曹庄矿薄煤层综采配套设计说明书A.docx
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曹庄矿薄煤层综采配套设计说明书A
曹庄矿薄煤层综采工作面配套设备
设计说明书
肥城矿业集团公司机械厂
二OO五年一月
目录
第一章概况………………………………………………………………2
第一节矿井概况………………………………………………………2
第二节曹庄矿七层煤地质特征及71006工作面地质条件……………2
第三节煤层顶底板………………………………………………………3
第四节储量及服务年限…………………………………………………3
第二章采煤工艺…………………………………………………………4
第三章综采配套设备选型设计…………………………………………7
第四章生产系统…………………………………………………………19
第五章劳动组织和主要经济技术指标…………………………………19
第一节劳动组织………………………………………………………19
第二节主要经济技术指标表…………………………………………20
第六章投资概算及效益分析………………………………………………21
第一章概况
第一节矿井概况
曹庄井田位于肥城煤田的东部，东以F23断层与杨庄井田分界，西以20474000坐标纵线为界与大封井田相邻，井田面积9．83Km2。
矿井于1965年1月1日正式投产，设计生产能力60万t/年，设计服务年限64年。
截止2004年底，矿井已生产39年，剩余工业储量4983.4万t，可采储量3214.2万t。
2003年核定生产能力100万t/年，尚可服务年限23.26年。
矿井开拓方式为立井、多水平、主要贯穿石门、采区上下山开拓，分三个水平开采，第一水平为-120m水平，现己基本回采结束；第二水平为-280m水平，现正在生产；第三水平为-480m水平，为下组煤延深水平，目前正在施工。
井田内含煤地层为石炭二叠纪的山西组与太原组，主要可采煤层有六层，即l、3、7、8、9和10-2层，其中1、7层为薄煤层，8、9、10—2层为中厚煤层，3层为厚煤层。
七层煤—120m第一水平己开采结束，—280m第二水平七层煤除井田东翼的东三采区尚未开采外，其余皆已回采，—480m第三水平七层煤尚未开采，目前正在准备首采区西五采区的71006工作面。
截止2004年底，七层煤剩余能利用储量为537．4万t，可采储量为372．1万t，暂不能利用储量为158．4万t。
第二节曹庄矿七层煤地质特征及71006工作面地质条件
曹庄矿七层煤厚度变化范围0.83～1.59m，平均厚度1.18m，属薄煤层，在煤层中部含有一层厚0．05—0.29m的泥夹石，赋存稳定，f=2～3。
七层伪顶为炭质岩，厚0.1～0.2m，易垮落，强度低f=2；直接顶为深灰色粉砂岩，厚4.07～17.55m，平均厚8.29m，质细性脆，节理发育，强度较低，f=3～4。
直接底为互层或细砂岩厚0．80～8．55m，平均5m，强度较低，f=3～4，附71006工作面煤层综合柱状图。
底板比压10．5MPa。
直接顶初垮距为10米，老顶来压步距为21～25米，来压强度实测385KN／m2。
71006工作面位于西五采区西翼第三区段，该面七层煤厚1.15～1.27m，平均厚1.20m，属稳定薄煤层，f=1.5，结构复杂。
煤层中部含一层0.11m厚的泥岩夹石，f=2～3。
伪顶为炭质页岩，平均厚0．10m，节理发育，强度低f=2；直接顶为粉砂岩，平均厚9.59m，质细性脆，节理发育，下部含菱铁质结核，f=3～4；直接底为细砂岩，平均厚6.89m，夹粉砂条带，f=4～5。
