经坊煤矿八采区某工作面“三机”配套核验

毕 焕

(山西省长治经坊煤业有限公司， 山西 长治 047100)

1 前言

经坊煤矿矿井井田面积30.74km2，目前开采3号煤层，共划分9个采区，现开采五采区和七采区，为保证矿井采区正常生产接续，需由八采区接替七采区生产，八采区面积4.5km2，采区设计生产能力1.80Mt/a，采区设计服务年限7.5a。

八采区煤尘具有爆炸性，煤层自燃倾向性为Ⅲ级，不易自燃。3号煤层瓦斯压力为0.09～0.12MPa，瓦斯含量为2.58～5.77m3/t，瓦斯含量为北翼采区高、南翼采区低。

八采区主采煤层的3号煤层厚度3.27～7.95m，平均5.8m，属厚煤层，且赋存稳定，煤层倾角1°～9°。该采区某工作面采用走向长壁全部垮落采煤法，综合机械化放顶煤开采工艺，该工作面长度200m，工作面采高平均2.60m，采放比为1∶1.2，工作面走向长度为900～3 225m。

2 矿井现有采煤设备

该工作面使用的采煤设备有采煤机MG300/700- WD型，工作面刮板输送机SGZ- 830/750型，液压支架ZF5800/16/30型及其他配套设备。采煤机采高1.3～3.7m,滚筒直径1.8m,装机功率698.5W，滚筒转速34.04r/min，最大牵引力580kN，牵引速度0～7.28m/min。该矿现已购置和使用的SGZ830/750型刮板输送机输送量为1 200t/h；ZF5800/16/30支撑掩护式放顶煤液压支架主中心距为1 500mm，宽度为1 430～1 600mm，初撑力5 236kN，工作阻力为5 800kN，高度为1 600～3 000mm。

3 “三机”配套核验

3.1 采煤机能力验算

1)采煤机生产能力

八采区设计生产能力1.80Mt/a，年工作日按330d，采用机头、机尾斜切进刀，双向割煤；生产劳动组织按“四、六”制安排，即每班6h，三班生产，一班准备、检修，日生产总时间为60×6×3=1 080min，采煤机开机率取55%，平均日产为5 454.5t/d。

(1)工作面日进度为[1]

S=K1×Q/(L×H×r×C)

(1)

式中：S——工作面平均日进度，m；

K1——采煤机能力系数，取1.2；

Q——工作面日产量，取5 454t/d；

L——工作面长度，取200m；

H——平均采高，取5.8m；

r——煤体密度，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)日循环次数n为

n=平均日进度/采煤机滚筒截深=4.3/0.8=5.4，取为6刀。

(3)采煤机的日切割总长度为

LJ=n×(L+2L1)

(2)

式中：LJ——采煤机切割总长度；

L——工作面长度，取200m；

n——日切割刀数，取6刀；

L1——斜切进刀切割或返回长度，取30m。

故LJ=6×(200+2×30)=1 740m。

(4)采煤机平均割煤速度Vc为

(3)

式中：Hf——综放工作面顶煤平均厚度，取3.2m；

Cf——顶煤回收率，取93%；

Lf——沿工作面方向放顶煤面长，取190m；

Q——工作面平均日产量，按5 454.5t/d考虑；

HC——平均割煤高度，2.6m；

B——采煤机截割深度，0.8m；

γ——实体煤密度，取1.40t/m3；

CC——工作面采煤机割煤回收率，取95%；

L——工作面长度，取200m；

I——采煤机开缺口行程，取45m；

Td——采煤机返向辅助时间，取5.0min；

k——采煤机开机率，取55%。

代入参数计算得Vc=2.64m/min。

2)采煤机落煤能力验算

Qc=60×B×Hc×Vc×γ×C

(4)

式中：B——采煤机截割深度，取0.8m；

Hc——平均割煤高度，取2.6m;

Vc——采煤机平均割煤速度；

γ——煤的密度；

C——工作面采煤机割煤回收率，取95%。

因此，采煤机落煤能力Qc为60×0.8×2.6×2.64×1.40×0.95=438.2t/h。

3)采煤机最大割煤速度和最大生产能力

(1)采煤机最大割煤速度为[2]

