神東煤炭公司榆家粱煤礦   武子生

神東煤炭公司科技中心     張日晨

 

摘  要  介紹了榆家粱煤田4-2煤層情況，根據(jù)國(guó)內(nèi)外綜采技術(shù)及裝備的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了加長(zhǎng)工作面長(zhǎng)度，增加工作面可采儲(chǔ)量，提高工作面單產(chǎn)，減少工作面搬家次數(shù)的可行性，同時(shí)介紹了榆家粱煤礦300m工作面的設(shè)備選型及試采情況。

關(guān)鍵詞  300m工作面  可采儲(chǔ)量  設(shè)備選型  裝機(jī)功率
   神東煤炭公司榆家粱煤礦井田面積56.66km²，井田范圍內(nèi)經(jīng)濟(jì)可采煤層2層，其中4^-2煤局部可采，5^-2煤全區(qū)可采，礦井可采儲(chǔ)量2.7億t。礦井開拓方式為斜井、平峒分層聯(lián)合開拓。具體方式是，在4^-2煤、5^-2煤分層布置開拓巷道，主運(yùn)輸系統(tǒng)通過(guò)煤倉(cāng)，供、排水系統(tǒng)把4^-2煤和5^-2煤聯(lián)系起來(lái)，工控、通訊及安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)鉆孔把兩層煤聯(lián)系起來(lái)，通風(fēng)系統(tǒng)、輔助運(yùn)輸系統(tǒng)和供電系統(tǒng)則均為分層獨(dú)立布置。4^-2、5^-2煤大巷均布置在各自的煤層中，回采工作面呈條帶式分別布置在大巷兩側(cè)。礦井各煤層中均無(wú)沼氣涌出，但各層煤的煤塵均具有爆炸性，煤層具有自燃發(fā)火性，發(fā)火期為3～6個(gè)月。礦井2001年1月投產(chǎn)，一期井型設(shè)計(jì)能力為8.0Mt/a，礦井生產(chǎn)組織為1套綜采、2套連采。2003年8月～2004年3月對(duì)礦井進(jìn)行了技術(shù)改造，改造后的礦井生產(chǎn)能力為16.0Mt/a，礦井生產(chǎn)組織為2套綜采、4套連采，全礦在冊(cè)人數(shù)為482人。

 

1            300m工作面在礦井4^-2煤層的應(yīng)用背景

礦井4^-2煤因火燒及周邊小煤窯的破壞僅局部可采，可采區(qū)位于井田東部中央，分布在大巷兩翼1200～2100m范圍內(nèi)，可布置工作面的退采長(zhǎng)度為1070～1450m，煤層平均厚度3.5m。如果按傳統(tǒng)的240m長(zhǎng)度工作面布置，每個(gè)工作面儲(chǔ)量為105～143萬(wàn)t，工作面月產(chǎn)量按50萬(wàn)t計(jì)算，每個(gè)工作面可采期為2～3個(gè)月，每年工作面需搬家倒面4～5次。為了確保工作面穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，只有謀求增加工作面單產(chǎn)可采儲(chǔ)量，而最有效的方法之一就是加長(zhǎng)工作面長(zhǎng)度。

20世紀(jì)90年代以來(lái)，世界上先進(jìn)產(chǎn)煤國(guó)家如美國(guó)、澳大利亞、德國(guó)、英國(guó)和南非等，為了大幅度提高工作面產(chǎn)量和工效，降低煤炭生產(chǎn)成本，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，提高經(jīng)濟(jì)效益，在長(zhǎng)壁綜采工作面裝備上進(jìn)行了一系列卓有成效的改革，從而形成了生產(chǎn)能力大、自動(dòng)化程度高、安全可靠、工作面單產(chǎn)和工效成倍提高的新一代高產(chǎn)高效綜采工作面設(shè)備。高產(chǎn)高效綜采設(shè)備的使用和推廣，使礦井的生產(chǎn)發(fā)生了較大的變化，實(shí)現(xiàn)了一礦一井一面的高度集約化生產(chǎn)。現(xiàn)在，國(guó)外高產(chǎn)高效工作面長(zhǎng)度已達(dá)到450m，工作面最大推進(jìn)長(zhǎng)度達(dá)到6km，最大采高達(dá)到6.0m。

