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    官地礦13601工作面設備的選型研究

    2020-03-14 10:26:10王海棟
    機械管理開發(fā) 2020年1期
    關鍵詞:刮板選型采煤機

    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。

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