北方某礦井首采區采煤工藝及主要采煤設備選型的研究

文/張鉦雨 劉歡，河南神火煤電股份有限公司征遷復墾部；河南神火煤電股份有限公司劉河煤礦

1 地質特征

北方某礦井首采區東西走向寬約2.5km，南北傾斜長約2.8km，面積約為6.73km2。南一采區地層走向近南北、傾向近南西的單斜構造；采區內大小斷層11條，大部分為沿傾向的逆斷層。設計南一采區開采上組煤，即山西組2、3、4煤，平均厚度分別為1.87m、1.83m和1.87m，均為中厚煤層。另外，局部可采煤層5-1煤距離4煤層較近，也劃歸上組煤進行回采，為局部可采的薄煤層。本區煤層傾角5～12°，平均約為8°。本區水文地質條件屬簡單類型。煤層瓦斯含量高。

2 采煤方法與采煤工藝的選擇

2.1 采煤方法選擇

根據各煤層賦存條件和煤炭產業政策，適合本礦井的采煤方法有高檔普采采煤方法和綜采采煤方法。高檔普采采煤方法雖然液壓支架（懸移頂梁液壓支架）輕便，搬家容易，投資少，但安全性差，移架慢，人工勞動強度較大，工作面生產能力小；綜采采煤方法雖然液壓支架重量大，搬家慢，投資高，但安全性高，移架快，工作面生產能力大。本礦井設計生產能力為1.50Mt/a，年產量較大，為了減少工作面數量，提高單工作面生產能力，提升礦井的機械化配備水平，確定采用綜合機械化采煤方法。

2.2 采煤工藝選擇

根據煤層賦存及地質狀況、設計生產能力、采區巷道布置和設備配置情況，2煤層第一個綜采工作面（10201綜采工作面）長度為200m，4煤層第一個工作面（10401綜采工作面）長度為220m。

采煤工藝為采煤機割煤、可彎曲刮板輸送機運煤、液壓支架支護、轉載機、破碎機、順槽膠帶機運煤，實現采煤工作面的全過程機械化。

2.2.1 工作面循環及作業方式

工作面采用“四六”工作制，即三班采煤，一班檢修，每班作業時間6h。

工作面每完成一次割煤、移架、推移輸送機工序為一個循環，每個循環支架推移行程0.8m。每班進3刀，每班進尺為1.8m，每天進9刀，每天進尺為7.2m。

2.2.2 工序安排

循環工藝流程為：采煤機由機頭斜切進刀→移端頭溜子→移過渡架和端頭架→采煤機反向割機頭煤→采煤機反向空駛→采煤機割第一刀煤→移架→推溜→采煤機由機尾斜切進刀，第一循環完成，開始下一循環。

3 主要采煤設備選型

3.1 采煤機的選型

本次設計配備兩個綜采工作面，每個工作面設計能力按滿足工作面年產0.90Mt選擇采煤機。

采煤機平均割煤速度∶Vc=n（L-L1）/[（TK-nt1）×60]=3.4（m/m in）

式中：Vc—采煤機平均割煤速度，m/min；n—采煤機日進刀數，取9刀；L—工作面長度m，取220m；L1—工作面斜切進刀長度，取25m。T—工作面生產班時間，取每班6h，日3班；t1—工作面斜切進刀時間，取0.25h；K—采煤機開機率；取60%。

采煤機最大割煤速度：Vmax=Kc·Vc＝4.1（m/min）

式中：Vmax—采煤機最大割煤速度，m/min；Kc—采煤機割煤速度不均勻系數，取1.2；Vc—采煤機平均割煤速度，m/min。

采煤機裝機功率：采煤機裝機功率取決于煤層硬度、采高、截深、割煤速度等。設計根據采煤機單位能耗計算采煤機的截割功率為：

N=60·Kb·B·H·Vmax·Hw=283（kW）

式中：N—采煤機裝機功率，kW；Kb—備用系數，取1.1；B—采煤機截深，m，取0.8m；H—采煤機割煤高度，m，根據首采區域煤層厚度，割煤高度取2煤平均厚度1.87m；Vmax—采煤機最大割煤速度，m/min；Hw—采煤機割煤單位能耗，一般0.6～0.7kWh/m3，取0.7kWh/m3。

根據以上計算，并考慮到部分區域煤層較薄，且小斷層較多，采煤機需切割矸石等因素，采煤機需要提高一定的可靠性，選用M G2×150/700-WD1型雙滾筒采煤機。

3.2 工作面可彎曲刮板輸送機的選型

工作面可彎曲刮板輸送機選型應滿足三個方面的要求：一是運輸能力與采煤機生產能力相適應；二是結構形式與采煤機、液壓支架相匹配；三是輸送機長度與工作面長度相一致。

Qm=60·B·H·Vc·γ，Qq≥Kc·Kh·Kv·Ky·Qm

式中：Qm—采煤機平均落煤能力，t/h；Qq—輸送機運輸能力，t/h；Kc—采煤機割煤速度不均勻系數，取1.1；Kh—采煤機割煤高度不均勻系數，取1；Kv—修正系數，取1.05；Ky—傾角系數，取0.9。

經計算，Qm=443(t/h)，Qq≥Kc·Kh·Kv·Ky·Qm=460(t/h)

根據上面的計算結果，工作面可彎曲刮板輸送機設計選用SGZ 730/400型可彎曲刮板輸送機.

3.3 液壓支架的選型

3.3.1 液壓支架的支護強度

式中：q—工作面支架所需支護強度，MPa；Kd—基本頂失穩時的動載系數，取Kd=1.1；q冒—冒落帶巖層自重應力，q冒=γ頂·h；γ頂為頂板巖層容重，取25kN/m3；h為冒落帶高度，按8倍采高計算，取2煤開采最大厚度2.6m，則h=2.6×8=20.8m。

經過計算，q=1.1×25×20.8=0.57MPa。

3.3.2 支架工作阻力的確定

支架工作阻力計算公式為：P=q×（支架頂梁長度+支架端面距）×支架寬度

則，P=0.57×（3.86+0.36）×1.5×1000=3608kN

3.3.3 液壓支架的選型及參數

根據以上計算，綜采工作面中間支架選用ZY5200/12/28型兩柱掩護式支架，過渡支架選用ZYG5200/12/28型兩柱掩護式支架，端頭支架選用ZYT5200/15/30D型兩柱掩護式支架。

4 結束語

該工作面主要采煤設備自投入使用以來，運行安全可靠，使用情況良好，取得了很好的經濟效益。因此，在實際使用中，一定要根據回采工作面的采場條件，合理選擇配套的采煤設備，使其能夠經濟合理、安全可靠地運行。