畢 煥

(山西省長治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司， 山西 長治 047100)

1 前言

經(jīng)坊煤礦礦井井田面積30.74km2，目前開采3號煤層，共劃分9個采區(qū)，現(xiàn)開采五采區(qū)和七采區(qū)，為保證礦井采區(qū)正常生產(chǎn)接續(xù)，需由八采區(qū)接替七采區(qū)生產(chǎn)，八采區(qū)面積4.5km2，采區(qū)設計生產(chǎn)能力1.80Mt/a，采區(qū)設計服務年限7.5a。

八采區(qū)煤塵具有爆炸性，煤層自燃傾向性為Ⅲ級，不易自燃。3號煤層瓦斯壓力為0.09～0.12MPa，瓦斯含量為2.58～5.77m3/t，瓦斯含量為北翼采區(qū)高、南翼采區(qū)低。

八采區(qū)主采煤層的3號煤層厚度3.27～7.95m，平均5.8m，屬厚煤層，且賦存穩(wěn)定，煤層傾角1°～9°。該采區(qū)某工作面采用走向長壁全部垮落采煤法，綜合機械化放頂煤開采工藝，該工作面長度200m，工作面采高平均2.60m，采放比為1∶1.2，工作面走向長度為900～3 225m。

2 礦井現(xiàn)有采煤設備

該工作面使用的采煤設備有采煤機MG300/700- WD型，工作面刮板輸送機SGZ- 830/750型，液壓支架ZF5800/16/30型及其他配套設備。采煤機采高1.3～3.7m,滾筒直徑1.8m,裝機功率698.5W，滾筒轉速34.04r/min，最大牽引力580kN，牽引速度0～7.28m/min。該礦現(xiàn)已購置和使用的SGZ830/750型刮板輸送機輸送量為1 200t/h；ZF5800/16/30支撐掩護式放頂煤液壓支架主中心距為1 500mm，寬度為1 430～1 600mm，初撐力5 236kN，工作阻力為5 800kN，高度為1 600～3 000mm。

3 “三機”配套核驗

3.1 采煤機能力驗算

1)采煤機生產(chǎn)能力

八采區(qū)設計生產(chǎn)能力1.80Mt/a，年工作日按330d，采用機頭、機尾斜切進刀，雙向割煤；生產(chǎn)勞動組織按“四、六”制安排，即每班6h，三班生產(chǎn)，一班準備、檢修，日生產(chǎn)總時間為60×6×3=1 080min，采煤機開機率取55%，平均日產(chǎn)為5 454.5t/d。

(1)工作面日進度為[1]

S=K1×Q/(L×H×r×C)

(1)

式中：S——工作面平均日進度，m；

K1——采煤機能力系數(shù)，取1.2；

Q——工作面日產(chǎn)量，取5 454t/d；

L——工作面長度，取200m；

H——平均采高，取5.8m；

r——煤體密度，取1.4t/m3；

C——工作面回采率，取93%。

所以，S=1.2×5 454.5/(200×5.8×1.4×0.93)=4.3m。

(2)日循環(huán)次數(shù)n為

n=平均日進度/采煤機滾筒截深=4.3/0.8=5.4，取為6刀。

(3)采煤機的日切割總長度為

LJ=n×(L+2L1)

(2)

式中：LJ——采煤機切割總長度；

L——工作面長度，取200m；

n——日切割刀數(shù)，取6刀；

L1——斜切進刀切割或返回長度，取30m。

故LJ=6×(200+2×30)=1 740m。

(4)采煤機平均割煤速度Vc為

(3)

式中：Hf——綜放工作面頂煤平均厚度，取3.2m；

Cf——頂煤回收率，取93%；

Lf——沿工作面方向放頂煤面長，取190m；

Q——工作面平均日產(chǎn)量，按5 454.5t/d考慮；

HC——平均割煤高度，2.6m；

B——采煤機截割深度，0.8m；

γ——實體煤密度，取1.40t/m3；

CC——工作面采煤機割煤回收率，取95%；

L——工作面長度，取200m；

I——采煤機開缺口行程，取45m；

Td——采煤機返向輔助時間，取5.0min；

k——采煤機開機率，取55%。

代入?yún)?shù)計算得Vc=2.64m/min。

2)采煤機落煤能力驗算

Qc=60×B×Hc×Vc×γ×C

(4)

式中：B——采煤機截割深度，取0.8m；

Hc——平均割煤高度，取2.6m;

Vc——采煤機平均割煤速度；

γ——煤的密度；

C——工作面采煤機割煤回收率，取95%。

因此，采煤機落煤能力Qc為60×0.8×2.6×2.64×1.40×0.95=438.2t/h。

3)采煤機最大割煤速度和最大生產(chǎn)能力

(1)采煤機最大割煤速度為[2]

Vmax=Kc·Vc

(5)

