西曲礦9號(hào)煤層開采設(shè)備選型研究

楊曉航

（西山煤電股份有限公司西曲礦掘進(jìn)二隊(duì)，山西　古交　030200）

引言

采煤工作面開采設(shè)備的合理選型對(duì)礦井的安全、高效生產(chǎn)有著十分重要的意義。選擇合適的開采設(shè)備，一方面要看設(shè)備是否符合工作面實(shí)際開采的需求，另一方面也要注意開采設(shè)備間是否配套。本文以西曲礦9號(hào)煤層19202工作面實(shí)際地質(zhì)條件為工程背景，利用理論計(jì)算，結(jié)合三機(jī)配套原則對(duì)工作面的開采設(shè)備進(jìn)行合理選型。

西曲礦是西山煤電的主力礦井，19202工作面主采9號(hào)煤層，煤層結(jié)構(gòu)簡單，平均厚度約為2.23m，工作面走向長度為1 420m，傾斜長度為150m。

1　液壓支架選型

液壓支架是保障工作面安全生產(chǎn)的關(guān)鍵所在，液壓支架的合理選型對(duì)煤礦開采有著十分重要的意義。

1.1　支架形式的確定

支架形式的選擇主要是由工作面頂?shù)装逍再|(zhì)決定。19202工作面直接頂為2.50m厚的砂質(zhì)泥巖，老頂為6.53m厚的細(xì)砂巖，直接底為0.45m厚的砂質(zhì)泥巖。

通過鄰近相似工作面的實(shí)測(cè)礦壓數(shù)據(jù)推測(cè)可知，工作面直接頂為2類中等穩(wěn)定頂板，老頂為Ⅲ級(jí)來壓強(qiáng)烈頂板，底板為Ⅲ類較軟底板。由以往經(jīng)驗(yàn)可知，此類頂?shù)装逡话闶褂醚谧o(hù)式支架[1]。

1.2　支架高度的確定

1.2.1支架最大高度

支架的最大高度可由下式計(jì)算得出式中：Hmax為支架最大高度，m；Mmax為煤層最大采高，m。

1.2.2支架最小高度

支架的最小高度表達(dá)式為

式中：Hmin為支架最小高度，m；Mmin為煤層最小采高，m；s為控頂范圍內(nèi)頂板下沉量，一般取0.3m；a為支架卸載時(shí)的可縮余量，一般取0.05m。

1.2.3工作面支架高度

對(duì)于19202工作面，煤層厚度變化為1.85～2.30m，將其代入式（1）、（2）中，可得[2]Hmax=0.25m，Hmin=1.50m。

1.3　支架工作阻力的確定

首先，確定支架的支護(hù)強(qiáng)度，其表達(dá)式如下所示

式中：n為倍數(shù)，對(duì)于中等穩(wěn)定頂板，可取7；M為采高，取 2.23m；γ 為巖層容重，取 25 kN/m3；g為重力加速度，取9.8N/kg。將數(shù)據(jù)代入式（3），可得支架的支護(hù)強(qiáng)度為q=382 kN/m2。

通過支架的支護(hù)強(qiáng)度，由式（4）可以求得其工作阻力。

式中：P為支架工作阻力，kN；b為梁端距，取0.33m；L為頂梁長度，取3.84m；B為支架中心距，取1.5m；η為支架支撐效率，取0.9。將數(shù)據(jù)代入式（4），得支架工作阻力為P=2 655 kN。

1.4　支架初撐力的確定

首先要確定支架的初撐支護(hù)強(qiáng)度qOh，對(duì)于中等穩(wěn)定頂板，有式中：Lz為周期來壓步距，根據(jù)相鄰工作面情況，取16m；Lm為最大控頂距取4.97m。代入數(shù)據(jù)，可得支架的初撐支護(hù)強(qiáng)度為qOh=297 kN/m2。

由初撐支護(hù)強(qiáng)度可得支架初撐力為

代入數(shù)據(jù)得PO=2 064 kN。

1.5　確定支架型號(hào)

