龐龐塔煤礦綜采放頂煤工作面設備選型研究

侯壯壯

（山西焦煤霍州煤電集團呂臨能化有限公司龐龐塔煤礦綜放一隊，山西 呂梁 033200）

2004年開始，霍州煤電集團擬以并購的龐龐塔井田為基礎向井田西部及南部延伸進行擴建工程，并作為霍州煤電集團的重點工程進行實施。在收購的龐龐塔煤礦基礎上經過向西、南擴界進行技術升級改造達到年產3.0Mt的生產能力。為使龐龐塔煤礦開拓系統完善，采煤方法適宜，安全生產條件達標，生產規模穩定，需對整合后的礦井進行全面的升級改造。本論文主要是對工作面設備選型進行相應的分析研究，充分利用已有設施，完善開拓、開采系統，提高安全裝備水平和安全生產條件，簡化地面布置，集中生產，節約投資，真實地反映龐龐塔煤礦的生產和建設現狀，把龐龐塔煤礦建設成現代化的安全高效礦井。

1 5號煤層工作面生產能力

根據龐龐塔煤礦的地質情況，對5號煤層按推進度計算產量。

式中：

Q-工作面的生產能力，t/a；

Q1-回采生產能力，t/a；

Q2-放頂煤的生產能力，t/a；

L1-工作面割煤長度，取240m；

L2-工作面放煤長度，考慮端頭放煤因素，取233m；

B-采煤機有效截深，取0.80m；

N-日進刀數，取3刀；

M1-采煤機割煤采高，取3.1m；

M2-放煤高度，取3.1m；

C1-采煤機割煤回采率，取95%，9煤取93%；

C2-放煤回采率，取85%；

r-煤的實體容重，取1.51t/m3。

經計算，開采5號煤，Q=0.718+0.697=1.416Mt，因此5號煤層生產面的總生產能為力1.416Mt/a，回采生產能力0.718Mt/a，放頂煤生產能力0.697Mt/a。

表1 達到設計能力時采區工作面特征表

2 綜采放頂煤工作面設備選型

根據相應的數據計算，一采區5號煤層綜放工作面根據采區接替及煤層厚度確定產量為1.2Mt/a。

2.1 采煤機選型

2.1.1 采煤機落煤能力

一采區5號煤層綜放工作面年產量按1.2Mt/a考慮，則工作面日產量為3636t，平均落煤能力計算如下：

式中：

Qm-平均落煤能力，t/h；

Qr-工作面平均日產量，取3636t/d；

B-采煤機有效截深，取0.80m；

H-平均采高，取3.1m；

γ-實體煤容重，取1.51t/m3；

C-工作面采煤機割煤回采率，取95%；

L-工作面長度，取240m；

Lm-采煤機兩滾筒中心距，取11m；

Td-采煤機返向時間，取1min；

Hf-綜放工作面平均頂煤厚度，取3.1m；

Lf-綜放工作面放煤長度，取233m；

Cf-頂煤回收率，取約85%；

K-采煤機平均開機率，取0.50；

T1-綜放工作面日生產時間，取1080min；

i-采煤機割煤速度Vc與空刀牽引速度Vk之比，i=Vc/Vk，取i=0.5。

則計算得Qm=332.3t/h。

由此采煤機平均割煤速度：

2.1.2 采煤機最大割煤速度和最大生產能力

采煤機最大割煤速度：Vmax=Kc·Vc

采煤機最大生產能力：Qmax=Kc·Qm

式中：

Vmax-采煤機最大割煤速度，m/min；

Qmax-采煤機最大落煤量，t/h；

Kc—采煤機割煤不均衡系數，取1.3。

則：

Vmax=1.3×1.5=1.958m/min

Qmax=1.3×357.8=432.0t/h。

2.1.3 采煤機裝機功率

按采煤機單位能耗計算采煤機功率為：

N=60Kb·B·H·Vmax·Hw

式中：

N-采煤機截割功率，kW；

Kb-備用系數，取1.5；

Hw-采煤機割煤單位能耗，取0.85kWh/m3；

Vmax-最大割煤速度，取2.08m/min。

則采煤機裝機功率：N=60×1.5×0.8×3.1×1.9 6×0.85=371.85kW。

因龐龐塔礦井5號煤傾角大，煤層硬度大，為保證生產的連續性以及減小故障率，5號煤選用MG400/930-QWD型采煤機，其滾筒直徑1800mm，開采高度1.9～4.0m，截深800mm，牽引速度0～7m/min，電機功率930kW。