式中：Vmax——采煤機最大割煤速度，m/min；

Kc——采煤機割煤不均衡系數(shù)，取1.5。

則Vmax=1.5×2.64=3.96m/min。

(2)采煤機最大生產(chǎn)能力

Qmax=Kc·Qc

(6)

式中：Qmax——采煤機最大落煤量，t/h；

Kc——采煤機割煤不均衡系數(shù)，取1.5。

則Qmax=1.5×438.2=657.3t/h

4)采煤機裝機功率

N=60Kb·B·H·Vmax·Hw

(7)

式中：N——采煤機裝機功率，kW；

Kb——備用系數(shù)，取1.5；

Hw——采煤機割煤單位能耗，按鐵法、晉城等礦區(qū)實測，Hw=0.55～0.85kW·h/m3，這里取Hw=0.85kW·h/m3。

采煤機要求最大割煤速度Vmax=3.96m/min，則N=1.5×60×0.8×2.6×3.96×0.85=630.2kW。

根據(jù)以上計算，該煤礦已購置在用的MG300/700- WD型雙滾筒采煤機能夠滿足八采區(qū)生產(chǎn)需要。

3.2 工作面液壓支架工作阻力核驗

支架支護高度按開采煤層的結構、煤層厚度變化范圍確定。根據(jù)可采煤層的厚度及采高，同時考慮設備現(xiàn)狀，設計確定回采工作面支架最小支撐高度為1.6m，最大支撐高度為3.0m。

目前我國計算放頂煤支架支護強度所采用的公式不盡相同，本處采用充填采空區(qū)的垮落巖石厚度來計算放頂煤支架的支護強度，其計算公式為

(8)

式中：Kd——動載系數(shù)，一般取1.4；

M——綜放工作面采高，取5.80m；

Kp——頂板巖石碎脹系數(shù)，取1.40；

γ——頂板巖石體積密度，取25kN/m3。

支護強度確定后，根據(jù)配套尺寸、支架的頂梁長度、空頂距算出支架工作阻力為

P=q(Lk+LD)B

(9)

式中：P——支架工作阻力，kN；

q——支架的支護強度，kN/m2；

LK——控頂距，取0.8m；

LD——頂梁長度，取5.0m；

B——支架寬度，取1.5m。

支架工作阻力為4 416kN。

通過以上計算，支架工作阻力宜大于4 416kN，礦山現(xiàn)有的ZF5800- 16/30型掩護式液壓支架可以滿足支護要求。但由于八采區(qū)煤層埋深較大，建議加強頂板觀測，適當加大支架工作阻力。

3.3 刮板輸送機能力

(1)刮板輸送機的能力應與放煤能力相適應，根據(jù)采放平行作業(yè)的要求，工作面平均放頂煤速度Vf為

(10)

式中：Vf——工作面平均放頂煤速度，m/min；

Lf——工作面放頂煤區(qū)段長度，取190m；

L——工作面的長度，取200 m；

LS——刮板輸送機彎曲段長度，取35m；

Lm——采煤機兩滾筒中心距，取7.8m；

td——采煤機的反向輔助時間，取5.0min；

tdt——工作面端頭作業(yè)時間，取10.0min；

t1——工作面放頂煤輔助工序時間，取25.0min；

VC——采煤機最大割煤速度，取3.96m/min。

則Vf=2.71m/min。

(2)工作面平均放頂煤能力Qf為

Qf=60·Hf·B·Cf·γ·(1+Cg)·Vf

(11)

式中：Qf——工作面平均放頂煤能力，t/h；

Hf——放頂煤高度，3.2m；

B——采煤機滾筒截深，0.8m；

Cf——放頂煤的回收率，取93%；

γ——煤的密度，1.40t/m3；

Cg——放頂煤的含矸率，取15%；

Vf——工作面平均放頂煤速度，2.71m/min。

則Qf=60×3.2×0.8×0.93×1.40×(1+0.15)×2.71=623.3t/h。

(3)刮板輸送機能力Qh為

Qh≥Kf·Ky·Qf

(12)

式中：Qf——工作面平均放頂煤能力，t/h；

Kf——工作面放頂煤不均勻系數(shù)，取1.25；

Ky——運輸方向及傾角修正系數(shù)，取1.2。

則Qh≥1.25×1.2×623.3=934.95t/h。

根據(jù)以上計算，按照輸送機應滿足的后部放煤能力要求，并考慮到割煤和放煤步距為0.8m，SGZ830/750型刮板輸送機滿足生產(chǎn)需要。

4 結論

工作面的“三機”選型至關重要，對保障工作面的安全生產(chǎn)至關重要。在對經(jīng)坊煤礦八采區(qū)工作面選擇的“三機”進行理論核驗，核驗結果表明，所選“三機”設備，能滿足該工作面安全生產(chǎn)。