后退式分層采煤機(jī)械設(shè)備開采參數(shù)的計(jì)算

劉永強(qiáng)

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)古縣東瑞煤業(yè)有限公司， 山西 臨汾 041000）

引言

通過對(duì)薄煤層資源發(fā)生的分析，可以看出陡傾斜薄煤層在我國分布廣泛，但不能得到有效開采，需要改變現(xiàn)有的采煤方式，盡快實(shí)現(xiàn)綜合機(jī)械化采礦[1-3]。

在進(jìn)行機(jī)械化采煤設(shè)備搭配和設(shè)計(jì)的過程中，尤其需要遵循如下幾點(diǎn)設(shè)計(jì)的原則：第一，要讓外圍的配套設(shè)備的生產(chǎn)能力都要高于一線采集煤礦配套設(shè)備的生產(chǎn)能力；第二，如果某煤礦機(jī)械設(shè)備僅僅具備一項(xiàng)功能，則其工作的穩(wěn)定性飽和質(zhì)量需要高于其他具有多項(xiàng)功能的配套設(shè)備；第三，具有單項(xiàng)功能的設(shè)備的使用壽命應(yīng)該顯著高于具有多項(xiàng)功能的配套設(shè)備；第四，在選擇綜合機(jī)械設(shè)備的過程中，尤其需要結(jié)合實(shí)際情況選擇與其適應(yīng)能力相當(dāng)?shù)脑O(shè)備，并讓設(shè)備在運(yùn)行的過程中發(fā)揮出最大的效能。只有在運(yùn)行的過程中更好地遵循以上幾點(diǎn)原則才能夠保證整體設(shè)備都能夠更加順暢地運(yùn)行[4-5]。

1 工作面及水文概況

1.1 工作面

工作面回采范圍內(nèi)煤層走向30°～70°，煤層傾角2°～7°，平均4.0°，在構(gòu)造發(fā)育地段煤巖層產(chǎn)狀變化較大。煤厚5.4～8.8 m，平均7.1 m，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，屬穩(wěn)定煤層。

1413A工作面與1611A工作面分屬F209斷層?xùn)|西兩側(cè)的西二8號(hào)煤采區(qū)和西三9號(hào)煤上采區(qū)，兩工作面均為采區(qū)首采面。1413A工作面自2015年5月4日開始回采，至2016年3月15日已安全收作。

1.2 工作面回采水文變化

1413A工作面回采期間正常涌水量3～5 m3/h，最大涌水量8 m3/h，工作面回采期間除局部頂板有滴淋水現(xiàn)象外，均無大的出水異常情況，顯示工作面會(huì)采前底板灰?guī)r含水層疏水降壓和頂板砂巖含水層疏放取得良好效果，保證了工作面安全正?；夭赏戤?。

1.3 采煤方法

1）采煤方法。根據(jù)該采區(qū)煤層賦存情況和古縣東瑞煤業(yè)綜采工作面回采經(jīng)驗(yàn)，該面采用分層開采的方式進(jìn)行回采，其中上分層采用后退式走向長(zhǎng)壁綜合機(jī)械化進(jìn)行回采，隨工作面回采，利用地面灌漿站輸送漿液進(jìn)行注漿，造再生頂板，后期下分層開采措施另編。

2）采高。本工作面煤厚4.5～9.3m，平均煤厚6.8m。根據(jù)工作面液壓支架支撐范圍（3.0～6.5 m）及采煤機(jī)（采煤機(jī)最低過機(jī)高度為3.5 m）機(jī)頂與液壓支架頂梁間的允許間隙，及下分層采高盡量保證在2 m左右，本工作面采高控制按以下執(zhí)行：工作面煤厚在5 m以下時(shí)一次采全高；煤厚在5～6 m時(shí)，保證煤機(jī)過機(jī)高度時(shí)盡量留底煤；煤厚在6 m以上時(shí)，留底煤2 m。其中留底煤情況以每天探煤及地測(cè)提供資料為準(zhǔn)。

