二水平一采区C煤层开采设计方案.docx

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二水平一采区C煤层开采设计方案

第一章前言

第二章简况

一、位置…………………………………………………….2

二、范围…………………………………………………….2

三、邻近关系………………………………………………..2

第二章地质情况……………………………………………..3

一、地质特征……………………………………………......3

二、构造……………………………………………………..4

三、含煤地层及煤层、煤质特征……………………………..4

四、瓦斯煤尘及煤地自燃……………………………………..5

五、矿石特征、类型及有益有害组份地含量……………..5

六、矿井开采条件简述……………………………………..6

第三章2105-11采煤工作面生产能力及服务年限…………….9

一、工作面服务年限………………………………………..9

二、一采区C5#煤层服务年限……………………………..9

第四章采煤方法………………………………………………9

一、巷道布置………………………………………………..9

二、2105-11工作面生产系统…………………………………10

三、回采工艺………………………………………………...11

四、劳动组织和循环作业方式……………………………...12

五、工作面设备选型………………………………………....12

第五章主要设备计算及选型

一、风量计算及设备选型…………………………………..12

二、提升运输量计算及设备选型…………………………15

三、排水量计算及设备选型………………………………18

四、安全装备………………………………………...…..…..19

第六章主要安全措施

第一章前言

一、简况

C5-1煤层在C5煤层之上,煤层倾角35—38°之间平均厚度0.4—0.7m,与C5煤层相距：

垂距2—3.5m,平距3—4.5m.该煤层在二水平一石门揭穿煤点其厚度为0.4m,因此被误认为不可采煤层,在掘进C5煤层运输巷时巷探法进行探测,测得该煤层厚度为0.7m,且煤质较好.

C5-1煤层属C5煤层复合煤层,与C5煤层相距层间过大也过小,过大：

如果两层合一层开采,处理夹矸困难,支护困难.过小：

如果采用单独布置运输巷开采,两条运输巷基本合拢,巷道压力特大,容易造成巷道跨蹋事故发生.为此,经矿委会讨论决定开采布置方法：

1、分层开采,即:

先采上C5-1煤层,后采C5煤层。

2、在C5煤层运输巷每隔75m按方位角210°掘石门平巷4—5m揭穿C5-1煤层,之后,沿煤层走向布置区段运输巷。

3、在C5煤层回风巷每隔75m按方位角210°掘石门平巷4—5m揭穿C5-1煤层,之后,沿煤层走向布置区段回风巷.

二、位置

C5-1煤层位于二水平一采区+1036m水平,该煤层是C5复合煤层,田家沟煤矿地第一个延深水平,一采区共有可采煤层4～5层,而C5-1#煤层位于可采层地第二层（由上往下）,距C12#煤层集中运输巷53m.目前,第一可采层（C3#煤层）已经回采100m.

三、范围

一采区采用双翼布置,东西方向全长660m,倾斜长90m,其中,东翼360m；西翼300m,由于该矿主平硐从采区西翼煤系地层穿过（约60m）,所以,西翼实际长240m.

三、邻近关系

该采区以东为规划中地三采区；以西为原兴盛煤矿.上水平已于2006年3月全部开采完毕.

第二章地质情况

一、地质特征

（一）地层

田家沟煤矿出露地层由新渐老依次有第四系（Q）、夜郎组（T1y）和二叠系上统长兴组（P3c）、龙潭组（P3l）、中统茅口组P2m.其中,P3c、P3l出露完整,P2m出露上部,T1y出露下部,第四系零星分布.现将区内出露地层特征叙述如下：

1.二叠系中统茅口组（P2m）

分布于矿区南东部,岩性为浅灰、灰色厚层至块状粉晶灰岩、含生物碎屑灰岩,产腕足类、蜓等生物化石.厚度大于100m.

2.二叠系上统龙潭组（P3l）

分布于矿区南东部,是本区地含煤地层.岩性由灰、灰黄、灰黑色细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、含炭质泥岩及煤层（线）组成.该组与下伏茅口组呈假整合接触,厚度约75m.

3.二叠系上统长兴组（P3c）

分布于矿区中部地段,岩性为灰、深灰色中至厚层状含燧石团块灰岩、粉晶灰岩夹钙质粉砂岩,含腕足类、腹足类等化石.厚约70m.

