大采深大傾角綜放工作面設(shè)備選型與配置技術(shù)的探討與研究

李振 王衛(wèi)民

摘要：針對礦井開采向深部延伸和煤層地質(zhì)條件的實(shí)際情況，對綜放工作面的設(shè)備選型和配置進(jìn)行了闡述和計(jì)算，為礦井以后確定工作面參數(shù)和設(shè)備選型提供了可靠的技術(shù)依據(jù)。

Abstract： According to the actual situation of deep mining and geological conditions of coal seams， the equipment selection and configuration of the fully mechanized top coal caving face are elaborated and calculated， which provides a reliable technical basis for determining the working face parameters and equipment selection.

關(guān)鍵詞：大采深；大傾角；設(shè)備選型；配置；技術(shù)探討

Key words： large depth of mining；large dip angle；equipment selection；configuration；technical discussion

中圖分類號：TD421 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）27-0129-02

1 概況

1.1 工作面概況 該綜放工作面地面標(biāo)高+54.3～+56.2m；井下標(biāo)高-778～-846m；回采對地面設(shè)施的影響地表多為農(nóng)田，預(yù)計(jì)回采后，地表最大下沉320mm。井下位置及四鄰采掘情況：工作面東側(cè)靠近斷層（H=40～110∠65～77°），西側(cè)為DF2（H=5～20∠75°）、DF4（H=0～15∠65°）及DF3（H=5～40∠55～75°）斷層，北側(cè)靠近井田邊界，南與3下7111集軌、集運(yùn)相連，工作面四周無采掘活動。走向長度1086m；傾斜長度189m；面積205815m2。

1.2 煤層 該工作面煤層3下煤層，賦存較穩(wěn)定，煤厚2.2～8.7/4.8m，受較大斷層影響，煤層局部破碎、節(jié)理裂隙較發(fā)育，出現(xiàn)碎裂煤，正常塊段煤體結(jié)構(gòu)以原生結(jié)構(gòu)煤為主。煤層厚度2.2～8.7m；煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜；煤層傾角4°～17°；可采指數(shù)1.0；變異系數(shù)23.6%.煤的組分以鏡質(zhì)組和半鏡質(zhì)為主，屬低灰、低硫、特低磷煤。

1.3 煤層頂?shù)装迩闆r表 基本頂：中、細(xì)砂巖28.1～55m，灰色-淺灰色，薄-中厚層狀，成分以石英為主，次為長石，暗色礦物，次圓狀，分選性好，泥鈣質(zhì)膠結(jié)夾泥炭質(zhì)條紋，f=8～12。直接頂：粉砂質(zhì)泥巖0～3.6m，灰色-淺灰色，薄-中厚層狀，砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，夾砂質(zhì)條紋，顯水平狀層理f=3～4。直接底：粉砂質(zhì)泥巖2.8～8.3m，深灰色、砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，煤層底板有0.2m炭質(zhì)泥巖，f=3～4?；镜祝杭?xì)砂巖20～35m，淺灰色、質(zhì)純、致密、具水平層理，f=6～8。

1.4 地質(zhì)構(gòu)造 實(shí)見或預(yù)測落差大于三分之二采高斷層向工作面內(nèi)部發(fā)展變化。據(jù)三維物探資料顯示，3下7111工作面位于尹家洼斷層（H=40-110∠65-77°）上盤，DF2（H=5-20 ∠75°）、DF4（H=0-15∠65°）斷層?xùn)|側(cè)。區(qū)內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜，不僅發(fā)育有落差較大的斷層，還發(fā)育有次級軸向NNE的褶曲。由于工作面兩側(cè)受較大斷層影響，次生構(gòu)造發(fā)育，斷層及褶曲構(gòu)造導(dǎo)致兩巷起伏變化較多。同時(shí)由于工作面地層傾角存在反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，軌道巷、運(yùn)輸巷交替出現(xiàn)上下巷，導(dǎo)致煤層破碎、節(jié)理裂隙較發(fā)育。工作面掘進(jìn)期間揭露H>5m且延伸至面內(nèi)正斷層兩條，分別為F6（H=6∠70°）、F20（H=5.7∠75°）。F6斷層與工作面走向垂直，軌道巷掘進(jìn)期間并未揭露與該斷層有直接聯(lián)系的構(gòu)造；F20斷層與工作面形成30°夾角，掘進(jìn)期間破頂板過斷層。由于兩斷層均向面內(nèi)延伸且落差較大，預(yù)計(jì)對工作面回采有較大影響。

