宋慧鋒
(山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司大陽煤礦分公司, 山西 晉城 048003)
綜采工作面的設(shè)備選型及調(diào)校應(yīng)用是保障煤炭資源安全高效開采的基礎(chǔ)工作,在新工藝、新設(shè)備不斷涌現(xiàn)的當(dāng)下,高度機(jī)械化、自動化的采煤工業(yè)設(shè)備成為礦井開采的標(biāo)配[1-2]。大量的礦山機(jī)電工作者對綜采設(shè)備的選型進(jìn)行了研究分析,但大多數(shù)文獻(xiàn)內(nèi)容較為宏觀,普遍缺乏對煤層傾角變化大且煤層厚度較厚工作面設(shè)備選型的敘述[3-4]。據(jù)此,筆者將在詳細(xì)分析3406 綜采工作面地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上,從“三機(jī)配套”的實(shí)際工作出發(fā),對工作面設(shè)備的選型提出了計(jì)算方法。同時在保證安全、高效的前提下,重點(diǎn)分析了設(shè)備配套的先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)合理性。
大陽煤礦3406 綜采工作面位于四采區(qū),傾向長度1 181 m、走向長度260 m,從切眼至650 m 左右煤層傾角不超過3°,為近水平煤層;之后煤層傾角迅速增大,最高達(dá)到18°,判定為緩傾斜煤層,并根據(jù)工作面的鉆孔資料分析,3406 工作面煤層厚度為5.1~6.2 m,平均厚度為5.75 m。
在對緩傾斜較厚煤層工作面進(jìn)行采煤機(jī)選型時,應(yīng)充分考慮工作面的地質(zhì)條件和生產(chǎn)規(guī)模,同時還需保持安全富裕系數(shù),以面對工作面遇到的復(fù)雜情況。
在選擇采煤機(jī)時,需要重點(diǎn)對礦井所需的生產(chǎn)力進(jìn)行校對,以及與工作面高度、寬度、煤層傾角相匹配的設(shè)備采高、調(diào)校范圍、牽引力等。
1)采煤機(jī)每個循環(huán)的平均作業(yè)時間計(jì)算如下:
式中:t 為采煤機(jī)單循環(huán)作業(yè)用時,min;T1為每班作業(yè)用時,取8 min;T2為檢修作業(yè)用時,取4 min;η 為設(shè)備平均開機(jī)率,取50%。
將相關(guān)參數(shù)代入式(1),采煤機(jī)單循環(huán)所需的時間為120 min。
2)采煤機(jī)作業(yè)過程中所需的平均牽引速度為:
式中:v 為采煤機(jī)平均牽引速度,m/min;L 為3406 工作面長度,取231 m;L1為采煤機(jī)進(jìn)刀長度,取38 m;t1為準(zhǔn)備時間,取10 min。
經(jīng)計(jì)算,采煤機(jī)截煤時的平均牽引速度需達(dá)到2.8 m/min。
3)采煤機(jī)生產(chǎn)能力計(jì)算。采煤機(jī)正常作業(yè)時的工作生產(chǎn)效率需根據(jù)式(3)進(jìn)行計(jì)算:
式中:Q 為采煤機(jī)生產(chǎn)能力,t/h;h 為3406 工作面平均高度,取2.6 m;B 為采煤機(jī)滾筒截深,取0.8 m;ρ 為煤的密度,取1.44 t/m3;C 為工作面回采率,取0.93。
經(jīng)計(jì)算,采煤機(jī)正常開機(jī)割煤時的理論生產(chǎn)能力需達(dá)到468 t/h。
4)裝機(jī)功率計(jì)算。采煤機(jī)裝機(jī)功率可以采用比能法進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算方法見式(4):
式中:P 為裝機(jī)功率,kW;Hw為采煤機(jī)能耗,取0.7 kWh/m3。由此計(jì)算得:采煤機(jī)裝機(jī)功率為327.6 kW。
根據(jù)上述采煤條件的計(jì)算,為滿足實(shí)際生產(chǎn)要求,筆者選擇MG450/1020-QWD 型采煤機(jī)作為工作面生產(chǎn)設(shè)備,該設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)見表1。
刮板輸送機(jī)是決定井下生產(chǎn)能力的重要設(shè)備,在選取刮板輸送機(jī)時,應(yīng)在一定程度上大于采煤機(jī)的生產(chǎn)能力,并在結(jié)構(gòu)參數(shù)方面與采煤機(jī)相匹配,同時兼顧經(jīng)濟(jì)合理性與技術(shù)穩(wěn)定性。
