明科棟

(1.太原理工大學礦業(yè)工程學院，太原 030024；2.山西高平科興新莊煤業(yè)有限公司，山西高平 048406）

新莊礦井機械化改造設(shè)計

明科棟1，2

(1.太原理工大學礦業(yè)工程學院，太原 030024；2.山西高平科興新莊煤業(yè)有限公司，山西高平 048406）

礦井的機械化改造是實現(xiàn)我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一項重要任務(wù)，礦井的機械化改造可以提升礦井資源回收率，改善礦井安全生產(chǎn)條件。新莊根據(jù)礦井的發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合礦井生產(chǎn)地質(zhì)條件對礦井9101工作面從掘進工藝、電氣等方面進行機械化改造設(shè)計來確保礦井可以安全、高效地生產(chǎn)。

電氣；機械化改造；掘進工藝

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，機械化技術(shù)也飛速發(fā)展，眾多小型煤礦在經(jīng)過兼并和重組之后，為了提升礦井資源回收率，提高礦井機械化程度，需要對礦井進行機械化改造設(shè)計，而礦井機械化改造是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，促進煤炭工業(yè)轉(zhuǎn)型的重要一步。在國家安監(jiān)總局的大力徹查下，各地許多礦井已逐漸進行了機械化改造，據(jù)不完全統(tǒng)計，截止2012年年底，小型煤礦采煤機械化和掘進裝載機械化程度已分別達到45%和70%以上，預(yù)計到2015年底分別達到55%和80%以上[1]。

新莊煤業(yè)根據(jù)目前的發(fā)展現(xiàn)狀、國家相關(guān)部門的系列文件以及現(xiàn)行有關(guān)煤炭工業(yè)的規(guī)程、規(guī)范和技術(shù)政策等，結(jié)合新莊礦井9號煤生產(chǎn)地質(zhì)條件，對礦井9101工作面從掘進及回采工藝、電氣等方面進行了機械化改造設(shè)計。通過嚴格按規(guī)范、規(guī)程、文件規(guī)定對新莊礦井進行機械化改造設(shè)計，確保礦井安全、高效地進行生產(chǎn)。

1 礦井概述

新莊煤業(yè)井田周邊分布有3座礦井，相鄰礦井之間目前未有通、越界開采情況。根據(jù)2010年兼并重組整合地質(zhì)報告，新莊礦井全井田保有資源儲量20 070 kt，其中3號煤層保證資源儲量4 131 kt，9號煤層保有儲量15 939 kt，另估算求得15號煤層高硫煤儲量為42 599 kt。其中3號剩余資源主要為礦界、村莊和場地保護煤柱及剩余的小塊段，不具備布置正規(guī)工作面條件，設(shè)計不予考慮。15號煤層為高硫煤，根據(jù)目前國家相關(guān)政策，設(shè)計將15號煤暫作為呆滯儲量。故本次僅對9號煤層進行設(shè)計。經(jīng)計算，9號煤層設(shè)計可采儲量為1 057萬t，服務(wù)年限為12.6 a。本礦井為生產(chǎn)礦井，礦井采用斜、立井綜合開拓方式，現(xiàn)開采9號煤層，9號煤層開拓巷道已經(jīng)形成，目前正在回采9101工作面，井田范圍內(nèi)共布置有4個井筒：即主斜井、副立井、回風立井和安全出口井，井筒均位于井田北部。

本次改造設(shè)計的工作面為9101加工作面，9101加工作面位于一盤區(qū)北部，東部為礦界，西部為9101工作面，北部為礦界，南部尚未布置工作面。地表為丘陵地帶，且被黃土覆蓋，無任何建筑物。工作面凈長度150.00 m，推進長度1 234.594 m，剩余可采儲量41.05萬t。工作面按“四六制”作業(yè)，三班出煤，一班檢修，年工作日為300 d[2]。

2 礦井改造設(shè)計方案

2.1 采區(qū)工作面布置

由于本次機械化改造設(shè)計的主要工作面是9101加工作面，因此要對9101加工作面進行布置，主要包括工作面布置、巷道布置和支護方式、工作面上各項設(shè)備的選型。

2.1.1工作面布置及巷道布置支護方式

工作面布置方式：本次移交的9101加工作面采用傾斜長壁、全部垮落、后退式綜合機械化采煤方法，由東向西回采。巷道布置方式：工作面巷道布置以采掘工程平面圖為依據(jù)，工作面為兩巷布置方式：膠帶進風順槽供進風、運煤、供電、供液、供水用；軌道回風順槽供回風、運料用，工作面順槽、切眼及均沿煤層底板掘進。本工作面巷道支護方式采用工程類比法進行設(shè)計：工作面順槽均采用高強度螺紋鋼錨桿、錨索、金屬網(wǎng)、鋼筋梯子梁聯(lián)合支護；切眼采用高強度螺紋鋼錨桿、錨索、金屬網(wǎng)、鋼筋梯子梁、單體柱聯(lián)合支護[3]。

