王彥兵

（山西冀中能源集團(tuán)礦業(yè)有限責(zé)任公司，山西 太原030000）

0 引 言

煤礦可采煤層賦存的地質(zhì)條件及綜采設(shè)備配套情況決定了綜采工作面設(shè)計(jì)的走向長(zhǎng)度和傾斜長(zhǎng)度，在地質(zhì)條件適宜情況下，增加綜采工作面長(zhǎng)度，可以減少工作面搬家倒面次數(shù)、減少巷道掘進(jìn)量，提高區(qū)域內(nèi)煤的利用率、增加企業(yè)效益。但是增加工作面長(zhǎng)度導(dǎo)致巷道支護(hù)跨度加大，刮板輸送機(jī)部鏈加長(zhǎng)，也就對(duì)液壓支架支護(hù)強(qiáng)度和刮板輸送機(jī)輸送能力、輸送功率、鏈條強(qiáng)度提出了新的要求?，F(xiàn)在就以凱川礦5號(hào)煤綜采工作面為例探討工作面加長(zhǎng)后，液壓支架支護(hù)強(qiáng)度和刮板輸送機(jī)輸送能力、輸送功率、鏈條強(qiáng)度能否滿足安全生產(chǎn)要求，以及設(shè)備投入和經(jīng)濟(jì)效益分析。

凱川礦位于呂梁方山縣縣城西南直距22 km的大武鎮(zhèn)下莊村。井田內(nèi)共有可采煤層5層，為山西組2、3、5號(hào)煤層和太原組9、10號(hào)煤層。其中5號(hào)煤位于山西組下部，上距3號(hào)煤層平均23.86 m，距下部K3砂巖頂約5 m。井田東部被剝蝕，賦存區(qū)穩(wěn)定可采。頂板為砂質(zhì)泥巖，局部中粗粒砂巖及泥巖，厚度1.00～8.00 m，平均3.35 m。底板為砂質(zhì)泥巖，局部為中砂巖及細(xì)砂巖，厚度0.80～2.50 m，平均1.78 m，頂板砂質(zhì)泥巖單向抗壓強(qiáng)度為38.20 MPa，抗拉強(qiáng)度為2.80 MPa，為較堅(jiān)硬巖；砂巖單向抗壓強(qiáng)度為58.20 MPa，抗拉強(qiáng)度為1.20 MPa，為較堅(jiān)硬巖。底板砂質(zhì)泥巖單向抗壓強(qiáng)度為45.20 MPa，抗拉強(qiáng)度為3.20 MPa，屬較堅(jiān)硬巖；底板砂巖單向抗壓強(qiáng)度為64.10 MPa，抗拉強(qiáng)度為1.50 MPa，為堅(jiān)硬巖。

5號(hào)煤層現(xiàn)已開(kāi)采了3個(gè)面，最長(zhǎng)為177 m，現(xiàn)在考慮從5207工作面開(kāi)始將工作面提高至220 m，通過(guò)減少工作面搬家倒面次數(shù)、減少巷道掘進(jìn)量，提高區(qū)域內(nèi)煤的回采率、增加企業(yè)效益。

1 工作面基本情況

1.1 5207工作面地質(zhì)情況

5207綜采工作面原設(shè)計(jì)傾斜長(zhǎng)度為177 m，煤層厚度2.16～3.85 m，平均為2.94 m，含有2～3層夾矸，夾矸厚為0.07～0.52 m。煤層傾角＜10°，煤層穩(wěn)定全區(qū)可采。該煤層頂板為灰?guī)r，底板為細(xì)砂巖，局部為砂質(zhì)泥巖。

1.2 原設(shè)計(jì)中5207工作面三機(jī)配套

采煤機(jī)選用MG300/730-WD雙滾筒電牽引采煤機(jī)（截深0.8 m，牽引速度0～7.1 m/min，取平均速度3.5 m/min）；工作面刮板輸送機(jī)型號(hào)SGZ-764/500（輸送量1 000 t/h，功率2×250 kW）；液壓支架型號(hào)ZY5600/17/38（114個(gè)架子）。