神東公司組團(tuán)考察了德國(guó)DSK公司Auguste Victoria煤礦435m長(zhǎng)的綜采工作面，南非Matla二礦6m大采高綜采工作面及澳大利亞Newlands礦自動(dòng)化綜采工作面。對(duì)工作面的裝備水平、配套能力、工藝選擇、勞動(dòng)組織、安全管理自動(dòng)化程度以及礦井系統(tǒng)能力的配套等進(jìn)行了系統(tǒng)的考察，為神東公司走新型工業(yè)化道路，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的全面升級(jí)提供了理論依據(jù)。

 

2            300m綜采長(zhǎng)壁工作面設(shè)備選型

2.1            工作面條件

工作面編號(hào)為44202，工作面設(shè)計(jì)長(zhǎng)度297m，工作面退采長(zhǎng)度1070m，所開采的是榆家梁4^－2煤層；4^－2煤是侏羅紀(jì)煤層，平均埋深117m，煤層厚度3.13～3.65mm，平均厚度3.2m，煤層傾角1°左右；頂板為泥質(zhì)粉沙巖，中等穩(wěn)定；底板為沙質(zhì)泥巖。

2.2            設(shè)備選型

原則上，設(shè)備從神東公司已有的設(shè)備中選型，該面不購(gòu)置新引進(jìn)設(shè)備。

2.2.1 采煤機(jī)的選型

根據(jù)煤層條件，選用JOY6LS5型采煤機(jī)，主要技術(shù)特征如下：

采煤機(jī)型號(hào)：      JOY6LS5

總裝機(jī)功率/kW：   1500

滾筒直徑/mm：      2200

截深/mm：          865

適應(yīng)采高/mm：      2200～4400

機(jī)面高度/mm：      1804

生產(chǎn)能力/t·h^-1：      2800～3000

2.2.2  刮板輸送機(jī)的選型

根據(jù)選用的采煤機(jī)在該面條件下的最大生產(chǎn)能力選擇刮板輸送機(jī)的小時(shí)運(yùn)輸能力，再根據(jù)計(jì)算出的采煤機(jī)小時(shí)生產(chǎn)能力及工作面長(zhǎng)度計(jì)算刮板輸送機(jī)的裝機(jī)功率，依據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇適用于該工作面的輸送機(jī)。

計(jì)算采煤機(jī)生產(chǎn)能力：

Q_C＝60H·b·v·γ

＝60×3.65×0.865×8×1.4＝2122 t/h.

式中：Q_C — 采煤機(jī)小時(shí)生產(chǎn)能力，t/h；

H — 工作面最大采高，取3.65m；

b — 截深，取0.865m；

v — 采煤機(jī)截煤平均牽引速度，取8m/min；

γ — 實(shí)體煤密度，取1.35t/m³。

按照采煤機(jī)的小時(shí)生產(chǎn)能力確定工作面刮板輸送機(jī)輸送能力。通�？紤]到工作面輸送條件較差、片幫煤等因素，工作面刮板輸送機(jī)的運(yùn)輸能力應(yīng)為采煤機(jī)小時(shí)生產(chǎn)能力的1.1倍。

1）刮板輸送機(jī)的輸送能力。

Q_S＝Q_C×1.1＝2122×1.1＝2334 t/h.

2) 刮板輸送機(jī)的鋪設(shè)長(zhǎng)度。

刮板輸送機(jī)的鋪設(shè)長(zhǎng)度應(yīng)大于工作面長(zhǎng)度，工作面長(zhǎng)度300m時(shí)，刮板輸送機(jī)的鋪設(shè)長(zhǎng)度約為305m左右，其精確長(zhǎng)度在詳細(xì)配套設(shè)計(jì)時(shí)確定。

3）刮板輸送機(jī)功率。

刮板輸送機(jī)功率根據(jù)工作面傾角、鋪設(shè)長(zhǎng)度、輸送量大小等條件按以下公式計(jì)算：

N ＝

 ＝

 ＝1490 kW.