七层煤上距六层煤平均9.69m，下距八层煤平均29.21m。
该面地处井田西深部倾伏向斜处，煤层走向变化大，向斜东翼倾向N，走向近东西，向斜西翼煤层走向弯转近90。
呈南北向，倾向则由N变为E，煤层两极倾角80～300，平均130，向斜轴部及东翼倾角较小，西翼较大。
地质构造较复杂，工作面现在施工上风道，回采范围内已揭露落差1m以上断层四条（落差分别为1.2m、1.5m、1.8m和3.5m），以倾向正断层和斜交正断层为主，根据七层煤-280m水平以上开采情况，预计本面小断层将较为发育。
由于向斜轴的影响，本面分为里（I）、外（II）两个块段回采，工作面储量见附表。
71006工作面储量表
块段号
走向长
（m）
倾斜长
（m）
面积（m2）
煤厚（m）
容重
（t/m3）
工业储量
（t）
回采率
（%）
可采储量
（t）
I
410
144
59040
1.09
1.40
90095
97
87392
II
175
113
19775
1.09
1.40
30177
97
29271
合计
120272
97
116663
第三节煤层顶底板
附图：
71006工作面煤岩层综合柱状图
第四节储量及服务年限
一、71006工作面储量
工业储量：
12.03万吨。
可采储量：
11.67万吨，回采率97%。
二、71006回采工作面服务年限
预计回采工作面的服务年限=可采储量/月设计产量
=116663/1204×30=3.3个月
三、曹庄矿七层煤综采工作面接续计划
1、71006面：
储量：
11.67万t；开采时间：
2005.7.1～9.15；面长：
143m；采高：
1.2m；推进长：
585m；每天采量：
222.96t/mX5.4m/d=1204t/d。
预计服务年限：
116663/1204×30=3.3个月
2、71008面：
储量：
5.53万t；开采时间：
2005.9.16～11.10；
面长：
122m；采高：
1.2m；推进长：
280m；每天采量：
190t/mX5.4m/d=1026t/d。
预计服务年限：
55300/1026×30=1.8个月
3、71010面：
储量：
9.5万t；开采时间：
2005.11.11～2006.2.14；
面长：
122m；采高：
1.2m；推进长：
280m；每天采量：
90t/mX5.4m/d=1026t/d。
预计服务年限：
95000/1026×30=3.1个月
4、71012面：
储量6.6万t；开采时间：
2006.2.15～4.20；面长：
90m；采高：
1.2m；推进长：
460m；每天采量：
91t/mX5.4m/d=1032t/d。
预计服务年限：
66000/1032×30=2.2个月
第二章采煤工艺
一、采煤工艺：
采用综合机械化采煤。
MG2X2X70／330-WD型电牵引采煤机落煤、装煤，SGZ630／220型中双链刮板输送机运煤，ZY2600／09／20型液压支架支护顶板：
采高1.2m，循环进度为0.6m。
二、采煤方法：
本工作面采用双滚筒采煤机双向割煤，往返一次进两刀。
1、采煤机的进刀：
双滚筒采煤机自开缺口，煤机采用端头斜切式进刀方式，吃刀距离不小于20m，进刀深度为0.6m，采煤机牵引方式为有轨无链牵引。
具体操作知下：
斜切进刀方式（下切口进刀）
（1）开始：
采煤机下行割透下切口后停机，推移刮板输送机距采煤机10米时停止。
（2）进刀：
采煤机翻转挡煤板，将2个滚筒的上下位置调换，上行割煤至刮板输送机弯曲段以上5米达到规定截深时停止。
（3）推移输送机头使刮板输送机成直线。
（4）采煤机翻转挡煤板，调换前后滚筒上下位置，下行割三角煤，割透下切口。