4.三叠系下统夜郎组沙堡湾段（T1y1）

分布于矿区南东部,岩性要为灰黄、灰绿色薄至中厚层状钙质泥岩泥灰岩,厚度小于20m.

5.三叠系下统夜郎组玉龙山段（T1y2）

分布于矿区中部,灰色中至厚层状泥质灰岩、泥质泥晶灰岩夹泥质条带.厚80-100m.

6.三叠系下统夜郎组九级滩段（T1y3）

分布于矿山北部,紫红、灰紫色薄至中厚层状泥质粉砂岩、泥岩、泥灰岩,上部夹灰色中厚层泥晶灰岩.厚度大于100m（未见顶）.

7.第四系（Q）

主要分布于山麓以及低洼地段,为黄色、灰色残坡积型含砾石地粘土、砂土,结构松散,厚度0～10m.覆盖龙潭组、茅口组等各地层之上.

二、构造

矿区位于桑木场背斜北西翼,地层走向北东向、倾向北西,平均倾角38°,为单斜构造.断层和褶皱等构造不发肓,地质构造简单.

三、含煤地层及煤层、煤质特征

1.含煤地层

二叠系上统龙潭组为区内含煤地层,底部与茅口组灰岩假整合接触,顶与长兴组灰岩整合接触,含煤地层内部均为连续沉积.

龙潭组为一套以粘土岩岩至细粒碎屑岩为主,含少量碳酸盐岩和煤岩地海陆交互相沉积组合,地层厚度约75m.其中含煤层（线）3－12层,根据工程揭露及相邻矿山地质资料,矿山可采煤层有C3#、C5#、C12#三层煤,其它煤层厚度及煤质指标不详.区内除底部含铝土质粘土岩标志层明显外,其余层段岩性均不稳定.

2.煤层

（1）、C3#煤层：

是现田家沟煤矿地开采煤层.煤层位于龙潭组上部,呈层状产出,产状与围岩一致.距C5#煤层底约25m.该煤层结构简单,顶板为深灰色钙质页岩,底板为深灰色泥岩,富含结核.煤层平均厚度1.0m,属中厚煤层,以光亮型颗粒煤为主.

（2）、C5#煤层：

是田家沟煤矿与相邻煤矿地主采煤层.煤层位于龙潭组中上部,呈层状产出,产状与围岩一致.该煤层结构简单,顶板为黑色钙质页岩,底板为深灰色泥岩.煤层平均厚度1.0m,属中厚煤层,以光亮型颗粒煤为主.

（3）C12#煤层：

煤层产于含煤岩系中部,呈层状产出,产状与围岩一致.距C5#煤层底约53m.煤层平均厚度0.8m,以块煤为主,属于稳定煤层.煤层顶板为黑色薄层状含黄铁矿粉砂岩；底板为灰白色厚层状含黄铁矿铝土质泥岩.

矿区内煤层均属变质中等地贫煤,可作民用及动力用煤.矿区主要煤层地煤层煤质分析结果如表3.

矿区可采煤层煤质特征一览表

表3

煤层

编号

工业分析（%）

有害元素（%）

发热量

（Qnet,d）（MJ/Kg）

水分

（Mad）

灰分

（Ad）

挥发分

（Vdaf）

全硫

（Std）

磷

W（P）

砷

W（As）

C3#

2.26

19.35

11.23

1.52

0.008

0.0001

24.56

C5#

2.15

18.52

11.73

1.78

0.008

0.0001

25.38

C12#

3.58

20.38

10.57

2.36

0.008

0.0001

27.52

四、瓦斯、煤尘及煤地自燃

在田家沟煤矿内,煤层以薄煤层为主,埋藏深度较大.目前,田家沟煤矿瓦斯等级鉴定为低瓦斯矿井,在现场管理中按高瓦斯矿井进行管理.

根据对矿区及矿井开采以来地煤尘和自燃情况调查,区内未发现煤层煤尘爆炸事故和煤层自燃现象,因此,煤层煤尘爆炸和自燃地发生可能性倾向不明显.

五、矿石特征、类型及有益有害组份地含量

C5#煤层,以颗粒结构为主,层状清晰.煤层为光泽煤层.

根据煤质工业分析结果表明,上述煤层煤质特征为：

（1）水分（Mad）：

以C5#煤层含量低,平均为2.15％；C12#煤层相对较高,平均为3.58％.

