韓志君(霍州煤電呂臨能化龐龐塔煤礦， 山西 臨縣 033200)

1 前言

某礦井514采區(qū)5號(hào)煤層厚度為10.31～19.31m，平均14.68m，采用走向長(zhǎng)壁綜采分層放頂煤采煤法，分兩層開采。上分層厚度7.36～9.30m，下分層厚度5.65～7.52m；上分層平均厚度7.4m，機(jī)采高度2.4m，放頂煤厚度5.0m，采放比1∶2.083。5號(hào)煤層含夾石1～3層，夾石厚0.15～0.60m，一般小于0.50m，屬結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單- 中等，為特厚煤層；傾角16°～23°，一般約20°。

煤層直接頂為砂巖、泥巖，厚度1.03～5.02m，平均2.15m，巖性為深灰- 灰黑色，含植物化石，質(zhì)較軟，屬軟弱- 半堅(jiān)硬巖石。根據(jù)鉆孔采樣試驗(yàn)，頂板為泥巖時(shí)，抗壓強(qiáng)度40～60MPa，平均49.80MPa；抗拉強(qiáng)度1.50～4.00MPa，平均2.70MPa；抗剪內(nèi)摩擦角34°27′～38°31′，內(nèi)聚力4.40～9.70MPa，平均7.10MPa。基本頂為中細(xì)粒、中粗粒砂巖，厚度7.45～16.27m，平均11.7m，巖性為灰白色，質(zhì)硬，裂隙發(fā)育，成分主要以石英為主，屬半堅(jiān)硬～堅(jiān)硬巖石。

目前514采區(qū)正在回采51404工作面，掘進(jìn)51408運(yùn)輸巷道、回風(fēng)巷道，采用走向長(zhǎng)壁綜采放頂煤一次采全高采煤法，采用前、后部刮板輸送機(jī)運(yùn)煤，全部垮落法控制頂板?，F(xiàn)有設(shè)備：MG300/730- WD型電牽引采煤機(jī)，ZF8000/22/35型液壓支架、ZFG8000/22/35型過(guò)渡液壓支架、ZTZ11000/22/33F(A)型端頭液壓支架，前、后刮板輸送機(jī)型號(hào)為SGZ- 730/160×2，轉(zhuǎn)載機(jī)型號(hào)為SZZ/764/132，破碎機(jī)型號(hào)為PLM1000。設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，設(shè)備之間匹配良好，運(yùn)輸能力也滿足使用要求。為了更好的回采51408工作面，對(duì)工作面的采煤機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行選型核驗(yàn)，保障工作面的正常生產(chǎn)。

2 工作面設(shè)備選型檢驗(yàn)

2.1 工作面采煤機(jī)

1)采煤機(jī)平均牽引速度

(1)

式中：Vc——正常條件下割煤時(shí)采煤機(jī)平均牽引速度，m/min；

n——采煤機(jī)日進(jìn)刀數(shù)，刀；

L——工作面長(zhǎng)度，m；

L1——進(jìn)刀長(zhǎng)度，m；取30m;

T——工作面生產(chǎn)班時(shí)間，取18h；

t1——每循環(huán)進(jìn)刀時(shí)間，h；

K——采煤機(jī)開機(jī)率，50%～80%，設(shè)計(jì)取50%。

工作面日進(jìn)刀數(shù)為

(2)

式中：n——工作面日進(jìn)刀數(shù)，個(gè)；

Q年——工作面年設(shè)計(jì)產(chǎn)量，t/a；

B——機(jī)采煤厚占總煤厚的百分比，%；

330——年工作天數(shù)，天；

K——不均衡系數(shù)，0.90～0.95；

Q刀——工作面一刀產(chǎn)量，t/刀。

工作面每進(jìn)一刀產(chǎn)量為[1]

Q刀=B×H×L×C×r

(3)

式中：Q刀——工作面一刀產(chǎn)量，t/刀；

B——采煤機(jī)滾筒截深，m；

H——平均割煤厚度，m；

L——工作面長(zhǎng)度，m；

C——工作面煤的采出率，%；

r——煤的密度，t/m3。

代入計(jì)算得出，n=900 000×0.22/(330×0.6×3.3×118×0.93×1.47×0.90)=2.1，考慮正規(guī)循環(huán)取3個(gè)。

因此，Vc=3(118-30)/[(18×0.5-3×0.4)×60]=0.56m/min。

2)采煤機(jī)平均生產(chǎn)能力

Qm=60H×B×Vc×r×C

(4)

式中：Qm——正常條件下采煤機(jī)平均生產(chǎn)能力，t/h；

H——工作面煤層機(jī)采厚度，m；

B——采煤機(jī)滾筒截深，m；

Vc——正常條件下割煤時(shí)采煤機(jī)平均牽引速度，m/min；

r——煤的密度，t/m3；

C——工作面采出率，%。

代入計(jì)算得出，Qm=60×3.3×0.6×0.56×1.47×0.93=90.95t/h。

3)采煤機(jī)裝機(jī)功率

P=60Kb×B×H×Vmax×r×Hw

(5)

(6)

