同煤集团千万吨矿井单面年产15Mt综放工作面设备选型

同煤集团千万吨矿井单面年产15Mt综放工作面设备选型宋银林1,于忠厚1,刘新华2(1．大同煤矿集团有限责任公司,山西大同037003;2．天地科技股份有限公司开采设计事业部,北京100013)[摘　要]　为进一步提高千万吨矿井综放工作面单面年产量和顶煤回收率,依托千万吨矿井已成熟的设备选型基础和使用经验,通过优化设备选型和应用先进技术,提高工作面推进速度和顶煤回收率,实现千万吨矿井综放工作面单面年产量达到15Mt的目标,项目成功实施后将推广应用到其他千万吨矿井,为集团公司的产业升级发挥更大作用。[关键词]　单面年产15Mt;综放工作面;设备选型[中图分类号]TD822　[文献标识码]A　[文章编号]1006-6225(2016)06-0042-04EquipmentSelectionofFullyTopCoalCavingSingleWorkingFacewithAnnualProduction15MtinTenMillionTonMineofTongCoalCorporationSONGYin-lin1,YUZhong-hou1,LIUXin-hua2(1．DatongCoalMineCorporationCo．,Ltd．,Datong037003,China;2．CoalMining&DesigningDepartment,TiandiScience&TechnologyCo．,Ltd．,Beijing100013,China)Abstract:Inordertoimprovesinglefaceannualproductionandtopcoalrecoveryoffullytopcoalcavingworkingfaceoftenmilliontonmine,basedonmaturedequipmentselectionfoundationandapplicationexperienceoftenmilliontonmine,accordingoptimale-quipmentselectionandappliedadvancedtechniques,thenworkingfaceminingspeedandtopcoalrecoverywereimproved,thentheaimthatannualproduction15Mtofsingleworkingfaceoffullytopcoalcavingfaceoftenmilliontonmine,theexperienceswouldbeappliedinothersimilarmineaftersuccessful,itwouldplayanimportanteffectforcorporationindustriesupgrade．Keywords:annualproduction15Mtinoneworkingface;fullytopcoalcavingworkingface;equipmentselection[收稿日期]2016-06-02[DOI]10．13532/j．cnki．cn11-3677/td．2016．06．012[基金项目]国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(2014CB046302)[作者简介]宋银林(1968-),男,山西大同人,高级工程师,现任同煤集团副总工程师,主要从事煤矿机电管理、研究工作。[引用格式]宋银林,于忠厚,刘新华．同煤集团千万吨矿井单面年产15Mt综放工作面设备选型[J].煤矿开采,2016,21(6):42-45．　　同煤集团作为我国重要煤炭能源生产基地,规划建设11个千万吨矿井,经过十多年时间,已建成投产数个千万吨矿井。按照当初的矿井设计能力,投产的千万吨矿井单面年产量多为10Mt左右。