关于哈密大南湖五号井首采工作面综采设备选型方案的补充说明

-1-关于哈密大南湖五号矿井首采工作面综采设备选型方案的建议新疆公司：哈密大南湖五号井首采工作面煤层在赋煤区域内结构属简单—较简单、水文条件属极复杂型，煤层顶、底板岩石岩体质量破碎-差，岩石稳定性属差-较稳定。顶板：18煤层顶板以砂质泥岩、细、粗粒砂岩、砂砾岩为主，饱和抗压强度低，淋水大，易冒落，硬度f2-f3。底板：以砂质泥岩、细砂岩、粗粒砂岩为主，遇水软化膨胀，硬度f2-f3。煤层情况：首采工作面走向长1500m，倾向长度200m（煤实体长度）,煤层倾角平均5°，最大6°，走向倾角平均±4°，最大仰采角6°，最大俯采角6°。煤层厚度平均2.75m，煤层最大厚度3.5m，煤层最小厚度1.8m。煤层硬度f2-f3，夹矸硬度f3-f4。工作面采高为2.4—3.5m。鉴于以上工作面地质条件，结合周边矿井设备运行情况，经哈密公司相关专业人员多次讨论商议“三机”选型方案，建议首采工作面装备作如下选型：一、首采区工作面三机选型工作面三机选型除按常规选型外，针对本矿而言，应重点考虑以下因素：1、在一、二盘区回采，开采高度主要考虑18、19煤层，主要回采高度为3.5m以内的煤层；2、煤层顶、底板稳定性为差—较稳定，底板遇水易软化，-2-顶板易冒落，不利于应用大工作阻力支架，大工作阻力支架重量大，对底板比压大，支架易插底。为防止工作面支架插底，除考虑支架有抬底装置外，另需考虑轻型、快速移架。3、地下水矿化程度较高，水质较差，地下水pH大于7，要考虑防腐防锈。二、液压支架选型（一）液压支架选型原则1、支护强度与工作面矿压相适应；2、支架结构与煤层赋存条件相适应；3、支护断面与通风要求相适应。（二）影响液压支架选型的主要因素煤层顶（直接顶和老顶）、底板岩性，煤层可采厚度，煤层倾角及瓦斯含量等。（三）液压支架性能参数的选取1、支架支撑高度按经验公式确定Hmax=Mmax+0.2mHmin=Mmin-（0.25～0.35）m式中Hmax、Hmin——支架的最大、最小结构高度，m；Mmax、Mmin——煤层最大、最小开帮高度，m；一、二盘区18煤层大部分煤层厚度在3.5m以下，19煤层大部分煤层厚度在在4.0m以下，为防止支架工作面插底，考虑留设一定的底煤，最大开采厚度宜控制在3.5m。为适应煤层厚度变化及局部冒顶等情况，防止支架顶空倒架，保证支架发挥正常支护作用。支架的最大高度取3.5+0.2=3.7m。-3-2、支架支护强度的计算本矿井附近没有类似的生产矿井，更没有实测数据。因此设计按估计法来计算支架工作阻力。（1）按经验公式P=(6～8)×m×γ计算式中m——采高，3.5m；γ——顶板岩石容重，取2.6t/m3。P=(6～8)×m×γ=7×3.5×2.6=63.7t/m2=0.64MPa。（2）按经验公式P=n×m×γ/(k-1)计算式中m——采高，3.5m；γ——顶板岩石容重，取2.6t/m3；k——顶板岩石碎胀系数，1.1～1.3，取1.25；n——老顶周期来压不均衡的安全系数，取2。P=2×3.5×2.6/(1.25-1)=71.3t/m2=0.71MPa。综合两种估算方法，支架支护强度要大于0.71MPa。3、支架工作阻力的确定根据支护强度、配套设备尺寸、支架顶梁长度和空顶距计算支架工作阻力如下：Q＝p×（LK+LD）×B×/η1×103＝0.71×（4+0.3）×1.5/0.85×103＝5388kN/架式中p——支架支护顶板压强，（0.71MPa）；B——架间距，取1.5m；LK——端面距，0.3m；LD——顶梁长度，4.0m；η——支护效率，0.85。-4-根据支架支护强度的计算，借鉴国内高产高效工作面的开采经验，结合行业标准工作阻力系列，推荐工作阻力选择6800kN，考虑轻型、快速，可以偏小点。（四）支架选择根据上述计算和分析，最大工作阻力6800kN，最大高度3.7m，最低高度1.8m，建议使用支撑掩护式支架，高度1.8-3.8M,支架工作阻力为4600-6800Kn,顶底板承压比大于2。