色連二礦綜采工作面綜采設(shè)備的選型與應(yīng)用研究

孫樹亮 馮建平

摘 要：色連二礦12412工作面采用“110工法”，針對該工作面煤層賦存條件差、產(chǎn)量高及推進(jìn)長度大等特殊開采條件，本文通過對綜采工作面的采煤機(jī)、液壓支架和刮板輸送機(jī)等主要設(shè)備的理論計(jì)算和工程經(jīng)驗(yàn)分析，確定了12412工作面的主要綜采設(shè)備型號，并結(jié)合主要設(shè)備確定了其他配套設(shè)備的型號。開采實(shí)踐證明，工作面選取的綜采設(shè)備及其配套設(shè)備科學(xué)合理，適用于“110工法”回采工藝的安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：110工法;綜采工作面;設(shè)備選型;配套原則

中圖分類號：TD823.97文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）12-0074-03

Study on the Selection and Application of Fully Mechanized Equipment

for Fully Mechanized Mining Face in Selian No. 2 Mine

SUN Shuliang FENG Jianping

（Ordos Zhongbei Coal Chemical Co.， Ltd.，Ordos Inner Mongolia 017000）

Abstract： The "110 construction method" was adopted in the 12412 working face of Selian No. 2 Mine， aiming at the special mining conditions such as poor coal seam occurrence conditions， high output and long advance length in this working face， through theoretical calculations and engineering experience analysis of major equipment such as shearers， hydraulic supports and scraper conveyors in fully mechanized mining faces， This paper had determined the main fully mechanized mining equipment models of the 12412 working face， and combined the main equipment to determine the models of other supporting equipment. The mining practice has proved that the fully mechanized mining equipment and its supporting equipment selected at the working face are scientific and reasonable， and are suitable for safe production of the "110 construction method" mining process.

Keywords： 110 construction method;fully mechanized mining face;equipment selection;supporting principles

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，煤礦開采方法也由炮采到普采再到綜采，不斷發(fā)生轉(zhuǎn)變，煤炭開采正朝著機(jī)械化、自動化、大型化的方向發(fā)展[1]。但是，煤層賦存條件復(fù)雜，為了保證煤炭資源被安全、高效地開采出來，人們必須保證工作面各種機(jī)械設(shè)備的型號及其協(xié)同配套使用。因此，眾多科研人員對工作面機(jī)械設(shè)備的選型和配套進(jìn)行研究。郗飛[2]通過理論計(jì)算和工業(yè)試驗(yàn)對馬蘭礦28307工作面設(shè)備選型進(jìn)行研究，確定了合理的綜采設(shè)備型號。劉清寶[3]通過地質(zhì)條件分析和煤巖物理力學(xué)參數(shù)測定，采用數(shù)值模擬、現(xiàn)場實(shí)踐等方法對紅柳煤礦6 m大采高工作面設(shè)備選型進(jìn)行優(yōu)選。盡管目前眾多科研工作者對綜采設(shè)備進(jìn)行了詳細(xì)的研究[4]，但在“110工法”條件下，綜采設(shè)備的選擇依然以工程經(jīng)驗(yàn)為主要依據(jù)。本文對色連二礦12412綜采工作面“三機(jī)”設(shè)備及其他配套設(shè)備選型進(jìn)行研究，確保綜采設(shè)備安全高效運(yùn)行，降低設(shè)備故障率，以提高工作面的生產(chǎn)效率。

1 概況

色連二礦12412工作面東鄰輔助運(yùn)輸大巷，西至井田邊界保護(hù)煤柱線，上部為12313采空區(qū)，煤層層間距為49.98 m，工作面布置如圖1所示。12412工作面走向長度為240 m，傾向長度為2 890 m，煤層厚度為3.20～4.00 m，平均厚度為3.52 m，平均傾角為1°，工作面內(nèi)發(fā)育9條正斷層，如圖1所示。

本工作面采用“110工法”回采工藝進(jìn)行回采，即1個工作面只掘1條順槽，實(shí)現(xiàn)0煤柱開采。其間通過爆破預(yù)裂切頂，在局部范圍切斷工作面頂板應(yīng)力傳遞，減弱巷道頂板壓力，使頂板沿切縫垮落，作為留巷段巷旁支護(hù)體。留巷段加強(qiáng)支護(hù)采用門式支架+恒組錨索支護(hù)方案。

