口前煤礦4301工作面主要采煤設備參數設計

張海龍

（山西朔州山陰蘭花口前煤業有限公司，山西 朔州 036900）

1 口前煤礦4301工作面概述

1.1 工作面基本情況

4301工作面位于礦區東北部，北鄰設計的4302工作面，南鄰（2004—2006）年小窯采空區，西鄰北運輸大巷，東鄰礦界。走向長度525 m，傾向長度180 m，傾角0°～10°，面積141 280 m2。地面位于副井工業廣場東北部，無建筑、設施等。地面標高最高1 570 m，最低1 527 m。設計的4301工作面西部平距為20 m處，有一處采空區，積水面積為5 155 m2。同時在4301工作面內部有南北向10條聯絡巷，平距大約均為70m，貫穿整個4301工作面。根據現有資料，上部巖層裂隙較為發育，其具有一定的富水性[1-3]。

1.2 煤層概況

根據勘探成果，4301工作面9號（4號+9號）煤層厚度平均為11.5 m；4301工作面煤層走向NE132°，煤層傾向NW143°，煤層傾角0°～10°，平均5°；4301工作面總體上西南高東北低，最高處位于西南角一帶，高程1 413 m左右，最低處位于中部、東北區域，高程約為1 391 m。煤層頂板以細粒砂巖、砂質泥巖、粉砂巖為主，平均厚度3.63 m，底板為砂質泥巖及泥巖，平均厚度1.60 m。4301工作面煤質情況見表1。

表1 煤質情況表

4301工作面內煤層儲存穩定，無地質構造，但存在遺留空巷，當回采至空巷時，另行補充安全技術措施。

2 采煤方法

根據地質條件及口前煤礦機械化開采狀況，該面選用后退式單一傾斜長壁采煤方法，沿煤層底板采用綜合機械化放頂煤開采，機采高度3.0 m，放頂煤8.5 m。采空區擬采用全部垮落法管理頂板。工藝流程：割煤→移架→推前部溜→放頂煤→拉后部溜→拉轉載機→縮尾→支、回柱（端頭、超前）[1-5]。

2.1 割煤流程

割煤采用MG300/700-WD1型采煤機，雙向割煤，采高3 m，截深0.6 m；端頭斜切進刀，進刀距離不小于30 m。進刀流程說明見表2，進刀動作見圖1。

表2 進刀流程表

圖1 采煤機進刀方式圖

2.2 移架與推前部溜

割煤后，距采煤機4～6架進行拉架，操作方式為本架操作，順序拉架，拉架步距0.6 m。

滯后拉架8～10架，即可推前部溜，順序追機推溜，推溜步距0.6m，推溜距采煤機的距離不小于12m，推溜時必須保證工作面煤溜能正常運行，嚴禁出現急彎，煤溜彎曲段不小于15 m，頂第一次機頭、機尾時機組斜切進刀；頂第二次機頭、機尾時，機組正常割煤。

2.3 放頂煤

放頂煤滯后拉架3～5架，放頂煤前應先調整后部溜，使煤溜處于有利于放頂煤的工作狀態，排頭排尾各3架不放頂煤。初放頂煤：在支架頂梁末端推出切眼3個循環后放煤，若放煤困難可采取專項措施進行放煤，屆時制定專門措施。正常放煤：采煤機每割兩刀，放頂煤一次。放煤順序：采用多輪順序均勻放煤，由兩人同時操作，兩人間隔不小于5個支架，依次順序放煤，每架放煤都要均勻放出，放煤時，出現矸石就立即升起尾梁伸出插板，停止放煤。末采放頂煤：工作面距停采線16 m時停止放頂煤。

2.4 拉后部溜

當工作面支架放完頂煤后，開始拉后部溜，拉溜步距為0.6 m，后溜彎曲段不小于15 m，嚴禁出現急彎。

2.5 轉載機和自移皮帶機尾移設

1）轉載機頭與自移皮帶機尾通過推拉油缸連成一體，每2至4個循環移一次皮帶機尾，皮帶機尾移動完畢后，通過推拉油缸將轉載機向前推移。

2）自移機尾小車與轉載機機頭連成一體，構成自移裝置自移的支撐點，小車通過Φ50 mm銷與推移缸活塞桿相連接，推移缸缸體與基架通過Φ50 mm銷相聯接，構成以轉載機為支撐的自移系統。在推移轉載機時，小車及推移缸活塞桿一起前移，活塞桿被壓入缸筒，根據采煤工藝要求在完成一定截深后，即可推出推移缸進行基架的推移工作。

