大采深大傾角綜放工作面設備選型與配置技術的探討與研究

李振 王衛民

摘要：針對礦井開采向深部延伸和煤層地質條件的實際情況，對綜放工作面的設備選型和配置進行了闡述和計算，為礦井以后確定工作面參數和設備選型提供了可靠的技術依據。

Abstract： According to the actual situation of deep mining and geological conditions of coal seams， the equipment selection and configuration of the fully mechanized top coal caving face are elaborated and calculated， which provides a reliable technical basis for determining the working face parameters and equipment selection.

關鍵詞：大采深；大傾角；設備選型；配置；技術探討

Key words： large depth of mining；large dip angle；equipment selection；configuration；technical discussion

中圖分類號：TD421 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）27-0129-02

1 概況

1.1 工作面概況 該綜放工作面地面標高+54.3～+56.2m；井下標高-778～-846m；回采對地面設施的影響地表多為農田，預計回采后，地表最大下沉320mm。井下位置及四鄰采掘情況：工作面東側靠近斷層（H=40～110∠65～77°），西側為DF2（H=5～20∠75°）、DF4（H=0～15∠65°）及DF3（H=5～40∠55～75°）斷層，北側靠近井田邊界，南與3下7111集軌、集運相連，工作面四周無采掘活動。走向長度1086m；傾斜長度189m；面積205815m2。

1.2 煤層 該工作面煤層3下煤層，賦存較穩定，煤厚2.2～8.7/4.8m，受較大斷層影響，煤層局部破碎、節理裂隙較發育，出現碎裂煤，正常塊段煤體結構以原生結構煤為主。煤層厚度2.2～8.7m；煤層結構復雜；煤層傾角4°～17°；可采指數1.0；變異系數23.6%.煤的組分以鏡質組和半鏡質為主，屬低灰、低硫、特低磷煤。

1.3 煤層頂底板情況表 基本頂：中、細砂巖28.1～55m，灰色-淺灰色，薄-中厚層狀，成分以石英為主，次為長石，暗色礦物，次圓狀，分選性好，泥鈣質膠結夾泥炭質條紋，f=8～12。直接頂：粉砂質泥巖0～3.6m，灰色-淺灰色，薄-中厚層狀，砂泥質結構，夾砂質條紋，顯水平狀層理f=3～4。直接底：粉砂質泥巖2.8～8.3m，深灰色、砂泥質結構，煤層底板有0.2m炭質泥巖，f=3～4。基本底：細砂巖20～35m，淺灰色、質純、致密、具水平層理，f=6～8。

1.4 地質構造 實見或預測落差大于三分之二采高斷層向工作面內部發展變化。據三維物探資料顯示，3下7111工作面位于尹家洼斷層（H=40-110∠65-77°）上盤，DF2（H=5-20 ∠75°）、DF4（H=0-15∠65°）斷層東側。區內構造復雜，不僅發育有落差較大的斷層，還發育有次級軸向NNE的褶曲。由于工作面兩側受較大斷層影響，次生構造發育，斷層及褶曲構造導致兩巷起伏變化較多。同時由于工作面地層傾角存在反轉現象，軌道巷、運輸巷交替出現上下巷，導致煤層破碎、節理裂隙較發育。工作面掘進期間揭露H>5m且延伸至面內正斷層兩條，分別為F6（H=6∠70°）、F20（H=5.7∠75°）。F6斷層與工作面走向垂直，軌道巷掘進期間并未揭露與該斷層有直接聯系的構造；F20斷層與工作面形成30°夾角，掘進期間破頂板過斷層。由于兩斷層均向面內延伸且落差較大，預計對工作面回采有較大影響。

1.5 采放工藝 采用走向長壁后退式采煤法，為綜采放頂煤采煤工藝，液壓支架支護頂板，前后部刮板運輸機運煤，全部垮落法處理采空區頂板。

工藝流程：割煤→移架→推移前部刮板運輸機→放煤→拉移后部刮板運輸機。

2 工作面設備選型

2.1 采煤機的選型 采煤機的選型要和煤層地質條件、工作面生產能力相適應，根據工作面開采條件，確定工作面采高為3.3m，放煤高度為1.5m，采煤機截深為0.8m。

采煤機的裝機功率采用單位能耗法進行計算，煤層中含夾矸，因此采煤機割煤單位能耗HW按0.75kWh進行功率計算，采煤機的裝機功率為：

PW=60HW·H·b·V·γ·k=747kW

根據上述計算參數和現場實際生產技術條件，選用MG400/930-WD雙滾筒電牽引采煤機。其主要技術參數如下：

采高：2.0～4.0m 電機功率：2×400+2×55+20kW

截深：0.8m 牽引速度：0～8.3m/min

牽引力：680～410kN 牽引方式：無鏈電牽引

煤層傾角：≤40° 煤質硬度：硬或中硬

滾筒直徑：？準2000mm 臥底量：300mm

過煤高度：684mm 搖臂擺動中心距：7600mm

2.2 液壓支架的選型 液壓支架工作阻力確定的基本條件為：工作面煤層厚度為4.8m，采煤機割煤高度3.3m，放煤高度1.5m，采深-778～-846m，煤的堅固性系數f為1.0～2.0左右。