2 綜采工作面設(shè)備選型

2.1 采煤機(jī)選型

采煤機(jī)參數(shù)應(yīng)與煤層地質(zhì)條件相適應(yīng)，并能滿足“三機(jī)”幾何配套要求。同時，采煤機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)能力應(yīng)大于工作面設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力的10%～20%。

2.1.1 采煤機(jī)割煤速度。采煤機(jī)割煤速度影響整個工作面的產(chǎn)量，其計(jì)算公式如下：

[V=n（L-L1）60×k20-t1-nt2]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中：[k]為開機(jī)率，取60%;[L]為工作面長，取240 m;[L1]為工作面的斜切進(jìn)刀長度，取52 m;[t1]為工作面準(zhǔn)備時間，取0.5 h;[t2]為每截一刀的輔助時間，取0.2 h;[n]為刀數(shù)，取10。

帶入數(shù)據(jù)可得，采煤機(jī)割煤速度為4.84 m/min?？紤]到工作面產(chǎn)量不均衡性，采煤機(jī)最大割煤速度按式（2）進(jìn)行計(jì)算。

[Vmax=VKc]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

式中：[V]為采煤機(jī)割煤速度，m/min;[Kc]為采煤機(jī)割煤速度的不均勻系數(shù)，取1.5。

帶入數(shù)據(jù)可得，[Vmax]值為7.26 m/min，選型時，采煤機(jī)割煤最大速度按8 m/min計(jì)算。

2.1.2 采煤機(jī)裝機(jī)功率。設(shè)計(jì)時根據(jù)能耗系數(shù)法估算采煤機(jī)裝機(jī)功率，計(jì)算公式如下：

[N=60BHgVmaxrHw]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

式中：[N]值為采煤機(jī)裝機(jī)功率，kW;[Hg]為采煤機(jī)割煤高度，m，取3.52 m;[B]為采煤機(jī)截深，m，取0.865 m;[r]為煤層容重，t/m3，取1.28 t/m3;[Hw]為比能耗值，取0.7 （kW·h）/t。

帶入數(shù)據(jù)可得，[N]為1 309 kW，采煤機(jī)裝機(jī)功率應(yīng)大于1 309 kW。

2.1.3 采煤機(jī)割煤循環(huán)產(chǎn)量。其主要取決于采煤機(jī)的主要參數(shù)和煤質(zhì)，計(jì)算公式如下：

[Q=BHLCr]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（4）

式中：[B]為采煤機(jī)截深，m，取0.865 m;[H]為切割高度，m，取3.52 m;[L]為工作面長度，m，取240 m;[C]為煤的回收率，%，取93%;[r]為煤的容重，t/m3，取1.28 t/m3。

帶入數(shù)據(jù)可得，[Q]值為869.88 t/刀，因此煤機(jī)的生產(chǎn)能力為1 739.76 t/h。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，色連二礦選用美國久益公司生產(chǎn)的7LS5B型采煤機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

2.2 液壓支架選型

由于采用“110工法”采煤工藝，爆破切頂后，頂板破碎，而液壓支架最主要的參數(shù)是支護(hù)強(qiáng)度，因此必須與煤層地質(zhì)條件相適應(yīng)，其結(jié)構(gòu)還需要保證工作面風(fēng)量。

2.2.1 支護(hù)強(qiáng)度。支護(hù)強(qiáng)度計(jì)算公式如下：

[Pn=72.3H+4.5Lp+78.9Bc-10.24N-62.1]? ? ? ?（5）

式中：[H]為煤層采高，m，取3.52 m;[Lp]為基本頂周期來壓步距，m，取30 m;[Bc]為支架控頂寬度，m，取4.6 m;[N]為充填系數(shù)，m，取0.74 m。

帶入數(shù)據(jù)可得，[Pn]值為697.9 kN/m2，即0.698 MPa，因此支架支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)大于0.698 MPa。

2.2.2 支架工作阻力。其計(jì)算公式如下：

[FS=PnSc×BcKs]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （6）

式中：[Fs]為液壓支架工作阻力，kN;[Sc]為液壓支架中心距，m;[Ks]為液壓支架的支撐率，取0.9。

帶入數(shù)據(jù)可得，[Ks]值為6 243 kN，因此支架支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)大于6 243 kN。