2.2 工作面可彎曲刮板輸送機、轉載機、破碎機

（1）對于可彎曲刮板機的選型有以下要求：① 設備運輸能力與采煤機生產相配套；② 設備的外型尺寸與采煤機相配套；③ 設備節距與液壓支架寬度相配套。考慮上述要求，同時為了對彎曲刮板輸送機方便檢修，5號煤回采工作面架前、架后刮板機均選用SGZ800/750型可彎曲刮板輸送機，其主要參數為：有效鋪設長度237m，運輸能力1000t/h，額定電壓3300V，電機功率2×375kW。

（2）轉載機的選擇主要考慮與刮板機配套，據此選擇SZZ1000/375型，其裝載能力2000t/h，額定電壓3300V，功率375kW。

（3）破碎機選用PCM200型，其破碎能力2000t/h，額定電壓3300V，功率200kW。

2.3 液壓支架

初期采區內5號煤埋深350m以上，煤層頂板一般以泥巖為主，工作面采高較大。據此條件，借鑒同煤集團同類型煤層工作面的選型經驗，選用支撐掩護式放頂煤支架，以實現5號煤層的高產高效生產。

2.3.1 支架支護強度

支架支護強度采用估算法計算：

式中：

P-所需支護強度，kN/m2；

Kd-基本頂失穩時動載系數，取1.6；

q直- 直接頂自重應力，q直=γ直·h。γ直為直接頂容重，取25kN/m3，厚度h取10m；

q煤-支架上方頂煤的自重應力，q煤=γ煤?h，γ煤為煤容重，取15.1kN/m3，頂厚平均厚度為7.43m。

2.3.2 支架工作阻力

支架工作阻力按下式計算：

N=P?（LK+LD）·B

式中：

N-支架工作阻力，kN；

P-支架支護強度，5號煤為479N/m2；

LK-空頂距，0.366m；

LD-支架頂梁長度，4.397m；

B-支架寬度，5號煤為1.5m。

計算得5號煤液壓支架工作阻力為3422.2kN。

據此，設計5號煤選用ZF6400/18/35型液壓支架，主要技術參數為：工作阻力6400kN，支護強度0.72MPa，支護寬度1500mm，支架高度1.8～3.5m，支架重量17.9t。

2.4 順槽可伸縮膠帶輸送機

5號煤工作面推進長度都在1300m左右，考慮膠帶順槽坡度情況，設計選用DS1200/150×2×400型可伸縮膠帶輸送機，其寬度為1350m，輸送能力2000t/h，電壓1140V，電機功率2×400kW。

2.5 乳化液泵站

選用WRB400/31.5型乳化液泵站，由2臺乳化液泵，1臺乳化液箱組成，其中1臺泵工作，1臺泵備用，公稱壓力31.5MPa，公稱流量400L/min，總功率250kW。

考慮到龐龐塔煤礦5號煤層開采條件不佳的現狀，適當加大了采煤機功率；為減少端頭作業時間，保證工作面產量，增大了工作面長度；為加強工作面支護，加大了液壓支架的支護強度；由于采用放頂煤開采，工作面放煤時不好控制，瞬時產量大，為防止將運輸設備壓死，故加大了刮板機、轉載機、破碎機等的運輸能力。

3 結語

工作面設備選型工作是實現煤礦高產高效安全生產的關鍵因素，必須進行深入的計算和嚴格論證。本論文以龐龐塔煤礦5號煤層綜采放頂煤工作面為研究對象，對工作面所需主要設備的選型進行了相應的計算和論證。該設備選型技術參數合理，投資費用低，能實現采煤、支護和運輸等環節的最佳匹配效果。