩(wěn)定。多年的生產(chǎn)實(shí)踐證明，高工作阻力的二柱掩護(hù)式支架適應(yīng)頂板屬于

中等穩(wěn)定的長壁工作面。寺河礦井煤層賦存條件及頂?shù)装鍡l件與美國相類似，借

鑒國外生產(chǎn)高產(chǎn)高效工作面經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國架型選擇要求，工作面液壓支架采用

掩護(hù)式。支架的頂梁要求采用整體剛性結(jié)構(gòu)。不使用錢接頂梁，支架在要求的工

作高度下應(yīng)能保證支架的整體穩(wěn)定性，應(yīng)設(shè)護(hù)幫板，前探梁帶一級(jí)護(hù)幫板，支架

底座采用帶有基座千斤頂?shù)膭傂缘鬃?/p>

②操作方式的選擇

液壓支架技術(shù)的重大突破當(dāng)屬電液控制系統(tǒng)，采用了電子控制的先導(dǎo)閥，先

進(jìn)呵靠的壓力和位移傳感技術(shù)，靈活自由編程的微處理技術(shù)和紅外遙感技術(shù)等現(xiàn)

代科技成果，可實(shí)現(xiàn)成組移架、推溜，使液壓支架的動(dòng)作自動(dòng)連續(xù)進(jìn)行，移架速

度大大提高，移架循環(huán)時(shí)間可達(dá)到6~8s。支架的電液控制系統(tǒng)應(yīng)接收采煤機(jī)的

位置信號(hào)，實(shí)現(xiàn)與采煤機(jī)的聯(lián)動(dòng)。并可將工作面支架工作狀況圖形及數(shù)據(jù)和采煤

機(jī)的部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸至地面。美國1994年共有80個(gè)工作面其中70個(gè)工作面是電

液控制支架工作面，占87.5%。澳大利亞采用電液控制的工作面也占絕大多數(shù)。

總之，支架應(yīng)具有結(jié)構(gòu)簡單，控制先進(jìn)可靠，操作簡單，便于維修等特點(diǎn)。

③支架支撐高度的確定

最大高度：

//max=//max+Sl(10—11)

式中“max——支架支撐最大高度，m；

/Zmax-------煤層最大采高，5.2m；

S——偽頂或浮燥冒落厚度，一般取200~300mm。

Hmax=5.2+0.3=5.5(m)

最小高度：

"min<〃min-S2-。一8(10-12)

式中“min——支架支撐最小高度，Hl;

hmin煤層最小米局，取2.9m；

S2----頂板最大下沉量，一般取200mm；

amin——為支架移架所需最小降架量，取50m；

b——為浮煤厚度，按50m估算。

④支架支護(hù)強(qiáng)度的計(jì)算

根據(jù)支架支護(hù)強(qiáng)度的估算法。

P=Nhl(10-13)

式中P——支架支護(hù)強(qiáng)度，MPa；

N一支架載荷相當(dāng)采高巖重的倍數(shù)，中等穩(wěn)定頂板以下取N=6~8；

h----采高，取5.0m；

I——頂板巖石密度，取2.57t/m3；

b——為浮煤厚度，按50m估算。

2

P=(6~8)x5.0x2.57=80.18~106.9(t/m)o

MX110t/m2,即1.1MPa。

支架工作阻力實(shí)際上反映了支架在工作過程中所需承受的頂板載荷。而頂板

載荷與煤層厚度近似成直線關(guān)系增長，以此來確定支架的工作阻力為：。=9.8%

xNhFl=9.8%°x(6~8)x5x8.16x2570=6166~8220kN,取8300(kN)。

式中：F為支架的支護(hù)面積，取8.16n?。

根據(jù)計(jì)算確定液壓支架的技術(shù)參數(shù)見表70

表7掩護(hù)式液壓支架技術(shù)參數(shù)