为进一步提高顶煤回收率和单面产量,从而有效降低吨煤成本,集团公司计划在已成熟的千万吨综放工作面设备选型的基础上,通过对部分设备优化选型设计和应用先进技术,实现单面年产量达到15Mt,项目试验成功后将在其他千万吨矿井推广应用。1　试验工作面概况二盘区3-5号煤层8404工作面煤层结构复杂,夹层岩性主要为泥岩、炭质泥岩及高岭质泥岩,煤体结构为碎裂煤,煤层总厚15．75~25．07m,平均厚度19．59m。煤层倾角较缓,在1~7°之间,平均倾角4°。工作面基本顶为粗砂岩、中细砂岩,厚度5．71~12．54m,平均厚度8．34m,岩性特征为灰白色;直接顶为泥岩、细砂岩,厚度1．79~6．18m,平均厚度3．81m;伪顶为炭质泥岩、泥岩,厚度0~0．43m,平均厚度0．21m;直接底为高岭质泥岩、泥岩,厚度1．15~3．49m,平均厚度2．13m;老底为粉砂岩、细砂岩,厚度4．05~8．92m,平均厚度5．84m。试验工作面参数:倾向长度为220m(实体煤),切眼宽度9．2m,高度3．7m;运输巷走向长度4485m,宽度5．4m,高度3．6m;回风巷走向长度4351m,宽度5．2m,高度3．7m;采煤机截深865mm,最大采高4m,平均放煤厚度15．59m,采放平行作业。2　工作面生产能力估算(1)割一刀煤产量Qg=L·Bg·Hg·γ·Kg24第21卷第6期(总第133期)2016年12月煤　矿　开　采COALMININGTECHNOLOGYVol．21No．6(SeriesNo．133)December　2016式中,Qg为割一刀煤产量;L为工作面长度;Bg为采煤机截深;Hg为采煤机平均割煤高度;γ为煤容重;Kg为采煤机割煤回收率。则:Qg=220×0．865×4×1．34×0．95=969(t)(2)放一次顶煤产量Qf=L·Bf·Hf·γ·Kf式中,Qf为放一次顶煤产量;Bf为放煤步距;Hf为平均放煤高度;Kf为平均放煤回收率。则:Qf=220×0．865×15．59×1．34×0．75=2981(t)(3)割一刀煤与放一次顶煤总产量Qx=Qg+Qf=969+2981=3950(t)(4)采煤机割一刀煤所需时间割煤速度6m/min时,割一刀煤所需时间为37min,端头部辅助时间为18min,割一刀煤共需时间为55min,采煤机开机率约为80%,采用“三八制”作业,则每天可割煤14刀。(5)工作面年产量年工作时间276d,采放平行作业,则年产量为:Q=14×276×3950=1．526×107(t)。3　15Mt综放工作面设备选型3．1　前后部运输机与巷道运输设备选型3．1．1　前部运输机选型为节约投资和项目的推广应用,占综采装备总投资60%以上的中部液压支架主要参数不变,即工作面最大采高4m不变,即前部运输机、采煤机其功率与能力均可不变。前部运输机功率2×1050kW,内宽1000mm,运输能力2500t/h。3．1．2　后部运输机选型通过对千万吨矿井综放工作面设备运行情况和开采现状进行研究分析,单面年产由10Mt提高到15Mt,最经济可行的办法是进一步提高工作面推进速度和顶煤回收率,而顶煤放出时间一直是制约推进速度的主要原因,缩短顶煤放出时间和提高顶煤回收率最有效的办法是加大后部运输机宽度和提高后部运输机运输能力。3．1．2．1　满足放煤速度的后部运输机能力确定与采煤机割煤速度相适应的平均放煤速度:Vf=Vc·50Dd+50·1m式中,Vf为沿工作面平均放煤速度,m/min;Vc为采煤机平均割煤速度;m为放煤步距与采煤机截深比;Dd为端头作业影响时间。Vf=6×5018+50×1=4．41(m/min)Qh=60·m·Bf·Hf·Kf·(1+Ck)·γ·Vf式中,Qh为工作面平均放煤量;Ck为煤中含矸率。则Qh=60×1×0．865×15．59×0．75×(1+0．1)×1．34×4．41=3945(t/h)满足工作面放煤的后部输送机的输送能力为:Qy≥Kb·Qh=1．2×3945=4734(t/h)式中,Kb为放煤量不均衡系数,取1．2。综上,圆整后后部运输机运输能力不小于5000t/h。