西曲矿28306综采工作面主要设备选型研究应用

2022-09-10

前言

煤炭作为我国一次能源中储量最多、应用最广的基础能源,其在我国一次能源中占据着主体地位,并且对我国的发展起到了重要作用。从“十二五”到如今的“十三五”规划,党和国家制定了以煤炭为基础的能源发展方针,煤炭工业整体飞速发展,自动化、智能化建设也初见成效。但是由于各煤矿地质赋存条件不同,所以必须选取具有针对性的设备才能满足矿井的安全高效生产。

1.工作面工程概况

(1)基本情况

山西西山煤电西曲矿核定生产能力为400万t/年,采煤方法为长壁后退式综合机械化采煤,顶板管理为全部垮落法。28306工作面为8号煤层,井下位于北三盘区中部,属于近水平结构简单中厚煤层。南临西983运输大巷,北临已回采的28405工作面,西邻已回采的28307工作面。工作面上覆2.3号煤22301采空区及2.3号煤小煤窑空巷,层间距为78m左右;上覆4号煤24302采空区及小煤窑空巷,层间距为65m左右。地表大部分被黄土覆盖,盖山厚度101m-240m。生产组织为“四六”制三班生产。

(2)煤层赋存状况及顶底板情况

该工作面煤层厚度为3.70m-4.3m,平均厚度4.0m,煤层倾向西北,倾角平均5°。煤层结构为1.88(0.15)1.97m,中部普遍含有一层夹石。局部顶板为0.10m-0.60m的泥岩伪顶,直接顶为3.85m的石灰岩,直接底板为2.08m中砂岩,老底为0.70m的炭质泥岩。

(3)工作面顺槽工程情况

工作面轨道、运煤顺槽设计巷道宽度为4.5m,高度为3.5m,断面积为15.75m2,均为锚杆支护形式。工作面切眼设计巷道宽度为7.0m,高度为3.5m,断面积为24.5m2,支护形式为锚杆+点柱。

2.工作面主要设备参数选择

(1)确定采煤机性能参数

①主要选型原则。

在采煤机选型的过程中,需要根据具体的地质条件进行采煤机的选型,主要是根据煤层厚度及生产能力考虑采煤机的采高及功率。

②确定采煤机性能参数

A.采高

采高主要是根据回采煤层的厚度来确定,28306工作面煤厚M最小为3.7m,M最大为4.3m,由于在采煤过程中顶板会逐渐向下沉,导致实际采煤过程中工作面高度会降低,因此,最小采高:H最小=M最小/(1.1～1.2)=3.7/(1.1～1.2) =4.07～3.36m。

最大采高:H最大=M最大/(0.9～0.95)=4.3/(0.9～ 0.95)=4.77～4.53m。

B.截深

采煤机截深的选取与煤层厚度,煤层软硬,顶板岩性以及支架移架步距有关。现代化综采工作面应采用大型机械设备,其截深应保证工作面循环高产,设计为0.8m。

③牵引速度[1]

Vg=QH/(60MBKγ)

式中:采煤机所需牵引速度Vg,m/min;

工作面小时产量QH=5500t/18h=306t/h,按单面180万t/年计算;

采高M,取工作面平均煤层厚度4.0m;

截深B,0.8m;

实际工作利用时间系数K取0.3;

煤容重γ为1.34t/m3。

将以上数据代入公式:Vg=3.96m/min

选取采煤机的技术参数如表1。

(2)确定刮板输送机性能参数

①主要选型原则。

根据工作面日产量选定能力配套的输送机型号,运输能力应大于采机最大能力,取1.2倍;根据输送机的负荷确定链条数目,结合煤质硬度选择链子结构型式;输送机铺设长度应小于设计长度。

②输送机运力。

Qb=Qhf/(hk)

式中:工作面日产量Qh取5500t/天;

能力富裕系数f取1.2;

日工作时间h为18h;

开机率K取0.7。

将以上数据代入公式计算得:Qb=523.8t/h

所以刮板输送机的运输能力必须大于Qb=523.8t/h,才能满足生产需求。所选刮板输送机的技术参数如表2。

(3)工作面液压支架选型

①根据倍数岩重法，确定支架支护强度，其关系为[3]:q=n×M×r×g,KN/m2

式中;采高M为4.0m;

岩石密度r为2.5KN/m2;

不同条件下的倍数n;

重力加速度g为9.8m/s2。

一般认为,对于中等稳定顶板,可取n=6～8;对周期来压明显、顶板稳定的,应取n=9～11;来压极强烈的坚硬顶板,取n≥11[2]。8号煤顶板属于中等稳定顶板。

确定支护强度:

q=n×M×r×g=8×4.0×2.5×9.8=784KN/m2

②工作阻力：Q=P(b+L)B/n

式中:液压支架额定工作阻力Q,KN;支护强度P,取计算值784kN/m2;

端面距b,取0.437m;顶梁长度L,取4m;

支架中心距B,取1.5m;支架效率n,取0.98。

将以上数据代入公式:Q=5324.4kN

28306工作面选用的ZY5600支架的工作阻力为5600KN> 5324.4KN,故满足要求。根据工作面切眼长度布置160架。 ZY5600液压支架技术参数如表3。

3.结论

遵循三机配套选型原则,通过对西曲矿28306综采工作面的设备选型进行合理的验算,选取满足生产能力的MG400/920-WD型采煤机、SGZ-800/800型刮板输送机和ZY5600/21/46型支撑掩护式液压支架,经过实际生产证明所选择的设备完全能满足生产能力的要求,为近似地质赋存条件的矿井提供一定的参照。

摘要：根据不同地质赋存条件选择合理的综采设备是保证矿井生产的主要前提。通过对西曲矿28306综采工作面工程情况的详细验算,选择合理的满足生产能力的设备,并经过现场生产证明,所选设备完全可以满足生产要求,为以后其他煤层的设备选型及近似地质条件的矿井工作面提供借鉴。

关键词：综采工作面,设备,选型