（五）支架数量投产工作面长度为200m，液压支架中间架需要131架（7架备用）；过渡支架为机头布置2架过渡支架、1架端头架；机尾布置3架过渡支架；运输顺槽布置1组机巷超前支架，回风顺槽布置1组风巷超前支架。中部支架采用及时支护方式，过渡支架采用不及时支护方式。三、采煤机选型（一）选型原则1、适合特定的煤层地质条件，并且采煤机采高、截深、牵引速度等参数选取合理，有较大的使用范围；2、满足工作面开采生产能力要求，采煤机实际生产能力要大于工作面设计生产能力10%～20%；3、与液压支架和刮板输送机相匹配。（二）影响采煤机选型的主要因素煤层的力学特性、厚度和倾角，工作面生产能力，是影响采煤机选型的主要因素。（三）采煤机性能参数的确定-5-1、工作面生产能力投产初期按工作面长度分别按200m考虑，达产按两个工作面计算，一盘区18煤层平均厚度2.75m，设计采用一次采全高开采。根据钻孔揭煤厚分析统计，投产18煤层第一个工作面煤厚平均3.05m。投产111801工作面，工作面生产能力按下式计算：工作面日产量：A1＝L×L´×γ×H×C（一次采全高）t式中L——工作面长度，200m；L´——循环进度，0.80m；L1——年工作日，330m；n——日循环数，12；C——工作面回采率，厚煤层取93%；η——循环率，80%；H——工作面开采高度，3.05m（工作面多钻孔统计平均值）；γ——煤的容重，1.38t/m3。工作面年产量A：A＝A1×n×L1×η×10—6Mt/a循环产量：A＝200×0.80×1.38×3.05×0.93＝626.3t日产量：A1＝626.3×12＝7516t/d年产量：A＝7516×330×0.80×10—6≈1.98Mt/a两个面达产4Mt/a。2、采高：采煤机的采高Ht应与煤层厚度M的变化范围相适应，由于浮煤和顶板下沉的影响，工作面的实际高度会在开采-6-过程中变小，为保证采煤机能够正常工作，采高Ht与煤层厚度M应保持下列关系Mmin＝（1.1～1.2）Htmin=1.1×1.8=2.0mMmax＝（0.9～0.95）Htmax=0.92×3.7=3.4m式中Htmin——采煤机最小采高，取液压支架最小支撑高度1.8m。Htmax——采煤机最大采高，取液压支架最大支撑高度3.7m。2、截深：截深选取与煤层厚度、煤层软硬、顶板岩性以及支架移架步距等有关。3、牵引速度：根据工作面生产能力来选择。⑴采煤机牵引速度确定2Mt/a工作面日循环数n（投产18煤层为12），采用“四六制”作业方式，即三个班出煤，一个班准备、检修，采煤机每个循环的平均作业时间为：t＝3×T×60/n＝3×5.5×60/12＝82.5min。式中t——采煤机每个循环的作业时间，h；T——每个采煤班正常工作时间（每班时间扣除交接班时间），5.5h。采煤机头尾运行一次的正常割煤时间：（200-33×2）÷8＝16.75min采煤机辅助运输时间包括滚筒换向、翻转挡煤板、斜切进刀等时间，可按割煤时间的30%计算，为5.025min。采煤机截煤时的平均牵引速度按下式计算：-7-V＝（L+2L1）/（t-t1）＝（200-2×33）/（82.5-5.025）＝1.73m/min式中V——采煤机牵引速度，m/min；L——工作面长度，200m；L1——采煤机及斜切进刀长度，采煤机机身长度和刮板输送机弯曲段长度两倍之和，取33m；t1——辅助工作时间，可按正常割煤时间的30%计算，取5.025min。⑵采煤机生产能力计算采煤机正常割煤时的理论生产率估算公式如下：Q＝60HBVρC＝60×3.05×0.8×1.73×1.38×0.95＝332t/h式中Q——采煤机理论生产率，t/h；H——工作面煤层平均采高，取3.05m；B——采煤机滚筒截深，取0.8m；V——采煤机截煤时的平均牵引速度，取1.73m/min；ρ——煤的实体密度，18煤层1.38t/m3；C——工作面回采率，取0.95。