3 液壓支架設計與選型

3.1 放頂煤支架動載支護強度的確定

根據上部煤層的斷裂角確定放頂煤支架支護強度qz：

式中：k為動載備用系數，取1.5；Y1為頂煤容重，取14.3 kN/m3；h1為頂煤厚度，取4.25 m；Y2為頂板巖石的容重，26.0 kN/m3；H為對支架有直接影響的巖層厚度，由公式（2）計算得到H=12.8 m，其中，Ly為有效控頂距，取5.85 m，α為頂煤斷裂角，取70°，θ為頂板斷裂角，取60°。

根據上式計算得出放頂煤支護強度qz=590.8 kN/m2。

3.2 綜放工作面支架阻力的計算

3.2.1 根據上部煤層斷裂角確定支架工作阻力P1

式中：Lk為端面距，取0.3 m；Ld為頂梁長度，取4.34 m；B為支架中心距，取1.5 m；ηs為支架的支護效率，取0.9。

根據上部煤層斷裂角確定的支架工作阻力P1=4 569.0 kN。

3.2.2 根據放頂煤工作面現場實測數據的回歸公式計算確定支架工作阻力P2

式中：h為煤層埋深，取180 m；f為巖的硬度系數，取5；Md為頂煤厚度，取15.22 m；K為安全系數，取1.2。

根據放頂煤工作面實測數據的回歸計算確定支架工作阻力P2=5 620 kN。

根據上述兩種方法計算的綜放面支架工作阻力，取其最大值，為5 620 kN。根據驗算及實測計算結果采用支護工作阻力為6 400 kN的ZF6400/18/32型支撐掩護式液壓支架工作阻力符合要求。4301工作面長180 m，選用116架ZF6400/18/32型中間支架，6架ZGF6800/19/32型過渡支架，頭尾各三架。F6400/18/32液壓支架主要技術參數見表3。

表3 F6400/18/32液壓支架主要技術參數表

4 采煤機采煤能力校核

4.1 采煤機生產能力的校驗

式中：Q采為工作面采煤機生產能力，t/h；M為采高，取3 m；B'為截深，取0.6 m；V采為最大的牽引速度，取13.9 m/min；ρ為煤層密度，取1.43 t/m3；K'為總時間利用系數，取0.75。

經計算得出采煤機生產能力1 576.26 t/h，滿足生產需求。

4.2 采煤機電機功率的核定

4.2.1 工作面日割煤量

式中：Q刀為每刀產量，t；L為工作面長度，取180 m；C為回采率，取0.97。

經計算得出每刀產量為449.4 t。

式中：Qr為工作面日產量，t；Qy為工作面月產量，給定90 000 t；Ty為月生產天數，取25 d。

經計算得出工作面日產量需要達到3 600 t。

4.2.2 日割煤時間

式中：Tr日割煤時間，min；T生產班總時間，取16 h；0.75為采煤機開機率經驗值。

經計算得出日割煤時間為720 min。

4.2.3 采煤機割煤速度

式中：v為采煤機割煤速度，m/min；N為日割煤刀數，取4；Ly為工作面有效工作長度，取158 m；1.5為采煤機牽引速度富余系數。

經計算得出采煤機割煤速度應不小于1.31 m/min。

4.2.4 采煤機功率

式中：N0為采煤機所需功率，kW；Hmax為采煤機最大切割高度，取3 m；vmax為采煤機最大割煤速度，取5 m/min；Hw為采煤機截煤的單位能耗，取3 MJ/m3。

經計算得，采煤機所需最大功率N0=450 kW，4301工作面采煤機為MG300/700-WD1，裝機功率700 kW，符合生產需求。

5 結論

根據地質條件及口前煤礦機械化開采狀況，該面選用后退式單一傾斜長壁采煤方法，沿煤層底板采用綜合機械化放頂煤開采割煤采用MG300/700-WD1型采煤機，雙向割煤，功率符合工作面采煤需求。采用ZF6400/18/32型支撐掩護式液壓支架工作阻力符合工作面支護能力需求。