2 工作面傾斜長(zhǎng)度加長(zhǎng)至220 m后對(duì)原配套設(shè)備性能進(jìn)行分析

2.1 采煤機(jī)生產(chǎn)能力

式中：Qc為采煤機(jī)生產(chǎn)能力；H為工作面采高，取平均采高2.94 m；B為采煤機(jī)截深，0.8 m；V為采煤機(jī)平均牽引速度，3.5 m/min；r為煤層容重，1.44 t/m3；C為回采率，中厚煤層取0.95。

2.2 刮板機(jī)輸輸送能力、輸送功率及鏈條強(qiáng)度驗(yàn)算

一般刮板輸送機(jī)輸送能力按采煤機(jī)生產(chǎn)能力的1.2倍計(jì)算。

QS為刮板輸送機(jī)輸送能力，現(xiàn)刮板輸送機(jī)輸送能1 000 t/h，滿足要求。

工作面刮板運(yùn)輸機(jī)功率確定。

式中：電動(dòng)機(jī)功率備用系數(shù)取K=1.2；刮板鏈繞過(guò)兩端鏈輪時(shí)的附加阻力系數(shù)取K1=1.1；輸送機(jī)水平彎曲時(shí)附加阻力系數(shù)取K2=1.1；刮板上每米煤堆放重力如下。

SGZ-764/500刮板輸送機(jī)，鏈條直徑為30 mm，由刮板鏈條每米長(zhǎng)度質(zhì)量表查得此刮板鏈條q0=72 kg/m，故刮板鏈每米重力(N)q1=720 N/m。

原煤在溜槽中運(yùn)行阻力系數(shù)取w=0.6；刮板鏈在溜槽中運(yùn)行阻力系數(shù)取w1=0.4；溜槽鋪設(shè)長(zhǎng)度L=220 m；刮板鏈鏈速V=1.28 m/s；動(dòng)力傳遞效率n=0.9。

當(dāng)工作面為水平時(shí)NO=600.8 kW，綜合考慮留有一定的寬裕度取刮板輸送機(jī)功率NO=800 kW。

式中：K取值范圍為0.002 5～0.003；QS為刮板輸送量，為了留有寬裕度，選擇1 000 t/h；C為輸送長(zhǎng)度（溜槽長(zhǎng)度220 m）。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)刮板輸送機(jī)功率選擇需大于660 kW，故增加工作面后原刮板電機(jī)功率不能滿足生產(chǎn)需要，需更換400 kW電機(jī)2臺(tái)。

刮板輸送機(jī)牽引鏈強(qiáng)度驗(yàn)算。

式中：kmin為刮板輸送機(jī)鏈條最小安全系數(shù)，kmin≥2時(shí)滿足要求；Ta為刮板輸送機(jī)鏈條最小破斷載荷,kN；Tm為刮板輸送機(jī)滿載啟動(dòng)時(shí)鏈條最大拉力,kN。

式中:Tb為刮板輸送機(jī)單股鏈條最小破斷力,kN；資料查得30×108-C單股鏈條最小破斷力為1 130 kN；nc為刮板輸送機(jī)鏈條根數(shù)，為2；ka為刮板輸送機(jī)鏈條受力不均勻系數(shù)，中雙鏈ka=0.85。

式中:nb為刮板輸送機(jī)電機(jī)啟動(dòng)力矩系數(shù)；取2.4；P為刮板輸送機(jī)電機(jī)總功率取800 kW；η'為刮板輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí)總傳動(dòng)效率；取=2.13≥2滿足安全生產(chǎn)要求。

3 增加綜采工作面長(zhǎng)度后的支架支護(hù)強(qiáng)度校驗(yàn)

