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7m大采高综放工作面成套输送设备选型

2019-08-31

0 引言

在综采放顶煤开采技术领域,如何选择合适的采放比是提高煤炭回采率的关键。目前高、中、低位放顶已在不同的矿区均有所应用,积累了一定的开采经验。随着“中国制造2025”计划的实施,要求煤矿装备进一步提高生产效率,对工作面成套输送设备也有了更高的要求,其选型是否合理是综放开采成功与否的关键。本文针对陕西未来能源化工有限公司金鸡滩煤矿12-2上117超大采高放顶煤工作面成套输送设备的选型进行分析论证及设计,为其他同类型地质条件矿区的放顶煤开采提供借鉴。

1 矿井地质条件概况

金鸡滩煤矿12-2上117工作面为该矿首个综采放顶煤工作面。煤层厚度7.99~12.49 m,平均硬度f=2.8,煤层倾角小于1°,煤层埋深约240 m,设备配套生产能力为1 500万t/a。

煤层赋存条件:产状平缓,断层稀少,无岩浆岩侵入,无陷落柱发育。盘区构造简单,地层平坦,总体趋势为一个倾角小于1°、呈向北西倾斜的单斜构造。

2-2上煤层的顶板类型以直接顶为主,岩层自然含水抗压强度为49.4~61.7 MPa,平均57.3 MPa,为中等稳定顶板。底板主要由粉砂岩和泥岩组成,其饱和抗压强度为33.5 MPa。经计算,2-2上煤层RP值为25.13 MPa,依据底板指标分类,2-2上煤层底板属较软底板。

2 工作面开采技术参数

(1)工作面参数

117工作面长度300 m(煤壁净长),走向长度5 298 m。

(2)巷道形状及规格

煤巷断面为矩形,巷道尺寸(净宽×净高):工作面运输顺槽6.4 m×4.2 m,工作面回风顺槽6.0 m×4.2 m。

(3)原煤煤质

水分11%,灰分7.5%,粒度:输入为原煤,输出不大于300 mm。

(4)配套设备

(1) 采煤机截割功率不小于2 100 kW,装机总功率2 650 kW,滚筒直径准3.5 m,截深865 mm;

(2) 工作面中部支架ZY21000/35.5/70D型放顶煤中部液压支架;

(3) 中间过渡支架ZYG21000/35.5/70DA (B)型放顶煤中间过渡支架;

(4) 过渡支架ZYG22000/31/55D型放顶煤过渡支架端头支架。

(5)综放工艺

采放比1:1,采用两刀一放,即煤机截煤2刀,支架推移2个步距,利用液压支架的后尾梁和插板放煤1次。

3 工作面成套输送设备选型

3.1 综放工作面对成套输送设备的要求

(1)前部刮板输送机能力应与配套的采煤机生产能力匹配,保证有足够的功率裕量;

(2)后部刮板输送机能力应大于支架的放煤能力,保证有足够功率裕量的同时,放煤速度和运输系统能力要合理配置和衔接;

(3)前、后部刮板输送机能力要相互匹配,最大限度地保证采、放平行作业;

(4)转载机的能力要满足采煤机的落煤能力和液压支架的放煤能力;

(5)破碎机的破碎能力要能适应大块煤、矸石等;

(6)应考虑顺槽设备的运输能力对前、后部刮板输送机煤流量的适应性;

(7)应考虑前部大采高片帮煤的预破碎和后部放顶大块煤的预破碎;

(8)应考虑顺槽转载机的二级破碎,使得出煤粒度不大于300 mm;

(9)工作面成套输送设备要与矿井的运输系统相适应,下井尺寸要符合要求。

3.2 前、后部刮板输送机总输送能力的确定

按照矿井年产量确定前、后刮板输送机总输送能力

 

式中k———产量修正系数,取k=1.2;

W———产量,W=1.5×10t/a;

a———每天开机率,取a=60%;

D———年工作日,D=300 d;

H———日工作时间,按3班制,1班检修2班生产,H=16 h。

3.3 前部刮板输送机机型的确定

(1)采煤机的生产能力计算

采煤机的生产能力

 

式中ρ———煤的实体密度,取ρ=1.4 t/m3;

vq———最大牵引速度,vq=8 m/min;

h———采煤机的平均采高,h=6.5 m;

b———滚筒的有效截深, b=0.8 m。

(2) 前部刮板输送机的过煤能力计算

前部刮板输送机槽内宽1 250 mm,过煤能力

 

式中η———前、后部刮板输送机及转载机的装满系数,取η=0.9;

ψ———煤的松散密度,取ψ=0.85 t/m3;

v———前、后部刮板输送机的链速, v=1.68 m/s;

Sq———前部刮板输送机的等效过煤面积, Sq≈0.93 m2

Qq≈1.2Qc,前部刮板输送机满足采煤机落煤的输送能力要求。

(3)功率和链条安全系数的验算

选择运量4 000 t/h、2×2 000 kW传动系统、准56mm×187 mm、链条破断力4 300 kN紧凑链,满足运输要求并预留一定的功率储备,功率和链条安全系数验算结果如表1所示。

