陳 健
(西山煤電集團(tuán)公司東曲煤礦, 山西 古交 030200)
隨著煤礦開采技術(shù)的不斷進(jìn)步,綜采機(jī)械化設(shè)備的應(yīng)用使得煤礦生產(chǎn)逐漸實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化和一體化。與傳統(tǒng)的煤礦開采工藝相比,綜合機(jī)械化開采在開采效率的提升和巷道頂板支護(hù)等方面有顯著提高。而工作面綜采三機(jī)(采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架)的科學(xué)合理選型與配套,對(duì)綜采工作面短期內(nèi)能否順利達(dá)到預(yù)計(jì)產(chǎn)量具有重要影響。
東曲礦位于山西省古交市東南,礦井井田面積60 km2,可采儲(chǔ)量4.6億t,主要開采煤層太原組8號(hào)、9號(hào),礦井設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力4.00 Mt。井田走向長(zhǎng)度為7.3 km,傾向長(zhǎng)度為6.5 km,總面積達(dá)35.6 km2。礦井開采采用平硐加斜井式開拓、條帶式開采方式。14216工作面位于東曲礦三采區(qū)主要開采太原組8號(hào)煤層,煤層為南北走向,工作面由運(yùn)輸巷、運(yùn)聯(lián)巷、材料巷、材聯(lián)巷、切眼組成。工作面長(zhǎng)度為145.5 m,可采長(zhǎng)度為1 408 m,煤層厚度(含矸)9.28 m,煤傾角為 6°~15°,容重 1.37 t/m3,面積 20 4864 m2,工業(yè)儲(chǔ)量2.3 Mt,可采儲(chǔ)量192.81萬(wàn)t。采煤方法為長(zhǎng)壁式綜合機(jī)械化低位放頂煤全部垮落采煤法,其中底分層采高2.8 m,循環(huán)進(jìn)度0.8 m,底分層采出率95%。放頂煤區(qū)段為136.5 m,頂煤厚度為4.86 m,工作面采出率85%,采放比1∶1.74/1∶2.31(在實(shí)際放煤過程中受煤層厚度變化影響,放采比可能存在不確定因素)。放煤步距0.8 m,一采一放,循環(huán)產(chǎn)量為1 042 t,工作面推進(jìn)方向由南向北。
2.1.1 選型原則
1)采煤機(jī)的選型應(yīng)適合礦井煤層的賦存條件,采煤機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如采高、截深、功率、牽引方式等主計(jì)算應(yīng)科學(xué)合理,有較大的適用范圍。
2)滿足工作面開采生產(chǎn)能力的要求,采煤機(jī)的生產(chǎn)能力應(yīng)大于工作面設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力,滿足于液壓支架和刮板輸送機(jī)的配套標(biāo)準(zhǔn)。
3)采煤機(jī)的技術(shù)性能良好、操作簡(jiǎn)單、安全可靠,各種保護(hù)功能完善,便于后期的檢修與維護(hù)[1]。
2.1.2 采煤機(jī)技術(shù)參數(shù)計(jì)算
14216工作面采高為2.8 m,截深(厚煤層)常用0.8 m;采煤機(jī)裝機(jī)功率主要用于截煤和裝煤,牽引功率只占15%左右,為防止電動(dòng)機(jī)滿負(fù)荷過載運(yùn)轉(zhuǎn),電動(dòng)機(jī)功率都留有一定的富余量,采高2.8 m,雙滾筒裝機(jī)功率一般取200~300 kW,采煤機(jī)質(zhì)量太小會(huì)影響機(jī)器工作的穩(wěn)定性,太大又要增加牽引力。
工作面生產(chǎn)能力:
式中:Q1為工作面需要生產(chǎn)能力,t/h;Qr為日生產(chǎn)能力,t/h,根據(jù)8號(hào)煤日產(chǎn)量,取4 168 t/h;K為生產(chǎn)不均衡系數(shù),取0.9;A為日工作時(shí)長(zhǎng),取6 h;T為每班檢修時(shí)長(zhǎng),取1 h;D為工效系數(shù),取0.9;C為每班工作時(shí)間,取0.95 h。將數(shù)值代入公式計(jì)算得出14216綜采工作面需要生產(chǎn)能力為219.39 t/h。
采煤機(jī)可實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)能力:
式中:Q2為采煤機(jī)械可實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)能力,t/h;V1為采煤機(jī)械平均牽引速度,取3.0 m/min;H為平均割煤高度,取2.8 m;B為滾筒截深,取0.8 m;r為煤的密度,取1.4 m/m3。將數(shù)值帶入公式計(jì)算得出Q2為564.48 t/h,大于工作面需要生產(chǎn)能力Q1。
煤層傾角12°以下的煤層是機(jī)械化開采的有利條件,采煤機(jī)不會(huì)滑倒,可不考慮設(shè)置防滑倒措施。當(dāng)煤層傾角較大時(shí),必須安裝防滑倒裝置。
2.1.3 采煤機(jī)選型結(jié)果
根據(jù)計(jì)算選擇型號(hào)為MG300/700-AWD型系列的交流電牽引采煤機(jī),具體參數(shù)見1。
表1 MG300/700-AWD型系列的交流電牽引采煤機(jī)參數(shù)
2.2.1 支架選型原則
選擇液壓支架主要根據(jù)工作面頂板條件,同時(shí)還應(yīng)考慮礦井煤層賦存條件,如煤層厚度、煤層傾角、頂?shù)装鍙?qiáng)度、煤與瓦斯突出、采煤工藝及端頭架。