2.2.3 底板比壓驗(yàn)算。底板比壓計(jì)算公式如下：

[Pd=FsL1×B]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （7）

式中：[Pd]為液壓支架對底板的壓力，MPa;[L1]為液壓支架底座長度，m;[B]為工作面液壓支架底座寬度，m。

經(jīng)計(jì)算，工作面液壓支架的底板比壓處于實(shí)際底板比壓范圍（2.7～3.2 MPa）內(nèi)。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果并考慮支架阻力值富裕系數(shù)，色連二礦選擇鄭州煤礦機(jī)械集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)的ZY15000/22/45D電液控制掩護(hù)式液壓支架，技術(shù)參數(shù)如表2所示。

2.3 刮板輸送機(jī)選型

刮板輸送機(jī)的輸送能力應(yīng)適應(yīng)工作面的生產(chǎn)能力，而且需要與采煤機(jī)和液壓支架相配套。

2.3.1 刮板輸送機(jī)能力。人們可以根據(jù)工作面生產(chǎn)能力來確定輸送機(jī)能力，其計(jì)算公式如下：

[Qb=Qafhk]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（8）

式中：[Qb]為刮板輸送機(jī)能力，t/h;[Qa]為工作面日產(chǎn)量，t/d，取13 918 t/d;[f]為輸送機(jī)能力富余系數(shù)，取1.2;[h]為日工作時間，h，取16 h;[k]為開機(jī)率，取0.6。

帶入數(shù)據(jù)可得，[Qb]值為1 740 t/h，因此刮板輸送機(jī)的能力必須大于1 740 t/h才能滿足生產(chǎn)需要。

2.3.2 刮板輸送機(jī)功率。其計(jì)算公式如下：

[N=KaK0Lvq（f1cosα+sinα）+2q0f2cosα10]? ? ? ? ?（9）

式中：[N]為刮板輸送機(jī)功率，kW;[Ka]為功率備用系數(shù)，取1.15;[K0]為刮板彎曲段阻力值，取1.12;[L]為鋪送長度，m，取240 m;[v]為鏈條速度，取1.1 m/s;[q]為每米刮板輸送機(jī)的負(fù)荷，kg/m，[q=Qb/3.63v]=435.8 kg/m;[q0]為每米刮板鏈的質(zhì)量，kg，取50 kg;[f1]和[f2]為摩擦因素，分別取0.6和0.4;[α]為輸送機(jī)的傾斜角度，°，取10°。

帶入數(shù)據(jù)可得，管板輸送機(jī)的功率為292.25 kW。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，色連二礦選用SGZ1000/3000型刮板輸送機(jī)，其主要參數(shù)如表3所示。

2.4 其他配套設(shè)備選型

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，考慮到12412工作面開采條件和整個回采系統(tǒng)的可靠性，本研究確定了其他配套設(shè)備的型號，其主要技術(shù)參數(shù)如表4所示。

3 工程應(yīng)用效果分析

本文通過計(jì)算分析得出以上綜采設(shè)備選型方案，12412工作面于2019年3月正式投產(chǎn)，生產(chǎn)實(shí)踐證明，所選綜采設(shè)備及其配套設(shè)備均可正常運(yùn)行，質(zhì)量可靠，性能穩(wěn)定且故障率較低，能夠滿足該工作面安全、高效生產(chǎn)的要求，達(dá)到了預(yù)期效果。

4 結(jié)論

色連二礦12412綜采工作面采用“110工法”采煤工藝，通過理論計(jì)算和工程經(jīng)驗(yàn)分析，科學(xué)合理地選擇了綜采設(shè)備及其他配套設(shè)備。主要設(shè)備有7LS5B型采煤機(jī)、ZY15000/22/45D電液控制掩護(hù)式液壓支架、SGZ1000/3000型刮板輸送機(jī)、SZZ1200/525型轉(zhuǎn)載機(jī)、PCM400型破碎機(jī)、BRW400G（400/37.5）型乳化液泵、BRW80/31.5型乳化泵以及順槽輸送機(jī)。

參考文獻(xiàn)：

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