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        亞辰煤業(yè)29207放頂煤工作面設(shè)備選型研究

        2020-11-05 11:19:42
        機(jī)械工程與自動(dòng)化 2020年5期
        關(guān)鍵詞:選型采煤機(jī)輸送機(jī)

        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(guó)能源中仍占據(jù)著較大的比例,如何針對(duì)煤炭資源進(jìn)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(jī)械化、自動(dòng)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(jī)械設(shè)備[2]。

        趙光榮[3]針對(duì)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(hào);李超等[4]針對(duì)近距離大采高工作面的三機(jī)進(jìn)行了選型計(jì)算,得到了適合的機(jī)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(duì)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(jì)能力60萬(wàn)噸/年,井田內(nèi)規(guī)劃工作面布置18個(gè)。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(duì)應(yīng)地面位置:該工作面位于工業(yè)廣場(chǎng)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(qiáng)烈,溝谷縱橫。主要出露地層為Q2+3、N2。經(jīng)調(diào)查地面無(wú)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(chǎng)相鄰;對(duì)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?yàn)椋焊蠲骸b運(yùn)煤→移架→移前運(yùn)輸機(jī)→放頂煤→移后運(yùn)輸機(jī)→采空區(qū)處理。根據(jù)煤層賦存情況,采煤機(jī)和放頂煤液壓支架選型配套,確定采煤機(jī)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(jì)算

        2.1 液壓支架選型

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

        表2 ZF5300/17/32型液壓支架技術(shù)特征

        液壓支架的支護(hù)強(qiáng)度校驗(yàn):

        (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(hào)符合需求。

        (2)支架支護(hù)強(qiáng)度的計(jì)算:

        P1=Kd(g冒+g頂).

        (3)

        其中:P1為支架支護(hù)強(qiáng)度,MPa;Kd為動(dòng)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(jì)算得:g冒=0.158 4 MPa;g頂=0.029 4 MPa;P1=0.28 MPa。

        取上述計(jì)算的最大值,支架支護(hù)強(qiáng)度不應(yīng)小于0.28 MPa。

        (3)支架工作阻力計(jì)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(hù)強(qiáng)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(jì)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(jì)算:

        P3=R0/S.

        (6)

        其中:P3為液壓支架底座單位面積對(duì)底板的壓強(qiáng),MPa;R0為液壓支架在額定壓力時(shí)對(duì)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(jì)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(qiáng)為1.66 MPa,因液壓支架對(duì)底板壓強(qiáng)未超過(guò)底板承受能力,故工作面支架不會(huì)出現(xiàn)鉆底現(xiàn)象。

        2.2 采煤機(jī)選型

        29207工作面選取型號(hào)為MG250/600-WD型采煤機(jī),其主要參數(shù)見(jiàn)表3,對(duì)其是否能滿足工作面生產(chǎn)需求進(jìn)行驗(yàn)算。

        表3 MG250/600-WD型交流電牽引采煤機(jī)

        2.2.1 采高

        在進(jìn)行采煤機(jī)型號(hào)選取時(shí),采煤機(jī)采高一定要與29207工作面煤層厚度范圍相適應(yīng),考慮實(shí)際采煤過(guò)程中,工作面頂?shù)装宓纳细『拖鲁粒擅簷C(jī)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(jī)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(jī)的截深B=800 mm。

        2.2.3 牽引速度

        牽引速度計(jì)算式為:

        vg=QH/(60MBγ).

        (9)

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

        將以上數(shù)據(jù)代入式(9)計(jì)算得:vg=4.3 m/min。

        因此,工作面選用采煤機(jī)工作運(yùn)行速度須大于4.3 m/min,所選采煤機(jī)可以滿足需求。

        2.2.4 裝機(jī)功率

        裝機(jī)功率為:

        N=60BMvgHw/3.6.

        (10)

        其中:Hw為能耗系數(shù),取4;N為電動(dòng)機(jī)功率,kW。

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

        2.3 輸送機(jī)選型

        工作面采用SGZ-764/400型中雙鏈刮板輸送機(jī)。具體參數(shù)如表4所示,針對(duì)其運(yùn)輸能力進(jìn)行驗(yàn)算。

        表4 SGZ-764/400型刮板輸送機(jī)

        (1)輸送機(jī)的運(yùn)輸能力Qb:

        Qb=KcKyKsQH.

        (11)

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

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

        (2)輸送機(jī)長(zhǎng)度驗(yàn)算。29207工作面設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為150 m,所選SGZ-764/400型刮板輸送機(jī)長(zhǎng)度為151 m,可以滿足工作面運(yùn)輸需求。

        2.4 轉(zhuǎn)載機(jī)

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

        2.5 破碎機(jī)

        工作面采用PCM110型錘式破碎機(jī),破碎能力為1 000 t/h,是SZZ-764/132型轉(zhuǎn)載機(jī)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(yǔ)

        為解決亞辰煤業(yè)29207工作面設(shè)備選型問(wèn)題,針對(duì)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(chǎng)經(jīng)驗(yàn)選用了ZF5300/17/32支撐掩護(hù)式液壓支架,對(duì)其支撐高度、支護(hù)強(qiáng)度、工作阻力、底板比壓進(jìn)行了驗(yàn)算;選用了MG250/600-WD型采煤機(jī)及SGZ-764/400型中雙鏈刮板輸送機(jī)、SZZ-764/132型轉(zhuǎn)載機(jī)、PCM110型錘式破碎機(jī),完全可以滿足工作面的生產(chǎn)運(yùn)輸需求。工作面的現(xiàn)場(chǎng)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。

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