亞辰煤業(yè)29207放頂煤工作面設(shè)備選型研究

張 雄

(山西呂梁離石西山亞辰煤業(yè)有限公司，山西 離石 033000)

0 引言

煤炭資源目前在我國能源中仍占據(jù)著較大的比例，如何針對煤炭資源進行安全高效的開采，是廣大科研工作者研究的重要課題之一[1]。隨著設(shè)備技術(shù)研發(fā)的不斷投入，目前井下工作面朝著大型化、機械化、自動化的方向發(fā)展，若想安全、高效地開采煤炭資源，必須選用與地質(zhì)賦存條件相適應(yīng)的機械設(shè)備[2]。

趙光榮[3]針對孟家窯的綜放工作面采用理論分析的方法確定了工作面設(shè)備型號；李超等[4]針對近距離大采高工作面的三機進行了選型計算，得到了適合的機械設(shè)備。根據(jù)前人研究可知，合適的工作面設(shè)備是保證工作面安全高效開采的必要條件，因此，本文針對亞辰煤業(yè)29207工作面的煤層具體條件，選取合適的工作面設(shè)備。

1 工程概況

1.1 工作面概況

亞辰煤業(yè)有限公司位于山西呂梁離石市，礦井井田面積為1.5平方公里，可采煤層為8#、9#，根據(jù)設(shè)計能力60萬噸/年，井田內(nèi)規(guī)劃工作面布置18個。29207工作面地面標(biāo)高為977 m～962 m，工作面標(biāo)高為672 m～708 m，對應(yīng)地面位置：該工作面位于工業(yè)廣場以北，區(qū)域地表以黃土梁、峁為主，其次為黃土溝谷的沖溝，切割強烈，溝谷縱橫。主要出露地層為Q2+3、N2。經(jīng)調(diào)查地面無建筑物。

29207工作面井下位置及四鄰采掘情況：工作面位于9#煤層左翼，北西與泰業(yè)煤業(yè)相鄰(保安煤柱40 m)，東與29206采空區(qū)相鄰，南與工業(yè)廣場相鄰；對應(yīng)上方間隔6.72 m～10.62 m為8#煤層28206工作面采空區(qū)。工作面所采煤層為9#煤層，屬穩(wěn)定可采近水平厚煤層，煤層傾角為5°～7°，平均為6°，煤厚為3.9 m～4.5 m，平均為4.2 m，工作面頂?shù)装鍘r性如表1所示。

表1 工作面頂?shù)装鍘r性

1.2 采煤方法

本工作面采用放頂煤全部垮落采煤方法。主要生產(chǎn)工序為：割煤→裝運煤→移架→移前運輸機→放頂煤→移后運輸機→采空區(qū)處理。根據(jù)煤層賦存情況，采煤機和放頂煤液壓支架選型配套，確定采煤機采高跟底為2.2 m，放頂煤高度為2 m，采放比為1∶0.68。

2 工作面設(shè)備選型計算

2.1 液壓支架選型

工作面采用ZF5300/17/32支撐掩護式液壓支架支護，共106架。支架技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 ZF5300/17/32型液壓支架技術(shù)特征

液壓支架的支護強度校驗：

(1)支架支撐高度的確定：

Hmax≥Mmax+0.2.

(1)

Hmin≤Mmin-(0.2～0.3).

(2)

其中：Mmax為工作面最大采高，取2.5 m；Mmin為工作面最小采高，取2.2 m；Hmax、Hmin分別為支架最大、最小高度，m。

則支架最大高度Hmax≥2.5+0.2=2.7 m；支架最小高度Hmin≤2.2-0.3=1.8 m。所選液壓支架型號符合需求。

(2)支架支護強度的計算：

P1=Kd(g冒+g頂).

(3)

其中：P1為支架支護強度，MPa；Kd為動載系數(shù)，取1.5；g冒為冒落帶自重應(yīng)力，MPa；g頂為頂煤自重應(yīng)力，MPa。

(4)

其中：r1為上覆巖層容重，取r1=18 kN/m3；h1為估算冒落帶高度；M為工作面采高，取2.2 m；δ為巖石初期碎脹系數(shù)，取δ=1.25；r2為頂煤容重，取r2=14.7 kN/m3；h2為放頂煤高度，h2=2.0 m。將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式(1)～式(4)計算得：g冒=0.158 4 MPa；g頂=0.029 4 MPa；P1=0.28 MPa。

取上述計算的最大值，支架支護強度不應(yīng)小于0.28 MPa。

(3)支架工作阻力計算：

F=P2SCBC/K.