表1 前部刮板输送机功率及链条安全系数校核     下载原表

表1 前部刮板输送机功率及链条安全系数校核

(4)大块煤预破碎机的选型

选择200A型滚筒式破碎机,额定电压3 300 V电动机额定转速1 483 r/min,减速器速比8.5,破碎滚筒转速174 r/min,截齿齿尖线速度10.87 m/s,抬高油缸行程300 mm,截齿与过渡槽中板之间的过煤间距435~985 mm。

综上所述,选择SGZ1250/2×2000型输送机,配套φ56 mm×187 mm紧凑链和200A型滚筒式破碎机,能够满足生产要求。

3.4 后部刮板输送机型的确定

(1)液压支架的放煤能力计算

液压支架的放煤能力

 

式中n———小时放煤架数,n=100;

γ———顶煤回收率, 取γ=0.8;

h1———顶煤厚度, h1=6 m;

C———支架的宽度, C=2.05 m;

L———放煤长度, L=0.8 m。

(2)后部刮板输送机的过煤能力计算

后部刮板输送机槽内宽1 400 mm,过煤能力

 

式中Sh———后部刮板输送机的等效过煤面积,Sh≈0.98 m2

Qh≈4.1Qf,后部运输机满足支架放顶煤的输送能力要求。

(3)功率和链条安全系数的验算

选择运量4 500 t/h、3×1 600 kW传动系统、准56mm×187 mm、链条破断力4 300 kN紧凑链,满足运输要求并预留一定的功率储备,功率和链条安全系数验算结果如表2所示。

表2 后部刮板输送机功率及链条安全系数校核     下载原表

表2 后部刮板输送机功率及链条安全系数校核

(4)大块煤预破碎机的选型

选择200B型滚动式破碎机,额定电压3 300 V电动机额定转速1 483 r/min, 减速器速比8.5,破碎滚筒转速174 r/min,截齿齿尖线速度10.87 m/s,抬高油缸行程150 mm,截齿与过渡槽中板间距363~513 mm。

(5)卸载方式的确定

输送机的卸载方式包括端卸式、交叉侧卸式及搭接侧卸式,这些卸载方式各有优缺点。经过详细研究,前部刮板输送机采用端卸式,后部刮板输送机采用交叉侧卸式,其优点: (1) 降低卸载高度,使卸煤畅通; (2) 改善运行工况; (3) 增大端头支架配套空间; (4) 转载机和后部刮板输送机成为一体。

综上所述,选择SGZ1400/3×1600型交叉侧卸式后部刮板输送机,配套准56 mm×187 mm紧凑链和200B型滚筒式破碎机,能够满足生产要求。

3.5 转载机机型的确定

(1)转载机运量的计算

转载机槽内宽1 800 mm,过煤能力

 

式中vz———转载机的链速,vz=2.06 m/s;

Sz———转载机的等效过煤面积, Sz=1.3 m2

Qz>1.5× (Qq+Qh) /2, 转载机的输送能力满足要求。

(2) 功率和链条安全系数的验算

选择运量7 000 t/h、1 200 kW传动系统,配套φ48 mm×152 mm、链条破断力2 900 kN紧凑链,功率和链条安全系数验算结果如表3所示。

表3 转载机功率及链条安全系数校核     下载原表

表3 转载机功率及链条安全系数校核

(3)大块煤分级破碎机的选型

选择200C型滚筒式破碎机,额定电压3 300 V,电动机额定转速1 483 r/min,减速器速比8.5,破碎滚筒转速174 r/min,截齿齿尖线速度10.87 m/s,抬高油缸行程150 mm,截齿与中板间距1 457~1 607 mm。

综上所述,选择SZZ1800/1200型转载机,配套φ48 mm×152 mm紧凑链和200C型滚筒式破碎机,能够满足生产要求。

3.6 二级破碎机的选型

(1)破碎机通过能力的计算

锤头采用品字形布置,共分5片锤体,两侧的分锤体分2段,每一圆周上布置1个锤头,旋转1周打击1次;中间的3片锤体分2段每一圆周上布置2个锤头,旋转1周打击2次。按破碎过程中物料通过的空间体积计算其通过能力,在槽宽范围内锤轴旋转1周通过的空间体积V=0.561 2 m3,则破碎机通过能力

 

式中ηp———破碎机的装满系数,取ηp=0.95;

d———锤头回转圆直径, d=φ0.435 m。

Qp>Qz, 破碎机通过能力满足使用要求。

(2) 选型

破碎机功率要与转载机功率相匹配,因此也确定为1 200 kW。选择PCM1200型锤式破碎机能够满足使用要求。

4 结语

该成套输送设备与采煤机、液压支架配套使用,能够满足金鸡滩煤矿综放工作面的地质条件及开采工艺。特厚煤层综放工作面开采成功与否与设备的选型有着很大关系,通过在金鸡滩煤矿的工业性试验,不断研究、探索设备选型的合理性、适应性,以达到提高煤炭回采率的目的。

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