某煤礦綜采工作面設備選型

李小杰

（山西煤炭運銷集團晉中有限公司， 山西　晉中　030600）

1　項目背景

項目選定煤礦為山西省晉中市一國有煤礦，山西省國土資源廳于2015年向該兼并重組煤礦頒發了新的采礦許可證，采礦許可證批準開采4號、7號、9號和11號煤層，批準生產能力120萬t/年。開拓方式為斜井開拓，利用主、副、回風斜井3個井筒開發全井田煤層，礦井共布置二個水平，利用上水平開拓4-1、4-2號煤層，下水平開拓7號、9號、11號煤層。井筒布置及用途如下：

主斜井：半圓拱形式，井筒凈寬5.1 m，凈斷面積19.3 m2，井筒內裝備帶寬1 m帶式輸送機和架空乘人器一架，在巷道右側設檢修道、行人臺階、扶手。礦井煤炭提升、人員運送任務由主斜井擔負，并兼作進風和安全出口。主斜井的主要作用是提升原煤、運送上下井人員、進風和災變情況下的安全出口。另外礦井的動力、通信電纜，排水管、消防灑水管路等均沿該井筒敷設。

副斜井：三心拱形式斷面，井筒凈寬4.48 m，凈斷面積11.6 m2，副斜井井筒內鋪設雙軌，裝備雙鉤串車，井筒左側設臺階及扶手。副斜井的主要用途是提升矸石、上下井設備和材料、礦井進風和災變情況下的安全出口。

回風斜井采用半圓拱形式斷面，凈寬5.0 m，凈斷面積17.8 m2，擔負礦井回風任務，設行人臺階及扶手，并做為礦井其中一個安全出口。

井筒落底后布置一組回風、軌道、膠帶大巷，各大巷間距為25 m。現開采4-1號煤層，生產采區位于主斜井井底附近一采區，工作面設計長度150 m，采煤方法采用綜采放頂煤。

2　4-1號煤層資源條件

4-1煤層賦存于太原組頂部，批準的地質報告顯示4-1煤層厚度為5.2～9.81 m，平均煤層厚度為8.12 m，該煤層屬于全區穩定可采煤層。煤層夾矸0～9層，結構形式為簡單—極復雜。

3　設備選型原則

1）設備安全可靠、技術適當先進、經濟效益好，設備開機率高。與此同時，不同設備間能力要相互匹配，結構尺寸符合安裝要求，運煤通道通暢。并在不同運輸環節直接考慮一定的緩沖系數，以期達到采煤工作面采運平衡，使綜采設備的安全、技術優勢能夠得到充分發揮[1]。

2）采煤機、刮板機等是直接決定產能大小的設備，其設備選擇應與政府相關部門對礦井的核定生產能力相匹配，這樣才能達到經濟、社會效益的最大化。設備選型過程中還要考慮富余問題，為擴大產能留有余地。但同時設備選型不能過大，一是不得突破政府限定產能所定的設備規格，二是防止出現大馬拉小車現象，造成設備浪費。

3）設備選型應為綜采工作面連續開采提供必要條件，盡量增加推進長度，以減少設備搬家次數。設備選型同時要考慮到工作面能夠實現快速搬家，從而減少采掘準備時間[2]。

4　設備選擇

4.1　采煤機選型

4.1.1采煤機生產能力計算

式中：Qh應達到的最小生產能力，t/h；Qy為批準的年產量，1.2×106t/年；D為每年法定的工作天數，330 d；f為能力應該考慮到一定的富裕系數，取1.5；N為采煤工作面每日作業班數，4班；M為煤礦每日檢修班數，1班；t為每班工作時長，6 h；K為預估的設備開機率，0.6。

根據以上計算公式及代入上述數據計算可得Qh=505 t/h。

也就是采煤機最小生產能力要達到505 t/h。

4.1.2采煤機的牽引速度計算

式中：Vc為采煤機應達到的平均牽引速度，m/min；H為煤層厚度，取4-1號煤層平均厚度8.12 m；B為采煤機的切割深度，取0.6 m；γ為煤的容重，取1.46 t/m3；C為采煤工作面回采率，根據相關規定，回采率取0.93。

根據以上計算公式及代入上述數據計算可得Vc=5.3 m/min。

即采煤機應達到的平均牽引速度為5.3 m/min。

4.1.3采煤機裝機功率

采煤機裝機功率計算公式：

式中：P為采煤機的裝機功率，單位kW；Hw為比能耗，根據相關規定及經驗，該處取0.7。

代入本次數據，按照以上計算辦法計算，可得采煤的裝機功率為353.5 kW。

4.1.4采煤機所需要的牽引力大小確定辦法

根據以往設備選型及現場實操經驗，采煤機牽引力大小一般根據其裝機功率數值的0.5～1倍來確定，這里亦選用此法。

4.1.5采煤機滾筒直徑的確定辦法

根據以往設備選型及現場實操經驗，采煤機滾筒直徑為最大采高的0.5倍較為合適，因本煤礦確定的最大采高為3.0 m，所以該采煤機滾筒直徑確定為1.5 m。

根據以上計算公式結合國內工作面裝備情況及設備選型配套經驗，本次煤礦綜采面選型MG300/730-WD型電牽引采煤機。其主要技術參數見表1。

表1　MG300/730-WD型采煤機技術特征表

4.2　采煤工作面可彎曲刮板機選型計算及確定辦法

工作面刮板輸送機選型，應當符合以下條件：

1）刮板機運輸能力作為采煤機的下一個環節，重要性不言而喻，其能力應與采煤機的生產能力相匹配，并留有一定富余。

2）不僅能力匹配，外型尺寸和牽引方式刮板機也要與采煤機相匹配，滿足設備安裝需要[3]。

3）刮板輸送機的運輸能力由以下計算結果確定：

式中：Qc為工作面刮板機應有的運輸能力，t/h；Kc為不均衡系數，根據規定及經驗，取1.1；Qm為采煤機平均每小時生產能力，根據上述計算為505 t/h；Km為刮板機修正系數（采煤機與刮板輸送機同向運動時，取1.08）；Ky為運輸方向及考慮到運輸傾角系數，取1.0。