(5)

其中：F為支架工作阻力，kN/架；SC為支架中心距，為1.5 m；P2為額定支護強度，取440 kN/m2；BC為支架最大控頂距，為6.7 m；K為支撐效率，為0.75。

將相關(guān)參數(shù)代入式(5)計算得F=4 180 kN。則支架工作阻力應(yīng)不小于4 180 kN。選取支架工作阻力為5 300 kN。

(4)底板比壓計算：

P3=R0/S.

(6)

其中：P3為液壓支架底座單位面積對底板的壓強，MPa；R0為液壓支架在額定壓力時對底板的壓力，為5 300 kN；S為液壓支架底座面積，為3.9 m2。

將相關(guān)參數(shù)代入式(6)計算得P3=1.36 MPa。由于該工作面底板為泥巖，普氏系數(shù)為1.66 MPa，即底板所能承受的壓強為1.66 MPa，因液壓支架對底板壓強未超過底板承受能力，故工作面支架不會出現(xiàn)鉆底現(xiàn)象。

2.2 采煤機選型

29207工作面選取型號為MG250/600-WD型采煤機，其主要參數(shù)見表3，對其是否能滿足工作面生產(chǎn)需求進行驗算。

表3 MG250/600-WD型交流電牽引采煤機

2.2.1 采高

在進行采煤機型號選取時，采煤機采高一定要與29207工作面煤層厚度范圍相適應(yīng)，考慮實際采煤過程中，工作面頂?shù)装宓纳细『拖鲁?，采煤機采高與工作面煤層厚度應(yīng)滿足下式：

Htmax=Mmax/(0.9～0.95)=2.63～2.77.

(7)

Htmin=Mmin/(1.1～1.2)=1.83～2.00.

(8)

其中：Htmax、Htmin分別為采煤機最大采高、最小采高，m。

2.2.2 截深B

綜合考慮頂?shù)装鍘r性、煤層厚度、軟硬程度，選取采煤機的截深B=800 mm。

2.2.3 牽引速度

牽引速度計算式為：

vg=QH/(60MBγ).

(9)

其中：QH為工作面小時產(chǎn)量，取604 t/h；γ為煤容重，為1.33 t/m3；vg為采煤機所需牽引速度，m/min。

將以上數(shù)據(jù)代入式(9)計算得：vg=4.3 m/min。

因此，工作面選用采煤機工作運行速度須大于4.3 m/min，所選采煤機可以滿足需求。

2.2.4 裝機功率

裝機功率為：

N=60BMvgHw/3.6.

(10)

其中：Hw為能耗系數(shù)，取4；N為電動機功率，kW。

將以上數(shù)據(jù)代入式(10)計算得：N=504.5 kW，所選采煤機可以滿足需求。

2.3 輸送機選型

工作面采用SGZ-764/400型中雙鏈刮板輸送機。具體參數(shù)如表4所示，針對其運輸能力進行驗算。

表4 SGZ-764/400型刮板輸送機

(1)輸送機的運輸能力Qb：

Qb=KcKyKsQH.

(11)

其中：Kc為輸送機與采煤機的配套修正系數(shù)，取0.95；Ks為考慮煤層傾角及運輸方向的不均衡系數(shù)，Ks=0.9；Ky為輸送機的裝載不均勻系數(shù)，取1.5。

將相關(guān)參數(shù)代入式(11)計算得Qb=774.6 t/h，所選SGZ-764/400型刮板輸送機輸送能力為800 t/h，大于774.6 t/h，可以滿足運輸需求。

(2)輸送機長度驗算。29207工作面設(shè)計長度為150 m，所選SGZ-764/400型刮板輸送機長度為151 m，可以滿足工作面運輸需求。

2.4 轉(zhuǎn)載機

工作面采用SZZ-764/132型轉(zhuǎn)載機，該機輸送能力為1 000 t/h，可以滿足要求。

2.5 破碎機

工作面采用PCM110型錘式破碎機，破碎能力為1 000 t/h，是SZZ-764/132型轉(zhuǎn)載機的配套設(shè)備，可以滿足要求。

各生產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)能力如表5所示。

表5 各設(shè)備生產(chǎn)能力表

3 結(jié)束語

為解決亞辰煤業(yè)29207工作面設(shè)備選型問題，針對亞辰煤業(yè)29207工作面所采9#煤層具體開采條件，綜合理論分析和現(xiàn)場經(jīng)驗選用了ZF5300/17/32支撐掩護式液壓支架，對其支撐高度、支護強度、工作阻力、底板比壓進行了驗算；選用了MG250/600-WD型采煤機及SGZ-764/400型中雙鏈刮板輸送機、SZZ-764/132型轉(zhuǎn)載機、PCM110型錘式破碎機，完全可以滿足工作面的生產(chǎn)運輸需求。工作面的現(xiàn)場設(shè)備應(yīng)用表明所選設(shè)備可以保障工作面的安全高效開采。