新庄矿井机械化改造设计

明科栋

(1.太原理工大学矿业工程学院，太原 030024；2.山西高平科兴新庄煤业有限公司，山西高平 048406）

新庄矿井机械化改造设计

明科栋1，2

(1.太原理工大学矿业工程学院，太原 030024；2.山西高平科兴新庄煤业有限公司，山西高平 048406）

矿井的机械化改造是实现我国可持续发展战略的一项重要任务，矿井的机械化改造可以提升矿井资源回收率，改善矿井安全生产条件。新庄根据矿井的发展现状，结合矿井生产地质条件对矿井9101工作面从掘进工艺、电气等方面进行机械化改造设计来确保矿井可以安全、高效地生产。

电气；机械化改造；掘进工艺

随着科学技术的不断发展和进步，机械化技术也飞速发展，众多小型煤矿在经过兼并和重组之后，为了提升矿井资源回收率，提高矿井机械化程度，需要对矿井进行机械化改造设计，而矿井机械化改造是实现可持续发展，促进煤炭工业转型的重要一步。在国家安监总局的大力彻查下，各地许多矿井已逐渐进行了机械化改造，据不完全统计，截止2012年年底，小型煤矿采煤机械化和掘进装载机械化程度已分别达到45%和70%以上，预计到2015年底分别达到55%和80%以上[1]。

新庄煤业根据目前的发展现状、国家相关部门的系列文件以及现行有关煤炭工业的规程、规范和技术政策等，结合新庄矿井9号煤生产地质条件，对矿井9101工作面从掘进及回采工艺、电气等方面进行了机械化改造设计。通过严格按规范、规程、文件规定对新庄矿井进行机械化改造设计，确保矿井安全、高效地进行生产。

1 矿井概述

新庄煤业井田周边分布有3座矿井，相邻矿井之间目前未有通、越界开采情况。根据2010年兼并重组整合地质报告，新庄矿井全井田保有资源储量20 070 kt，其中3号煤层保证资源储量4 131 kt，9号煤层保有储量15 939 kt，另估算求得15号煤层高硫煤储量为42 599 kt。其中3号剩余资源主要为矿界、村庄和场地保护煤柱及剩余的小块段，不具备布置正规工作面条件，设计不予考虑。15号煤层为高硫煤，根据目前国家相关政策，设计将15号煤暂作为呆滞储量。故本次仅对9号煤层进行设计。经计算，9号煤层设计可采储量为1 057万t，服务年限为12.6 a。本矿井为生产矿井，矿井采用斜、立井综合开拓方式，现开采9号煤层，9号煤层开拓巷道已经形成，目前正在回采9101工作面，井田范围内共布置有4个井筒：即主斜井、副立井、回风立井和安全出口井，井筒均位于井田北部。

本次改造设计的工作面为9101加工作面，9101加工作面位于一盘区北部，东部为矿界，西部为9101工作面，北部为矿界，南部尚未布置工作面。地表为丘陵地带，且被黄土覆盖，无任何建筑物。工作面净长度150.00 m，推进长度1 234.594 m，剩余可采储量41.05万t。工作面按“四六制”作业，三班出煤，一班检修，年工作日为300 d[2]。

2 矿井改造设计方案

2.1 采区工作面布置

由于本次机械化改造设计的主要工作面是9101加工作面，因此要对9101加工作面进行布置，主要包括工作面布置、巷道布置和支护方式、工作面上各项设备的选型。

2.1.1工作面布置及巷道布置支护方式

工作面布置方式：本次移交的9101加工作面采用倾斜长壁、全部垮落、后退式综合机械化采煤方法，由东向西回采。巷道布置方式：工作面巷道布置以采掘工程平面图为依据，工作面为两巷布置方式：胶带进风顺槽供进风、运煤、供电、供液、供水用；轨道回风顺槽供回风、运料用，工作面顺槽、切眼及均沿煤层底板掘进。本工作面巷道支护方式采用工程类比法进行设计：工作面顺槽均采用高强度螺纹钢锚杆、锚索、金属网、钢筋梯子梁联合支护；切眼采用高强度螺纹钢锚杆、锚索、金属网、钢筋梯子梁、单体柱联合支护[3]。