（5）再次翻转挡煤板，调换滚筒上下位置，上行割煤，同时按规程规定距离进行移架移刮板输送机。
在工作面上切口同样使用该方法。
附图：
采煤机进刀方式示意图
2、采煤机正常切割：
正常割煤长度为143m，采煤机以3-4m/min的速度割煤，直至割透上（下）端头煤壁。
采煤机正常割煤采用前滚筒在上部、后滚筒在下部的方式。
3、工艺要求
（1）割煤：
沿顶底板双向割煤，往返一次进两刀，煤机速度要适宜，且保证顶底板平整，煤壁齐直，不得随意留顶底煤。
（2）移架：
采用及时移架支护方式，移架滞后采煤机后滚筒5-6架，追机作业，移架步距0.6m。
若顶板破碎，端面距过大应拉移超前架及时支护顶板。
正常移架操作顺序为：
①降柱使支架顶梁略离顶板。
②当支架可移动时，立即停止降柱，使支架移够规定步距（0.6m）。
③调架使推移千斤顶与刮板输送机保持垂直，支架不歪斜，中心线符合规定，全工作面支架排成直线。
④升柱同时调整平衡千斤顶，使顶梁与顶板严密接触约3—5秒，以保证达到初撑力。
⑤伸出侧护板使其紧靠下方支架。
⑥将各操作手把扳到“零”位。
（3）推溜：
随移架并顺序推溜，严禁相向操作，滞后移架5-10m，弯曲段长度不小于15米，且要均匀过渡，推移步距0.6m，并保持溜子的平、直、稳。
4、爆破落煤：
本工作面采用双滚筒采煤机自开上下缺口，当工作面遇落差较大的断层、无煤带等情况必须采用打眼爆破方式过断层，同时采煤机也必须具备一定割岩石的能力。
三、工作面生产能力
1、工作面小时生产能力：
Q=60×H（煤层平均厚度）×S（截深）×V（平均速度）×r（容重）
=60×1.25×0.6×4×1.4
=252t/h
2、工作面小时最大生产能力：
Q=60×H（煤层最大厚度）×S（截深）×V（最大速度）×r（容重）
=60×1.6×0.6×6×1.4
=484t/h
四、工作面正规循环生产能力：
71006工作面采用综采设备后，根据煤层赋存条件，预计每天可推采八个循环，一个循环生产能力：
W=L（面长）×S（循环进度）×h（采高）×r（容重）×c（回采率）
=143×0.6×1.2×1.4×0.93
=134（吨）
平均日产量为：
134X8=1072吨。
平均月产量为：
1072X30=32160吨。
第三章综采配套设备选型设计
结合我们肥城老区其它煤矿采高条件，为尽可能涵盖肥城矿区七、八、九、十层煤赋存条件，适应地质构造复杂、煤层倾角变化大的特点，提高综采设备利用率及其综合效益，为将来在其它矿井推广应用综采工艺提供设备及技术保障，综合上述分析并按照集团公司1月26日会议纪要要求，提出以下薄煤层综采配套设备选型设计：
一、液压支架：
选用ZY2600／0.9／20型两柱掩护式支架。
液压支架的具体设计及强度校核委托煤科总院北京开采所进行。
该支架针对性较强，设计调高范围较小，适用于七、八、九、十层等薄煤层的开采，其四连杆机构选取合理，可保证整个支架的良好受力，稳定性高，重量较轻。
主要技术特征见附表：
㈠、主要技术参数的确定
1、支架高度的确定：
由于受到薄煤层采高的限制，立柱选用双伸缩油缸，调高幅度比较大。
考虑到满足人行、通风和支架运输等条件，人为确定液压支架高度为0.9m～2.0m，采高控制到1.1m～1.8m，就能满足曹庄矿薄煤层使用要求，考虑到七层煤断层多，工作面储量小，为了易于液压支架的频繁搬家运输，在满足液压支架设计强度的同时，尽可能减轻夜压支架的重量，控制在7.5吨以下。
由于采用双伸缩，立柱缸径比较大，一般缸径为Φ210/Φ160mm，柱径为Φ200/Φ130mm。
2、支架宽度的确定：
