采煤工作面綜采設(shè)備的選型研究

王 洋

(山西西山煤電股份有限公司 西銘礦，山西 太原 030052)

0 引言

隨著煤炭工業(yè)的長足發(fā)展，煤礦機(jī)械設(shè)備也向著大功率、高度自動(dòng)化的方向逐步邁進(jìn)。然而由于全國各地煤炭賦存條件千差萬別，因此在各礦采煤工作面綜采設(shè)備選型時(shí)必須具有針對(duì)性地綜合考慮，以滿足其個(gè)性化需求，從而達(dá)到高產(chǎn)高效的目的。

1 工作面情況

某煤業(yè)地處山西省臨汾市蒲縣喬家灣鄉(xiāng)，隸屬于晉煤集團(tuán)，核定產(chǎn)能0.90 Mt/a。礦井屬低瓦斯礦井，地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)分別為簡單、中等類型，布置有主、副、回風(fēng)等3個(gè)斜井。可采煤層為3號(hào)煤層和11號(hào)煤層兩層煤，目前開采3號(hào)煤層。

3107工作面地處井田中部，其地面大部分被林區(qū)所覆蓋。工作面北部與3106工作面采空區(qū)相鄰，其南部未進(jìn)行開采活動(dòng)，其西部與天元洗煤廠保護(hù)煤柱相鄰，東部與大巷保護(hù)煤柱相鄰。所采3號(hào)煤層平均厚度為2.4 m，含夾矸0～2層，屬穩(wěn)定可采煤層。其基本頂?shù)膸r性為粉砂巖，平均厚度為5.5 m，具有少量裂隙；直接頂?shù)膸r性為泥巖，平均厚度為2.3 m，致密，局部含炭質(zhì)；直接底的巖性為泥巖，平均厚度為3.6 m，致密，部分具有粉砂巖條帶；基本底的巖性為細(xì)粒砂巖，平均厚度為4.8 m，含石英為主。

3107工作面布置兩條順槽，其中3107回風(fēng)巷長度為601 m，采用矩形斷面，寬度為4.0 m，高度為2.6 m，掘進(jìn)斷面積為10.4 m2；3107運(yùn)輸巷長度為681 m，采用矩形斷面，寬度為5.0 m，高度為2.8 m，掘進(jìn)斷面積為14.0 m2。3107切眼長度為196 m，采用矩形斷面，寬度為6.2 m，高度為2.8 m，掘進(jìn)斷面積為17.36 m2。兩條順槽均采用錨網(wǎng)索+鋼筋托梁的支護(hù)形式，切眼采用錨桿+錨索+W型鋼帶+鋼筋網(wǎng)+木棚的聯(lián)合支護(hù)形式。工作面走向長度為566 m，傾斜長度為196 m，工業(yè)儲(chǔ)量39.75萬噸，可采儲(chǔ)量35.2萬噸。

2 綜采設(shè)備選型

2.1 采煤機(jī)選型

對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行選型時(shí)，其采高、功率等參數(shù)需要充分考慮現(xiàn)場具體的煤層厚度、生產(chǎn)能力等實(shí)際情況，其相關(guān)性能參數(shù)確定如下：

(1) 采高：采煤機(jī)的采高需要通過工作面煤厚進(jìn)行確定，3107工作面的最小煤厚M最小=2.1 m，最大煤厚M最大=2.8 m。因?yàn)楣ぷ髅婊夭蛇^程中，垮落法管理頂板時(shí)頂板會(huì)逐漸下沉，其最小采高H最小=M最小/(1.1～1.2)=1.75 m～1.91 m；最大采高H最大=M最大/(0.9～0.95)=2.95 m～3.11 m。

(2) 截深B：采煤機(jī)截深由工作面煤厚、煤質(zhì)、巖性及礦井生產(chǎn)能力綜合確定，綜合確定截深為0.6 m。

(3) 牽引速度：根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)等相關(guān)資料，采煤機(jī)所需牽引速度vg可由下式計(jì)算：

vg=Qh/(60HBK采γ煤).