1.5 采放工藝 采用走向長壁后退式采煤法，為綜采放頂煤采煤工藝，液壓支架支護(hù)頂板，前后部刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)煤，全部垮落法處理采空區(qū)頂板。

工藝流程：割煤→移架→推移前部刮板運(yùn)輸機(jī)→放煤→拉移后部刮板運(yùn)輸機(jī)。

2 工作面設(shè)備選型

2.1 采煤機(jī)的選型 采煤機(jī)的選型要和煤層地質(zhì)條件、工作面生產(chǎn)能力相適應(yīng)，根據(jù)工作面開采條件，確定工作面采高為3.3m，放煤高度為1.5m，采煤機(jī)截深為0.8m。

采煤機(jī)的裝機(jī)功率采用單位能耗法進(jìn)行計(jì)算，煤層中含夾矸，因此采煤機(jī)割煤單位能耗HW按0.75kWh進(jìn)行功率計(jì)算，采煤機(jī)的裝機(jī)功率為：

PW=60HW·H·b·V·γ·k=747kW

根據(jù)上述計(jì)算參數(shù)和現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)技術(shù)條件，選用MG400/930-WD雙滾筒電牽引采煤機(jī)。其主要技術(shù)參數(shù)如下：

采高：2.0～4.0m 電機(jī)功率：2×400+2×55+20kW

截深：0.8m 牽引速度：0～8.3m/min

牽引力：680～410kN 牽引方式：無鏈電牽引

煤層傾角：≤40° 煤質(zhì)硬度：硬或中硬

滾筒直徑：？準(zhǔn)2000mm 臥底量：300mm

過煤高度：684mm 搖臂擺動中心距：7600mm

2.2 液壓支架的選型 液壓支架工作阻力確定的基本條件為：工作面煤層厚度為4.8m，采煤機(jī)割煤高度3.3m，放煤高度1.5m，采深-778～-846m，煤的堅(jiān)固性系數(shù)f為1.0～2.0左右。

2.2.1 根據(jù)液壓支架支撐冒落帶頂板巖層和頂煤的重量，并平衡基本頂失穩(wěn)時(shí)對液壓支架的動載，計(jì)算液壓支架所需的支護(hù)強(qiáng)度：q=Kd（q冒+q頂煤）冒落帶巖層自重應(yīng)力，本工作面液壓支架的額定支護(hù)強(qiáng)度取1.1MPa= 1100kN/m2，1100kN/m2>552.9kN/m2滿足要求。

2.2.2 根據(jù)確定的支護(hù)強(qiáng)度和工作面配套尺寸，確定液壓支架合理工作阻力p：

P=qB（LK+LD）/KS

根據(jù)以上計(jì)算，工作面選用ZF9000-20/42支架額定工作阻力9000kN，9000kN>4426kN滿足要求。

2.3 工作面共安裝128架四柱支撐掩護(hù)式低位放頂煤液壓支架、6架端頭過渡支架、1架端頭卸載支架，具體型號：ZF9000-20/42、ZFG9500-22/38；端頭卸載支架型號：ZT10000-25/40。

2.4 運(yùn)輸設(shè)備選型

2.4.1 工作面前部運(yùn)輸機(jī)的選型 按照刮板運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)輸能力必須滿足采煤機(jī)割煤能力的要求，同時(shí)考慮到片幫煤和工作面運(yùn)輸機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件多變，其實(shí)際運(yùn)輸能力應(yīng)略大于采煤機(jī)的小時(shí)最大生產(chǎn)能力，取備用系數(shù)為1.2。

根據(jù)采煤機(jī)的技術(shù)參數(shù)，確定采煤機(jī)每小時(shí)平均生產(chǎn)能力

QC=60H·b·V·γ=311t/h

則刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸能力Q=1.2QC=373.2t/h，要求前部運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)輸量≧373.2t/h。本工作面所選刮板運(yùn)輸機(jī)型號為SGZ-830/800，運(yùn)輸能力1200t/h，1200t/h>373.2t/h滿足生產(chǎn)需要。

