張 鵬

（山西西山煤電股份有限公司西銘礦， 山西 太原 030052）

引言

目前在我國煤炭資源仍在資源結(jié)構(gòu)中占據(jù)著舉足輕重的地位，隨著煤炭技術(shù)的不斷發(fā)展，井下工作面逐漸向機(jī)械化、自動化、大型化方向發(fā)展，因此，在井下工作面開采過程中，選擇合理的工作面機(jī)械設(shè)備是保證工作面安全高效開采的必要條件[1-3]。通過分析西銘礦48702 工作面具體條件，對工作面設(shè)備選型計(jì)算展開分析。

1 工程概況

西銘礦48702 工作面井下位于北七采區(qū)右翼。北鄰隨老母斷層，間距24～70 m；南鄰北七右翼集中巷道；西部為實(shí)煤區(qū)；東鄰48706 工作面，間距25m。工作面上覆2 號煤、3 號煤均已回采，北部上覆2 號煤為小窯所采，8 號煤與2 號煤層間距92 m 左右，與3 號煤層間距63 m 左右。所采煤層厚5.5～6.3 m，平均厚度為5.8 m，煤層傾角為2°～10°，平均傾角為5°。煤層節(jié)理發(fā)育，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。煤層上部夾石厚1.70～2.50 m，平均2.00 m 的頁巖或砂質(zhì)頁巖；8 號煤上分層厚度0.34～0.93 m，平均0.60 m；下分層厚度3.42～2.85 m，平均3.20 m，厚度變化不大，屬單一穩(wěn)定的中厚煤層，頂板巖性如表1 所示。

表1 工作面頂?shù)装鍘r性表

2 液壓支架選型

2.1 支架選型

通過分析48702 工作面具體條件，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，工作面選用ZY8000/25/50 型支架168 架，端頭支架 ZYT8000/25/55 型 9 架，參數(shù)如下表2、表3。

表2 ZY8000/25/50 型支撐掩護(hù)式液壓支架的技術(shù)特征表

表3 ZYT8000/25/55 型支撐掩護(hù)式液壓支架的技術(shù)特征表

2.2 液壓支架驗(yàn)算

2.2.1 工作面普通段ZY8000/25/50 型液壓支架驗(yàn)算

2.2.1 .1 支架支護(hù)強(qiáng)度計(jì)算

式中：L 為支架頂梁長度，取4.2 m；Q 為額定工作阻力，取8 000 kN；B 為支架中心距，取1.75 m。

將數(shù)值代入公式得：P=1.09 MPa。

2.2.1 .2 按巖石容重法對支護(hù)強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算

式中：R 為頂板巖石容重，取2.5 t/m3；H 為最大采高，取4.8 m；g 為重力常數(shù)，取9.8；P1為液壓支架所需支護(hù)強(qiáng)度（按工作面八倍采高覆巖計(jì)算），MPa。

將數(shù)值代入公式得：P1=0.94 MPa

比較可得：P＞P1，因此 ZY-8000/25/50 型支架的支護(hù)強(qiáng)度可以滿足需要。

2.2.1 .3 工作面支架工作阻力計(jì)算

式中：H、R、g 為意義同上；S 為支架支護(hù)面積，取7.35 m；F 為支架所需要的工作阻力，N。

將數(shù)值代入公式得：F=691 4880 N=6 914 kN

所選型號的液壓支架工作面阻力8 000 kN 大于6 914 kN，可以得到液壓支架工作阻力可以滿足需求。

2.2.1 .4 工作面支架初撐力計(jì)算

西銘礦48702 工作面頂板巖層為頁巖和石灰?guī)r，屬于中等穩(wěn)定，因此支架初撐力取工作阻力的80%進(jìn)行計(jì)算：

式中：F'為支架所需初撐力，kN；F 為支架所需工作阻力，kN。

將數(shù)值代入公式得：F'＝5 531.9 kN

所選液壓支架的額定初撐力6392 kN 大于5 531.9 kN，滿足要求。

2.2.1 .5 支架底板比壓的確定

西銘礦48702 工作面頂板巖層為細(xì)砂巖，經(jīng)試驗(yàn)確定底板允許比壓50 MPa。

所選型號液壓支架對底板比壓1.75～3.05 MPa

因此50 MPa＞3.05 MPa，8 號煤底板細(xì)砂巖可以滿足支架底板比壓。經(jīng)驗(yàn)算工作面普通段選用ZY8000/25/50 型液壓支架可滿足支護(hù)要求。