式中：N — 刮板輸送機(jī)裝機(jī)功率，kW；

K — 考慮刮板鏈繞過(guò)兩端鏈輪時(shí)的附加阻力系數(shù)，取1.1；

K₁ —考慮水平彎曲時(shí)刮板鏈與中部槽側(cè)幫之間的附加阻力系數(shù)，取1.12；

q — 貨載每米重量，㎏/m�？砂聪率接�(jì)算：

     q＝ ＝ ＝491.2 ㎏/m

Q_S —刮板輸送機(jī)的輸送能力，2334 t/h；

V — 鏈速，1.32m/s；

ω— 煤在溜槽中的運(yùn)行阻力系數(shù)，取0.4；

β— 工作面傾角，取0°；

q₀— 刮板鏈每米重量，160㎏/m；

ω’—刮板鏈在溜槽中的運(yùn)行阻力系數(shù)，取0.2；

L — 刮板輸送機(jī)鋪設(shè)長(zhǎng)度,按305m計(jì)算；

g — 重力加速度，取9.8m/s²；

η— 傳動(dòng)裝置效率，取0.85；

± — 向上運(yùn)輸用“+”號(hào)，向下運(yùn)輸用“-”號(hào)

4）計(jì)算結(jié)果。

通過(guò)計(jì)算，在工作面長(zhǎng)度300m、采高3.65m、截深0.865m、采煤機(jī)割煤速度8m/min的條件下，工作面刮板輸送機(jī)輸送能力2334t/h就可以滿足，工作面刮板輸送機(jī)輸送能力安裝功率應(yīng)大于1490kW。可選用DBT公司生產(chǎn)的3×700kW輸送機(jī)，裝機(jī)功率為2100kW，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于計(jì)算所需功率，通過(guò)計(jì)算，在上述條件下，可滿足360～400m工作面要求。

5）選用的工作面刮板輸送機(jī)主要技術(shù)參數(shù)。

生產(chǎn)廠家：             DBT公司

裝機(jī)功率/kW：          3×700

運(yùn)輸能力/t·h^-1：       2500

鋪設(shè)長(zhǎng)度/m：           300

鏈速/m·s^-1：           1.32

刮板鏈

型式：             中雙鏈

圓環(huán)鏈規(guī)格/mm：    48×152緊湊鏈

中部槽規(guī)格/mm：        1756×1132×284

2.2.3  液壓支架的選型

根據(jù)榆家梁煤4^－2煤層的礦壓特點(diǎn)和近年來(lái)引進(jìn)支架的使用情況，選用DBT公司生產(chǎn)的兩柱掩護(hù)式液壓支架。主要技術(shù)參數(shù)如下：

生產(chǎn)廠家：        DBT公司

支架型式：        雙伸縮兩柱掩護(hù)式

支護(hù)高度/mm：     2200～4500

支架中心距/mm：   1750

工作阻力/kN：     2×3716

控制方式：        電液控制

根據(jù)榆家梁煤礦的采礦經(jīng)驗(yàn)，采煤工作面放頂后，采空區(qū)上方巖層直接頂板垮落的部分，冒落帶高度一般為采厚的2～5倍，冒落帶和裂隙帶的總高度一般為采厚的10～20倍。

1）冒落帶和裂隙帶高度。

H_裂＝20H_采＝20×3.2＝64 m.

式中：H_裂 ── 周期來(lái)壓時(shí)冒落帶、裂隙帶總高度，m；

H_采 ── 平均采高，m。

2）頂板來(lái)壓時(shí)所需的支護(hù)強(qiáng)度。

P_頂＝H_裂×γ×C＝64×2.4×0.5＝76.8 t/m².

式中:γ ── 巖石容重, t/m³；

C ── H_裂 修正系數(shù),取平均為0.5。

3)支架的支護(hù)強(qiáng)度。

支架的工作阻力：

W＝2×3716＝7432 kN ＝757.85 t.

支架的支護(hù)強(qiáng)度：

P_支＝ ＝ ＝93.33 t/m².

式中: L ── 支架頂梁長(zhǎng)度, m；

  L1── 支架端面距, m；

  B ── 支架寬度，m。

4)支架的支護(hù)安全系數(shù)。

P_支/P_頂＝93.33/76.8＝1.22 .

