龐龐塔煤礦綜采放頂煤工作面設(shè)備選型研究

侯壯壯

（山西焦煤霍州煤電集團(tuán)呂臨能化有限公司龐龐塔煤礦綜放一隊(duì)，山西 呂梁 033200）

2004年開始，霍州煤電集團(tuán)擬以并購(gòu)的龐龐塔井田為基礎(chǔ)向井田西部及南部延伸進(jìn)行擴(kuò)建工程，并作為霍州煤電集團(tuán)的重點(diǎn)工程進(jìn)行實(shí)施。在收購(gòu)的龐龐塔煤礦基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)向西、南擴(kuò)界進(jìn)行技術(shù)升級(jí)改造達(dá)到年產(chǎn)3.0Mt的生產(chǎn)能力。為使龐龐塔煤礦開拓系統(tǒng)完善，采煤方法適宜，安全生產(chǎn)條件達(dá)標(biāo)，生產(chǎn)規(guī)模穩(wěn)定，需對(duì)整合后的礦井進(jìn)行全面的升級(jí)改造。本論文主要是對(duì)工作面設(shè)備選型進(jìn)行相應(yīng)的分析研究，充分利用已有設(shè)施，完善開拓、開采系統(tǒng)，提高安全裝備水平和安全生產(chǎn)條件，簡(jiǎn)化地面布置，集中生產(chǎn)，節(jié)約投資，真實(shí)地反映龐龐塔煤礦的生產(chǎn)和建設(shè)現(xiàn)狀，把龐龐塔煤礦建設(shè)成現(xiàn)代化的安全高效礦井。

1 5號(hào)煤層工作面生產(chǎn)能力

根據(jù)龐龐塔煤礦的地質(zhì)情況，對(duì)5號(hào)煤層按推進(jìn)度計(jì)算產(chǎn)量。

式中：

Q-工作面的生產(chǎn)能力，t/a；

Q1-回采生產(chǎn)能力，t/a；

Q2-放頂煤的生產(chǎn)能力，t/a；

L1-工作面割煤長(zhǎng)度，取240m；

L2-工作面放煤長(zhǎng)度，考慮端頭放煤因素，取233m；

B-采煤機(jī)有效截深，取0.80m；

N-日進(jìn)刀數(shù)，取3刀；

M1-采煤機(jī)割煤采高，取3.1m；

M2-放煤高度，取3.1m；

C1-采煤機(jī)割煤回采率，取95%，9煤取93%；

C2-放煤回采率，取85%；

r-煤的實(shí)體容重，取1.51t/m3。

經(jīng)計(jì)算，開采5號(hào)煤，Q=0.718+0.697=1.416Mt，因此5號(hào)煤層生產(chǎn)面的總生產(chǎn)能為力1.416Mt/a，回采生產(chǎn)能力0.718Mt/a，放頂煤生產(chǎn)能力0.697Mt/a。

表1 達(dá)到設(shè)計(jì)能力時(shí)采區(qū)工作面特征表

2 綜采放頂煤工作面設(shè)備選型

根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)計(jì)算，一采區(qū)5號(hào)煤層綜放工作面根據(jù)采區(qū)接替及煤層厚度確定產(chǎn)量為1.2Mt/a。

2.1 采煤機(jī)選型

2.1.1 采煤機(jī)落煤能力

一采區(qū)5號(hào)煤層綜放工作面年產(chǎn)量按1.2Mt/a考慮，則工作面日產(chǎn)量為3636t，平均落煤能力計(jì)算如下：

式中：

Qm-平均落煤能力，t/h；

Qr-工作面平均日產(chǎn)量，取3636t/d；

B-采煤機(jī)有效截深，取0.80m；

H-平均采高，取3.1m；

γ-實(shí)體煤容重，取1.51t/m3；

C-工作面采煤機(jī)割煤回采率，取95%；

L-工作面長(zhǎng)度，取240m；

Lm-采煤機(jī)兩滾筒中心距，取11m；

Td-采煤機(jī)返向時(shí)間，取1min；

Hf-綜放工作面平均頂煤厚度，取3.1m；

Lf-綜放工作面放煤長(zhǎng)度，取233m；

Cf-頂煤回收率，取約85%；

K-采煤機(jī)平均開機(jī)率，取0.50；

T1-綜放工作面日生產(chǎn)時(shí)間，取1080min；

i-采煤機(jī)割煤速度Vc與空刀牽引速度Vk之比，i=Vc/Vk，取i=0.5。

則計(jì)算得Qm=332.3t/h。

由此采煤機(jī)平均割煤速度：

2.1.2 采煤機(jī)最大割煤速度和最大生產(chǎn)能力

采煤機(jī)最大割煤速度：Vmax=Kc·Vc

采煤機(jī)最大生產(chǎn)能力：Qmax=Kc·Qm

式中：

Vmax-采煤機(jī)最大割煤速度，m/min；

Qmax-采煤機(jī)最大落煤量，t/h；

Kc—采煤機(jī)割煤不均衡系數(shù)，取1.3。

則：

Vmax=1.3×1.5=1.958m/min

Qmax=1.3×357.8=432.0t/h。

2.1.3 采煤機(jī)裝機(jī)功率

按采煤機(jī)單位能耗計(jì)算采煤機(jī)功率為：

N=60Kb·B·H·Vmax·Hw

式中：

N-采煤機(jī)截割功率，kW；

Kb-備用系數(shù)，取1.5；

Hw-采煤機(jī)割煤?jiǎn)挝荒芎?，?.85kWh/m3；

Vmax-最大割煤速度，取2.08m/min。

則采煤機(jī)裝機(jī)功率：N=60×1.5×0.8×3.1×1.9 6×0.85=371.85kW。

因龐龐塔礦井5號(hào)煤傾角大，煤層硬度大，為保證生產(chǎn)的連續(xù)性以及減小故障率，5號(hào)煤選用MG400/930-QWD型采煤機(jī)，其滾筒直徑1800mm，開采高度1.9～4.0m，截深800mm，牽引速度0～7m/min，電機(jī)功率930kW。

