東曲礦綜采工作面三機配套合理選型及應用

陳 健

（西山煤電集團公司東曲煤礦， 山西 古交 030200）

引言

隨著煤礦開采技術的不斷進步，綜采機械化設備的應用使得煤礦生產逐漸實現自動化、智能化和一體化。與傳統的煤礦開采工藝相比，綜合機械化開采在開采效率的提升和巷道頂板支護等方面有顯著提高。而工作面綜采三機（采煤機、刮板輸送機、液壓支架）的科學合理選型與配套，對綜采工作面短期內能否順利達到預計產量具有重要影響。

1 礦井概況

東曲礦位于山西省古交市東南，礦井井田面積60 km2，可采儲量4.6億t，主要開采煤層太原組8號、9號，礦井設計年生產能力4.00 Mt。井田走向長度為7.3 km，傾向長度為6.5 km，總面積達35.6 km2。礦井開采采用平硐加斜井式開拓、條帶式開采方式。14216工作面位于東曲礦三采區主要開采太原組8號煤層，煤層為南北走向，工作面由運輸巷、運聯巷、材料巷、材聯巷、切眼組成。工作面長度為145.5 m，可采長度為1 408 m，煤層厚度（含矸）9.28 m，煤傾角為 6°～15°，容重 1.37 t/m3，面積 20 4864 m2，工業儲量2.3 Mt，可采儲量192.81萬t。采煤方法為長壁式綜合機械化低位放頂煤全部垮落采煤法，其中底分層采高2.8 m，循環進度0.8 m，底分層采出率95%。放頂煤區段為136.5 m，頂煤厚度為4.86 m，工作面采出率85%，采放比1∶1.74/1∶2.31（在實際放煤過程中受煤層厚度變化影響，放采比可能存在不確定因素）。放煤步距0.8 m，一采一放，循環產量為1 042 t，工作面推進方向由南向北。

2 綜采三機的選型配套

2.1 采煤機的選型配套

2.1.1 選型原則

1）采煤機的選型應適合礦井煤層的賦存條件，采煤機的主要技術參數如采高、截深、功率、牽引方式等主計算應科學合理，有較大的適用范圍。

2）滿足工作面開采生產能力的要求，采煤機的生產能力應大于工作面設計生產能力，滿足于液壓支架和刮板輸送機的配套標準。

3）采煤機的技術性能良好、操作簡單、安全可靠，各種保護功能完善，便于后期的檢修與維護[1]。

2.1.2 采煤機技術參數計算

14216工作面采高為2.8 m，截深（厚煤層）常用0.8 m；采煤機裝機功率主要用于截煤和裝煤，牽引功率只占15%左右，為防止電動機滿負荷過載運轉，電動機功率都留有一定的富余量，采高2.8 m，雙滾筒裝機功率一般取200～300 kW，采煤機質量太小會影響機器工作的穩定性，太大又要增加牽引力。

工作面生產能力：

式中：Q1為工作面需要生產能力，t/h；Qr為日生產能力，t/h，根據8號煤日產量，取4 168 t/h；K為生產不均衡系數，取0.9；A為日工作時長，取6 h；T為每班檢修時長，取1 h；D為工效系數，取0.9；C為每班工作時間，取0.95 h。將數值代入公式計算得出14216綜采工作面需要生產能力為219.39 t/h。

采煤機可實現的生產能力：

式中：Q2為采煤機械可實現的生產能力，t/h；V1為采煤機械平均牽引速度，取3.0 m/min；H為平均割煤高度，取2.8 m；B為滾筒截深，取0.8 m；r為煤的密度，取1.4 m/m3。將數值帶入公式計算得出Q2為564.48 t/h，大于工作面需要生產能力Q1。