3．1．2．2　后部运输机装机功率的确定刮板输送机电机功率可按下式确定:　N=K·K1·K2·[2q0f1cosβ+q(f2cosβ-sinβ)]v1L102η式中,η为传动装置效率;K为电机功率备用系数,一般取1．1~1．3;K1为链条绕过链轮时的附加阻力系数;K2为拉后溜时中部槽弯曲附加阻力系数;q0为链条每米重量,取177kg/m;f1为链条运行阻力系数,一般取0．25~0．35;β为工作面倾角;f2为煤在槽中运行阻力系数,一般取0．6~0．8;q为每米中部槽煤量,q=Qy/(3．6·Vl),取902kg/m;v1为刮板链速,1．54m/s。将各参数代入可得:N={1．2×1．1×1．1×[2×177×0．3×cos4°+902×(0．65×cos4°-sin4°)]×1．54×220}/(102×0．95)=3188(kW)根据计算结果同时考虑工作面不确定因素,确定总功率应不小于3200kW。最终确定后部运输机能力不小于5000t/h,装机功率不小于3200kW,槽宽1400mm。3．1．3　转载机选型转载机的功能是把前后部运输机卸载的原煤转运到胶带机上,为实现采煤与放煤平行作业从而提高工作面推进速度,综合考虑巷道宽度、巷道支护、胶带机能力、工作面年产量等最终确定转载机能力。转载机运输能力按下式计算:　　Qz≥Qm+Qh+(Kb-1)2·Q2h+(Kc-1)2·Q2m式中,Qz为转载机能力;Qm为采煤机平均落煤能力,取正常割煤速度为6．0m/min时的落煤能力,1057t/h;Kc为采煤机割煤速度不均匀系数,1．2。则Qz=1057+3945+(1．2-1)2×39452+(1．2-1)2×10572=5859(t/h)计算确定转载机运输能力不小于6000t/h,对应转载机装机功率800kW,转载机内宽1600mm,34宋银林等:同煤集团千万吨矿井单面年产15Mt综放工作面设备选型2016年第6期链速1．97m/s。3．1．4　破碎机选型为不使破碎机成为运煤系统中的瓶颈,破碎机功率确定为700kW。3．1．5　自移机尾与胶带运输机选型与1．6m转载机和1．6m巷道胶带机配套使用,自移机尾选用型号为SMB-1600/3500。巷道胶带运输机带宽确定为1．6m,运输能力5000t/h,带速4．5m/s,带强2000N/mm,电压等级3300V,装机功率4×855kW,电机选用变频一体机,头部与中部各安装两驱动。3．2　液压支架选型3．2．1　中部液压支架选型在成套综采设备中,液压支架投资约占总投资的60%以上,而中部支架占成套液压支架总投资的90%以上,已建成投产的千万吨矿井,中部支架型号为ZF15000/27．5/42,该型号支架在千万吨矿井成功推广应用多年,为节约投资和便于项目的推广应用,中部支架仅在原有的基础上进行优化设计,以满足15Mt项目4485m超长走向工作面的采煤需求,同时保持与原有设备的互换性,方便管理和降低设备的使用成本。中部支架与采煤机、运输机配套断面见图1。图1　中部断面三机设备配套3．2．2　机头机尾过渡支架选型因配套要求,过渡支架控顶面积增加,为不降低支护能力,过渡支架工作阻力确定为14000kN。为加大过渡支架尾梁后部的支护空间以满足后部运输机电机、减速器外形尺寸增加后的支护需求,过渡支架最小高度确定为2900mm,过渡支架型号确定为ZFG14000/29/42型正四连杆过渡支架,支护强度1．16MPa,机头、机尾过渡断面配套见图2。3．2．3　特殊中部支架选型为减少投资和项目推广应用,中部支架只进行优化设计,支架外形尺寸和配套尺寸不变,但后部运输机减速器与电机外形尺寸的增加导致机头机尾过渡段前后部运输机配套中心距7750mm与中部断图2　机头机尾过渡断面三机设备配套面前后部配套中心距6900mm相差太大,导致靠近过渡支架的部分中部架尾梁不能完全掩护后部运输机,且后部运输机弯曲段半径太小会导致磨损增加、使用寿命降低。为了解决这个难题,综合各种因素,最终确定在机头机尾过渡架与正常中部