官地礦13601工作面設備的選型研究

王海棟

（西山煤電集團官地煤礦， 山西 太原 030023）

引言

目前煤炭資源雖然在我國能源消費比例略有下降，但在未來的很長一段時間內(nèi)，仍占據(jù)著舉足輕重的地位。隨著科學技術的不斷發(fā)展，煤礦工作面也朝著機械自動化、大型化的方向發(fā)展。為保證礦井工作面的安全高效開采，必須保證工作面機械設備的協(xié)調(diào)性和合理性[1-2]。因此，工作面開采的首要條件就是選取合適的工作面機械設備。

許多研究學者針對各種不同地質(zhì)環(huán)境下的工作面設備選型進行了研究。唐永志[3]采用數(shù)值模擬和力學分析的手段確定了工作面的液壓支架型號；白燕青[4]采用理論計算確定了工作面“三機一支”的具體型號；李超[5]針對寺河礦的大采高工作面進行設備選型。本文針對官地礦13601工作面具體地質(zhì)條件進行設備選型研究。

1 工程概況

官地煤礦1960年正式建礦，是經(jīng)過多次擴建而成的大型國有礦井，核定生產(chǎn)能力為500萬t/a。13601工作面所采煤層為3號煤層，位于南六采區(qū)南翼，東北側(cè)為13513工作面采空區(qū)，與本工作面最近距離為182 m，西南側(cè)為未采區(qū)。工作面上部為12601、12603工作面采空區(qū)。2號、3號煤層間距約12 m。地面位于要子莊東側(cè)山梁，其地表以要子莊村耕地為主，黃冶河從該工作面北側(cè)外穿過。蓋山厚度244～262 m，平均厚度 257 m。

13601工作面正巷設計長度為510 m，副巷設計長度為670 m，切眼設計長度為210 m，3號煤層厚度2.97～3.38 m，平均厚度為3.2 m，煤層傾角4°～12°。13601工作面正、副巷采用矩形斷面凈寬4.2m、凈高3 m；切眼采用矩形斷面凈寬6.5 m、凈高3 m。工作面頂?shù)装鍘r層如表1所示。

表1 工作面技術參數(shù)

根據(jù)官地礦13601工作面煤層厚度及頂?shù)装鍘r性條件，選用走向長壁后退式綜采方法，全部垮落管理頂板。

2 工作面設備的選型

2.1 支架的選型

根據(jù)官地煤礦13601工作面具體地質(zhì)條件，選擇ZY8000/25/50掩護式液壓架來進行驗算。

2.1.1 支架支護強度的計算

支架支護面積S=4.2×1.75=7.35 m2，其中4.52 m為支架頂梁接觸面長度；

額定工作阻力Q支=8 000 kN；

支架的支護強度P=8 000÷7.35=1 088 kPa≈1.09 MPa。

2.1.2 工作面支護的設計計算

式中：R為頂板巖層的巖石容重，取2 600 kg/m3；H為最大采高，取3.38 m；g為重力常數(shù)為9.8 N/kg；P1為8倍最大采高計算得到的上覆巖層所需要的支護強度，MPa。代入數(shù)據(jù)計算得P1=689×103Pa≈0.69 MPa。

ZY8000/25/50型支架的支護強度P=1.09 MPa，大于P1=0.69 MPa，因此可以滿足支護強度的要求。

2.1.3 工作面液壓支架所需要的工作阻力的計算式中：F為支架所需要的工作阻力，N。代入數(shù)據(jù)計算得F=521 591 N，所選ZY8000/25/50支架的額定工作阻力為8 000 000 N，大于F，因此ZY8000/25/50型支架能滿足工作面要求。

2.1.4 液壓支架初撐力的計算

由于15311工作面頂板巖層屬于中等穩(wěn)定巖層，因此支架初撐力F'取液壓支架工作面阻力的80%進行計算，即F'＝80%F=521 591×80%=417 273 N。