3）回采層位：跟頂回采。

2 設(shè)備選型

2.1 采煤機(jī)型號(hào)及主要參數(shù)

2.1.1 采煤機(jī)參數(shù)

型號(hào)：JOY-7LS6C。

主要技術(shù)參數(shù)如下：采高為6.0 m；截深為800 mm；裝機(jī)功率為1 855 kW；截割電機(jī)為2×750 kW；牽引電機(jī)為2×150 kW；泵電機(jī)為55 kW；滾筒直徑為3 000 mm。

2.1.2 生產(chǎn)能力的核算

式中：Qc為采煤機(jī)實(shí)際生產(chǎn)能力，t/h；B為截深，0.8 m；H為采高,最大6 m；U為給定條件下采煤機(jī)最大牽引速度，10.4 m/min；R為煤的實(shí)體密度 1.36 t/m3；K為工作面利用系數(shù)0.3～0.45，取0.4。代入數(shù)據(jù)計(jì)算得Qc=1 629.4 t/h。

循環(huán)進(jìn)度按“二九一六”工作制計(jì)算，即生產(chǎn)班夜班、早班作業(yè)時(shí)間共計(jì)18 h，去除交接班及其他影響時(shí)間2 h，按煤機(jī)割煤16 h計(jì)算，可采煤26 070.4 t，大于設(shè)計(jì)日產(chǎn)10 212 t，滿足要求。

2.2 工作面刮板機(jī)的選型計(jì)算

2.2.1 工作面參數(shù)

運(yùn)輸長(zhǎng)度L=215 m，運(yùn)輸角度α=9.5°，運(yùn)輸量QC=1 629.4 t/h。

2.2.2 刮板機(jī)的初選

型號(hào)為SGZ1000/1710一臺(tái)；輸送能力為2 500t/h；刮板鏈速為1.44 m/s；電機(jī)功率為2×855 kW；電壓為3 300 V。

刮板鏈：雙鏈，2×Φ42×146加強(qiáng)鏈，破斷力≥2 700 kN，中心距220 m，刮板間距1 168 mm，刮板采用模段件。刮板固定方式：壓板、螺栓。刮板機(jī)鏈單重qc=70.6 kg/m。

減速器：平行布置行星減速器。槽間聯(lián)結(jié)形式：?jiǎn)♀忎N，聯(lián)結(jié)強(qiáng)度＞4 000 kPa。

2.2.3 電機(jī)功率的驗(yàn)算

2.2.3.1 運(yùn)行阻力

單位長(zhǎng)度裝煤量q=QC÷3.6v=1 629.4÷3.6÷1.44=314.3 kg/m。

重段運(yùn)行阻力Wzh=[（qW1+qcW2）Lcosα＋（q+qc）×Lsinα]g=（314.3×0.6+70.6×0.4）×9.8×215×cos9.5°＋（314.3＋70.6）×215×sin9.5°×9.8=584 019 N。

空鏈運(yùn)行阻力WK=qcgL（W2cosα-sinα）=70.6×215×9.8×（0.4×cos9.5°+sin9.5°）=83 230 N。式中：W1與W2均為阻力系數(shù)，W1=0.6，W2=0.4。

2.2.3.2 驅(qū)動(dòng)牽引力采取雙機(jī)驅(qū)動(dòng)各點(diǎn)張力為：S2=S1+Wzh，S4=S3+Wk。上驅(qū)動(dòng)牽引力為Psh=1.1（Wzh+Wk）/2=1.1×（584 019+83 230）÷2=366 987 N。

如圖1所示，取最小張力點(diǎn)S1=0，則：S2=584019N；S3=283 757 N；S4=366 987 N。

圖1 工作面刮板機(jī)張力點(diǎn)

2.2.3.3 電機(jī)功率

上端電機(jī)功率為:N1=1.2P1V/（1 000η）=1.2[S4-S1+K（S4+S1）]V÷1 000÷0.85=1.2×[366 987－0＋0.045×（366987＋0）]×1.27÷1000÷0.85=628kW。

