蓮盛煤業工作面綜采設備優化方案的設計研究

梁建偉

（山西煤炭運銷集團朔州有限公司， 山西 朔州 036002）

引言

蓮盛煤業設計生產能力為90 萬t/a，本次綜采設備的優化設計主要滿足蓮盛煤業9 號煤層下分層綜采放頂煤的設備需求。通過對蓮盛煤業綜采設備上的分層生產能力進行計算，選擇滿足生產能力的設備，實現工作面綜采設備優化設計[1]。

1 采煤機的選型

采煤機是工作面綜采的主要設備。而在實際綜采過程中，采煤機的采煤速度是不確定的，采煤機的落煤速度也不能確定。所以，需要對采煤機的平均落煤能力進行計算。計算公式如下：

式中：Qm為落煤能力，單位為t/h；A為日產量，取2 727 t/d；L為工作面長度，取150 m；Lm為采煤機兩滾筒中心距，取10 m；Ls為刮板輸送機彎曲段長度，取值35 m；K為采煤機日開機率，根據經驗取45%；C為機采回收率，取95%；Cf為放頂煤回收率，取85%；Hf為放頂煤厚度，取平均值7.2 m；Lf為放頂煤長度，取140 m；H為采煤機割煤高，取3.0 m；td為采煤機反向時間，取20 min；B為采煤機滾筒截深，取0.6 m；γ 為煤的容重，取1.40 t/m3。將數據代入公式，計算可得Qm≥177.1 t/h。

當計算出采煤機的落煤能力后，還需要對采煤機的平均割煤速度進行計算，計算公式如下：

式中：Vc是指平均割煤速度，m/min。將數據代入計算公式可得Vc＝1.17 m/min。

由于采煤機的采煤速度和落煤能力是不定值，那么采煤機的割煤速度需較大于平均速度值。采煤機最大割煤速度計算公式為Vmax＝K1Vc，單位為m/min。其中K1為采煤機不均衡系數，取值1.5。通過計算可得Vmax＝1.76 m/min。

計算出采煤機的落煤能力和平均割煤速度后，計算采煤機的最大割煤能力，計算公式如下：

代入數據計算可得Qmax=266.1 t/h。

根據采煤機的最大割煤能力，計算采煤機的截割功率，計算公式如下：

式中：N是指截割功率，kW；Hw是指能耗指數，取值0.80 kWh/m3。將數字代入公式可得N=152.1 kW。

通過以上計算可得，需要選用截割功率大于152.1 kW 的采煤機。根據蓮盛煤業生產設計要求，選擇截割功率 500 kW 的采煤機， 型號為MG200/500-WD。

2 刮板輸送機的選型

目前蓮盛煤業9 號煤層綜采工作面的輸送能力需與采煤機適配，以滿足采煤速度和割煤能力。然而，蓮盛煤業只有前刮板輸送機，而沒有后刮板輸送機[2]。但是考慮到9 號煤層的生產能力，需要滿足刮板輸送機與采煤機設備配套。那么，前刮板輸送機的輸送能力應為Qq≥Qmax=266.1 t/h。刮板輸送機需要考慮前刮板輸送機和后刮板輸送機之間配套，要滿足工作面綜采生產要求，后刮板機的輸送能力必須滿足平均放煤速度。根據綜采生產要求，蓮盛煤業工作面綜采平均放頂煤速度計算公式為：

式中：Vf是指平均放頂煤速度，m/min；tdt是指工作面端頭作業時間，取30 min；t1是指工作面放頂煤輔助工序時間，取30 min。將數字代入公式，計算可得Vf=0.73 m/min。

計算出工作面的平均放頂煤速度后，可以計算出工作面平均放頂煤能力，計算公式為：

式中：Qf是指平均放頂煤能力，t/h；Cg是指放頂煤的含矸率，取值3%。將數字代入公式，計算可得Qf=231.9 t/h。

得出工作面的平均放頂煤速度和平均放頂煤能力后，再計算后刮板輸送機輸送能力，計算公式為：

式中：Kf是指放頂煤不均勻系數，取值1.35；Ky是指運輸方向及傾角修正系數，取值1.2。將數字代入公式，計算可得后刮板輸送機輸送能力Qh≥375.7 t/h。

根據上述計算，可以發現9 號煤層的后刮板輸送機輸送能力大于375.7 t/h。根據蓮盛煤業9 號煤層分層開采的需要，工作面選擇的前后刮板輸送機的輸送能力均要達到600 t/h，其中前刮板輸送機型號為 SGZ764/400； 后刮板輸送機型號為SGZ764/630。

3 液壓支架的選型

根據蓮盛煤業9 號煤層設計要求液壓支架必須要滿足不小于3.2 m 的最大采高，否則無法進行運輸[3]。另外，煤層綜采工作面要求分層開采時頂分層的壓力要小于放頂煤開采支架承受壓力。所以，為確保計算可靠，本次支架選型計算在增加頂煤自重的同時，以綜采方式開采上分層為依據。按估算法支架支護強度計算公式為：

式中：Q為支架支護強度，MPa；Kd為動載系數，取1.5；q冒為冒落帶自重應力，q冒=γ1h=25 000×12=300 000 N/m2（其中：γ1為頂板巖石容重，取25 000 N/m3）；q頂為頂煤自重應力，N/m2；q頂=maγ2=7.2×1.40×1 000×9.8=98 784 N/m2（其中：ma為放頂煤厚度，取7.2 m；γ2為頂煤容重，取1.40 t/m3）。

在計算q冒時涉及到的頂板巖厚度h的計算公式為：

其中：m為采煤機平均采高，取3.0m；δ 為巖石初期碎脹系數，取1.25。代入數據計算得h=12 m。

則Q=1.5×（300 000+98 784）×10-6=0.598 MPa。

通過計算，蓮盛煤業9 號煤業液壓支架支護強度必須要大于0.598 MPa。所以蓮盛煤業選擇型號為ZF7200/20/32 和ZFG8000/20.5/33 兩種支架，均放置于工作面。該設備支護高度2.0～3.2 m，支護強度1.01～1.05 MPa，對底板比壓2.35 MPa，具有較大的初撐力和拉架力，更適合Ⅱ類直接頂。

4 結語

結合蓮盛煤業9 號煤層的生產能力要求，對工作面綜采設備生產能力進行計算，選擇滿足9 號煤層生產要求的設備選型。經過測試運行，該設備選型能夠運行穩定。隨著蓮盛煤業9 號煤層的繼續開采，將繼續加強對各綜采設備的維護與管理，根據生產需求繼續對各綜采設備進行優化和改進。