所選支架的額定初撐力為639 kN，大于F'，可見支架初撐力能滿足要求。

2.1.5 支架高度的計算

式中：Mmax、Mmin分別為采煤工作面的最大采高、最小采高；Hmax、Hmin分別為液壓支架的最大、最小結(jié)構(gòu)高度。

根據(jù)ZY-9600/25.5/55型掩護式支架型號得知，該支架最大高度為5.0 m，最小高度為2.5 m，由以上公式計得可知，該支架滿足采高要求。

2.1.6 支架綜合技術特征

本文所選ZY8000/25/50型掩護式支架完全可以符合13601工作面要求，如表2所示。

表2 ZY8000/25/50型掩護式液壓支架的技術特征表

2.2 采煤機的選型

采煤機是工作面開采的主要機械設備，采煤機的選取主要由采高、截深、功率、牽引方式等主要參數(shù)來進行選取，根據(jù)官地礦13601工作面的具體參數(shù)計算如下。

2.2.1 滾筒直徑的選擇

根據(jù)現(xiàn)有工作面經(jīng)驗，選取雙滾筒采煤機。根據(jù)工程經(jīng)驗，可以得到采煤機采高與煤層厚度之間的關系。

式中：H'min、H'max分別為采煤機最小、最大采高，m。

2.2.2 截深的選擇

根據(jù)工作面煤層具體參數(shù)及液壓支架的具體參數(shù)，選取采煤機截深為800 mm。

2.2.3 牽引速度的計算

式中：QH為工作面小時產(chǎn)量，工作面日產(chǎn)量取5 000 t，QH＝5 000/18=277.8 t/h；K為工作利用時間系數(shù)取0.3；γ為煤容重，1.42 t/m3；H為采高，取工作面平均采高3.26 m；B為截深，0.8 m，Vg為采煤機所需牽引速度，m/min。

將以上數(shù)據(jù)代入公式計算得Vg=4.24 m/min。

2.2.4 裝機容量的計算

式中：Kb為備用系數(shù)，取1.5；B為采煤機截深，0.8 m；H為工作面平均采高，3.2 m；Hw為采煤機單位能耗，0.65～0.85 kWh/m3，結(jié)合本礦煤層的具體情況，考慮取Hw=0.85 kWh/m3；Vave為采煤機平均割煤速度，取4.24 m/min；N為采煤機裝機功率，kW。

代入數(shù)據(jù)計算得N=830 kW。

2.2.5 采煤機綜合技術特征

根據(jù)上述計算，按照采煤機總裝機功率大于830 kW的原則、截深需0.8 m和滾牽引速度為4.24 m/min的參數(shù)要求，結(jié)合地質(zhì)條件和設備配套情況及礦井現(xiàn)有設備綜合考慮，確定選用煤機型號為MG500/1140-GWD型采煤機，具體各項參數(shù)見表3。

表3 MG500/1140-GWD型采煤機主要技術特征

2.3 刮板輸送機的選型

輸送機運輸能力的確定

式中：Ks為運輸方向與煤層傾角之間不均勻系數(shù)，取0.9；Ky為輸送機裝貨的不均勻系數(shù)，取1.5；Kc為采煤機與輸送機的相對修正系數(shù)，Kc＝Vn/（Vn±V'g）＝1.13×60/（1.13×60±4.24）＝0.94～1.07；Vn、V'g為輸送機鏈速（1.13 m/s）和割煤速度（4.24 m/min），它們方向相同時取“-”，相反取“+”。

代入可得Qb＝（0.94～1.07）×1.5×0.9×277.8＝353～402 t/h，因此，所選刮板輸送機型號輸送能力需要大于402 t/h，才能滿足生產(chǎn)的要求。

設計工作面長度為210 m，因此所選刮板輸送機型號長度應≥210 m，保證滿足工作面的正?；夭尚枨蟆?/p>

根據(jù)以上兩個控制指標進行選取，可以得到SGZ-764/630型雙鏈刮板輸送機可以滿足工作面需求，具體參數(shù)見下頁表4。

表4 SGZ-764/630型刮板輸送機技術特征表

3 結(jié)語

針對官地礦13601工作面設備選型問題，通過理論計算和工程經(jīng)驗、三機配套原則，確定了工作面設備的各項控制參數(shù)，最終確定了液壓支架型號為ZY8000/25/50型掩護式液壓支架，采煤機型號為MG500/1140-GWD型采煤機，工作面刮板輸送機型號為SGZ-764/630型刮板輸送機。