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，根據國內外綜采技術及裝備的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了加長工作面長度，增加工作面可采儲量，提高工作面單產，減少工作面搬家次數(shù)的可行性，同時介紹了榆家粱煤礦300m工作面的設備選型及試采情況。

關鍵詞  300m工作面  可采儲量  設備選型  裝機功率
   神東煤炭公司榆家粱煤礦井田面積56.66km²，井田范圍內經濟可采煤層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，主運輸系統(tǒng)通過煤倉，供、排水系統(tǒng)把4^-2煤和5^-2煤聯(lián)系起來，工控、通訊及安全監(jiān)測系統(tǒng)通過鉆孔把兩層煤聯(lián)系起來，通風系統(tǒng)、輔助運輸系統(tǒng)和供電系統(tǒng)則均為分層獨立布置。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。礦井各煤層中均無沼氣涌出，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個月。礦井2001年1月投產，一期井型設計能力為8.0Mt/a，礦井生產組織為1套綜采、2套連采。2003年8月～2004年3月對礦井進行了技術改造，改造后的礦井生產能力為16.0Mt/a，礦井生產組織為2套綜采、4套連采，全礦在冊人數(shù)為482人。

 

1            300m工作面在礦井4^-2煤層的應用背景

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，可布置工作面的退采長度為1070～1450m，煤層平均厚度3.5m。如果按傳統(tǒng)的240m長度工作面布置，每個工作面儲量為105～143萬t，工作面月產量按50萬t計算，每個工作面可采期為2～3個月，每年工作面需搬家倒面4～5次。為了確保工作面穩(wěn)產高產，只有謀求增加工作面單產可采儲量，而最有效的方法之一就是加長工作面長度。

20世紀90年代以來，世界上先進產煤國家如美國、澳大利亞、德國、英國和南非等，為了大幅度提高工作面產量和工效，降低煤炭生產成本，增強市場競爭力，提高經濟效益，在長壁綜采工作面裝備上進行了一系列卓有成效的改革，從而形成了生產能力大、自動化程度高、安全可靠、工作面單產和工效成倍提高的新一代高產高效綜采工作面設備。高產高效綜采設備的使用和推廣，使礦井的生產發(fā)生了較大的變化，實現(xiàn)了一礦一井一面的高度集約化生產。現(xiàn)在，國外高產高效工作面長度已達到450m，工作面最大推進長度達到6km，最大采高達到6.0m。

神東公司組團考察了德國DSK公司Auguste Victoria煤礦435m長的綜采工作面，南非Matla二礦6m大采高綜采工作面及澳大利亞Newlands礦自動化綜采工作面。對工作面的裝備水平、配套能力、工藝選擇、勞動組織、安全管理自動化程度以及礦井系統(tǒng)能力的配套等進行了系統(tǒng)的考察，為神東公司走新型工業(yè)化道路，實現(xiàn)產業(yè)的全面升級提供了理論依據。

 

2            300m綜采長壁工作面設備選型

2.1            工作面條件

工作面編號為44202，工作面設計長度297m，工作面退采長度1070m，所開采的是榆家梁4^－2煤層；4^－2煤是侏羅紀煤層，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；頂板為泥質粉沙巖，中等穩(wěn)定；底板為沙質泥巖。

2.2            設備選型

原則上，設備從神東公司已有的設備中選型，該面不購置新引進設備。

2.2.1 采煤機的選型

根據煤層條件，選用JOY6LS5型采煤機，主要技術特征如下：

采煤機型號：      JOY6LS5

總裝機功率/kW：   1500

滾筒直徑/mm：      2200

截深/mm：          865

適應采高/mm：      2200～4400

機面高度/mm：      1804

生產能力/t·h^-1：      2800～3000

2.2.2  刮板輸送機的選型

根據選用的采煤機在該面條件下的最大生產能力選擇刮板輸送機的小時運輸能力，再根據計算出的采煤機小時生產能力及工作面長度計算刮板輸送機的裝機功率，依據計算結果選擇適用于該工作面的輸送機。

計算采煤機生產能力：

Q_C＝60H·b·v·γ

＝60×3.65×0.865×8×1.4＝2122 t/h.

式中：Q_C — 采煤機小時生產能力，t/h；

H — 工作面最大采高，取3.65m；

b — 截深，取0.865m；

v — 采煤機截煤平均牽引速度，取8m/min；

γ — 實體煤密度，取1.35t/m³。

按照采煤機的小時生產能力確定工作面刮板輸送機輸送能力。通�？紤]到工作面輸送條件較差、片幫煤等因素，工作面刮板輸送機的運輸能力應為采煤機小時生產能力的1.1倍。

1）刮板輸送機的輸送能力。

Q_S＝Q_C×1.1＝2122×1.1＝2334 t/h.

2) 刮板輸送機的鋪設長度。

刮板輸送機的鋪設長度應大于工作面長度，工作面長度300m時，刮板輸送機的鋪設長度約為305m左右，其精確長度在詳細配套設計時確定。

3）刮板輸送機功率。

刮板輸送機功率根據工作面傾角、鋪設長度、輸送量大小等條件按以下公式計算：

N ＝

 ＝

 ＝1490 kW.