⑶采煤机最大割煤速度和最大生产能力采煤机最大割煤速度：Vmax＝KcV＝1.3×1.73＝2.25m/min采煤机最大生产能力：Qmax＝KcQ＝1.3×332＝432t/h式中Vmax——采煤机最大割煤速度，m/min；-8-Qmax——采煤机最大落煤量，t/h；Kc——采煤机割煤不均衡系数，取1.3。④装机功率：采煤机装机功率大小决定采煤机在具体条件下可能达到的生产率。根据国内外生产经验，开采1吨较硬的煤所需能量为0.6～0.8kW·h，工作面要求采煤机最大割煤能力为432t/h，故采煤机总功率可以采用比能法进行计算。P＝QmaxHw＝432×0.7＝302.4kW式中P——装机功率，kW；Qmax——采煤机的最大生产能力，432t/h；Hw——采煤机单位能耗，本矿井煤层硬度适中，设计取中间值为0.7kW·h/t。（四）采煤机选择考虑后期产能增大，建议使用大功率EL2000型采煤机；与刮板输送机相配套（相对较新运输机），如果没有该采煤机，以性能状况较好的刮板运输机配其它采煤机。四、刮板输送机选型（一）可弯曲刮板输送机选型原则1、可弯曲刮板输送机的运输能力应大于采煤机最大生产能力的1.2倍；2、要根据刮板链的负荷确定链条数目，结合煤质硬度选择链子结构型式；3、应优先选用短机头和短机尾；4、应优先选用双电机双机头驱动方式；-9-5、应满足采煤机的配套要求。（二）可弯曲刮板输送机运输能力的确定1、可弯曲刮板输送机技术参数⑴输送能力按照采煤机割煤平均落煤能力确定刮板机输送能力，通常考虑到工作面输送条件较差，工作面输送机的实际运输能力应为平均落煤能力的1.2倍，则工作面刮板输送机能力应均具备的输送能力为，则：Qq＝Q×1.2＝432×1.2＝518.4t/h式中Qq——工作面刮板输送机能力，t/h；Q——采煤机的理论生产能力，432t/h；⑵刮板输送机铺设长度刮板输送机的铺设长度首采面200m，后期考虑达产使用，考虑300m并将剩余量作为备用。⑶刮板输送机功率工作面输送机的重段、空段阻力W1与W2为W1＝q0L（f1cosα－sinα）＋qL（f2cosα－sinα）＝90×200×（0.7×cos0-sin0）+110.8×200×（0.4cos0－sin0）＝214640NW2＝qL(f2cos0＋sin0)＝110.8×200×（0.4cos0+sin0）＝88640N式中W1、W2——重段、空段阻力，N。q0——刮板输送机每米刮板链的重量，kg/m。q——每米刮板输送机负荷，q＝Qq/3.6V，V为链速(m/s)，-10-q＝518.4÷（3.6×1.3）＝110.8，kg/m；L——刮板输送机的铺设长度，200m；f1——煤与刮板之间的摩擦因数，取0.7；f2——金属板之间的摩擦因数，取0.4；α——输送机的倾斜坡度，近水平。刮板输送机运行阻力为：W0＝1.1×Wf（W1+W2）＝1.1×1.1×（214640+88640）＝366968.8N式中W0——刮板链的牵引力，N；Wf——刮板输送机溜槽弯曲度段的附加阻力系统，取1.1；刮板输送机的装机功率为：Nmax＝W0×v/η/1000＝366968.8×1.3÷0.83÷1000＝575kW式中η——传动装置的效率，取0.83；（三）可弯曲刮板输送机选择1、根据上述计算，建议可弯曲刮板输送机选择总装机功率大于600kW，运输能力600t/h（近水平）。刮板输送机的铺设长度根据投产工作面长度考虑200m，因后期达产长度约为300m，建议使用大功率并提前多进，还可做为备用。2、刮板运输机：建议使用新制的或结构完好的刮板运输机，因水腐蚀性较强磨损超常。五、其他设备选型1、转载机：且运煤量超800t/h，建议使用新制的或结构完-11-好的转载机机2、破碎机：与转载机相配套，破碎机不宜选用大型重型，因底板较软。3、自移式机尾：与DSJ120/100/2X250皮带运输机、转载机相配套。特此建议，批示为盼！哈密能源公司2015年12月7日