式中：P——采煤機(jī)裝機(jī)功率，kW；

Kb——備用系數(shù)，1.3～1.5；

B——采煤機(jī)滾筒截深，m；

H——工作面煤層平均采高，m；

r——煤的密度，t/m3；

Hw——采煤機(jī)單位能耗，kW·h/t，設(shè)計(jì)取0.7；

Vmax——采煤機(jī)最大割煤速度，m/min；

Kc——采煤機(jī)割煤速度不均衡系數(shù)，1.2～1.5；

V——采煤機(jī)平均割煤速度，m/min。

計(jì)算得出，P=60×1.4×0.6×3.3×1.3×0.56×1.47×0.7=125kW。

采煤機(jī)具體特征見(jiàn)表1。結(jié)合目前國(guó)內(nèi)安全高效采煤工作面設(shè)備配置，現(xiàn)有的MG300/730- WD型采煤機(jī)滿足設(shè)計(jì)要求。

表1 采煤機(jī)技術(shù)特征表

2.2 工作面刮板輸送機(jī)

1)前部刮板輸送機(jī)運(yùn)輸量

一次采全高刮板輸送機(jī)及放頂煤工作面前部刮板輸送機(jī)，同時(shí)滿足下列公式[2]，并取大值。

Q運(yùn)1≥K1×K2×K3×Qm

(7)

Q運(yùn)2≥K×Qmax

(8)

(9)

式中：Q運(yùn)1——刮板輸送機(jī)運(yùn)輸能力，t/h；

Qm——采煤機(jī)平均生產(chǎn)能力，t/h；

K1——輸送機(jī)裝載不均衡系數(shù)，1.5；

K2——采煤機(jī)與刮板輸送機(jī)同向運(yùn)行時(shí)的修正系數(shù)；

Ve、Vc——刮板輸送機(jī)鏈速和采煤機(jī)平均割煤速度，方向相同時(shí)取“-”,相反取“+”；

K3——煤層傾角及運(yùn)輸方向的系數(shù)，取0.9；

K——能力富裕系數(shù)，取1.2。

Q運(yùn)1≥1.5×[1.1/(1.1±0.56)]×0.9×90.95≥250

Q運(yùn)2≥1.2×250≥300

2)放頂煤工作面后部刮板輸送機(jī)輸送量

Qf=60Hf×B×m×r×Cf(1+Cg)×Vf

(10)

式中：Qf——工作面平均放頂煤能力，t/h；

Hf——綜放工作面平均頂煤厚度，m；

B——采煤機(jī)滾筒截深，m；

m——放煤步距與采煤機(jī)截深之比；

Cf——頂煤采出率，%；

Cg——放出頂煤的含矸率，%；

Vf——沿工作面平均放煤速度，m/s。

Qf=60×11.92×0.6×1×1.47×0.93×(1+0.03)×0.56=338t/h

后部刮板輸送機(jī)運(yùn)輸能力為

Q運(yùn)≥Kf×K3×Qf

(11)

式中：Q運(yùn)——后部刮板輸送機(jī)運(yùn)輸能力，t/h；

Kf——放煤流量不均衡系數(shù)，取1.8；

K3——煤層傾角及運(yùn)輸方向的系數(shù)，取0.7。

Q運(yùn)≥1.8×0.7×338≥426

已有的刮板輸送機(jī)參數(shù)見(jiàn)表2。設(shè)計(jì)5號(hào)煤層工作面選用礦方已有的SGZ730/160×2型可彎曲刮板輸送機(jī)，滿足要求。

表2 刮板輸送機(jī)技術(shù)特征表

2.3 順槽轉(zhuǎn)載機(jī)

順槽轉(zhuǎn)載機(jī)的轉(zhuǎn)載能力為

Qz=KzQc

(12)

式中：QZ——轉(zhuǎn)載機(jī)輸送機(jī)能力，t/h；

KZ——轉(zhuǎn)載機(jī)富余系數(shù)，1.20；

QC——刮板輸送機(jī)能力，426t/h。

則QZ=1.20×426=511t/h

轉(zhuǎn)載機(jī)技術(shù)特征見(jiàn)表3。設(shè)計(jì)利用現(xiàn)有1臺(tái)SZZ/764/132型橋式轉(zhuǎn)載機(jī)可滿足本次設(shè)計(jì)的要求。

表3 轉(zhuǎn)載機(jī)技術(shù)特征表

順槽破碎機(jī)的破碎能力也應(yīng)不小于工作面的生產(chǎn)能力，并與刮板轉(zhuǎn)載機(jī)相配套，利用現(xiàn)有1臺(tái)PLM1000型破碎機(jī)，具體特征見(jiàn)表4，能滿足本次設(shè)計(jì)的要求。

表4 破碎機(jī)技術(shù)特征表

2.4 順槽可伸縮帶式輸送機(jī)

順槽膠帶輸送機(jī)要與工作面推進(jìn)長(zhǎng)度相適應(yīng)，每小時(shí)運(yùn)量應(yīng)與工作面生產(chǎn)能力相匹配，選用可伸縮帶式輸送機(jī)見(jiàn)表5。51408工作面順槽選用1部DSJ100/100/2×90型號(hào)的可伸縮帶式輸送機(jī)可滿足本次設(shè)計(jì)的要求。

表5 可伸縮帶式輸送機(jī)技術(shù)特征表

3 結(jié)論

在以51408放頂煤工作面為研究背景，通過(guò)對(duì)工作面回采設(shè)備進(jìn)行了選型核驗(yàn)，工作面回采設(shè)備選型符合工作面的生產(chǎn)能力，能夠保證工作面的安全生產(chǎn)。