2.1.2 工作面设备的选型

综合考虑改造工作面所需各项设备的技术特征、各项设备的生产能力、与矿井原本其他生产系统的指标的匹配，可得9101工作面主要设备配备及参数，如表1所示。

表1 工作面主要设备配备及参数表

2.2 掘进工艺

经过机械化改造之后，在掘进过程中，采用AM-50型掘进机割煤掘进，SJ-80型带式输送机或SGW-40型可弯曲刮板输送机运输。采用单巷掘进方式，工艺流程如下：交接班→安全质量检查和准备工作→检查电器设备、试运转→截煤→临时支护→锚网永久支护→清煤→延伸刮板输送机或皮带。掘进机截割工艺：掘进机落、装煤，严格按截割曲线轨迹图作业，掘进机采用横向往复式截割，截割时将截割头调至巷道中，由巷道下中部开口进刀，左右摇摆先割出槽窝，然后由下向上进行截割。截割头的垂直方向各中心线距两帮均为0.4 m，待大致轮廓割出后，最后修整成形。

施工方法：1）工作面胶带进风顺槽、轨道回风顺槽按本设计掘进工艺流程一次完成；2）开切眼的掘进工艺：a.切眼开口部位30 m巷道采用炮掘方式掘进，剩余部分采用机掘方式掘进，一次性掘出全断面，循环进尺均为0.8 m。具体施工时，将工作面刮板输送机沿巷道中线铺设，按规定循环进尺，先左后右的原则进行交替掘进、支护，同时随掘进以切眼巷道中心线为轴线增设双排单体液压支柱加强支护，柱距1.0 m，排距2.0 m，柱帽规格为140 mm×140 mm×500 mm的小方木。支护方式采用锚索+锚杆+钢筋托梁+金属网联合支护。b.最后对mm各交岔点补打锚索加强支护[4]。

2.3 回采工艺

经过机械化改造后的回采工艺包括4个步骤：割煤→拉架→推溜→清煤。割煤：割煤使用MG200/ 456-AWD型采煤机。割煤方式：双向割煤，截深0.6 m。拉架：割煤后，距机组前滚筒4.5 m进行拉架，为邻架操作，拉架步距为0.6 m；顶板破碎时，必须割一架拉一架，严禁空顶割煤；拉架时，前后5 m范围内，严禁其他人员作业。质量标准：支架拉过后必须成一直线，其偏差不得超过±50 mm。推溜：滞后拉架6架即可推溜，步距为0.6 m，推溜时，确保溜子推出后成一条直线；若推溜困难时，严禁强推，应查明原因，若溜子不直，机组司机应返刀，然后再推溜。验收员应测量好机头、机尾推进度，保证机头、机尾推进度一致，以确保截深、产量和工程质量。清煤：清理后的工作面2 m2范围内的浮煤厚度不得超过30 mm。清煤人员必须面向机尾，时刻注意溜子、顶板、煤帮的变化情况，以防发生意外事故

2.4 电气设计

本节将选取机械化改造过程中电气设计的供电及电力负荷统计、短路计算、变压器容量的选择3个方面简要介绍新庄煤业机械化改造设计中的电气改造设计部分。

2.4.1 供电及电力负荷统计

新庄矿井9101加工作面走向长1 234.594 m，倾斜长150 m，9101加工作面供电电源由井底中央变电所供给，电压等级为6 kV。

根据负荷统计、负荷分配以及实际需要，选择一台KBSGZY-1000/6/1.2kV变压器带工作面刮板机、机组，转载机、破碎机，一台KBSGZY-500/6/ 0.69 kV变压器带乳化液泵站，一台KBSGZY-315/ 6/0.69 kV变压器带一部皮带，一台KBSGZY-500/ 6/0.69 kV变压器带二部皮带及地沟刮板输送机。所有配备符合以下原则：a.保证供电可靠，力求减少使用开关、启动器，使用电缆的数量应最少，原则上一台启动器控制一台设备；b.变压器最好不并联运行；c.工作面配电点最大容量电动机用的起动器应靠近配电点进线，以减少起动器间连接电缆的截面；d.供电系统尽量减少回头供电。