通過對(duì)工作面所需支架主要參數(shù)的計(jì)算，選定ZY3600/12.5/28型液壓支架，其主要參數(shù)如下頁表1所示[3]。

表1　支架主要參數(shù)

由表1可以看出，該型支架完全滿足19202工作面的實(shí)際需求。

2　采煤機(jī)選型

2.1　機(jī)面高度的確定

工作面煤層采高為1.85～2.30m，考慮采煤機(jī)與液壓支架間應(yīng)有一定的余量空間，以適應(yīng)頂?shù)装宓钠鸱兓?，采煤機(jī)的機(jī)面高度應(yīng)為

式中：hc為機(jī)面高度，mm；ζ為采煤機(jī)與支架間的余量，取250mm；ld為頂梁厚度，取350mm。則采煤機(jī)的機(jī)面高度應(yīng)為1 250mm。

2.2　采煤機(jī)牽引速度功率的確定

工作面的年生產(chǎn)量預(yù)計(jì)為100萬t，工作面長度為150m，采煤機(jī)截深B取0.8m，煤層平均采高為2.23m，則采煤機(jī)每小時(shí)產(chǎn)煤能力應(yīng)大于

式中：Qh為采煤機(jī)每小時(shí)的產(chǎn)量，t/h；f為富裕系數(shù)，取1.3；Q為工作面年產(chǎn)量，取1Mt；D為年生產(chǎn)天數(shù)，取330天；N為日工作班數(shù)，取3；t為每班工作時(shí)間，取6 h；K為開機(jī)率，取0.5。則采煤機(jī)每小時(shí)的生產(chǎn)能力應(yīng)為437.8 t。

采煤機(jī)的牽引速度為

式中：Vc為采煤機(jī)平均截割牽引速度，m/min；γ為煤的容重，取1.43 t/m3；C為工作面回采率，取0.95；其余符號(hào)含義與前面相同。則采煤機(jī)牽引速度為3.02m/min。

采煤機(jī)的裝機(jī)功率為

式中：Hw為單位能耗，取0.8 kW·h/t；其余符號(hào)與前相同。則采煤機(jī)的裝機(jī)功率最小為350.24 kW。

2.3　確定采煤機(jī)型號(hào)

通過對(duì)工作面生產(chǎn)能力的計(jì)算，選定MG250-600-AWD型采煤機(jī)，其主要參數(shù)如表2所示[4]。由表2可以看出，該型采煤機(jī)完全滿足19202工作面實(shí)際需求。

3　刮板運(yùn)輸機(jī)選型

3.1　運(yùn)輸能力的確定

刮板運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)輸能力應(yīng)滿足采煤機(jī)的采煤能力

表2　采煤機(jī)主要參數(shù)

由計(jì)算可知，刮板輸送機(jī)運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)輸能力應(yīng)大于612.92 t/h。

3.2　刮板長度的確定

刮板運(yùn)輸機(jī)的長度應(yīng)基本達(dá)到工作面的長度，約150m。

3.3　確定刮板運(yùn)輸機(jī)型號(hào)

通過前面的計(jì)算，選定SGZ-764/630型刮板運(yùn)輸機(jī)，其主要參數(shù)如表3所示[5]。

表3　刮板運(yùn)輸機(jī)主要參數(shù)

由表3可知，該型刮板運(yùn)輸機(jī)完全滿足工作面需求。

4　結(jié)論

通過理論計(jì)算和三機(jī)配套原則，確定了19202工作面的開采設(shè)備型號(hào)。選擇了ZY3600/12.5/28型液壓支架，MG250-600-AWD型采煤機(jī)和SGZ-764/630型刮板運(yùn)輸機(jī)

通過實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐，選擇的開采設(shè)備完全滿足礦井生產(chǎn)需求，為類似工作面的設(shè)備選型提供了借鑒價(jià)值。

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[5]王福安.煤礦綜采工作面“三機(jī)”設(shè)備選型與配套[J].中州煤炭，2012（3）：75-76；84.