根据无链牵引齿条长度及运输条件，确定支架中心距为1.5m，支架宽度为1420～159Omm，带移动侧护板。
3、支架工作阻力和初撑力的确定；合理选择支架的工作阻力或支护强
ZY2600/09/20型掩护式液压支架主要技术特征
序号
项目
参数
单位
附注
1
支
架
型式
掩护式液压支架
高度
900~2000
mm
中心距
1500
mm
宽度
1420~1590
mm
初撑力
2134~1581
kN
工作阻力
2541~1883
kN
支护强度
0.46~0.34（f=0.2）
MPa
底板比压
平均1.18（底座前端1.06—1.30）
MPa
采高
1.1~1.8
m
适应煤层倾角
工作面倾角200（>200加防滑装置）
DEG
泵站压力
31.5
MPa
操纵方式
邻架
支架重量
约7.5
t
2个
2
立
柱
型式
双收缩
缸径（大/小）
φ210/φ160
mm
柱径（大/小）
φ200/φ130
mm
行程
888（480/408）
mm
初撑力
1090
kN
P=31.5MPa
3
推
移
千
斤
顶
工作阻力
1300
kN
P=37.5MPa
型式
普通
1个
缸径
140
mm
杆径
80
mm
行程
700
mm
推溜力
158
kN
拉架力
326
kN
4
平
衡
千
斤
顶
型式
普通
2个
缸径/杆径
125/70
mm
行程
285
mm
初撑力（推力/收力）
343X2/265X2
kN
P=31.5MPa
工作阻力（推力/收力）
369X2/285X2
kN
P=37.5MPa
5
侧
推
千
斤
顶
型式
普通
3个
缸径/杆径
63/45
mm
行程
170
mm
推力
98
kN
收力
48
kN
6
调
架
千
斤
顶
型式
普通
0.5个
缸径/杆径
100/60
mm
行程
405
mm
推力
247
kN
收力
158
kN
度，能有效地控制顶扳的离层和下沉，可以管理好顶板，保证生产的安全、可靠。
根据一般煤矿地质条件和矿压显现，并留有余地，确定支护强度为0.55MPa左右，通过计算确定采用2根双伸缩立柱，安全阀开启压力为39MPa，立柱工作阻力为1300kN，支架工作阻力为2600kN，支护强度为0.46～0.34MPa，支架初撑力为2134kN，可以满足肥称矿区薄煤层的使用要求。
4、拉架力和推溜力的确定：
为了保证顺利地移架推溜，选用了Φ140mm缸径的浮动活塞式千斤顶。
拉架力：
F1=π（D2-d2）4×1000×P=326kN
式中：
D＝140mmd＝80mmP＝31.5MPa泵站压力
推溜力：
F2=π×d24×1000×P=158kN
5、液压支架支护强度验算
①、经验计算支护强度
P=8×9.81×h×r=8×9.81×1.2×2.5
=235.44（kN／m2）
②、经曹庄矿技术科计算，最大平均支护强度为448（kN／m2）。
③、选择工作面支护强度
235．44（kN／m2）＜448（kN／m2），因此工作面支护强度应大于448（kN／m2）。
根据工作面条件与支架适应条件对照表可以看出，选用ZY2600／09／20型支架，支护强度为600kN／m2，支架适应底板比压值为1.2Mpa。
在满足顶板管理支护强度需要的同时，也能满足底板比压值要求。
工作面条件与支架适应条件对照表
工作面条件
支架适应条件
采高
1.2
0.9-1.9m
倾角
8～30°
＜35°
煤厚
0.83～1.59m
0.9-1.9m
煤硬度
1.5
底板比压
10.5MPa
1.2Mpa
支护强度
448kN／m2
600kN／m2
顶板种类
1类
1-2类
㈡、支架的主要结构件设计
支架的主要结构件、承载部件，均选用高强板设计，以减轻支架重量。