2.2.2 工作面端頭ZYT8000/25/55 型支架驗(yàn)算

2.2.2 .1 按巖石容重法對工作面支護(hù)強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算

式中：H 為液壓支架最大支撐高度，取5.5 m。

將數(shù)值代入公式得：P1=1.07 MPa

比較可得：P＞P1，因此 ZY-8000/25/55 型端頭支架的支護(hù)強(qiáng)度可以滿足需要。

2.2.2 .2 工作面支架工作阻力計(jì)算

將數(shù)值代入公式得：F=7 923 300 N=7 923 kN

所選型號的液壓支架工作面阻力8 000 kN 大于7 923 kN，可以得到端頭液壓支架工作阻力可以滿足需求。

2.2.2 .3 工作面支架初撐力計(jì)算

式中：F'為支架所需初撐力，kN。

將數(shù)值代入公式得：F'＝6 338 kN

所選液壓支架的額定初撐力6 392 kN 大于6 338 kN，滿足要求。

2.2.2 .4 支架底板比壓的確定

工作面順槽留底煤掘進(jìn)，煤底普氏系數(shù)為1.5，即底板所能承受的壓強(qiáng)為15 MPa。

支架對底板比壓：1.75～3.05 MPa

因此15 MPa＞3.05 MPa，工作面支架不會出現(xiàn)鉆底現(xiàn)象，支架選型合理。

經(jīng)驗(yàn)算端頭支架選用ZYT8000/25/55 型可滿足支護(hù)要求。

3 采煤機(jī)選型

3.1 采高及截深的確定

工作面采高平均取3.2 m，根據(jù)煤層軟硬、頂板巖性、煤層厚度以及支架移架等因素，確定采煤機(jī)截深為800 mm。

3.2 牽引速度的計(jì)算

式中：QH為工作面產(chǎn)煤量，QH＝6 000/18=333.3 t/h；γ為煤容重，取 1.38 t/m3；B 為截深，取 800 mm；M 為采高，取 3.2 m；K 為工作利用時間系數(shù)，取 0.3；Vg為采煤機(jī)所需牽引速度，m/min。

將數(shù)值代入公式得：Vg=5.24 m/min

3.3 裝機(jī)功率的計(jì)算

式中：N 為電動機(jī)功率，kW；Hw為能耗系數(shù)，取4。

將數(shù)值代入公式得：N=894.29 kW。

因此選擇MG500/1140-GWD 型采煤機(jī)，可以滿足工作面需求，參數(shù)如表4 所示[3]。

4 輸送機(jī)選型

4.1 輸送機(jī)運(yùn)輸能力的計(jì)算

表4 MG500/1140-GWD 型采煤機(jī)主要技術(shù)特征

式中：Ks為考慮工作面損耗不均衡系數(shù)，取0.9；Ky為輸送機(jī)的裝載不均勻系數(shù)，取1.5；Kc為采煤機(jī)與輸送機(jī)的相對修正系數(shù)，取1.36。

將數(shù)值代入公式得：Qb1＝612 t/h。

4.2 根據(jù)工作面生產(chǎn)能力計(jì)算輸送機(jī)運(yùn)輸能力

式中：h 為日工作時間，取18 h；f 為能力富裕系數(shù)，取 1.2；k 為開機(jī)率，取 0.6；Qa為工作面日產(chǎn)量，6 000 t。

將數(shù)值代入公式得：Qb2=666.6 t/h。

因此，根據(jù)兩種方法計(jì)算得到的輸送機(jī)運(yùn)輸能力，所選刮板輸送機(jī)的運(yùn)輸能力必須滿足兩者中的大者666.6 t/h，才能滿足生產(chǎn)的要求。

4.3 刮板輸送機(jī)長度的確定

刮板輸送機(jī)長度需大于等于48702 工作面設(shè)計(jì)長度308 m。

4.4 刮板輸送機(jī)功率的計(jì)算

N＝KaK0LV[q（f1cosα±sinα）+2q0f2cosα]（/102Kd）.式中：q 為每米刮板輸送機(jī)負(fù)荷，q＝Qb/3.6 V=666.6/3.6/1.3=142.4 kg；q0為刮板輸送機(jī)每米刮板鏈的重量，120 kg/m；V 為鏈速，1.3 m/s；f1為煤與刮板之間的摩擦因數(shù)，取0.7；L 為刮板輸送機(jī)的鋪設(shè)長度，308 m；f2為金屬板之間的摩擦因數(shù)，取0.4；K0為刮板彎曲段阻力因數(shù)，可取1.12；Kd為傳動效率，取0.83；α 為輸送機(jī)的傾斜坡度 10°；Ka、Kb為功率備用系數(shù)，取 1.15、1.20。

將數(shù)值代入公式得：N=1 324 kW。

因此選擇SGZ-900/1400 型中雙鏈刮板輸送機(jī)，其主要技術(shù)特征見表5。

表5 SGZ-900/1400 型刮板輸送機(jī)技術(shù)特征表

5 結(jié)語

針對西銘礦48702 工作面的具體地質(zhì)條件，通過理論分析結(jié)合現(xiàn)場工作面設(shè)備選取經(jīng)驗(yàn)，選定了工作面液壓支架ZY8000/25/50 型中間支架及端頭ZYT8000/25/55 型支架型號、采煤機(jī)型號為MG500/1140-GWD、 刮 板 輸 送 機(jī) 型 號 為SGZ-900/1400。