項(xiàng)目技術(shù)特征項(xiàng)目技術(shù)特征

2250~45002550-

支架高度/mm立柱中心距/mm900

5500

平均對(duì)地比壓/

支架寬度/mm1610~18502.51

MPa

通風(fēng)面積/m217/20底座面積/m23.4132

起底油卸推/拉力/

387移架力/kN560

kN

泵站壓力/MPa31.5-35.7推溜力/kN310

立柱油缸直徑/

345/325支護(hù)強(qiáng)度/kN/m21100

mm

立柱活塞壓力/kN4900端部載荷/kN1640

初撐力/kN5890電液系統(tǒng)PM4

平衡油缸推拉力/

1150/600順槽主機(jī)MCU

kN

工作阻力/kN2x4139架中心距/mm1756

頂梁長度/mm3945/中間架支架重量/m27.5+2.5%

⑤工作面支架數(shù)量

首采工作面共設(shè)計(jì)配套130架支架，其中端頭架、過渡架共15架，支承高

度2.25~4.5m；中間架115架，支承高度2.55~5.5m；每個(gè)支架由1個(gè)帶微處

理器的PM4服務(wù)器和螺紋式驅(qū)動(dòng)器和若干傳感器組成。每8個(gè)PM4提供1個(gè)電

源，順槽安裝有1個(gè)主PM4服務(wù)器和1個(gè)Windows操作界面的主計(jì)算機(jī)MCU,

通過快速插頭連接線組成整個(gè)工作面PM4電液控制系統(tǒng)。

(4)浮化液泵的選型及液箱配置

浮化液泵的壓力要滿足初撐力和千斤頂所需最大推力的要求，流量要滿足每

架(組)在移動(dòng)循環(huán)中所需的動(dòng)作的立柱和千斤頂?shù)淖畲罅髁浚瑫r(shí)要滿足支架

追機(jī)速度要求。

控制方面要求隨支架載荷變化，根據(jù)系統(tǒng)壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)開啟泵的臺(tái)數(shù)，能根

據(jù)液位自動(dòng)控制補(bǔ)水，具有乳化液自動(dòng)配液裝置,并對(duì)高液位、乳化液出口壓力、

泵潤滑油壓力進(jìn)行檢測(cè)和保護(hù)。依據(jù)原則，泵站壓力應(yīng)滿足：

Pbi=4PVZ兀Di(10-14)

式中Pbi——泵站壓力，MPa；

Pi——支架初撐力，5890kN；

Z一支架的主立柱根數(shù)，個(gè)；

Di——支架立柱缸體內(nèi)徑，0.325m。

Pbi=4x5890/2x3.14x0.3252=35518kPa=35.5(MPa)。

泵站壓力還應(yīng)滿足：

Pb2=4Pn/兀。2(10-15)

式中Pb2——泵站壓力，MPa；

Pn——千斤頂?shù)淖畲笸屏Γ?10kN；

￡)2---------千斤頂缸體內(nèi)徑，0.1mo

Pb2=4x310/3.14x0.12=36470kPa=36.5(MPa)

滿足式10—14、10—15的泵站壓力為：

P=KPbmax(10-16)

式中P——泵站壓力，MPa；

K——泵站系統(tǒng)壓力損失系數(shù)，取1.05?1.1；

PbmaxPbl、Pb2中的大者；

￡>2--------千斤頂缸體內(nèi)徑，0.1m。

P=1.05x36.5=38.3(MPa)

泵站流量應(yīng)考慮成組快速移架的需要，按6架/組計(jì)算：

Q>(HIS(FI+F2)+/73BF3)/(1000(〃％—"))x(1加)(10-

17)

式中Q—液壓泵站的工作流量，L/min；

“、〃3——移架時(shí)同時(shí)降的立柱數(shù)和千斤頂數(shù)，分別為12和6；

S、B---移架時(shí)立柱的行程和千斤頂?shù)男谐?90cm、86.5cm；

Fl、F2、F3——立柱環(huán)形腔、活塞腔及千斤頂移架腔的作用面積分別為

934.82、

1056.24、298.17cm2；

L——支架架間距，1.756mx6；

%——采煤機(jī)牽引速度，取7m/min；

/4——移架過程中的其它輔助時(shí)間0.2min；

7——泵站容積效率取n=0.9?0.92。

Q>(12x290(934.82x1056.24)+6x86.5x298.17)/(1000(1.756x6/7

-0.2))x(1/0.91)

=563.6L/min

液箱以滿足V>3Q+Q=563.6x3+200=1890.8L。停泵時(shí)全部進(jìn)回液管回液

和煤層厚度變化使立柱伸縮造成的流量變化等因素，選擇德國豪森科公司的

EHP-3K200型泵和液箱。具體技術(shù)參數(shù)見表8o

表8乳化液泵的技術(shù)參數(shù)及配套項(xiàng)

項(xiàng)目技術(shù)特征項(xiàng)目技術(shù)特征

4(3臺(tái)工作，1臺(tái)備

公稱壓力/MPa31.5-35.7乳化液泵臺(tái)數(shù)/臺(tái)

用)

公稱流量/L*min'309重量/kg1200

柱塞數(shù)量/個(gè)3乳化液箱不銹鋼

電機(jī)功率