顶梁采用整体式箱型变断面结构，控顶长度短，具有良好的支撑和掩护功能，顶梁单侧采用活动式侧护板。
底座为分体式，活联接，中间为推移机构。
为合理利用支架内部空间，前连杆设计为单连杆，后连杆设计为双连杆，在最低位置时，前、后连杆可以侧投影重叠而不干涉。
推移杆设计为板式，可提高人行道空间。
为便于工作面液压支架的安装、调整及使用，设有调架千斤顶。
当煤层倾角大于20°时，增加防倒防滑机构。
㈢、支架的液压系统设计
1、液压系统是由315L/min流量的乳化液泵站、主管路、架内支管路、各种液压阀和液压元件组成。
高压进液管Φ19mm，总回油管Φ25mm，支干线Φ13mm，支线Φ10mm。
2、主要液压元件：
该支架的主要液压元件有操纵阀、安全阀、液控单向阀、过滤器等。
3、支架液压系统的操作方式为邻架控制定压推进。
二、采煤机：
根据调研，我们提出以下两种机型供选择：
1、MG2X2X70／330-BWD电牵引采煤机。
总装机功率329.5KW，电压1140V，辽源煤机厂制造。
用户主要有：
淮南谢一矿、山西晋玉焦煤公司、枣庄（现已定货，尚未投入使用）。
主要技术参数见采煤机技术特征表。
2、MG132／315-WD型电牵引采煤机。
总装机功率315KW，电压1140V，鸡西煤机厂制造。
主要技术参数见采煤机技术特征表。
MG2X2X70／330-BWD型电牵引采煤机主要技术特征表
1
产地
辽源煤机厂
15
摇臂摆动中心距
3900mm
2
型号
MG2X70／330-BDW
16
摇臂长度mm
3
设计能力t/h
600
17
过煤高度mm
217
4
采高范围m
1.1-2.0
18
水管规格mm
φ25
5
滚筒直径mm
φ1000、φ1100
19
降尘方式
内外喷雾
6
卧底量mm
60、110
20
供水压力
4.5Mpa
7
截深mm
630、800
21
供水量
250L/min
8
适应工作面倾角
≤210
22
牵引力KW
340
9
牵引方式
销轨式无链牵引
23
总装机功率KW
2X2X70+2X22+5.5=329.5
10
调速方式
电磁滑差调速
24
截割电机KW
1140V2X70
11
牵引速度m/min
0～7
25
牵引电机KW
1140V22
12
滚筒转速r/min
55
26
调高电机KW
1140V5.5
13
截割速度m/s
2.88、3.17
27
外型尺寸mm
10139X1792X850
14
摇臂摆角
-10.760～+19.320
28
机器重量t
20
产地：
辽源煤机厂
MG132/315-WD型电牵引采煤机主要技术参数及配套设备
机面高（mm）：
830；采高（m）：
0.95～1.7（￠0.95m滚筒可采1.7m￠1.2m滚筒可采1.85m）
煤层倾角（°）：
≤30；
煤质硬度：
f≤3.5
牵引力（T）：
28（每个电机控制在18.5Kw）；
牵引速度（m/min）：
0～6.2
截深（mm）：
600700800；最小卧底量（mm）：
80（￠0.95滚筒）（￠1.2m滚筒为205mm）
过煤高度（mm）：
275；
两摇臂回转中心距（mm）：
4200
空顶距（mm）：
1830～2030；
外形寸（mm）：
7500（滚筒中心距）×1130×455（壳体厚度）
牵引形式:
电磁滑差调速交流驱动摆线轮销轨式无链牵引
摇臂长度（mm）：
166；
摇臂摆角（°）：
＋27－3
滚筒直径（mm）：
￠950￠1000￠1100；
滚筒转速（r/min）：
86.5
操纵方式：
中部手控（开停机、停输送机）
两端电控或液控（滚筒开、降）
机器重量（T）：
17
总装机功率（Kw）：