根據上述計算公式，刮板機的運輸能力應大于600t/h。

綜上考慮，并結合礦方意見，前后刮板機型號均選用SGZ-730/320型，設備主要技術參數見表2。

表2　SGZ-730/320型刮板機技術特征表

4.3　順槽轉載機、破碎機設備選型辦法及結果

轉載機前為刮板機，后面搭接膠帶機，因此其轉載能應該和前后搭接設備互相匹配，依據上述設備的選型結果并結合以往設備選型經驗，選用型號為SZZ764/200的刮板轉載機。該轉載機技術特征見表3。

表3　SZZ764/200型轉載機技術特征表

破碎機裝載機相互搭接，其破碎能力要和轉載機的轉載能力相配套，這樣才能發揮設備最佳性能，根據多年的選型經驗和礦方意見，選用性能穩定的PCM132型破碎機。該種型號的順槽破碎機其主要技術特征見表4。

表4　PCM132型破碎機技術特征表

4.4　可伸縮膠帶機選型計算

工作面可伸縮膠帶機應根據工作面推進度、煤層傾角、運輸能力以及其他因素共同決定，膠帶機運能應根據前面計算的工作面生產能力選擇，膠帶機運能應不小于工作面高峰生產能力，這樣才能滿足工作面運輸需要。該煤礦的工作面高峰生產能力前述計算為Q=600 t/h，輸送機帶速按經驗取2 m/s，根據以下公式：

式中：B為膠帶運輸煤炭的寬度，m；K為運輸煤炭時的截面系數，皮帶傾角為30°時，K=435；R為煤炭在膠帶機上的密度，根據地質結果及經驗取0.95t/m3；C為可伸縮膠帶機的傾角系數，當傾角α=0°～10°時，C=1。

代入數據計算得B=0.85 m。

以上計算，選用型號為SSJ-1000/2×75的可伸縮膠帶輸送機。該型號的膠帶機技術特征及參數見下頁表5。

表5　SSJ-1000/2×75型可伸縮膠帶輸送機技術特征表

4.5　工作面支護設備選型

4.5.1支架支撐高度計算

工作面最大采高和最小采高決定了液壓支架的最大支高和最小支高，工作面支架選型時應同時考慮到頂板冒落高度，頂板冒落高度另式計算。除此之外，支架最佳工作高度范圍盡可能與工作面煤層實際開采厚度范圍保持一致。井下輔助運輸工具的運輸能力、輔運巷道斷面大小也是液壓支架選型時不容忽視的因素。經綜合考慮并結合以往選型經驗，確定液壓支架高度為2.2～3.2 m。

4.5.2支架工作阻力計算

按統計數比法計算液壓支架的工作阻力，計算公式如下：

式中：Pmax為液壓支架的工作阻力大小，kN；H為煤層埋藏深度，根據鉆孔資料取240 m；f為煤層的硬度大小，根據地質資料取f=2.3；Md為放頂煤厚度，平均厚度8.42 m，割3 m，因此放煤厚度取5.42 m。

代入數據計算得Pmax=3 555 kN。

液壓支架額定工作阻力計算：

式中：P為液壓支架其額定的工作阻力，kN；k考慮到地下條件的復雜多變，結合經驗選型時留有一定的安全系數，此處取1.35。

代入數據計算得P=4 799 kN。

根據以上公式的計算結果，額定阻力應不大于4 799 kN。

4.5.3支架主要參數

根據統計數比法計算，安全第一的前提下，為煤礦工作面選型考慮一定的安全系數，該煤礦工作面液壓支架工作阻力確定為9 000 kN。結合以往選型經驗與礦方意見，確定選用ZF9000/23/37型放頂煤液壓支架和ZF10000/23/37過渡支架，其主要技術特征見表6。

表6　液壓支架技術特征表

5　結論

1）綜采工作面設備選型時，應考慮煤層地質條件、頂底板巖性、煤礦特點，因礦制宜，在滿足安全有效、經濟適用的前提下，借鑒已有成功經驗和做法，選出適合本煤礦的綜采設備，力爭達到安全可靠、高產高效的預期。

2）煤礦綜采工作面設備選型時，不僅要考慮設備本身的能力，還要考慮不同設備能力的匹配和結構尺寸的配套，以實現設備效能的充分發揮。

[1]田軍先.三道溝煤礦綜采工作面設備配套選型[J].煤礦開采，2009（6）：38-39.

[2]邢玉峰，李強，楊嘉昌.綜采工作面設備選型及配套應用研究[J].中國西部科技，2009（9）：112-113.

[3]劉振洲，王瑞賢，于海忠，等.綜采工作面“三機”正確選型及合理配套的探討[J].煤礦安全，2006（1）：83-84.