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?，采煤機(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。