2.1.2 工作面設(shè)備的選型

綜合考慮改造工作面所需各項設(shè)備的技術(shù)特征、各項設(shè)備的生產(chǎn)能力、與礦井原本其他生產(chǎn)系統(tǒng)的指標的匹配，可得9101工作面主要設(shè)備配備及參數(shù)，如表1所示。

表1 工作面主要設(shè)備配備及參數(shù)表

2.2 掘進工藝

經(jīng)過機械化改造之后，在掘進過程中，采用AM-50型掘進機割煤掘進，SJ-80型帶式輸送機或SGW-40型可彎曲刮板輸送機運輸。采用單巷掘進方式，工藝流程如下：交接班→安全質(zhì)量檢查和準備工作→檢查電器設(shè)備、試運轉(zhuǎn)→截煤→臨時支護→錨網(wǎng)永久支護→清煤→延伸刮板輸送機或皮帶。掘進機截割工藝：掘進機落、裝煤，嚴格按截割曲線軌跡圖作業(yè)，掘進機采用橫向往復(fù)式截割，截割時將截割頭調(diào)至巷道中，由巷道下中部開口進刀，左右搖擺先割出槽窩，然后由下向上進行截割。截割頭的垂直方向各中心線距兩幫均為0.4 m，待大致輪廓割出后，最后修整成形。

施工方法：1）工作面膠帶進風順槽、軌道回風順槽按本設(shè)計掘進工藝流程一次完成；2）開切眼的掘進工藝：a.切眼開口部位30 m巷道采用炮掘方式掘進，剩余部分采用機掘方式掘進，一次性掘出全斷面，循環(huán)進尺均為0.8 m。具體施工時，將工作面刮板輸送機沿巷道中線鋪設(shè)，按規(guī)定循環(huán)進尺，先左后右的原則進行交替掘進、支護，同時隨掘進以切眼巷道中心線為軸線增設(shè)雙排單體液壓支柱加強支護，柱距1.0 m，排距2.0 m，柱帽規(guī)格為140 mm×140 mm×500 mm的小方木。支護方式采用錨索+錨桿+鋼筋托梁+金屬網(wǎng)聯(lián)合支護。b.最后對mm各交岔點補打錨索加強支護[4]。

2.3 回采工藝

經(jīng)過機械化改造后的回采工藝包括4個步驟：割煤→拉架→推溜→清煤。割煤：割煤使用MG200/ 456-AWD型采煤機。割煤方式：雙向割煤，截深0.6 m。拉架：割煤后，距機組前滾筒4.5 m進行拉架，為鄰架操作，拉架步距為0.6 m；頂板破碎時，必須割一架拉一架，嚴禁空頂割煤；拉架時，前后5 m范圍內(nèi)，嚴禁其他人員作業(yè)。質(zhì)量標準：支架拉過后必須成一直線，其偏差不得超過±50 mm。推溜：滯后拉架6架即可推溜，步距為0.6 m，推溜時，確保溜子推出后成一條直線；若推溜困難時，嚴禁強推，應(yīng)查明原因，若溜子不直，機組司機應(yīng)返刀，然后再推溜。驗收員應(yīng)測量好機頭、機尾推進度，保證機頭、機尾推進度一致，以確保截深、產(chǎn)量和工程質(zhì)量。清煤：清理后的工作面2 m2范圍內(nèi)的浮煤厚度不得超過30 mm。清煤人員必須面向機尾，時刻注意溜子、頂板、煤幫的變化情況，以防發(fā)生意外事故

2.4 電氣設(shè)計

本節(jié)將選取機械化改造過程中電氣設(shè)計的供電及電力負荷統(tǒng)計、短路計算、變壓器容量的選擇3個方面簡要介紹新莊煤業(yè)機械化改造設(shè)計中的電氣改造設(shè)計部分。

2.4.1 供電及電力負荷統(tǒng)計

新莊礦井9101加工作面走向長1 234.594 m，傾斜長150 m，9101加工作面供電電源由井底中央變電所供給，電壓等級為6 kV。

根據(jù)負荷統(tǒng)計、負荷分配以及實際需要，選擇一臺KBSGZY-1000/6/1.2kV變壓器帶工作面刮板機、機組，轉(zhuǎn)載機、破碎機，一臺KBSGZY-500/6/ 0.69 kV變壓器帶乳化液泵站，一臺KBSGZY-315/ 6/0.69 kV變壓器帶一部皮帶，一臺KBSGZY-500/ 6/0.69 kV變壓器帶二部皮帶及地溝刮板輸送機。所有配備符合以下原則：a.保證供電可靠，力求減少使用開關(guān)、啟動器，使用電纜的數(shù)量應(yīng)最少，原則上一臺啟動器控制一臺設(shè)備；b.變壓器最好不并聯(lián)運行；c.工作面配電點最大容量電動機用的起動器應(yīng)靠近配電點進線，以減少起動器間連接電纜的截面；d.供電系統(tǒng)盡量減少回頭供電。