(1)

其中：Qh為工作面每時(shí)生產(chǎn)能力，按該礦單井單面0.90 Mt/a計(jì)算，則Qh=2 750 t/18 h=153 t/h；H為采高，取煤厚2.4 m；K采為采煤機(jī)實(shí)際工作時(shí)間系數(shù)，取0.3；γ煤為煤的容重，取1.34 t/m3。

將相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式(1)，計(jì)算可得vg=4.39 m/min。

選用MG300/700-AWD型采煤機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 MG300/700-AWD型采煤機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

2.2 刮板輸送機(jī)選型

對(duì)刮板輸送機(jī)進(jìn)行選型時(shí)，其運(yùn)輸能力需要與采煤機(jī)最大生產(chǎn)能力相適應(yīng)，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)其運(yùn)輸負(fù)荷來確定配套的鏈條數(shù)量。

根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)等相關(guān)資料，刮板輸送機(jī)的運(yùn)輸能力Qb可由下式計(jì)算：

Qb=Qdf/(hK刮).

(2)

其中：Qd為工作面每日生產(chǎn)能力，取2 750 t/d；f為運(yùn)輸能力富裕系數(shù)，取1.2；h為每日運(yùn)行時(shí)間，取18 h；K刮為運(yùn)輸機(jī)開機(jī)率，取0.7。

將相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式(2)，計(jì)算可得Qb=261.91 t/h。因此，所選刮板輸送機(jī)運(yùn)輸能力要比計(jì)算結(jié)果大才能滿足現(xiàn)場需要。

選用SGZ764/630型刮板輸送機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 SGZ764/630型刮板輸送機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

2.3 液壓支架選型

(1) 通過倍數(shù)覆巖容重方法對(duì)液壓支架支護(hù)能力進(jìn)行計(jì)算，即：

p=n×H×γ覆×g.

(3)

其中：p為液壓支架支護(hù)強(qiáng)度，kN/m2；n為不同頂板條件下上覆巖層容重倍數(shù)；γ覆為工作面上覆巖層的平均容重，取2.5 kN/m3；g為重力加速度，取9.8 m/s2。

針對(duì)不同頂板條件下上覆巖層容重倍數(shù)n，在中等穩(wěn)定頂板條件下，其取值范圍為6～8；在頂板較為穩(wěn)定、周期來壓顯著條件下，其取值范圍為9～11；在頂板穩(wěn)定性較差、來壓劇烈條件下，其取值通常大于11。3107工作面所開采3號(hào)煤層的頂板屬于中等穩(wěn)定頂板，n取8。將相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式(3)，計(jì)算可得：p=470.4 kN/m2。

(2) 根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)等相關(guān)資料，液壓支架的工作阻力Qs(kN)為：

Qs=p(C+L)S/η.

(4)

其中：C為端面距，取0.34 m；L為頂梁長度，取4 m；S為支架中心距，取1.5 m；η為支架工作效率，取0.98。將相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式(4)，計(jì)算可得Qs=3 124.8 kN。

3107工作面選擇ZY5800/13/28型液壓支架，其工作阻力5 800 kN>3 124.8 kN，因此可以滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需要。3107工作面切眼196 m，現(xiàn)場需要布置131架液壓支架。表3為ZY5800/13/28型液壓支架主要技術(shù)參數(shù)。

表3 ZY5800/13/28型液壓支架主要技術(shù)參數(shù)

3 結(jié)語

根據(jù)某煤業(yè)3107工作面設(shè)計(jì)及現(xiàn)場地質(zhì)條件，按照采煤工作面綜采設(shè)備相關(guān)配套選型原則，有針對(duì)性地對(duì)其進(jìn)行三機(jī)配套選型。通過3107工作面現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)踐，表明所選型設(shè)備能夠配合完成生產(chǎn)任務(wù)，滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需要，為該礦其他相似地質(zhì)條件下3號(hào)煤層工作面開采綜采設(shè)備的選型提供了參考。