2.2.1 根據液壓支架支撐冒落帶頂板巖層和頂煤的重量，并平衡基本頂失穩時對液壓支架的動載，計算液壓支架所需的支護強度：q=Kd（q冒+q頂煤）冒落帶巖層自重應力，本工作面液壓支架的額定支護強度取1.1MPa= 1100kN/m2，1100kN/m2>552.9kN/m2滿足要求。

2.2.2 根據確定的支護強度和工作面配套尺寸，確定液壓支架合理工作阻力p：

P=qB（LK+LD）/KS

根據以上計算，工作面選用ZF9000-20/42支架額定工作阻力9000kN，9000kN>4426kN滿足要求。

2.3 工作面共安裝128架四柱支撐掩護式低位放頂煤液壓支架、6架端頭過渡支架、1架端頭卸載支架，具體型號：ZF9000-20/42、ZFG9500-22/38；端頭卸載支架型號：ZT10000-25/40。

2.4 運輸設備選型

2.4.1 工作面前部運輸機的選型 按照刮板運輸機的運輸能力必須滿足采煤機割煤能力的要求，同時考慮到片幫煤和工作面運輸機運轉條件多變，其實際運輸能力應略大于采煤機的小時最大生產能力，取備用系數為1.2。

根據采煤機的技術參數，確定采煤機每小時平均生產能力

QC=60H·b·V·γ=311t/h

則刮板運輸機運輸能力Q=1.2QC=373.2t/h，要求前部運輸機的運輸量≧373.2t/h。本工作面所選刮板運輸機型號為SGZ-830/800，運輸能力1200t/h，1200t/h>373.2t/h滿足生產需要。

2.4.2 工作面后部運輸機的選型 從工作面采煤機割煤和放頂煤工序應最大限度地平行作業、采煤機平均循環割煤時間與放頂煤平行循環時間基本匹配、盡量減少兩個工序的相互影響時間等角度出發，對后部運輸機運輸能力進行確定。

液壓支架放一架頂煤的時間約為1min，工作面面長為189m時，完成整個工作面放煤134min，則工作面放煤能力：

Vf=Lf/Tf=1.5m/min

與采煤機落煤能力相配套的工作面平均放煤能力為：

Qf=60HfbγCf（1+Cg）Vf=137t/h

按照放頂煤開采經驗，后部頂煤放煤量經常達不到均勻放煤和均勻輸送的要求，經常出現超負荷運輸而導致刮板運輸機壓死的現象，取放煤流量不均勻系數為1.4，則后部刮板運輸機能力Q=KfQf=191.8t/h，要求后部運輸機的運輸量≧191.8t/h。本工作面所選后部刮板運輸機型號為SGZ-830/800，運輸能力1200t/h，1200t/h>191.8t/h滿足生產需要。

2.4.3 轉載機、破碎機和膠帶運輸機選型 轉載機的轉載能力和破碎機的破碎能力要與工作面的生產能力相適應，并要求與工作面刮板運輸機和膠帶輸送機相配套，根據上述配套情況，運輸巷安裝SZZ-830/400型橋式轉載機一部、PLM-1500/160型破碎機一部、DSJ100/120/3×160型膠帶輸送機一部、DSJ100/120/2×160型膠帶輸送機兩部。轉載機、破碎機和膠帶運輸機運輸、破碎能力均大于生產能力，滿足生產需要。

①ZZ-830/400型橋式轉載機一部，長度70m；②橋式轉載機上安裝一部PLM-1500/160型破碎機；③DSJ100/120/3×160型膠帶輸送機一部，長度890m；④DSJ100/120/2×160型膠帶輸送機兩部，長度分別為240m、470m；⑤清淤系統：1）運輸巷鋪設清淤轉載機兩部，型號為SGB-620/40T，長度分別為20m；2）軌道巷鋪設清淤皮帶兩部，型號為SDJ-800/40/2×40，長度分別為450m、500m。

2.5 輔助運輸設備 輔助運輸設備選用1t礦車、花車或專用平板車，牽引設備選用JY-4、JY-6型調度絞車，其主要技術參數如下：

①JY-4型調度絞車，外形尺寸：1968×1425×1500mm；

②JY-6型調度絞車，外形尺寸：2850×2723×2290mm。

3 結語

實現綜放工作面的高產高效是我國綜放技術的發展趨勢。而綜放工作面設備選型配套也成為急需解決的課題之一，其中頂板支護、前后部運輸機能力的合理匹配、移架和割煤系統的可靠性又是設備選型配套中最主要的問題，是實現綜放工作面高產高效的前提。本文提出的前后部運輸機能力匹配原則及將可靠度直接設計到工藝參數中去的理論，對今后類似工作面的設備選型配套具有一定的理論和現實指導意義。

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