2.2 工作面可彎曲刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)

（1）對(duì)于可彎曲刮板機(jī)的選型有以下要求：① 設(shè)備運(yùn)輸能力與采煤機(jī)生產(chǎn)相配套；② 設(shè)備的外型尺寸與采煤機(jī)相配套；③ 設(shè)備節(jié)距與液壓支架寬度相配套?？紤]上述要求，同時(shí)為了對(duì)彎曲刮板輸送機(jī)方便檢修，5號(hào)煤回采工作面架前、架后刮板機(jī)均選用SGZ800/750型可彎曲刮板輸送機(jī)，其主要參數(shù)為：有效鋪設(shè)長(zhǎng)度237m，運(yùn)輸能力1000t/h，額定電壓3300V，電機(jī)功率2×375kW。

（2）轉(zhuǎn)載機(jī)的選擇主要考慮與刮板機(jī)配套，據(jù)此選擇SZZ1000/375型，其裝載能力2000t/h，額定電壓3300V，功率375kW。

（3）破碎機(jī)選用PCM200型，其破碎能力2000t/h，額定電壓3300V，功率200kW。

2.3 液壓支架

初期采區(qū)內(nèi)5號(hào)煤埋深350m以上，煤層頂板一般以泥巖為主，工作面采高較大。據(jù)此條件，借鑒同煤集團(tuán)同類型煤層工作面的選型經(jīng)驗(yàn)，選用支撐掩護(hù)式放頂煤支架，以實(shí)現(xiàn)5號(hào)煤層的高產(chǎn)高效生產(chǎn)。

2.3.1 支架支護(hù)強(qiáng)度

支架支護(hù)強(qiáng)度采用估算法計(jì)算：

式中：

P-所需支護(hù)強(qiáng)度，kN/m2；

Kd-基本頂失穩(wěn)時(shí)動(dòng)載系數(shù)，取1.6；

q直- 直接頂自重應(yīng)力，q直=γ直·h。γ直為直接頂容重，取25kN/m3，厚度h取10m；

q煤-支架上方頂煤的自重應(yīng)力，q煤=γ煤?h，γ煤為煤容重，取15.1kN/m3，頂厚平均厚度為7.43m。

2.3.2 支架工作阻力

支架工作阻力按下式計(jì)算：

N=P?（LK+LD）·B

式中：

N-支架工作阻力，kN；

P-支架支護(hù)強(qiáng)度，5號(hào)煤為479N/m2；

LK-空頂距，0.366m；

LD-支架頂梁長(zhǎng)度，4.397m；

B-支架寬度，5號(hào)煤為1.5m。

計(jì)算得5號(hào)煤液壓支架工作阻力為3422.2kN。

據(jù)此，設(shè)計(jì)5號(hào)煤選用ZF6400/18/35型液壓支架，主要技術(shù)參數(shù)為：工作阻力6400kN，支護(hù)強(qiáng)度0.72MPa，支護(hù)寬度1500mm，支架高度1.8～3.5m，支架重量17.9t。

2.4 順槽可伸縮膠帶輸送機(jī)

5號(hào)煤工作面推進(jìn)長(zhǎng)度都在1300m左右，考慮膠帶順槽坡度情況，設(shè)計(jì)選用DS1200/150×2×400型可伸縮膠帶輸送機(jī)，其寬度為1350m，輸送能力2000t/h，電壓1140V，電機(jī)功率2×400kW。

2.5 乳化液泵站

選用WRB400/31.5型乳化液泵站，由2臺(tái)乳化液泵，1臺(tái)乳化液箱組成，其中1臺(tái)泵工作，1臺(tái)泵備用，公稱壓力31.5MPa，公稱流量400L/min，總功率250kW。

考慮到龐龐塔煤礦5號(hào)煤層開采條件不佳的現(xiàn)狀，適當(dāng)加大了采煤機(jī)功率；為減少端頭作業(yè)時(shí)間，保證工作面產(chǎn)量，增大了工作面長(zhǎng)度；為加強(qiáng)工作面支護(hù)，加大了液壓支架的支護(hù)強(qiáng)度；由于采用放頂煤開采，工作面放煤時(shí)不好控制，瞬時(shí)產(chǎn)量大，為防止將運(yùn)輸設(shè)備壓死，故加大了刮板機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)等的運(yùn)輸能力。

3 結(jié)語(yǔ)

工作面設(shè)備選型工作是實(shí)現(xiàn)煤礦高產(chǎn)高效安全生產(chǎn)的關(guān)鍵因素，必須進(jìn)行深入的計(jì)算和嚴(yán)格論證。本論文以龐龐塔煤礦5號(hào)煤層綜采放頂煤工作面為研究對(duì)象，對(duì)工作面所需主要設(shè)備的選型進(jìn)行了相應(yīng)的計(jì)算和論證。該設(shè)備選型技術(shù)參數(shù)合理，投資費(fèi)用低，能實(shí)現(xiàn)采煤、支護(hù)和運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)的最佳匹配效果。