下端電機(jī)功率為:N2=1.2P2V/1 000η=1.2[S2－S3+k（S2＋S3）]V÷1000÷0.85=1.2×[584019-283757+0.045×（283 757+584 019）]×1.27÷1 000÷0.85=608 kW。式中：η取0.85，K取0.045。

配備的電機(jī)功率為2×700 kW；因此滿足要求。

2.2.3.4 鏈子安全系數(shù)

k=2λSp/1.2Smax=2×0.9×2700000÷1.2÷584019=6.9＞3.5。

式中：λ取0.9。

結(jié)論：鏈子強(qiáng)度滿足要求。

2.3 順槽皮帶機(jī)的選型計(jì)算

2.3.1 運(yùn)順參數(shù)

順槽傾角α=3°；順槽長(zhǎng)度L=1 600 m；輸送量Qc=1 629.4 t/h。

2.3.2 初定皮帶機(jī)

型號(hào)DSJ120/200/3×355一臺(tái)；輸送量Q=3000t/h；帶寬B=1 200 mm；帶速v=4 m/s；帶重qd=21.12 kg/m；上托輥單重q1=13.3kg/m；下托輥單重q2=6kg/m。

2.3.3 電機(jī)功率的驗(yàn)算

2.3.3.1 運(yùn)行阻力

單位長(zhǎng)度裝煤量q=Qc÷3.6v=1 629.4÷3.6÷4=113 kg/m。

重 段 阻 力Wzh= （q+qd+q1）Lgw1cosα+ （q+qd）×Lgsinα=（113+21.12+13.3）×1600×9.8×0.03×cos3°+（113+21.12）×1 600×9.8×sin3°=167 695 N。

空段阻力WK=（qd+q2）Lgw2cosα+qdLgsinα=（21.12＋6）×1600×9.8×0.025×cos3°+21.12×9.8×1 600×sin3°=28001N。

2.3.3.2 輸送帶各點(diǎn)張力（見圖2）

圖2 上運(yùn)皮帶機(jī)張力點(diǎn)示意圖

式中：μ為摩擦系數(shù)，0.25；α為圍包角，420°；n為備用系數(shù)，1.2。

按重段輸送帶垂度要求，重段最小張力應(yīng)為：

故令S4=9844N，則：S1＝40741N，S2＝38435N，S3＝10 434 N，S5＝37 845 N。

2.3.3.3 電機(jī)功率

牽引力p=S1-S5+0.04（S1+S5）=40 741-37 845+0.04×（40741+37 845）=6 039 N。

電機(jī)功率N=1.2PV/1 000η=1.2×6 039×4÷1 000÷0.85=34.10 kW。

滿足要求。

因此順槽皮帶機(jī)選型為DSJ120/200/3×355，帶寬 1 200 mm，運(yùn)量 3 000 t/h，運(yùn)距 1 600 m，帶速 4 m/s。

2.3.3.4 膠帶強(qiáng)度驗(yàn)算

安全系數(shù)M=Biσ/Smax=1 200×800÷40 741=23.56＞11。其中11為查《煤礦設(shè)備安裝工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》所得。

阻燃輸送帶縱向拉伸強(qiáng)度不低于800 N/mm，可選用工作面常用阻燃輸送帶。

3 結(jié)論

1）考慮到支撐的三個(gè)自由度、初始支撐和工作狀態(tài)、工作面支撐，討論了煤層傾角、支撐重量、工作阻力、頂板壓力、縱橫比等因素對(duì)穩(wěn)定性的影響。

2）采煤機(jī)配備制動(dòng)系統(tǒng)和安全牽引絞車。減小或抵消導(dǎo)向系統(tǒng)的滑動(dòng)，優(yōu)化液壓支架的牽引方式，支撐座的結(jié)構(gòu)和安裝位置，調(diào)整千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)和工藝措施以及側(cè)面保護(hù)控制方式。