2.4.2 工作面后部運(yùn)輸機(jī)的選型 從工作面采煤機(jī)割煤和放頂煤工序應(yīng)最大限度地平行作業(yè)、采煤機(jī)平均循環(huán)割煤時(shí)間與放頂煤平行循環(huán)時(shí)間基本匹配、盡量減少兩個(gè)工序的相互影響時(shí)間等角度出發(fā)，對后部運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸能力進(jìn)行確定。

液壓支架放一架頂煤的時(shí)間約為1min，工作面面長為189m時(shí)，完成整個(gè)工作面放煤134min，則工作面放煤能力：

Vf=Lf/Tf=1.5m/min

與采煤機(jī)落煤能力相配套的工作面平均放煤能力為：

Qf=60HfbγCf（1+Cg）Vf=137t/h

按照放頂煤開采經(jīng)驗(yàn)，后部頂煤放煤量經(jīng)常達(dá)不到均勻放煤和均勻輸送的要求，經(jīng)常出現(xiàn)超負(fù)荷運(yùn)輸而導(dǎo)致刮板運(yùn)輸機(jī)壓死的現(xiàn)象，取放煤流量不均勻系數(shù)為1.4，則后部刮板運(yùn)輸機(jī)能力Q=KfQf=191.8t/h，要求后部運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)輸量≧191.8t/h。本工作面所選后部刮板運(yùn)輸機(jī)型號為SGZ-830/800，運(yùn)輸能力1200t/h，1200t/h>191.8t/h滿足生產(chǎn)需要。

2.4.3 轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)和膠帶運(yùn)輸機(jī)選型 轉(zhuǎn)載機(jī)的轉(zhuǎn)載能力和破碎機(jī)的破碎能力要與工作面的生產(chǎn)能力相適應(yīng)，并要求與工作面刮板運(yùn)輸機(jī)和膠帶輸送機(jī)相配套，根據(jù)上述配套情況，運(yùn)輸巷安裝SZZ-830/400型橋式轉(zhuǎn)載機(jī)一部、PLM-1500/160型破碎機(jī)一部、DSJ100/120/3×160型膠帶輸送機(jī)一部、DSJ100/120/2×160型膠帶輸送機(jī)兩部。轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)和膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸、破碎能力均大于生產(chǎn)能力，滿足生產(chǎn)需要。

①ZZ-830/400型橋式轉(zhuǎn)載機(jī)一部，長度70m；②橋式轉(zhuǎn)載機(jī)上安裝一部PLM-1500/160型破碎機(jī)；③DSJ100/120/3×160型膠帶輸送機(jī)一部，長度890m；④DSJ100/120/2×160型膠帶輸送機(jī)兩部，長度分別為240m、470m；⑤清淤系統(tǒng)：1）運(yùn)輸巷鋪設(shè)清淤轉(zhuǎn)載機(jī)兩部，型號為SGB-620/40T，長度分別為20m；2）軌道巷鋪設(shè)清淤皮帶兩部，型號為SDJ-800/40/2×40，長度分別為450m、500m。

2.5 輔助運(yùn)輸設(shè)備 輔助運(yùn)輸設(shè)備選用1t礦車、花車或?qū)Ｓ闷桨遘?，牽引設(shè)備選用JY-4、JY-6型調(diào)度絞車，其主要技術(shù)參數(shù)如下：

①JY-4型調(diào)度絞車，外形尺寸：1968×1425×1500mm；

②JY-6型調(diào)度絞車，外形尺寸：2850×2723×2290mm。

3 結(jié)語

實(shí)現(xiàn)綜放工作面的高產(chǎn)高效是我國綜放技術(shù)的發(fā)展趨勢。而綜放工作面設(shè)備選型配套也成為急需解決的課題之一，其中頂板支護(hù)、前后部運(yùn)輸機(jī)能力的合理匹配、移架和割煤系統(tǒng)的可靠性又是設(shè)備選型配套中最主要的問題，是實(shí)現(xiàn)綜放工作面高產(chǎn)高效的前提。本文提出的前后部運(yùn)輸機(jī)能力匹配原則及將可靠度直接設(shè)計(jì)到工藝參數(shù)中去的理論，對今后類似工作面的設(shè)備選型配套具有一定的理論和現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

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