313.5
（其中两台截割电机2×132Kw，两台牵引电机2×22Kw，一台泵电机5.5Kw，
共计2×132＋2×22＋5.5＝313.5Kw）
电压（V）：
1140；
拖缆方式：
强力自拖
截割电机型号：
YBC-132E；
牵引电机型号：
YBCTS-22（南京特种调速电机厂）
调高电机：
YBC-5.5E；
调高泵型号：
XB12.5（自制）
供水管型号：
KJR19；
主电缆型号：
UCPQ3×70＋1×16＋3×4
配套开关型号：
DQZBH-300/1140
配套输送机型号：
SGB-630/150C配专用档煤板（销排通用）
最大不可拆卸部件为电控箱，其尺寸和重量如下：
长×宽×高（mm）：
1600×1110×455
重量（T）：
1.59
采煤机主要特点：
1、该机功率大，机身短、窄、薄，对于薄煤层适应性大。
2、牵引力大（现控制在28T），爬坡能力强。
采用液压制动器，制动力大，可适应较大倾角
3、所有的电机横向装入每个独立的机箱内为抽屉式，便于维护。
各部件有独立的动力源，各大部件间无直接的动力传递。
故障点、漏油点减少，维护、维修方便。
4、机身由左、右牵引部，电控箱三大部件组成，之间采用2X6个亚铃销2×5个M30对节螺栓联接，强度高、刚性好、牢固、可靠。
本机不设底托架，从而加大了机身下面的过煤高度。
摇臂支承座受到的截割力、油缸支承座受到的支反力，牵引行走机构的牵引反力均由牵引部箱体来承受，省略了传统的底托架连接等复杂结构。
联接简便、可靠，装拆方便。
5、不活动部份的机身长度为4200mm，宽度为1130mm，厚度为455mm，是同类型采煤机中最为紧凑的，因此它的适应性强。
6、采用电磁滑差调速系统。
无大型变压器，系统简单，体积小，操作方式多样，可手动操作，可电控操作，根据需要也可实现离机摇控。
7、电气控制采用了微机控制，并具有故障监视系统和故障显示系统。
电气部份采用插件，如出现故障便于维修更换。
8、管路和电缆布置集中便于管理维护。
9、对调高泵、阀块、电磁换向阀等进行外置（不在箱体内），液压锁和油缸进行分体设计，便于故障查找、维修和更换。
10、调高电机布置在油箱壳体中充分利用空间设计紧凑，结构合理，减少了机身长度。
11、摇臂采用三级直齿传动，提高了传动的可靠性、结构简单、维修方便，并使滚筒输出部份结构（直径）小，这样增大了滚筒螺旋叶片的高度，提高装煤效果。
12、设置了防滑保护系统，在较大倾角，向下空载调动时，为防止下滑跑车本机设计了，下滑制动系统，当下滑速度高于6.2m/min时，制动器制动，当下滑速度低于6.2m/min时，制动器自动解锁，不必停车另行启动。
13、采用弯摇臂设计，加大过煤空间，提高装煤效果，摇臂滚筒端单独设置油池，以保证该机轴承的润滑。
牵引部未级传动采用双浮动三行星传动，结构紧凑，体积小。
14、采用强力耐磨滚筒，提高滚筒寿命降低截齿消耗量，降低用户成本，该滚筒使用寿命不低于50万吨。
15、牵引机构是由左、右两个牵引部组成，其牵引行走部份和牵引部溶为一体，这样可减少机身长度和宽度，右、右两个牵引部内各有一个用于采煤机牵引的22Kw电磁滑差调速电机其动力通过二级直齿轮传动和二级行星齿轮传动减速传至驱动轮，驱动轮驱动行走轮，使采煤机沿工作面移动。
16、滑靴回转中心与行走轮中心同轴，保证行走轮与销轨正常啮合。
使用情况：
该机于2002年9月在双鸭山矿务局做工业性试验，试验期间，最高日产1100吨，最高月产25000吨。
该机已销售2台，其中双鸭山局1台，云南恩
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