1)運(yùn)輸生產(chǎn)能力Q'計(jì)算:
式中:S 為刮板輸送機(jī)最大貨載橫截面積,取0.24 m2;φ 為滿載富裕系數(shù),取0.8;γ 為散集容重,取0.9 t/m3;v'為刮板鏈平均速度,取1.08 m/s。
經(jīng)計(jì)算,刮板輸送機(jī)的合理運(yùn)輸能力為672 t/h,該能力大于1.2 倍的采煤機(jī)生產(chǎn)力,可以滿足工作面實(shí)際生產(chǎn)需求。
2)運(yùn)行阻力和電動機(jī)功率計(jì)算。刮板輸送機(jī)滿載工況下運(yùn)行阻力計(jì)算如式(6),刮板輸送機(jī)空載段運(yùn)行阻力計(jì)算如式(7):
式中:β 為煤層傾角,取6°;q 為刮板輸送機(jī)上單位長度貨載質(zhì)量,取216 kg;q0為刮板鏈質(zhì)量,取22.84 kg;w 為滿載狀態(tài)下的阻力系數(shù),取0.7;w'為刮板鏈移動阻力系數(shù),取0.3。
經(jīng)計(jì)算:W重=41 662 kg,W空=1 023.5 kg。
3)主動鏈輪的牽引力計(jì)算如下:
式中:K 為設(shè)備內(nèi)部阻力系數(shù),取1.2。
經(jīng)計(jì)算,W0達(dá)到51 222.3 kg。
4)電動機(jī)功率計(jì)算如下:
式中:η 為傳動裝置效率,包括減速器及液力聯(lián)軸器,取0.85。
經(jīng)計(jì)算,電機(jī)功率需在612 kW 以上。
根據(jù)計(jì)算,選擇SGZ-800/800 型中雙鏈刮板輸送機(jī),可滿足工作面的生產(chǎn)要求。其主要技術(shù)特征見表2。
除了采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)外,綜采工作面的其他重要設(shè)備還包括轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)和各種支護(hù)設(shè)備。轉(zhuǎn)載機(jī)方面,按照生產(chǎn)系統(tǒng)對運(yùn)輸能力要求,并考慮到對主要設(shè)備配套能力較實(shí)際需求能力大,選用SZZ800/250 型橋式刮板轉(zhuǎn)載機(jī),輸送能力為1 600 t/h;破碎機(jī)方面,按照轉(zhuǎn)載機(jī)的選型選用PCM160 型破碎機(jī),破碎能力為2 000 t/h。支護(hù)方面采用錨網(wǎng)梁(索)聯(lián)合支護(hù)方式,部分地段采用鋼棚復(fù)合支護(hù)。
在井下工作時,需要對轉(zhuǎn)載機(jī)和破碎機(jī)進(jìn)行移動,但在推進(jìn)的過程中會與煤層發(fā)生接觸從而產(chǎn)生很大的摩擦力。增設(shè)自移裝置,則可以改拉移前進(jìn)為自移前進(jìn),極大地減少井下作業(yè)人員的勞動量。ZY2700型自移裝置主要包括導(dǎo)軌、滾輪架、聯(lián)接架、液壓系統(tǒng)等基礎(chǔ)部件,如圖1 所示。
圖1 ZY2700 型自移裝置安裝
ZY2700 型自移裝置自帶的小車與轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)頭相連,是整個裝置進(jìn)行自移的支撐點(diǎn),可以實(shí)現(xiàn)自行位移、膠帶調(diào)校、膠帶糾偏的功能。在推移轉(zhuǎn)載機(jī)時,小車及推移缸活動塞桿隨之一起前移活塞桿被壓入缸筒,根據(jù)采煤的進(jìn)程,在完成一定截深后可操作推移缸進(jìn)行基架的推移工作。
為保證3406 綜采工作面的安全高效開采,選取了MG450/1020-QWD 型采煤機(jī)、SGZ-800/800 型中雙鏈刮板輸送機(jī)、SZZ800/250 型橋式刮板轉(zhuǎn)載機(jī)和PCM160 型破碎機(jī)作為采掘設(shè)備,并加裝了ZY2700型自移裝置,可以實(shí)現(xiàn)膠帶跑偏調(diào)整、轉(zhuǎn)載機(jī)推移方向校直和自行前移等功能。實(shí)踐證明,綜采設(shè)備的選型與配套設(shè)計(jì)只有貼合工作面的實(shí)際情況,才能有效保證工作面的高產(chǎn)、高效推進(jìn)。提高并不斷優(yōu)化工作面設(shè)備的機(jī)械屬性,對提高勞動生產(chǎn)率、煤礦的長期安全具有積極的促進(jìn)作用。