2.2.2 支架技術(shù)參數(shù)計(jì)算
1)支架高度確定。支架最大結(jié)構(gòu)高度Hmax=Mmax+S1=3 000+200=3 200 mm;支架最低結(jié)構(gòu)高度Hmin=Mmin-S2=2 600-900=1 700 mm;支架伸縮比Ks=Hmax/Hmin=3 200/1 700=1.88。式中:Mmax、Mmin分別為煤層最大、最低采高,分別取3 000 mm、2 600 mm;S1為偽頂冒落的最大高度,取200 m;S2為礦井周期性來壓時(shí)的頂板的下沉量、移架時(shí)支架的下降量和頂梁上、底板下的浮矸之和,取900 mm。根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù),中間架選擇17/32架型高度,過渡架選擇19/32架型高度。
2)支架支護(hù)阻力計(jì)算。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式,支架應(yīng)達(dá)到的支護(hù)強(qiáng)度為:
式中:P為老頂來壓時(shí)的支護(hù)強(qiáng)度;M為割煤高度,取2.8 m;γ為上覆巖層平均容重,采用加權(quán)平均法予以計(jì)算。在工作面上覆巖層中,煤層厚度為4.86 m,容重為13.7 kN/m3。1號(hào)矸厚度為0.1 m,2號(hào)矸厚度為0.03 m,容重均為20 kN/m3;泥巖厚度為1 m,容重為 20 kN/m3;K2灰?guī)r厚度為 8.37 m,容重為 24 kN/m3。按8倍采高巖重進(jìn)行驗(yàn)算,γ=(Σhi×γi)/Σhi=(4.86×13.7+0.1×20+0.03×20+1×20+8.37×24)/(4.86+0.1+0.03+1+8.37)≈20.2 kN/m3。式中:hi為上覆巖層分層厚度,m;γi為頂板各巖層容重,kN/m3。最終得出 P=8×2.8×20.2=452.48 kN/m2=0.45 248 MPa。選擇支架支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)大于P。
3)底板比壓驗(yàn)算。根據(jù)實(shí)測(cè),工作面底板允許比壓為8.79 MPa,選擇支架設(shè)計(jì)底板比壓小于工作面底板允許比壓,支架不會(huì)發(fā)生鉆底現(xiàn)象。
2.2.3 液壓支架選型結(jié)果
根據(jù)以上計(jì)算,設(shè)計(jì)選用中間架ZF6800/17/32型94架,過渡架選用ZFG8000/19/32型5架,具體見表2。
表2 支架主要參數(shù)及技術(shù)特征
2.3.1 刮板輸送機(jī)選型原則
1)刮板運(yùn)輸機(jī)的外型尺寸應(yīng)符合采煤機(jī)的牽引和行走裝置要求,并與之相配套。
2)刮板輸送機(jī)長(zhǎng)度應(yīng)與綜采工作面長(zhǎng)度相適應(yīng),同時(shí)刮板輸送機(jī)的輸送能力應(yīng)大于采煤機(jī)的生產(chǎn)能力,一般取1.2倍。
3)合理控制溜槽與支架推移千斤頂連接裝置之間的距離,并與之結(jié)構(gòu)匹配。
4)為滿足采煤機(jī)的配套要求,應(yīng)在機(jī)頭機(jī)尾安裝張緊、防滑裝置,靠煤壁一側(cè)設(shè)鏟煤板,靠采空區(qū)一側(cè)附設(shè)電纜槽等[2]。
2.3.2 刮板輸送機(jī)的配套選型
按照刮板輸送機(jī)應(yīng)滿足采煤機(jī)生產(chǎn)能力的要求,前刮板輸送機(jī)選用SGZ-764/630型,后刮板輸送機(jī)選用SGZ-800/800型,其技術(shù)參數(shù)見表3。
表3 前刮板輸送機(jī)SGZ-764/630和后刮板輸送機(jī)SGZ-800/800參數(shù)
針對(duì)14216工作面綜采三機(jī)選型配套并試運(yùn)轉(zhuǎn)情況的分析,表明綜采三機(jī)選型合理能夠滿足工作面實(shí)際生產(chǎn)要求,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題,提出改進(jìn)建議:
1)降低采煤機(jī)滾筒的轉(zhuǎn)速是提升采煤機(jī)滾筒截割能力的有效途徑,按照低速要求來設(shè)計(jì)采煤機(jī)截割部傳送系統(tǒng)內(nèi)部的傳送部件,可大大延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命;
2)重視并加強(qiáng)日常檢修管理工作,及時(shí)更換損壞配件,加注潤(rùn)滑油,出現(xiàn)故障后不能因?yàn)橼s生產(chǎn)任務(wù)而讓機(jī)器帶病作業(yè),使得小故障演變成大故障。
3)在保證安全的前提下,應(yīng)該加強(qiáng)管理,按照作業(yè)規(guī)程合理安排采煤、移架、放煤循環(huán)作業(yè),減少工序相互影響,避免不必要的停機(jī),提高采煤機(jī)開機(jī)率。
東曲礦對(duì)14216工作面綜采三機(jī)進(jìn)行科學(xué)合理的選型配套,實(shí)現(xiàn)了礦井的高產(chǎn)高效,大幅提升了礦井的開采效率。綜采三機(jī)的選型配套應(yīng)根據(jù)工作面實(shí)際地質(zhì)條件和生產(chǎn)要求進(jìn)行,不能單純以“經(jīng)驗(yàn)類比”為主,應(yīng)用科學(xué)高效的管理措施來提升綜采工作面的開采量,優(yōu)化作業(yè)環(huán)節(jié),減少勞動(dòng)強(qiáng)度,從而提高生產(chǎn)效率[3]。