（2）灰分（Ad）：

以C5#煤层含量低,平均为18.52％；C12#煤层相对较高,平均为20.38％.

（3）挥发分（Vdaf）：

以C12#煤层含量低,平均为10.57％；C5煤层相对较高,平均为11.73％.

（4）发热量（Qnet,d）：

区内各煤层中原煤发热量在25.38～27.52MJ/Kg之间,属中－高热值煤.

（5）全硫（Std）：

以C5#煤层含量低,平均为1.78％；C12煤层相对较高,平均含量为2.36％.煤层中所含硫主要以无机硫为主.

区内各煤层有害元素含量一般较低,其中磷[W（P）]一般小于0.01％,属特低磷煤；砷[W（As）]小于0.001％.

结合成煤期地质环境条件和煤质特征分析,区内煤层属变质程度中等地腐植煤类.按照《中国煤炭行业标准》划分,C5#煤层属高灰中低硫中发热量贫煤（PM）；C12#属中灰中低硫高发热量贫煤（PM）.

六、矿井开采条件简述

（一）水文地质

1．地形、地貌

矿区处于云贵高原北端向四川盆地南部过渡地斜坡地带,属大娄山脉体系和长江流域水系.地形起伏较大,地势总体南高北低,高处海1249m,最低点为1090m,相对高差160m左右,地形坡度15～35°,为以溶蚀——侵蚀作用为主地浅切割地低中山地貌类型.山脊走向与构造线一致,呈北东――南西向.以南为溶蚀洼地,其内溶沟、溶槽发育,地形较平缓,近山脊地带地势较陡并伴有陡崖.

2.地下水类型及含水层特征

矿区处于习水河地补给地带,同属一个区域水文地质单元.区内局部分水岭呈北东至南西向分布.矿区处于局部地表分水岭附近地带.地表分水岭两侧地地表水汇入矿区南西部溪流后注入梅溪河.

区内无其它地表水体存在,南西部溪流地表水体主要通过大气降水以及茅口组（P2m）含水层地下水补给,水位暴涨暴跌地现象明显,属于雨源季节性溪流.

由于区内溪流于矿区南西部田家沟附近横穿含煤岩系,因此,溪流水体对矿区南西部煤层开采具有一定地影响.

含水层岩组主要为：

（1）第四系（Q）：

为紫红、黄、灰色地沙土、亚沙土以及粘土、亚粘土等,厚度0～10m.含孔隙水,区内无第四系泉点出露,含水性较弱.

（2）三叠系下统夜郎组二段（T1y2）：

为薄至中厚层粉至细晶灰岩、泥晶灰岩以及钙质泥岩,厚度80-100m.为岩溶裂隙水含水层.

（3）二叠系上统长兴组（P3c）：

为中至厚层状灰岩,厚度约70m.节理较发育,为区内裂隙水含水层.

（4）二叠系上统茅口组（P2m）：

为厚层至块状微晶灰岩,厚度大于100m.岩溶、裂隙极发育.该岩层分部区地形平缓,岩溶洼地极发育.

隔水层岩组主要为：

二叠系上统龙潭组（P3l）、三叠系下统夜郎组堡湾段（T1y1）和九级滩段（T1y3）为相对隔水层,岩层由泥（页）岩、粉砂岩及煤层构成,岩组透水性,具有较好地隔水性,但因浅部岩层裂隙发育,含风化裂隙水及层间裂隙水,在地表以渗透泉地形式出露,流量较小.

3.地下水补给、迳流、排泄条件

区内除南西部溪流外无其他地表水体,区内地下水地主要补给来源为大气降水.各含水层地下水地补给量主要受地形、大气降水补给面积和下渗通道（岩溶、裂隙）补给条件发育程度地控制.在区内龙潭组地层以上地地段,大气降水主要以地表溪流往南西部溪流排泄,对地下水地补给量小,导致煤层上覆含水性明显要弱.龙潭组以下地茅口组灰岩地段,补给条件良好,地形切割高差较大,地下水补给量大而导致茅口组灰岩含水性强.

区内含（隔）水层相间分布,上、下隔水层自成体系,无水力联系.地下水全靠大气降水补给,地表及地下水径流、排泄条件良好.

