蓮盛煤業(yè)工作面綜采設(shè)備優(yōu)化方案的設(shè)計研究

梁建偉

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)朔州有限公司， 山西 朔州 036002）

引言

蓮盛煤業(yè)設(shè)計生產(chǎn)能力為90 萬t/a，本次綜采設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計主要滿足蓮盛煤業(yè)9 號煤層下分層綜采放頂煤的設(shè)備需求。通過對蓮盛煤業(yè)綜采設(shè)備上的分層生產(chǎn)能力進(jìn)行計算，選擇滿足生產(chǎn)能力的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)工作面綜采設(shè)備優(yōu)化設(shè)計[1]。

1 采煤機(jī)的選型

采煤機(jī)是工作面綜采的主要設(shè)備。而在實(shí)際綜采過程中，采煤機(jī)的采煤速度是不確定的，采煤機(jī)的落煤速度也不能確定。所以，需要對采煤機(jī)的平均落煤能力進(jìn)行計算。計算公式如下：

式中：Qm為落煤能力，單位為t/h；A為日產(chǎn)量，取2 727 t/d；L為工作面長度，取150 m；Lm為采煤機(jī)兩滾筒中心距，取10 m；Ls為刮板輸送機(jī)彎曲段長度，取值35 m；K為采煤機(jī)日開機(jī)率，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取45%；C為機(jī)采回收率，取95%；Cf為放頂煤回收率，取85%；Hf為放頂煤厚度，取平均值7.2 m；Lf為放頂煤長度，取140 m；H為采煤機(jī)割煤高，取3.0 m；td為采煤機(jī)反向時間，取20 min；B為采煤機(jī)滾筒截深，取0.6 m；γ 為煤的容重，取1.40 t/m3。將數(shù)據(jù)代入公式，計算可得Qm≥177.1 t/h。

當(dāng)計算出采煤機(jī)的落煤能力后，還需要對采煤機(jī)的平均割煤速度進(jìn)行計算，計算公式如下：

式中：Vc是指平均割煤速度，m/min。將數(shù)據(jù)代入計算公式可得Vc＝1.17 m/min。

由于采煤機(jī)的采煤速度和落煤能力是不定值，那么采煤機(jī)的割煤速度需較大于平均速度值。采煤機(jī)最大割煤速度計算公式為Vmax＝K1Vc，單位為m/min。其中K1為采煤機(jī)不均衡系數(shù)，取值1.5。通過計算可得Vmax＝1.76 m/min。

計算出采煤機(jī)的落煤能力和平均割煤速度后，計算采煤機(jī)的最大割煤能力，計算公式如下：

代入數(shù)據(jù)計算可得Qmax=266.1 t/h。

根據(jù)采煤機(jī)的最大割煤能力，計算采煤機(jī)的截割功率，計算公式如下：

式中：N是指截割功率，kW；Hw是指能耗指數(shù)，取值0.80 kWh/m3。將數(shù)字代入公式可得N=152.1 kW。

通過以上計算可得，需要選用截割功率大于152.1 kW 的采煤機(jī)。根據(jù)蓮盛煤業(yè)生產(chǎn)設(shè)計要求，選擇截割功率 500 kW 的采煤機(jī)， 型號為MG200/500-WD。

2 刮板輸送機(jī)的選型

目前蓮盛煤業(yè)9 號煤層綜采工作面的輸送能力需與采煤機(jī)適配，以滿足采煤速度和割煤能力。然而，蓮盛煤業(yè)只有前刮板輸送機(jī)，而沒有后刮板輸送機(jī)[2]。但是考慮到9 號煤層的生產(chǎn)能力，需要滿足刮板輸送機(jī)與采煤機(jī)設(shè)備配套。那么，前刮板輸送機(jī)的輸送能力應(yīng)為Qq≥Qmax=266.1 t/h。刮板輸送機(jī)需要考慮前刮板輸送機(jī)和后刮板輸送機(jī)之間配套，要滿足工作面綜采生產(chǎn)要求，后刮板機(jī)的輸送能力必須滿足平均放煤速度。根據(jù)綜采生產(chǎn)要求，蓮盛煤業(yè)工作面綜采平均放頂煤速度計算公式為：