所選支架支護(hù)強(qiáng)度是頂板所需支護(hù)強(qiáng)度的1.22倍，故能夠滿足工作面頂板支護(hù)的要求。

 

3            300m綜采工作面試采情況

榆家梁煤礦44202工作面在試采中，老頂初次來(lái)壓步距為49.5m，此時(shí)頂板冒落裂隙已到達(dá)地表面。周期來(lái)壓步距為12～15m，平均為14m。工作面現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，正常情況下，液壓支架的單柱壓力為29.6MPa，周期來(lái)壓時(shí)，液壓支架的單柱壓力為36.1 MPa。經(jīng)計(jì)算頂板來(lái)壓強(qiáng)度為0.715MPa，實(shí)踐證明該工作面選用的支架滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際支護(hù)要求。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀測(cè)，工作面刮板輸送機(jī)運(yùn)行狀況良好，輸送機(jī)傳動(dòng)裝置布置為機(jī)頭兩個(gè)傳動(dòng)部，機(jī)尾一個(gè)傳動(dòng)部。機(jī)頭兩個(gè)電機(jī)運(yùn)行電流分別為110A、120A，機(jī)尾電機(jī)運(yùn)行電流為120～130A，均小于其額定運(yùn)行電流148.7A，說(shuō)明工作面刮板輸送機(jī)不僅滿足300m長(zhǎng)工作面的生產(chǎn)運(yùn)輸要求，還有較大的富裕量。

 

4  技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

通過(guò)44202綜采工作面現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀測(cè)，工作面凈長(zhǎng)297m，割一刀煤時(shí)間平均為55min，割煤效率為25t/min。而240m工作面，割一刀煤時(shí)間平均為45min，割煤效率為19t/min。其割煤效率比為1.3，也就是說(shuō)，300m長(zhǎng)工作面比240m長(zhǎng)工作面的割煤效率提高了1.3倍。其主要原因是由于工作面的加長(zhǎng)，工作面單位長(zhǎng)度斜切進(jìn)刀所占用的時(shí)間大大縮短了，而工作效率提高了。

根據(jù)榆家梁礦4^－2煤層在大巷兩側(cè)的分布情況，4^－2煤層可布置的綜采工作面加權(quán)平均退采長(zhǎng)度為1660m。布置300m工作面與240m工作面比較，每采4個(gè)300m長(zhǎng)的工作面，可減少一個(gè)240m長(zhǎng)的工作面布置，可以減少回采巷道4680m，巷道成本按1000元/m計(jì)算，可節(jié)約掘進(jìn)費(fèi)用468萬(wàn)元。減少準(zhǔn)備巷道310m，可節(jié)約費(fèi)用120萬(wàn)元。減少煤柱損失14萬(wàn)t，按70元/t銷售價(jià)計(jì)算，可增加銷售收入980萬(wàn)元。減少搬家倒面一次，可節(jié)約搬家費(fèi)用150萬(wàn)元。節(jié)約費(fèi)用和增加收入總和為1718萬(wàn)元。按布置300m長(zhǎng)工作面折算，每個(gè)300m長(zhǎng)工作面可創(chuàng)收429.5萬(wàn)元。

布置300m長(zhǎng)工作面與240m長(zhǎng)工作面比較，需增加700kW輸送機(jī)電機(jī)1臺(tái)，每月增加耗電量42萬(wàn)度，增加電費(fèi)15.12萬(wàn)元，按每個(gè)工作面平均開采3.5個(gè)月，每個(gè)工作面增加電費(fèi)52.92萬(wàn)元�？鄢�電費(fèi)增加的投入，每采一個(gè)300m長(zhǎng)的工作面可增加收入376.58萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益良好。

 

4            結(jié)語(yǔ)

綜上所述，300m長(zhǎng)工作面在榆家梁煤礦的應(yīng)用是成功的，截止2004年12月8日，44202工作面累計(jì)退采1070m，工作面回采順利結(jié)束，工作面生產(chǎn)正常，沒(méi)有發(fā)生液壓支架壓死及刮板輸送機(jī)電機(jī)過(guò)載等現(xiàn)象。建議在條件適宜的煤礦推廣應(yīng)用，并進(jìn)一步探討360m長(zhǎng)工作面的應(yīng)用問(wèn)題，以便取得更好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。