申小林

山西焦煤霍州煤電集團(tuán)有限公司,山西 霍州 031400

近距離煤層300m工作面刮板輸送機(jī)適用性研究

申小林

山西焦煤霍州煤電集團(tuán)有限公司,山西 霍州 031400

針對(duì)木瓜煤礦近距離下煤層300m超長(zhǎng)綜放工作面刮板輸送機(jī)適用性確定的技術(shù)難題，基于礦山運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)原理，采用理論計(jì)算的方法，對(duì)300米綜放工作面刮板輸送機(jī)運(yùn)輸能力、功率、鏈條強(qiáng)度等指標(biāo)進(jìn)行理論驗(yàn)算。通過計(jì)算分析表明，選取SGZ1000/2×1200刮板輸送機(jī)各項(xiàng)工作指標(biāo)達(dá)到了工作面加長(zhǎng)后的要求，為相似礦井刮板輸送機(jī)選型分析提供借鑒。

近距離煤層;300m綜采工作面; 刮板輸送機(jī);工作指標(biāo)；校核

引 言

在我國近距離煤層賦存和開采所占比重很大，而呂梁礦區(qū)木瓜煤礦層間距小于10米的可采儲(chǔ)量占總儲(chǔ)量的80%，所以研究近距離下煤層安全開采技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1-3]。目前，國外高產(chǎn)高效工作面長(zhǎng)度已達(dá)到450m，其中美國300m以上工作面就有11個(gè)，德國有18個(gè)，俄羅斯、波蘭一些主要產(chǎn)煤國家也在發(fā)展加長(zhǎng)工作面，其中德國DSK公司裝備了3個(gè)435m長(zhǎng)綜采工作面。國內(nèi)神東礦區(qū)榆家梁礦針對(duì)淺埋深的條件已成功地將綜采工作面長(zhǎng)度由240m加長(zhǎng)至300m，晉城寺河礦3號(hào)煤層綜采工作面長(zhǎng)度已達(dá)到300m，均取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益[4-7]。

木瓜煤礦主采10號(hào)煤層，由于受到井田邊界與工業(yè)廣場(chǎng)保安煤柱邊界線影響，計(jì)劃加長(zhǎng)工作面長(zhǎng)度至300m，隨著工作面長(zhǎng)度的加長(zhǎng)，工作面設(shè)備故障率將增大，其中刮板輸送機(jī)不僅承擔(dān)著工作面煤的運(yùn)輸，而且又兼作采煤機(jī)動(dòng)行的軌道和移架的支點(diǎn)。隨著工作面傾斜長(zhǎng)度的不同程度的延長(zhǎng)，則反映到采煤機(jī)一個(gè)割煤循環(huán)的出煤量會(huì)有下同程度的增加，如果日前所配套的刮板輸送機(jī)的運(yùn)輸能力、功率達(dá)不到工作面加長(zhǎng)后煤量的運(yùn)輸要求，則可能會(huì)出現(xiàn)煤壓死輸送機(jī)、斷大鏈，甚至燒壞電機(jī)和損壞減速器。這些事故次數(shù)的增加，會(huì)影響工作面加長(zhǎng)后的正常生產(chǎn)，所以說刮板輸送機(jī)的輸送能力、電機(jī)功率以及大鏈的強(qiáng)度能否達(dá)到工作面加長(zhǎng)后的要求，是影響工作面延長(zhǎng)的一個(gè)重要因素，因此，結(jié)合木瓜礦生產(chǎn)工藝，從技術(shù)方面對(duì)300m工作面刮板輸送機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)的研究，為今后木瓜礦設(shè)備的選型及改進(jìn)、工作面傾斜長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 刮板輸送機(jī)選取和技術(shù)參數(shù)分析[8-11]

木瓜礦所選用的刮板輸送機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)表1所示:

表1 刮板輸送機(jī)技術(shù)參數(shù)表

1.1 刮板機(jī)的輸送能力分析

根據(jù)選用的MG500/1200-WD型采煤機(jī)，則割一個(gè)循環(huán)煤的產(chǎn)量為:

式中:Q－循環(huán)產(chǎn)量，（t）；L－工作面傾斜長(zhǎng)度（m）；S－循環(huán)進(jìn)度0.8（m）；M－采高，3.2（m）；ρ－煤的容重，1.45t／m3；

則計(jì)算得循環(huán)產(chǎn)量:Q=1114t

所選的采煤機(jī)以及煤層厚度，得到所需刮板輸送機(jī)的輸送率為:

式中:Vk－采煤機(jī)的最大牽引速度,6m/min；10-103工作面長(zhǎng)度為300m，最大煤層厚度為3.2m，采用的是MG500/1200-WD型采煤機(jī)，采煤機(jī)的截深為0.8m，采煤機(jī)的最大牽引速度取6m/min，煤的散密度取1.45t/m3，同時(shí)考慮1.2倍的富裕系數(shù)，則目前所需刮板機(jī)的輸送生產(chǎn)率為:

所以從刮板輸送機(jī)的運(yùn)輸能力來分析，目前輸送機(jī)的能力為2200t/h，所以完全可以滿足采煤機(jī)的割煤要求。

1.2 刮板輸送機(jī)的運(yùn)行阻力、牽引力及電動(dòng)機(jī)功率分析

（1）運(yùn)行阻力分析

① 重段阻力:

式中:Wzh—重段阻力，N；Wk—空段阻力，N；g—重力加速度，m/s2；q—每米載貨質(zhì)量，kg/m，

式中:Qs—刮板輸送機(jī)能力，t/h； v為刮板鏈速，m/s；q1—刮板每米質(zhì)量，kg/m；L—輸送機(jī)鋪設(shè)長(zhǎng)度，m；w，w1—貨載及刮板鏈在溜槽內(nèi)的阻力系數(shù)。

±—對(duì)于重段，向上運(yùn)行取“+”，向下運(yùn)行取“-”；空段，符號(hào)與重段相反。

③ 總阻力和牽引力

式中:W0—刮板輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)的總阻力，N；ωf—附加阻力因數(shù)，取值1.1；輸送機(jī)不彎曲時(shí)取值1?？傋枇礊橹鲃?dòng)鏈輪的牽引力。

（2）電動(dòng)機(jī)功率分析

① 當(dāng)輸送機(jī)滿負(fù)荷時(shí)，刮板輸送機(jī)的電動(dòng)機(jī)功率達(dá)到最大值，其計(jì)算公式為:

式中:Pmax－輸送機(jī)滿負(fù)荷時(shí)，電動(dòng)機(jī)最大功率，kW；W0－主動(dòng)鏈輪牽引力（總阻力），N。

② 當(dāng)輸送機(jī)空運(yùn)轉(zhuǎn)，其負(fù)荷最小，刮板輸送機(jī)的電動(dòng)機(jī)功率為最小，其計(jì)算公式為:

③ 刮板輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)的功率可以按等效功率計(jì)算，其公式為:

④ 刮板輸送機(jī)的電動(dòng)機(jī)設(shè)備功率為:

所以刮板輸送機(jī)的電動(dòng)機(jī)應(yīng)大于或等于P0。

（3）刮板鏈強(qiáng)度驗(yàn)算分析

式中:k－刮板鏈抗拉安全因數(shù)；n－刮板鏈條數(shù)，單鏈n=1，雙鏈n=2；λ－鏈條間負(fù)荷分配不均因數(shù)，單鏈λ=1，雙鏈λ=0.85；Fp－刮板鏈的破斷力；Fmax－刮板鏈最大張力；一般取Fmin=n·(2000～3000)N。

2 木瓜煤礦300m綜采工作面刮板輸送機(jī)工作性能指標(biāo)校核

（1）工作面傾斜長(zhǎng)度為300米時(shí)電動(dòng)機(jī)功率分析

目前10103工作面所選用的刮板輸送機(jī)的電動(dòng)機(jī)功率為:2×1200KW，輸送機(jī)鋪設(shè)傾角取50，鏈速為1.54m/s，因?yàn)槭请p鏈，w取0.7，w1取0.4，采用Φ48×52規(guī)格鏈條，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)取刮板鏈每米質(zhì)量q1為91.4kg/m，則計(jì)算分析過程如下:

可知輸送機(jī)每米貨載質(zhì)量為

計(jì)算輸送機(jī)阻力，分別為:

重段阻力:

空段阻力:

式中:Wf取1.1；

驗(yàn)算電動(dòng)機(jī)功率，計(jì)算如下:

考慮20%的備用功率，電動(dòng)機(jī)的設(shè)備功率為

而目前所用的刮板輸送機(jī)的電動(dòng)機(jī)功率為2400kW，能夠滿足工作面延長(zhǎng)到300米后的要求。

（2）刮板鏈強(qiáng)度驗(yàn)算

工作面傾斜長(zhǎng)度為300米，可知:

所以要求當(dāng)工作面的長(zhǎng)度為300米時(shí)，刮板輸送機(jī)的每條刮板輸送鏈的破斷力應(yīng)大于1623kN，才能保證輸送機(jī)正常生產(chǎn)。目前礦方選擇的刮板輸送機(jī)鏈條最大破斷力為2900KN，滿足要求。

3 結(jié)語

木瓜煤礦近距離下煤層300m超長(zhǎng)綜放工作面刮板輸送機(jī)適用性研究是探討10-103工作面運(yùn)輸能力、功率、鏈條強(qiáng)度等指標(biāo)進(jìn)行理論驗(yàn)算，分別得出如下結(jié)論:

1）基于木瓜礦10-103工作面300m傾斜長(zhǎng)度實(shí)際條件出發(fā)，得出了輸送機(jī)重段阻力、空段阻力和總牽引力阻力，電動(dòng)機(jī)功率為1942KW小于所選刮板輸送機(jī)的電動(dòng)機(jī)功率2400kW，滿足要求；

2）通過對(duì)刮板鏈強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算，得出刮板輸送機(jī)的每條刮板輸送鏈的破斷力應(yīng)大于1623kN。滿足礦方選擇的刮板輸送機(jī)鏈條最大破斷力為2900KN的要求。

綜合以上結(jié)論，當(dāng)工作面的長(zhǎng)度為300米時(shí)，刮板輸送機(jī)運(yùn)輸能力、功率、鏈條強(qiáng)度等指標(biāo)可以滿足工作面生產(chǎn)要求。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2012.18.028