Vmax=Kc·Vc

(5)

式中：Vmax——采煤机最大割煤速度，m/min；

Kc——采煤机割煤不均衡系数，取1.5。

则Vmax=1.5×2.64=3.96m/min。

(2)采煤机最大生产能力

Qmax=Kc·Qc

(6)

式中：Qmax——采煤机最大落煤量，t/h；

Kc——采煤机割煤不均衡系数，取1.5。

则Qmax=1.5×438.2=657.3t/h

4)采煤机装机功率

N=60Kb·B·H·Vmax·Hw

(7)

式中：N——采煤机装机功率，kW；

Kb——备用系数，取1.5；

Hw——采煤机割煤单位能耗，按铁法、晋城等矿区实测，Hw=0.55～0.85kW·h/m3，这里取Hw=0.85kW·h/m3。

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

根据以上计算，该煤矿已购置在用的MG300/700- WD型双滚筒采煤机能够满足八采区生产需要。

3.2 工作面液压支架工作阻力核验

支架支护高度按开采煤层的结构、煤层厚度变化范围确定。根据可采煤层的厚度及采高，同时考虑设备现状，设计确定回采工作面支架最小支撑高度为1.6m，最大支撑高度为3.0m。

目前我国计算放顶煤支架支护强度所采用的公式不尽相同，本处采用充填采空区的垮落岩石厚度来计算放顶煤支架的支护强度，其计算公式为

(8)

式中：Kd——动载系数，一般取1.4；

M——综放工作面采高，取5.80m；

Kp——顶板岩石碎胀系数，取1.40；

γ——顶板岩石体积密度，取25kN/m3。

支护强度确定后，根据配套尺寸、支架的顶梁长度、空顶距算出支架工作阻力为

P=q(Lk+LD)B

(9)

式中：P——支架工作阻力，kN；

q——支架的支护强度，kN/m2；

LK——控顶距，取0.8m；

LD——顶梁长度，取5.0m；

B——支架宽度，取1.5m。

支架工作阻力为4 416kN。

通过以上计算，支架工作阻力宜大于4 416kN，矿山现有的ZF5800- 16/30型掩护式液压支架可以满足支护要求。但由于八采区煤层埋深较大，建议加强顶板观测，适当加大支架工作阻力。

3.3 刮板输送机能力

(1)刮板输送机的能力应与放煤能力相适应，根据采放平行作业的要求，工作面平均放顶煤速度Vf为

(10)

式中：Vf——工作面平均放顶煤速度，m/min；

Lf——工作面放顶煤区段长度，取190m；

L——工作面的长度，取200 m；

LS——刮板输送机弯曲段长度，取35m；

Lm——采煤机两滚筒中心距，取7.8m；

td——采煤机的反向辅助时间，取5.0min；

tdt——工作面端头作业时间，取10.0min；

t1——工作面放顶煤辅助工序时间，取25.0min；

VC——采煤机最大割煤速度，取3.96m/min。

则Vf=2.71m/min。

(2)工作面平均放顶煤能力Qf为

Qf=60·Hf·B·Cf·γ·(1+Cg)·Vf

(11)

式中：Qf——工作面平均放顶煤能力，t/h；

Hf——放顶煤高度，3.2m；

B——采煤机滚筒截深，0.8m；

Cf——放顶煤的回收率，取93%；

γ——煤的密度，1.40t/m3；

Cg——放顶煤的含矸率，取15%；

Vf——工作面平均放顶煤速度，2.71m/min。

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

(3)刮板输送机能力Qh为

Qh≥Kf·Ky·Qf

(12)

式中：Qf——工作面平均放顶煤能力，t/h；

Kf——工作面放顶煤不均匀系数，取1.25；

Ky——运输方向及倾角修正系数，取1.2。

则Qh≥1.25×1.2×623.3=934.95t/h。

根据以上计算，按照输送机应满足的后部放煤能力要求，并考虑到割煤和放煤步距为0.8m，SGZ830/750型刮板输送机满足生产需要。

4 结论

工作面的“三机”选型至关重要，对保障工作面的安全生产至关重要。在对经坊煤矿八采区工作面选择的“三机”进行理论核验，核验结果表明，所选“三机”设备，能满足该工作面安全生产。