根据上述原则，实际选择设备主要参数为：负荷高爆开关（带工作面所有负荷）：BGP9L-6-200/5（1台）；高压电缆选用MYPTJ-6kV-3×50+3×16/3+ 3×2.5，长度1 910 m；工作面刮板机低压电缆选用MCPT3×35+1×16；机组低压电缆选用MCPT3×95+ 1×25+4×10；转载机、破碎机低压电缆选用MYP3× 35+1×16；泵站低压电缆选用MY3×70+1×25；顺槽皮带低压电缆选用MY3×70+1×25；横川溜子低压电缆选用MY3×16+1×10。

对整个工作面上主要设备的电力负荷进行统计，如表2所示。

表2 工作面主要设备电力负荷统计表

2.4.2 短路计算

在进行9101工作面改造设计过程中，要对5个短路电流进行计算：1号变压器二次干线末端的两相短路电流Id1；工作面溜子主电机处两相短路电流Id2；机组主电机处两相短路电流Id3；660 V系统到最远端馈电开关处两相短路电流Id4；660 V系统到最远端调度绞车处两相短路电流Id5。通过计算变压器二次电压、变压器容量，系统短路容量得到系统电抗、高压电缆的电阻与电抗、变压器的电阻与电抗，通过计算得到各短路电流,如表3所示。

表3 短路电流计算结果表

2.4.3 变压器容量的选择

变压器容量S按式（1）计算：

式中：∑PN为参加计算的所有用电设备（不包括备用）额定功率之和，kW；Kr为需用系数，按要求选取；cosφ为参加计算的电力负荷的平均功率因素，按表选取；Ks为同时系数，当供给一个工作面时取1，供给两个工作面时取0.95，供给三个以上工作面时取0.9。

通过计算，可以得出：带工作面刮板机、机组、转载机、破碎机变压器的容量设计选择一台1 000 kVA移动变电站较为合适；带泵站变压器的容量设计选择一台500 kVA移动变电站较为合适；带二部顺槽皮带机、横川溜子变压器的容量设计选择一台500 kVA移动变电站较为合适；带一部顺槽皮带机变压器的容量设计选择一台315 kVA移动变电站较为合适[6]。

3 结束语

结合新庄煤业目前的发展现状，为了提高矿井生产效率与矿井资源回收率，对矿井9101工作面进行了机械化改造设计，改造技术方案从采区工作面布置、掘进工艺、回采工艺和电气设计四部分进行了论述，对9101工作面布置、工作面主要设备的选型、掘进工艺、回采工艺、工作面供电及电力负荷估算、变压器容量的选择、电缆选择、低压开关的整定进行了改造设计。虽然本文对新庄矿井9101工作面的改造设计方案做了较为详细的叙述，但仍存在一些效益与安全方面的问题，需在未来的机械化与现代化的进程中继续完善。

参考文献：

[1]刘铁男.中国能源发展报告[M].北京:经济科学出版社，2011.

[2]张荣立,何国纬,李铎.采矿工程设计手册[M].北京:煤炭工业出版社，2003.

[3]Robinson,R.and Pickering,A.J.Application of Controlled Air Recirculation to Auxiliary Ventilation Systems and Mine District Ventilation Circuits.Mine Ventilation[R].Trird international Congress,Harrogate 1984;315-322

[4]徐竹云.矿井通风系统优化研究[D].沈阳:东北工学院，1990.

[5]张保连,王和德.塔山煤矿矿井设计综述[J].煤炭工程，2011,11(S):1-4.

[6]白锦胜.沙曲矿井设计优化实践[J].煤炭工程，2008(3)：5-7.

Mechanization Renovation Design in Xinzhuang Mine

MING Kedong1,2
(1.College of Mining Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China;
(2.Gaoping Kexing Xinzhuang Coal Co.,Ltd.,Gaoping 048406,China)

Mechanization renovation in mines is one of important tasks of sustainable development strategy in China.The renovation could increase the recovery rate of mine resources and improve the condition of safe production.Based on the status quo,No.9101 working face was renovated in terms of tunneling technique and electrical mechanization to ensure the safe and efficient production in Xinzhuang Mine.

electrical;mechanization renovation;tunneling technique

TD529

A

1672-5050（2015）03-0079-04

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.03.028

（编辑：刘新光）

2015-03-11

明科栋（1963-），男，山西高平人，在读工程硕士，高级工程师，从事采矿管理工作。