西曲矿9号煤层开采设备选型研究
2018-03-16杨晓航
杨晓航
(西山煤电股份有限公司西曲矿掘进二队,山西 古交 030200)
引言
采煤工作面开采设备的合理选型对矿井的安全、高效生产有着十分重要的意义。选择合适的开采设备,一方面要看设备是否符合工作面实际开采的需求,另一方面也要注意开采设备间是否配套。本文以西曲矿9号煤层19202工作面实际地质条件为工程背景,利用理论计算,结合三机配套原则对工作面的开采设备进行合理选型。
西曲矿是西山煤电的主力矿井,19202工作面主采9号煤层,煤层结构简单,平均厚度约为2.23m,工作面走向长度为1 420m,倾斜长度为150m。
1 液压支架选型
液压支架是保障工作面安全生产的关键所在,液压支架的合理选型对煤矿开采有着十分重要的意义。
1.1 支架形式的确定
支架形式的选择主要是由工作面顶底板性质决定。19202工作面直接顶为2.50m厚的砂质泥岩,老顶为6.53m厚的细砂岩,直接底为0.45m厚的砂质泥岩。
通过邻近相似工作面的实测矿压数据推测可知,工作面直接顶为2类中等稳定顶板,老顶为Ⅲ级来压强烈顶板,底板为Ⅲ类较软底板。由以往经验可知,此类顶底板一般使用掩护式支架[1]。
1.2 支架高度的确定
1.2.1支架最大高度
支架的最大高度可由下式计算得出式中:Hmax为支架最大高度,m;Mmax为煤层最大采高,m。
1.2.2支架最小高度
支架的最小高度表达式为
式中:Hmin为支架最小高度,m;Mmin为煤层最小采高,m;s为控顶范围内顶板下沉量,一般取0.3m;a为支架卸载时的可缩余量,一般取0.05m。
1.2.3工作面支架高度
对于19202工作面,煤层厚度变化为1.85~2.30m,将其代入式(1)、(2)中,可得[2]Hmax=0.25m,Hmin=1.50m。
1.3 支架工作阻力的确定
首先,确定支架的支护强度,其表达式如下所示
式中:n为倍数,对于中等稳定顶板,可取7;M为采高,取 2.23m;γ 为岩层容重,取 25 kN/m3;g为重力加速度,取9.8N/kg。将数据代入式(3),可得支架的支护强度为q=382 kN/m2。
通过支架的支护强度,由式(4)可以求得其工作阻力。
式中:P为支架工作阻力,kN;b为梁端距,取0.33m;L为顶梁长度,取3.84m;B为支架中心距,取1.5m;η为支架支撑效率,取0.9。将数据代入式(4),得支架工作阻力为P=2 655 kN。
1.4 支架初撑力的确定
首先要确定支架的初撑支护强度qOh,对于中等稳定顶板,有式中:Lz为周期来压步距,根据相邻工作面情况,取16m;Lm为最大控顶距取4.97m。代入数据,可得支架的初撑支护强度为qOh=297 kN/m2。
由初撑支护强度可得支架初撑力为
代入数据得PO=2 064 kN。
1.5 确定支架型号
通过对工作面所需支架主要参数的计算,选定ZY3600/12.5/28型液压支架,其主要参数如下页表1所示[3]。
表1 支架主要参数
由表1可以看出,该型支架完全满足19202工作面的实际需求。
2 采煤机选型
2.1 机面高度的确定
工作面煤层采高为1.85~2.30m,考虑采煤机与液压支架间应有一定的余量空间,以适应顶底板的起伏变化,采煤机的机面高度应为
式中:hc为机面高度,mm;ζ为采煤机与支架间的余量,取250mm;ld为顶梁厚度,取350mm。则采煤机的机面高度应为1 250mm。
2.2 采煤机牵引速度功率的确定
工作面的年生产量预计为100万t,工作面长度为150m,采煤机截深B取0.8m,煤层平均采高为2.23m,则采煤机每小时产煤能力应大于
式中:Qh为采煤机每小时的产量,t/h;f为富裕系数,取1.3;Q为工作面年产量,取1Mt;D为年生产天数,取330天;N为日工作班数,取3;t为每班工作时间,取6 h;K为开机率,取0.5。则采煤机每小时的生产能力应为437.8 t。
采煤机的牵引速度为
式中:Vc为采煤机平均截割牵引速度,m/min;γ为煤的容重,取1.43 t/m3;C为工作面回采率,取0.95;其余符号含义与前面相同。则采煤机牵引速度为3.02m/min。
采煤机的装机功率为
式中:Hw为单位能耗,取0.8 kW·h/t;其余符号与前相同。则采煤机的装机功率最小为350.24 kW。
2.3 确定采煤机型号
通过对工作面生产能力的计算,选定MG250-600-AWD型采煤机,其主要参数如表2所示[4]。由表2可以看出,该型采煤机完全满足19202工作面实际需求。
3 刮板运输机选型
3.1 运输能力的确定
刮板运输机的运输能力应满足采煤机的采煤能力
表2 采煤机主要参数
由计算可知,刮板输送机运输机的运输能力应大于612.92 t/h。
3.2 刮板长度的确定
刮板运输机的长度应基本达到工作面的长度,约150m。
3.3 确定刮板运输机型号
通过前面的计算,选定SGZ-764/630型刮板运输机,其主要参数如表3所示[5]。
表3 刮板运输机主要参数
由表3可知,该型刮板运输机完全满足工作面需求。
4 结论
通过理论计算和三机配套原则,确定了19202工作面的开采设备型号。选择了ZY3600/12.5/28型液压支架,MG250-600-AWD型采煤机和SGZ-764/630型刮板运输机
通过实际生产实践,选择的开采设备完全满足矿井生产需求,为类似工作面的设备选型提供了借鉴价值。
[1]吕宏,孟国胜,刘旭东,等.厚煤层综放开采设备选型及配套探讨研究[J].山西焦煤科技,2012,36(1):28-32.
[2]唐永志,曹海山,张学亮,等.大采高超长工作面设备选型关键技术研究[J].煤矿开采,2016,21(3):55-58.
[3]李超,张志发,廖宇.近距离煤层大采高工作面设备选型[J].煤矿安全,2015,46(7):222-224.
[4]高玉斌,李永学.寺河矿6.2m大采高综采工作面设备选型研究与实践[J].煤炭工程,2008(5):5-7.
[5]王福安.煤矿综采工作面“三机”设备选型与配套[J].中州煤炭,2012(3):75-76;84.