式中：N — 刮板輸送機裝機功率，kW；

K — 考慮刮板鏈繞過兩端鏈輪時的附加阻力系數(shù)，取1.1；

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

q — 貨載每米重量，㎏/m�？砂聪率接嬎悖�

     q＝ ＝ ＝491.2 ㎏/m

Q_S —刮板輸送機的輸送能力，2334 t/h；

V — 鏈速，1.32m/s；

ω— 煤在溜槽中的運行阻力系數(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行阻力系數(shù)，取0.2；

L — 刮板輸送機鋪設長度,按305m計算；

g — 重力加速度，取9.8m/s²；

η— 傳動裝置效率，取0.85；

± — 向上運輸用“+”號，向下運輸用“-”號

4）計算結果。

通過計算，在工作面長度300m、采高3.65m、截深0.865m、采煤機割煤速度8m/min的條件下，工作面刮板輸送機輸送能力2334t/h就可以滿足，工作面刮板輸送機輸送能力安裝功率應大于1490kW�？蛇x用DBT公司生產的3×700kW輸送機，裝機功率為2100kW，遠遠大于計算所需功率，通過計算，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主要技術參數(shù)。

生產廠家：             DBT公司

裝機功率/kW：          3×700

運輸能力/t·h^-1：       2500

鋪設長度/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

根據榆家梁煤4^－2煤層的礦壓特點和近年來引進支架的使用情況，選用DBT公司生產的兩柱掩護式液壓支架。主要技術參數(shù)如下：

生產廠家：        DBT公司

支架型式：        雙伸縮兩柱掩護式

支護高度/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

根據榆家梁煤礦的采礦經驗，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 ── 周期來壓時冒落帶、裂隙帶總高度，m；

H_采 ── 平均采高，m。

2）頂板來壓時所需的支護強度。

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)支架的支護強度。

支架的工作阻力：

W＝2×3716＝7432 kN ＝757.85 t.

支架的支護強度：

P_支＝ ＝ ＝93.33 t/m².

式中: L ── 支架頂梁長度, m；

  L1── 支架端面距, m；

  B ── 支架寬度，m。

4)支架的支護安全系數(shù)。

P_支/P_頂＝93.33/76.8＝1.22 .

所選支架支護強度是頂板所需支護強度的1.22倍，故能夠滿足工作面頂板支護的要求。

 

3            300m綜采工作面試采情況

榆家梁煤礦44202工作面在試采中，老頂初次來壓步距為49.5m，此時頂板冒落裂隙已到達地表面。周期來壓步距為12～15m，平均為14m。工作面現(xiàn)場觀測，正常情況下，液壓支架的單柱壓力為29.6MPa，周期來壓時，液壓支架的單柱壓力為36.1 MPa。經計算頂板來壓強度為0.715MPa，實踐證明該工作面選用的支架滿足現(xiàn)場實際支護要求。

現(xiàn)場實際觀測，工作面刮板輸送機運行狀況良好，輸送機傳動裝置布置為機頭兩個傳動部，機尾一個傳動部。機頭兩個電機運行電流分別為110A、120A，機尾電機運行電流為120～130A，均小于其額定運行電流148.7A，說明工作面刮板輸送機不僅滿足300m長工作面的生產運輸要求，還有較大的富裕量。

 

4  技術經濟分析

通過44202綜采工作面現(xiàn)場實際觀測，工作面凈長297m，割一刀煤時間平均為55min，割煤效率為25t/min。而240m工作面，割一刀煤時間平均為45min，割煤效率為19t/min。其割煤效率比為1.3，也就是說，300m長工作面比240m長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，工作面單位長度斜切進刀所占用的時間大大縮短了，而工作效率提高了。

根據榆家梁礦4^－2煤層在大巷兩側的分布情況，4^－2煤層可布置的綜采工作面加權平均退采長度為1660m。布置300m工作面與240m工作面比較，每采4個300m長的工作面，可減少一個240m長的工作面布置，可以減少回采巷道4680m，巷道成本按1000元/m計算，可節(jié)約掘進費用468萬元。減少準備巷道310m，可節(jié)約費用120萬元。減少煤柱損失14萬t，按70元/t銷售價計算，可增加銷售收入980萬元。減少搬家倒面一次，可節(jié)約搬家費用150萬元。節(jié)約費用和增加收入總和為1718萬元。按布置300m長工作面折算，每個300m長工作面可創(chuàng)收429.5萬元。

布置300m長工作面與240m長工作面比較，需增加700kW輸送機電機1臺，每月增加耗電量42萬度，增加電費15.12萬元，按每個工作面平均開采3.5個月，每個工作面增加電費52.92萬元�？鄢�電費增加的投入，每采一個300m長的工作面可增加收入376.58萬元，經濟效益良好。

 

4            結語

綜上所述，300m長工作面在榆家梁煤礦的應用是成功的，截止2004年12月8日，44202工作面累計退采1070m，工作面回采順利結束，工作面生產正常，沒有發(fā)生液壓支架壓死及刮板輸送機電機過載等現(xiàn)象。建議在條件適宜的煤礦推廣應用，并進一步探討360m長工作面的應用問題，以便取得更好的技術經濟效益。