式中：Vf是指平均放頂煤速度，m/min；tdt是指工作面端頭作業(yè)時間，取30 min；t1是指工作面放頂煤輔助工序時間，取30 min。將數(shù)字代入公式，計算可得Vf=0.73 m/min。

計算出工作面的平均放頂煤速度后，可以計算出工作面平均放頂煤能力，計算公式為：

式中：Qf是指平均放頂煤能力，t/h；Cg是指放頂煤的含矸率，取值3%。將數(shù)字代入公式，計算可得Qf=231.9 t/h。

得出工作面的平均放頂煤速度和平均放頂煤能力后，再計算后刮板輸送機(jī)輸送能力，計算公式為：

式中：Kf是指放頂煤不均勻系數(shù)，取值1.35；Ky是指運(yùn)輸方向及傾角修正系數(shù)，取值1.2。將數(shù)字代入公式，計算可得后刮板輸送機(jī)輸送能力Qh≥375.7 t/h。

根據(jù)上述計算，可以發(fā)現(xiàn)9 號煤層的后刮板輸送機(jī)輸送能力大于375.7 t/h。根據(jù)蓮盛煤業(yè)9 號煤層分層開采的需要，工作面選擇的前后刮板輸送機(jī)的輸送能力均要達(dá)到600 t/h，其中前刮板輸送機(jī)型號為 SGZ764/400； 后刮板輸送機(jī)型號為SGZ764/630。

3 液壓支架的選型

根據(jù)蓮盛煤業(yè)9 號煤層設(shè)計要求液壓支架必須要滿足不小于3.2 m 的最大采高，否則無法進(jìn)行運(yùn)輸[3]。另外，煤層綜采工作面要求分層開采時頂分層的壓力要小于放頂煤開采支架承受壓力。所以，為確保計算可靠，本次支架選型計算在增加頂煤自重的同時，以綜采方式開采上分層為依據(jù)。按估算法支架支護(hù)強(qiáng)度計算公式為：

式中：Q為支架支護(hù)強(qiáng)度，MPa；Kd為動載系數(shù)，取1.5；q冒為冒落帶自重應(yīng)力，q冒=γ1h=25 000×12=300 000 N/m2（其中：γ1為頂板巖石容重，取25 000 N/m3）；q頂為頂煤自重應(yīng)力，N/m2；q頂=maγ2=7.2×1.40×1 000×9.8=98 784 N/m2（其中：ma為放頂煤厚度，取7.2 m；γ2為頂煤容重，取1.40 t/m3）。

在計算q冒時涉及到的頂板巖厚度h的計算公式為：

其中：m為采煤機(jī)平均采高，取3.0m；δ 為巖石初期碎脹系數(shù)，取1.25。代入數(shù)據(jù)計算得h=12 m。

則Q=1.5×（300 000+98 784）×10-6=0.598 MPa。

通過計算，蓮盛煤業(yè)9 號煤業(yè)液壓支架支護(hù)強(qiáng)度必須要大于0.598 MPa。所以蓮盛煤業(yè)選擇型號為ZF7200/20/32 和ZFG8000/20.5/33 兩種支架，均放置于工作面。該設(shè)備支護(hù)高度2.0～3.2 m，支護(hù)強(qiáng)度1.01～1.05 MPa，對底板比壓2.35 MPa，具有較大的初撐力和拉架力，更適合Ⅱ類直接頂。

4 結(jié)語

結(jié)合蓮盛煤業(yè)9 號煤層的生產(chǎn)能力要求，對工作面綜采設(shè)備生產(chǎn)能力進(jìn)行計算，選擇滿足9 號煤層生產(chǎn)要求的設(shè)備選型。經(jīng)過測試運(yùn)行，該設(shè)備選型能夠運(yùn)行穩(wěn)定。隨著蓮盛煤業(yè)9 號煤層的繼續(xù)開采，將繼續(xù)加強(qiáng)對各綜采設(shè)備的維護(hù)與管理，根據(jù)生產(chǎn)需求繼續(xù)對各綜采設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。