亞辰煤業29207放頂煤工作面設備選型研究

張 雄

(山西呂梁離石西山亞辰煤業有限公司，山西 離石 033000)

0 引言

煤炭資源目前在我國能源中仍占據著較大的比例，如何針對煤炭資源進行安全高效的開采，是廣大科研工作者研究的重要課題之一[1]。隨著設備技術研發的不斷投入，目前井下工作面朝著大型化、機械化、自動化的方向發展，若想安全、高效地開采煤炭資源，必須選用與地質賦存條件相適應的機械設備[2]。

趙光榮[3]針對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備型號；李超等[4]針對近距離大采高工作面的三機進行了選型計算，得到了適合的機械設備。根據前人研究可知，合適的工作面設備是保證工作面安全高效開采的必要條件，因此，本文針對亞辰煤業29207工作面的煤層具體條件，選取合適的工作面設備。

1 工程概況

1.1 工作面概況

亞辰煤業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#，根據設計能力60萬噸/年，井田內規劃工作面布置18個。29207工作面地面標高為977 m～962 m，工作面標高為672 m～708 m，對應地面位置：該工作面位于工業廣場以北，區域地表以黃土梁、峁為主，其次為黃土溝谷的沖溝，切割強烈，溝谷縱橫。主要出露地層為Q2+3、N2。經調查地面無建筑物。

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，北西與泰業煤業相鄰(保安煤柱40 m)，東與29206采空區相鄰，南與工業廣場相鄰；對應上方間隔6.72 m～10.62 m為8#煤層28206工作面采空區。工作面所采煤層為9#煤層，屬穩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，工作面頂底板巖性如表1所示。

表1 工作面頂底板巖性

1.2 采煤方法

本工作面采用放頂煤全部垮落采煤方法。主要生產工序為：割煤→裝運煤→移架→移前運輸機→放頂煤→移后運輸機→采空區處理。根據煤層賦存情況，采煤機和放頂煤液壓支架選型配套，確定采煤機采高跟底為2.2 m，放頂煤高度為2 m，采放比為1∶0.68。

2 工作面設備選型計算

2.1 液壓支架選型

工作面采用ZF5300/17/32支撐掩護式液壓支架支護，共106架。支架技術參數見表2。

表2 ZF5300/17/32型液壓支架技術特征

液壓支架的支護強度校驗：

(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。所選液壓支架型號符合需求。

(2)支架支護強度的計算：

P1=Kd(g冒+g頂).

(3)

其中：P1為支架支護強度，MPa；Kd為動載系數，取1.5；g冒為冒落帶自重應力，MPa；g頂為頂煤自重應力，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，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。將相關數據代入式(1)～式(4)計算得：g冒=0.158 4 MPa；g頂=0.029 4 MPa；P1=0.28 MPa。

取上述計算的最大值，支架支護強度不應小于0.28 MPa。

(3)支架工作阻力計算：

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為額定支護強度，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。

將相關參數代入式(5)計算得F=4 180 kN。則支架工作阻力應不小于4 180 kN。選取支架工作阻力為5 300 kN。

(4)底板比壓計算：

P3=R0/S.

(6)

其中：P3為液壓支架底座單位面積對底板的壓強，MPa；R0為液壓支架在額定壓力時對底板的壓力，為5 300 kN；S為液壓支架底座面積，為3.9 m2。

將相關參數代入式(6)計算得P3=1.36 MPa。由于該工作面底板為泥巖，普氏系數為1.66 MPa，即底板所能承受的壓強為1.66 MPa，因液壓支架對底板壓強未超過底板承受能力，故工作面支架不會出現鉆底現象。

2.2 采煤機選型

29207工作面選取型號為MG250/600-WD型采煤機，其主要參數見表3，對其是否能滿足工作面生產需求進行驗算。

表3 MG250/600-WD型交流電牽引采煤機

2.2.1 采高

在進行采煤機型號選取時，采煤機采高一定要與29207工作面煤層厚度范圍相適應，考慮實際采煤過程中，工作面頂底板的上浮和下沉，采煤機采高與工作面煤層厚度應滿足下式：

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分別為采煤機最大采高、最小采高，m。

2.2.2 截深B

綜合考慮頂底板巖性、煤層厚度、軟硬程度，選取采煤機的截深B=800 mm。

2.2.3 牽引速度

牽引速度計算式為：

vg=QH/(60MBγ).

(9)

其中：QH為工作面小時產量，取604 t/h；γ為煤容重，為1.33 t/m3；vg為采煤機所需牽引速度，m/min。

將以上數據代入式(9)計算得：vg=4.3 m/min。

因此，工作面選用采煤機工作運行速度須大于4.3 m/min，所選采煤機可以滿足需求。

2.2.4 裝機功率

裝機功率為：

N=60BMvgHw/3.6.

(10)

其中：Hw為能耗系數，取4；N為電動機功率，kW。

將以上數據代入式(10)計算得：N=504.5 kW，所選采煤機可以滿足需求。

2.3 輸送機選型

工作面采用SGZ-764/400型中雙鏈刮板輸送機。具體參數如表4所示，針對其運輸能力進行驗算。

表4 SGZ-764/400型刮板輸送機

(1)輸送機的運輸能力Qb：

Qb=KcKyKsQH.

(11)

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

將相關參數代入式(11)計算得Qb=774.6 t/h，所選SGZ-764/400型刮板輸送機輸送能力為800 t/h，大于774.6 t/h，可以滿足運輸需求。

(2)輸送機長度驗算。29207工作面設計長度為150 m，所選SGZ-764/400型刮板輸送機長度為151 m，可以滿足工作面運輸需求。

2.4 轉載機

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

2.5 破碎機

工作面采用PCM110型錘式破碎機，破碎能力為1 000 t/h，是SZZ-764/132型轉載機的配套設備，可以滿足要求。

各生產設備的生產能力如表5所示。

表5 各設備生產能力表

3 結束語

為解決亞辰煤業29207工作面設備選型問題，針對亞辰煤業29207工作面所采9#煤層具體開采條件，綜合理論分析和現場經驗選用了ZF5300/17/32支撐掩護式液壓支架，對其支撐高度、支護強度、工作阻力、底板比壓進行了驗算；選用了MG250/600-WD型采煤機及SGZ-764/400型中雙鏈刮板輸送機、SZZ-764/132型轉載機、PCM110型錘式破碎機，完全可以滿足工作面的生產運輸需求。工作面的現場設備應用表明所選設備可以保障工作面的安全高效開采。