根據(jù)上述原則，實際選擇設(shè)備主要參數(shù)為：負荷高爆開關(guān)（帶工作面所有負荷）：BGP9L-6-200/5（1臺）；高壓電纜選用MYPTJ-6kV-3×50+3×16/3+ 3×2.5，長度1 910 m；工作面刮板機低壓電纜選用MCPT3×35+1×16；機組低壓電纜選用MCPT3×95+ 1×25+4×10；轉(zhuǎn)載機、破碎機低壓電纜選用MYP3× 35+1×16；泵站低壓電纜選用MY3×70+1×25；順槽皮帶低壓電纜選用MY3×70+1×25；橫川溜子低壓電纜選用MY3×16+1×10。

對整個工作面上主要設(shè)備的電力負荷進行統(tǒng)計，如表2所示。

表2 工作面主要設(shè)備電力負荷統(tǒng)計表

2.4.2 短路計算

在進行9101工作面改造設(shè)計過程中，要對5個短路電流進行計算：1號變壓器二次干線末端的兩相短路電流Id1；工作面溜子主電機處兩相短路電流Id2；機組主電機處兩相短路電流Id3；660 V系統(tǒng)到最遠端饋電開關(guān)處兩相短路電流Id4；660 V系統(tǒng)到最遠端調(diào)度絞車處兩相短路電流Id5。通過計算變壓器二次電壓、變壓器容量，系統(tǒng)短路容量得到系統(tǒng)電抗、高壓電纜的電阻與電抗、變壓器的電阻與電抗，通過計算得到各短路電流,如表3所示。

表3 短路電流計算結(jié)果表

2.4.3 變壓器容量的選擇

變壓器容量S按式（1）計算：

式中：∑PN為參加計算的所有用電設(shè)備（不包括備用）額定功率之和，kW；Kr為需用系數(shù)，按要求選?。籧osφ為參加計算的電力負荷的平均功率因素，按表選??；Ks為同時系數(shù)，當供給一個工作面時取1，供給兩個工作面時取0.95，供給三個以上工作面時取0.9。

通過計算，可以得出：帶工作面刮板機、機組、轉(zhuǎn)載機、破碎機變壓器的容量設(shè)計選擇一臺1 000 kVA移動變電站較為合適；帶泵站變壓器的容量設(shè)計選擇一臺500 kVA移動變電站較為合適；帶二部順槽皮帶機、橫川溜子變壓器的容量設(shè)計選擇一臺500 kVA移動變電站較為合適；帶一部順槽皮帶機變壓器的容量設(shè)計選擇一臺315 kVA移動變電站較為合適[6]。

3 結(jié)束語

結(jié)合新莊煤業(yè)目前的發(fā)展現(xiàn)狀，為了提高礦井生產(chǎn)效率與礦井資源回收率，對礦井9101工作面進行了機械化改造設(shè)計，改造技術(shù)方案從采區(qū)工作面布置、掘進工藝、回采工藝和電氣設(shè)計四部分進行了論述，對9101工作面布置、工作面主要設(shè)備的選型、掘進工藝、回采工藝、工作面供電及電力負荷估算、變壓器容量的選擇、電纜選擇、低壓開關(guān)的整定進行了改造設(shè)計。雖然本文對新莊礦井9101工作面的改造設(shè)計方案做了較為詳細的敘述，但仍存在一些效益與安全方面的問題，需在未來的機械化與現(xiàn)代化的進程中繼續(xù)完善。

參考文獻：

[1]劉鐵男.中國能源發(fā)展報告[M].北京:經(jīng)濟科學出版社，2011.

[2]張榮立,何國緯,李鐸.采礦工程設(shè)計手冊[M].北京:煤炭工業(yè)出版社，2003.

[3]Robinson,R.and Pickering,A.J.Application of Controlled Air Recirculation to Auxiliary Ventilation Systems and Mine District Ventilation Circuits.Mine Ventilation[R].Trird international Congress,Harrogate 1984;315-322

[4]徐竹云.礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化研究[D].沈陽:東北工學院，1990.

[5]張保連,王和德.塔山煤礦礦井設(shè)計綜述[J].煤炭工程，2011,11(S):1-4.

[6]白錦勝.沙曲礦井設(shè)計優(yōu)化實踐[J].煤炭工程，2008(3)：5-7.

Mechanization Renovation Design in Xinzhuang Mine

MING Kedong1,2
(1.College of Mining Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China;
(2.Gaoping Kexing Xinzhuang Coal Co.,Ltd.,Gaoping 048406,China)

Mechanization renovation in mines is one of important tasks of sustainable development strategy in China.The renovation could increase the recovery rate of mine resources and improve the condition of safe production.Based on the status quo,No.9101 working face was renovated in terms of tunneling technique and electrical mechanization to ensure the safe and efficient production in Xinzhuang Mine.

electrical;mechanization renovation;tunneling technique

TD529

A

1672-5050（2015）03-0079-04

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.03.028

（編輯：劉新光）

2015-03-11

明科棟（1963-），男，山西高平人，在讀工程碩士，高級工程師，從事采礦管理工作。