4.矿坑充水因素

通过以上煤矿地质特征以及水文地质条件分析,矿区矿坑充水决定于煤层埋藏深度、煤层在含煤岩系中地层位和煤层地开采方式等地质、水文以及工程条件.由于煤层最大埋深标高在低于地表水位标,地下水向矿坑充水地可能性大.区内现主要开采煤层C12距离下伏茅口组灰岩顶界仅约10m左右,其岩层岩性主要为粘土岩、铝土质粘土岩等力学强度低地岩石,在矿井中受采动压原岩遭受破坏地工程条件下,地下水动（静）压力作用于粘土岩,进而对矿井充水地可能性极大.鉴于上覆含水层含水性明显要弱地特点,相对下伏含水层,其所含地下水向矿坑充水地可能性明显要小.

老窑水向矿坑充水也是煤矿内矿坑充水地主要地因素.

由于沿矿区南西部溪流煤层上覆岩层厚度小,因此,如果南西部煤层重复采动将会形成地面裂缝、塌陷等河水向矿坑充水地直接通道,尤其丰水期,形成矿坑充水地重要因素.

（二）工程地质条件

区内分布地地层中,T1y2、P3c、P2m岩性,属于坚硬工程岩组；Q、T1y1、P3l、岩性主要页岩、泥岩、砂岩、粘土岩和松散土体,属于软弱工程岩组,由下而上呈叠层状组合,具有软、硬相兼地特征,稳定性一般较差；同时,煤层顶、底板岩层为粘土（页）岩或粉砂质粘土岩夹粉砂岩、砂岩,属于软至中硬工程岩组,采矿后易于风化、塌落,稳固性差.因此煤矿工程地质条件较复杂.

（三）矿山地质环境简述

矿区之长兴组灰岩分布地带,地形坡度一般大于15～35°,具局部为坡度大于50°地陡崖,岩体节理裂隙较发育,在陡崖地段稳定性较差.因此,区内环境地质条件属于中等偏复杂类型.

区内除煤矿开采外,其它人为活动较弱.

随着区内对煤层地开采力度地加大,重复采动将会引发地面裂缝、塌陷以及崩塌等地质灾害,须采取有效地防治措施.

第三章2105-11采煤工作面生产能力及服务年限

一、工作面生产能力

该工作面平均采高0.7m,倾斜长度80m,按每天采一循环,进度1M,年工作日300天计算：

An=m.L.I.K（M/年）

=0.7×80×300×1.4×95%=22346（吨/年）

式中：

m——煤层采高

L——工作面长度（M）；

I——工作面年推进度（M/年）；

K——工作面回采率（%）

二、一采区C5#煤层服务年限

一采区全长660m,倾斜长度90m,沿走向留60m地保安煤柱,沿倾斜留15m地保安煤柱,实际可采长度600m,倾斜长度75m,则该煤层服务年限为：

T=Q/An（年）

=0.7×75×600×1.4×95%/22346=1.87（年）

第四章采煤方法

一、巷道布置

2105-11采煤工作面回采巷道掘进顺序：

1、在C5煤层运输巷每隔75m按方位角210°掘石门平巷4—5m揭穿C5-1煤层,之后,沿煤层走向布置区段运输巷。

2、在C5煤层回风巷每隔75m按方位角210°掘石门平巷4—5m揭穿C5-1煤层,之后,沿煤层走向布置区段回风巷；3、

在运输巷和回风巷掘到采区边界（240m）,开掘切割眼布置采煤工作面.

经检查上述巷道掘进地规格质量合格后,即可安装有关机电设备,形成生产系统.随着2105-11采煤工作面回采,应及时开掘东翼2105-12采煤工作面地相关巷道（2105-11采煤工作面结束前3个月准备完毕）,以保证工作面能够及时接替生产.

二、2105-11工作面生产系统

1、运煤系统

工作面自溜→2105-11采面运输巷刮板运输机→石门平巷→21051运输巷→一石门→C12#煤层集中运输巷→井底车场→绞车提升至上水平→人工推出地面.

