西曲礦9號煤層開采設備選型研究

楊曉航

（西山煤電股份有限公司西曲礦掘進二隊，山西　古交　030200）

引言

采煤工作面開采設備的合理選型對礦井的安全、高效生產有著十分重要的意義。選擇合適的開采設備，一方面要看設備是否符合工作面實際開采的需求，另一方面也要注意開采設備間是否配套。本文以西曲礦9號煤層19202工作面實際地質條件為工程背景，利用理論計算，結合三機配套原則對工作面的開采設備進行合理選型。

西曲礦是西山煤電的主力礦井，19202工作面主采9號煤層，煤層結構簡單，平均厚度約為2.23m，工作面走向長度為1 420m，傾斜長度為150m。

1　液壓支架選型

液壓支架是保障工作面安全生產的關鍵所在，液壓支架的合理選型對煤礦開采有著十分重要的意義。

1.1　支架形式的確定

支架形式的選擇主要是由工作面頂底板性質決定。19202工作面直接頂為2.50m厚的砂質泥巖，老頂為6.53m厚的細砂巖，直接底為0.45m厚的砂質泥巖。

通過鄰近相似工作面的實測礦壓數據推測可知，工作面直接頂為2類中等穩定頂板，老頂為Ⅲ級來壓強烈頂板，底板為Ⅲ類較軟底板。由以往經驗可知，此類頂底板一般使用掩護式支架[1]。

1.2　支架高度的確定

1.2.1支架最大高度

支架的最大高度可由下式計算得出式中：Hmax為支架最大高度，m；Mmax為煤層最大采高，m。

1.2.2支架最小高度

支架的最小高度表達式為

式中：Hmin為支架最小高度，m；Mmin為煤層最小采高，m；s為控頂范圍內頂板下沉量，一般取0.3m；a為支架卸載時的可縮余量，一般取0.05m。

1.2.3工作面支架高度

對于19202工作面，煤層厚度變化為1.85～2.30m，將其代入式（1）、（2）中，可得[2]Hmax=0.25m，Hmin=1.50m。

1.3　支架工作阻力的確定

首先，確定支架的支護強度，其表達式如下所示

式中：n為倍數，對于中等穩定頂板，可取7；M為采高，取 2.23m；γ 為巖層容重，取 25 kN/m3；g為重力加速度，取9.8N/kg。將數據代入式（3），可得支架的支護強度為q=382 kN/m2。

通過支架的支護強度，由式（4）可以求得其工作阻力。

式中：P為支架工作阻力，kN；b為梁端距，取0.33m；L為頂梁長度，取3.84m；B為支架中心距，取1.5m；η為支架支撐效率，取0.9。將數據代入式（4），得支架工作阻力為P=2 655 kN。

1.4　支架初撐力的確定

首先要確定支架的初撐支護強度qOh，對于中等穩定頂板，有式中：Lz為周期來壓步距，根據相鄰工作面情況，取16m；Lm為最大控頂距取4.97m。代入數據，可得支架的初撐支護強度為qOh=297 kN/m2。

由初撐支護強度可得支架初撐力為

代入數據得PO=2 064 kN。

1.5　確定支架型號

通過對工作面所需支架主要參數的計算，選定ZY3600/12.5/28型液壓支架，其主要參數如下頁表1所示[3]。

表1　支架主要參數

由表1可以看出，該型支架完全滿足19202工作面的實際需求。

2　采煤機選型

2.1　機面高度的確定

工作面煤層采高為1.85～2.30m，考慮采煤機與液壓支架間應有一定的余量空間，以適應頂底板的起伏變化，采煤機的機面高度應為

式中：hc為機面高度，mm；ζ為采煤機與支架間的余量，取250mm；ld為頂梁厚度，取350mm。則采煤機的機面高度應為1 250mm。

2.2　采煤機牽引速度功率的確定

工作面的年生產量預計為100萬t，工作面長度為150m，采煤機截深B取0.8m，煤層平均采高為2.23m，則采煤機每小時產煤能力應大于

式中：Qh為采煤機每小時的產量，t/h；f為富裕系數，取1.3；Q為工作面年產量，取1Mt；D為年生產天數，取330天；N為日工作班數，取3；t為每班工作時間，取6 h；K為開機率，取0.5。則采煤機每小時的生產能力應為437.8 t。

采煤機的牽引速度為

式中：Vc為采煤機平均截割牽引速度，m/min；γ為煤的容重，取1.43 t/m3；C為工作面回采率，取0.95；其余符號含義與前面相同。則采煤機牽引速度為3.02m/min。

采煤機的裝機功率為

式中：Hw為單位能耗，取0.8 kW·h/t；其余符號與前相同。則采煤機的裝機功率最小為350.24 kW。

2.3　確定采煤機型號

通過對工作面生產能力的計算，選定MG250-600-AWD型采煤機，其主要參數如表2所示[4]。由表2可以看出，該型采煤機完全滿足19202工作面實際需求。

3　刮板運輸機選型

3.1　運輸能力的確定

刮板運輸機的運輸能力應滿足采煤機的采煤能力

表2　采煤機主要參數

由計算可知，刮板輸送機運輸機的運輸能力應大于612.92 t/h。

3.2　刮板長度的確定

刮板運輸機的長度應基本達到工作面的長度，約150m。

3.3　確定刮板運輸機型號

通過前面的計算，選定SGZ-764/630型刮板運輸機，其主要參數如表3所示[5]。

表3　刮板運輸機主要參數

由表3可知，該型刮板運輸機完全滿足工作面需求。

4　結論

通過理論計算和三機配套原則，確定了19202工作面的開采設備型號。選擇了ZY3600/12.5/28型液壓支架，MG250-600-AWD型采煤機和SGZ-764/630型刮板運輸機

通過實際生產實踐，選擇的開采設備完全滿足礦井生產需求，為類似工作面的設備選型提供了借鑒價值。

[1]呂宏，孟國勝，劉旭東，等.厚煤層綜放開采設備選型及配套探討研究[J].山西焦煤科技，2012，36（1）：28-32.

[2]唐永志，曹海山，張學亮，等.大采高超長工作面設備選型關鍵技術研究[J].煤礦開采，2016，21（3）：55-58.

[3]李超，張志發，廖宇.近距離煤層大采高工作面設備選型[J].煤礦安全，2015，46（7）：222-224.

[4]高玉斌，李永學.寺河礦6.2m大采高綜采工作面設備選型研究與實踐[J].煤炭工程，2008（5）：5-7.

[5]王福安.煤礦綜采工作面“三機”設備選型與配套[J].中州煤炭，2012（3）：75-76；84.