按照普氏理論，頂板冒落高度h與工作面跨度B和巖石的普氏系數(shù)f有關(guān)。

式中：B為220 m；f為頂板巖石普氏系數(shù)的平均值，5207工作面頂板為灰?guī)r取普氏系數(shù)f最小值5；冒落帶高度為22 m。

如果根據(jù)頂板冒落高度的巖石質(zhì)量（靜壓）來(lái)計(jì)算220 m長(zhǎng)度工作面支架的工作阻力P。

則P=h·g·y1·l2·B2=2 970 kN

式中：y1為頂板巖石密度，取2.5×103kg/m3；L2為支架頂梁長(zhǎng)度，取4 m；B2為支架頂梁寬度，取1.5 m；P1為動(dòng)壓，取載荷系數(shù)1.5倍。

通過(guò)計(jì)算，在工作面長(zhǎng)度220 m時(shí)，支架阻力只要＞4 455 kN即可，凱川煤礦的ZY5600/17/38型液壓支架工作阻力為5 600 kN，理論上現(xiàn)有支架可以滿足工作面加長(zhǎng)至220 m后支護(hù)要求，工作面長(zhǎng)度增加后無(wú)需更換新型支架，只需中間架增加29架。

4 5207工作面加長(zhǎng)至220 m后三機(jī)配套情況

（1）采煤機(jī)可以滿足工作面加長(zhǎng)至220 m后的采煤要求。故采用原采煤機(jī)MG300/730-WD。

（2）工作面刮板輸送機(jī)的輸送能力和鏈條強(qiáng)度能滿足工作面加長(zhǎng)至220 m后生產(chǎn)要求，只是功率不能滿足，故采用原刮板輸送機(jī)SGZ-764/500（配套2臺(tái)400 kW電機(jī)），增加43 m溜槽（包括溜槽箱體、鏈條、刮板）及更換220 m電纜（如果采用硫化熱補(bǔ)只需增加43 m電纜）。

（3）液壓支架支護(hù)強(qiáng)度滿足生產(chǎn)要求，工作面增加ZY5600/17/38型液壓支架加29架即可。

5 投入與經(jīng)濟(jì)效益分析

5.1 設(shè)備投入

工作面加長(zhǎng)至220 m后，需增加了29臺(tái)液壓支架、36塊刮板槽（包括溜槽箱體、鏈條、刮板）、更換220 m采煤機(jī)電纜及運(yùn)輸機(jī)電纜，更換兩臺(tái)400 kW電機(jī)，設(shè)備總計(jì)投入約900萬(wàn)元。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

5.2.1 提高資源利用率

5號(hào)煤采區(qū)工作面布置從5207面開(kāi)始，工作面加長(zhǎng)至220 m后，采區(qū)工作面布置將減少1個(gè)永久煤柱。減少煤柱損失約4萬(wàn)t，按每噸600元計(jì)算，可減少2 400萬(wàn)元經(jīng)濟(jì)損失。

5.2.2 減少掘進(jìn)量

工作面加長(zhǎng)至220 m后，和原來(lái)設(shè)計(jì)相比能減少了一個(gè)工作面，減少了2條順槽巷道的掘進(jìn)，減少巷道掘進(jìn)量約2 000 m，按巷道掘進(jìn)成本每米2 000元計(jì)算，可減少掘進(jìn)費(fèi)用約400萬(wàn)元，同時(shí)可緩解接續(xù)緊張的狀況。

5.2.3 減少了搬家倒面次數(shù)

增加工作面長(zhǎng)度后，整個(gè)采區(qū)可減少一個(gè)工作面后，減少搬家倒面次1次?？晒?jié)約搬家倒面費(fèi)用約300萬(wàn)元。

6 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)5207綜采工作面從177 m增加至220 m綜采三機(jī)性能研究計(jì)設(shè)備投入與經(jīng)濟(jì)效益分析，當(dāng)工作面長(zhǎng)度增加到220 m后，配套設(shè)備只需更換刮板輸運(yùn)機(jī)電機(jī)，補(bǔ)長(zhǎng)刮板、刮板鏈條，及相應(yīng)增加液壓支架臺(tái)數(shù)即可滿足220 m綜采工作面設(shè)備配套要求，投入少量的設(shè)備即可帶來(lái)可觀的收入。