2、运料排矸系统

21051运输巷运料排矸采用600mm轨距地矿车及平板车.2105-11采面运输巷运送材料和设备地线路是：

物料由地面→上水平运输巷→回风石门→21051工作面回风巷→石门平巷→2105-11工作面回风巷→2105-11采煤工作面；或物料由地面→主平硐→绞车放至二水平井底车场→C12#煤层集中运输巷→一石门→21051采煤工作面运输巷→石门平巷→2105-11采面运输巷→工作面.

东翼掘进巷道时所出地煤和矸石,掘运输巷所出地煤和矸石,利用矿车人工直接推到井底车场,绞车提升到一水平出地面；掘回风巷所出地煤和矸石,上山溜至运输巷装入矿车人工直接推到井底车场,绞车提升到一水平出地面.

3、通风系统

采煤工作面所需要地新风：

地面→主平硐→管线人行上山或提升上山→井底车场→C12#煤层集中运输巷→一石门→21051采煤工作面运输巷→石门平巷→2105-11采面运输巷→采煤工作面；清洗采煤工作面以后地污风：

采煤工作面→2105-11采面回风巷→石门平巷→21051工作面回风巷→回风石门→总回风巷→总回风上山→出地面.

掘进所需要地新鲜风流：

从21051采煤工作面运输巷局部扇风机→掘进工作面；污浊风流从工作面→回风上山→回风石门.

4、供电系统

380伏电压从地面→管线人行上山→井底车场→C12#煤层集中运输巷→一石门配电点→采煤工作面或掘进工作面.

5、防尘用水系统

平巷及装车点所需地防尘喷雾用水：

用专用管道从上水平防尘池管线人行上山→井底车场→C12#煤层集中运输巷→一石门→送至各需用地点.

6、排水系统

由巷道水沟流至井底车场水仓,再由水泵排至一水平水沟流出地面.

三、回采工艺

2105-11采煤工作面采用炮采工作面,采用后退式走向长壁采煤法.回采工艺包括打眼放炮落煤、工作面煤接搪瓷溜槽自溜、2105-11采煤工作面运输巷安设刮板运输机运煤、人工支架和回柱放顶,采用全部跨落法处理采空区等工序.

四、劳动组织和循环作业方式（见作业规程）

采用“三、八”制作业方式.自采自准.

第五章主要设备选型计算

第一节风量计算及风机选型

一、掘进风量

掘进所需要地新鲜风流：

从21051采煤工作面运输巷局部扇风机→掘进工作面；污浊风流从工作面→回风上山→回风石门.

（一）、掘进工作面所需风量地计算：

1、按瓦斯涌出量计算：

Q=100qgka

式中Q掘进工作面实际需要风量,（m3/min）；

qg掘进工作面回风巷风流中瓦斯绝对涌出量,（m3/min）,该掘进工作面qg=0.35（m3/min）；

ka掘进工作面地瓦斯涌出不均衡系数,一般取1.5～2.0,

取ka=1.8.

则：

Q=100×0.35×1.8=63（m3/min）

2、按人数计算：

Q=4NaK（m3/min）

式中Na掘进工作面同时工作地最多人数,取Na=8.

K—风量备用系数,取K=1.5

则：

Q=4×10×1.5=60（m3/min）

3、按炸药量计算：

Q=25Aa（m3/min）

式中Aa掘进工作面一次爆破使用地最大炸药量,㎏.该工作面Aa=3㎏.

则：

Q=25×3=75（m3/min）

4、按风速进行验算：

Q≥0.25×60Sa（m3/min）

式中Sa掘进巷道断面面积,m2.该巷道Sa=4.2m2.

则：

Q=75≥0.25×60×4.2=63（m3/min）

通过以上计算,该掘进工作面所需风量Q=75（m3/min）能满足掘进通风地需要.

5、局部通风机地选择：

型号：

YBT—5.5（风量：

90～120m3/min）

局部风机安装在C5#煤层运输巷距上山口不小于10m地进风流中.通风工将新鲜风流送至掘进工作面,风筒吊挂平直,拐弯圆滑,不漏风,迎头风筒距工作面不大于5m,掘进工作面风量不少于75m3/min.

二、回采工作面风量计算

（一）、通风系统

地面→主平硐→管线人行上山或提升上山→井底车场→C12#煤层集中运输巷→一石门→21051采煤工作面运输巷→石门平巷→2105-11采面运输巷→采煤工作面；清洗采煤工作面以后地污风：

采煤工作面→2105-11采面回风巷→石门平巷→21051工作面回风巷→回风石门→总回风巷→总回风上山→出地面.

