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)國內(nèi)外綜采技術(shù)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(chǎn)，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(shè)備選型及試采情況。

關(guān)鍵詞  300m工作面  可采儲量  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(fēng)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(cè)。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(chǎn)，一期井型設(shè)計能力為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(chǎn)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(chǎn)高產(chǎn)，只有謀求增加工作面單產(chǎn)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(jì)90年代以來，世界上先進(jìn)產(chǎn)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(chǎn)量和工效，降低煤炭生產(chǎn)成本，增強(qiáng)市場競爭力，提高經(jīng)濟(jì)效益，在長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，實現(xiàn)了一礦一井一面的高度集約化生產(chǎn)�，F(xiàn)在，國外高產(chǎn)高效工作面長度已達(dá)到450m，工作面最大推進(jìn)長度達(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(jìn)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(chǎn)業(yè)的全面升級提供了理論依據(jù)。

 

2            300m綜采長壁工作面設(shè)備選型

2.1            工作面條件

工作面編號為44202，工作面設(shè)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(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：      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)的小時運輸能力，再根據(jù)計算出的采煤機(jī)小時生產(chǎn)能力及工作面長度計算刮板輸送機(jī)的裝機(jī)功率，依據(jù)計算結(jié)果選擇適用于該工作面的輸送機(jī)。

計算采煤機(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 — 實體煤密度，取1.35t/m³。

按照采煤機(jī)的小時生產(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)的運輸能力應(yīng)為采煤機(jī)小時生產(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)長度。

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

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(jī)裝機(jī)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(cè)幫之間的附加阻力系數(shù)，取1.12；

q — 貨載每米重量，㎏/m�？砂聪率接嬎悖�

     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(jī)鋪設(shè)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(jié)果。

通過計算，在工作面長度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�？蛇x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(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

運輸能力/t·h^-1：       2500

鋪設(shè)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(jù)榆家梁煤4^－2煤層的礦壓特點和近年來引進(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，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(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，老頂初次來壓步距為49.5m，此時頂板冒落裂隙已到達(dá)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(jīng)計算頂板來壓強(qiáng)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(hù)要求。

現(xiàn)場實際觀測，工作面刮板輸送機(jī)運行狀況良好，輸送機(jī)傳動裝置布置為機(jī)頭兩個傳動部，機(jī)尾一個傳動部。機(jī)頭兩個電機(jī)運行電流分別為110A、120A，機(jī)尾電機(jī)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(jī)不僅滿足300m長工作面的生產(chǎn)運輸要求，還有較大的富裕量。

 

4  技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(jìn)刀所占用的時間大大縮短了，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(jìn)費用468萬元。減少準(zhǔn)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(jī)電機(jī)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。扣除電費增加的投入，每采一個300m長的工作面可增加收入376.58萬元，經(jīng)濟(jì)效益良好。

 

4            結(jié)語

綜上所述，300m長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工作面累計退采1070m，工作面回采順利結(jié)束，工作面生產(chǎn)正常，沒有發(fā)生液壓支架壓死及刮板輸送機(jī)電機(jī)過載等現(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長工作面的應(yīng)用問題，以便取得更好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。