煤層傾角12°以下的煤層是機械化開采的有利條件，采煤機不會滑倒，可不考慮設置防滑倒措施。當煤層傾角較大時，必須安裝防滑倒裝置。

2.1.3 采煤機選型結果

根據計算選擇型號為MG300/700-AWD型系列的交流電牽引采煤機，具體參數見1。

表1 MG300/700-AWD型系列的交流電牽引采煤機參數

2.2 液壓支架選型

2.2.1 支架選型原則

選擇液壓支架主要根據工作面頂板條件，同時還應考慮礦井煤層賦存條件，如煤層厚度、煤層傾角、頂底板強度、煤與瓦斯突出、采煤工藝及端頭架。

2.2.2 支架技術參數計算

1）支架高度確定。支架最大結構高度Hmax=Mmax+S1=3 000+200=3 200 mm；支架最低結構高度Hmin=Mmin-S2=2 600-900=1 700 mm；支架伸縮比Ks=Hmax/Hmin=3 200/1 700=1.88。式中：Mmax、Mmin分別為煤層最大、最低采高，分別取3 000 mm、2 600 mm；S1為偽頂冒落的最大高度，取200 m；S2為礦井周期性來壓時的頂板的下沉量、移架時支架的下降量和頂梁上、底板下的浮矸之和，取900 mm。根據計算數據，中間架選擇17/32架型高度，過渡架選擇19/32架型高度。

2）支架支護阻力計算。根據經驗公式，支架應達到的支護強度為：

式中：P為老頂來壓時的支護強度；M為割煤高度，取2.8 m；γ為上覆巖層平均容重，采用加權平均法予以計算。在工作面上覆巖層中，煤層厚度為4.86 m，容重為13.7 kN/m3。1號矸厚度為0.1 m，2號矸厚度為0.03 m，容重均為20 kN/m3；泥巖厚度為1 m，容重為 20 kN/m3；K2灰巖厚度為 8.37 m，容重為 24 kN/m3。按8倍采高巖重進行驗算，γ＝（Σhi×γi）/Σhi=（4.86×13.7+0.1×20+0.03×20+1×20＋8.37×24）/（4.86+0.1+0.03＋1+8.37）≈20.2 kN/m3。式中：hi為上覆巖層分層厚度，m；γi為頂板各巖層容重，kN/m3。最終得出 P=8×2.8×20.2＝452.48 kN/m2=0.45 248 MPa。選擇支架支護強度應大于P。

3）底板比壓驗算。根據實測，工作面底板允許比壓為8.79 MPa，選擇支架設計底板比壓小于工作面底板允許比壓，支架不會發生鉆底現象。

2.2.3 液壓支架選型結果

根據以上計算，設計選用中間架ZF6800/17/32型94架，過渡架選用ZFG8000/19/32型5架，具體見表2。

表2 支架主要參數及技術特征

2.3 刮板輸送機選型

2.3.1 刮板輸送機選型原則

1）刮板運輸機的外型尺寸應符合采煤機的牽引和行走裝置要求，并與之相配套。

2）刮板輸送機長度應與綜采工作面長度相適應，同時刮板輸送機的輸送能力應大于采煤機的生產能力，一般取1.2倍。

3）合理控制溜槽與支架推移千斤頂連接裝置之間的距離，并與之結構匹配。

4）為滿足采煤機的配套要求，應在機頭機尾安裝張緊、防滑裝置，靠煤壁一側設鏟煤板，靠采空區一側附設電纜槽等[2]。

2.3.2 刮板輸送機的配套選型

按照刮板輸送機應滿足采煤機生產能力的要求，前刮板輸送機選用SGZ-764/630型，后刮板輸送機選用SGZ-800/800型，其技術參數見表3。

表3 前刮板輸送機SGZ-764/630和后刮板輸送機SGZ-800/800參數

3 改進建議

針對14216工作面綜采三機選型配套并試運轉情況的分析，表明綜采三機選型合理能夠滿足工作面實際生產要求，對現場運行過程中出現的問題，提出改進建議：

1）降低采煤機滾筒的轉速是提升采煤機滾筒截割能力的有效途徑，按照低速要求來設計采煤機截割部傳送系統內部的傳送部件，可大大延長設備的使用壽命；

2）重視并加強日常檢修管理工作，及時更換損壞配件，加注潤滑油，出現故障后不能因為趕生產任務而讓機器帶病作業，使得小故障演變成大故障。

3）在保證安全的前提下，應該加強管理，按照作業規程合理安排采煤、移架、放煤循環作業，減少工序相互影響，避免不必要的停機，提高采煤機開機率。

4 結論

東曲礦對14216工作面綜采三機進行科學合理的選型配套，實現了礦井的高產高效，大幅提升了礦井的開采效率。綜采三機的選型配套應根據工作面實際地質條件和生產要求進行，不能單純以“經驗類比”為主，應用科學高效的管理措施來提升綜采工作面的開采量，優化作業環節，減少勞動強度，從而提高生產效率[3]。