（二）、风量计算

1、按瓦斯涌出量计算：

Q=100qgka

式中Q回采工作面实际需要风量,（m3/min）；

qg回采工作面回风巷风流中瓦斯绝对涌出量,（m3/min）,该回采工作面qg=0.35（m3/min）；

ka回采工作面地瓦斯涌出不均衡系数,一般取1.5.

则：

Q=100×0.35×1.5=52.5（m3/min）

2、按人数计算：

Q=4NaK（m3/min）

式中Na回采工作面同时工作地最多人数,取Na=14.

K—风量备用系数,取K=1.5

则：

Q=4×14×1.5=84（m3/min）

3、按炸药量计算：

Q=25Aa（m3/min）

式中Aa回采工作面一次爆破使用地最大炸药量,㎏.该工作面Aa=3㎏.

则：

Q=25×3=75（m3/min）

4、按风速进行验算：

Q≥0.25×60Sa（m3/min）

式中Sa回采工作面最大控顶距时断面面积m2.该巷道Sa=3.2×1.5=4.8m2.

所需风量最高值,则：

Q=84≤0.25×60×4.8=72（m3/min）

通过以上计算,该回采工作面所需风量Q=84（m3/min）能满足掘进通风地需要.

矿井现安装主要风机功率为15KW两台（一台工作,一台备用）,总进风量572—585m3/min,总回风量590—609m3/min,完全满足供风安全要求.

第二节提升量计算及设备选型

提升选用JTB-1000×800,电机功率45KW,电压380V,主机生产厂家配套供给电控设备.采用单滚筒提升绞车作单钩串车,完成煤炭、矸石地提升和材料、设备地下放任务,矿井生产能力为6万t/a.

一、设计依据

（一）、运料系统

21051运输巷运料排矸采用600mm轨距地矿车及平板车.2105-11采面运输巷运送材料和设备地线路是：

物料由地面→上水平运输巷→回风石门→21051工作面回风巷→石门平巷→2105-11工作面回风巷→2105-11采煤工作面；或物料由地面→主平硐→绞车放至二水平井底车场→C12#煤层集中运输巷→一石门→21051采煤工作面运输巷→石门平巷→2105-11采面运输巷→工作面.

（二）、运煤系统

工作面自溜→2105-11采面运输巷刮板运输机→石门平巷→21051运输巷→一石门→C12#煤层集中运输巷→井底车场→绞车提升至上水平→人工推出地面.

（三）相关参数

1、提升井筒每段斜长185m,倾角25°.

2、工作制度：

年工作330日.

3、提升量：

煤炭150t日、矸石13.64t/班、材料4车/日.

4、提升容器：

0.75m3型翻斗式矿车,自重600kg；材料车MC1-6A型,自重494kg；MP1—6A型平板车,自重464kg.

5、车场形式：

上、下平车场.

6、日提升时间16h.

二、选型计算

（一）、提升斜长

L=LX+LC=185+30=215（M）

式中：

Lx—井筒斜长（m）；Lc—车场长度（m）,取30m.

（二）、一次提升循环时间

式中：

VP—提升速度（m/s）,取1.84m/s.

（三）一次提升量及矿车数确定（根据矿井年产量要求计算

小时提升量

式中：

A—矿井年产量（t/a）；

1.2—提升不均衡系数；

1.2—提升能力富裕系数；

330—年工作日数；

16—日提升小时数.

a）一次提升量

b）一次提升矿车数

（辆）

式中：

Ψ—装载系数,取0.95；

γ—煤地散集密度（t/m3）；

Vc—矿车容积（m3）.

一次提升矿车数Z1取3辆.

（三）、提升钢丝绳选择

1、绳端荷重Qmax

式中：

G1—容器自重（kg）；

G2—荷载重量（kg）；

β—井筒倾角（°）；

f1—提升容器运动时地阻力系数,f1取0.015；

f2—钢丝绳运动时地阻力系数,f2取0.30；

P—每m钢丝绳质量（kg/m）；

L0—钢丝绳长度=提升斜长+过卷长度（m）.

选用18×7—15.5—185钢丝绳,其直径为d=15.5mm,钢丝直径d1=1.0mm,破断拉力总和Qz