采煤工作面綜采設備的選型研究

王 洋

(山西西山煤電股份有限公司 西銘礦，山西 太原 030052)

0 引言

隨著煤炭工業的長足發展，煤礦機械設備也向著大功率、高度自動化的方向逐步邁進。然而由于全國各地煤炭賦存條件千差萬別，因此在各礦采煤工作面綜采設備選型時必須具有針對性地綜合考慮，以滿足其個性化需求，從而達到高產高效的目的。

1 工作面情況

某煤業地處山西省臨汾市蒲縣喬家灣鄉，隸屬于晉煤集團，核定產能0.90 Mt/a。礦井屬低瓦斯礦井，地質構造、水文地質分別為簡單、中等類型，布置有主、副、回風等3個斜井。可采煤層為3號煤層和11號煤層兩層煤，目前開采3號煤層。

3107工作面地處井田中部，其地面大部分被林區所覆蓋。工作面北部與3106工作面采空區相鄰，其南部未進行開采活動，其西部與天元洗煤廠保護煤柱相鄰，東部與大巷保護煤柱相鄰。所采3號煤層平均厚度為2.4 m，含夾矸0～2層，屬穩定可采煤層。其基本頂的巖性為粉砂巖，平均厚度為5.5 m，具有少量裂隙；直接頂的巖性為泥巖，平均厚度為2.3 m，致密，局部含炭質；直接底的巖性為泥巖，平均厚度為3.6 m，致密，部分具有粉砂巖條帶；基本底的巖性為細粒砂巖，平均厚度為4.8 m，含石英為主。

3107工作面布置兩條順槽，其中3107回風巷長度為601 m，采用矩形斷面，寬度為4.0 m，高度為2.6 m，掘進斷面積為10.4 m2；3107運輸巷長度為681 m，采用矩形斷面，寬度為5.0 m，高度為2.8 m，掘進斷面積為14.0 m2。3107切眼長度為196 m，采用矩形斷面，寬度為6.2 m，高度為2.8 m，掘進斷面積為17.36 m2。兩條順槽均采用錨網索+鋼筋托梁的支護形式，切眼采用錨桿+錨索+W型鋼帶+鋼筋網+木棚的聯合支護形式。工作面走向長度為566 m，傾斜長度為196 m，工業儲量39.75萬噸，可采儲量35.2萬噸。

2 綜采設備選型

2.1 采煤機選型

對采煤機進行選型時，其采高、功率等參數需要充分考慮現場具體的煤層厚度、生產能力等實際情況，其相關性能參數確定如下：

(1) 采高：采煤機的采高需要通過工作面煤厚進行確定，3107工作面的最小煤厚M最小=2.1 m，最大煤厚M最大=2.8 m。因為工作面回采過程中，垮落法管理頂板時頂板會逐漸下沉，其最小采高H最小=M最小/(1.1～1.2)=1.75 m～1.91 m；最大采高H最大=M最大/(0.9～0.95)=2.95 m～3.11 m。

(2) 截深B：采煤機截深由工作面煤厚、煤質、巖性及礦井生產能力綜合確定，綜合確定截深為0.6 m。

(3) 牽引速度：根據設計手冊等相關資料，采煤機所需牽引速度vg可由下式計算：

vg=Qh/(60HBK采γ煤).

(1)

其中：Qh為工作面每時生產能力，按該礦單井單面0.90 Mt/a計算，則Qh=2 750 t/18 h=153 t/h；H為采高，取煤厚2.4 m；K采為采煤機實際工作時間系數，取0.3；γ煤為煤的容重，取1.34 t/m3。

將相關數據代入公式(1)，計算可得vg=4.39 m/min。

選用MG300/700-AWD型采煤機，其主要技術參數如表1所示。

表1 MG300/700-AWD型采煤機主要技術參數

2.2 刮板輸送機選型

對刮板輸送機進行選型時，其運輸能力需要與采煤機最大生產能力相適應，并在此基礎上根據其運輸負荷來確定配套的鏈條數量。

根據設計手冊等相關資料，刮板輸送機的運輸能力Qb可由下式計算：

Qb=Qdf/(hK刮).

(2)

其中：Qd為工作面每日生產能力，取2 750 t/d；f為運輸能力富裕系數，取1.2；h為每日運行時間，取18 h；K刮為運輸機開機率，取0.7。

將相關數據代入公式(2)，計算可得Qb=261.91 t/h。因此，所選刮板輸送機運輸能力要比計算結果大才能滿足現場需要。

選用SGZ764/630型刮板輸送機，其主要技術參數如表2所示。

表2 SGZ764/630型刮板輸送機主要技術參數

2.3 液壓支架選型

(1) 通過倍數覆巖容重方法對液壓支架支護能力進行計算，即：

p=n×H×γ覆×g.

(3)

其中：p為液壓支架支護強度，kN/m2；n為不同頂板條件下上覆巖層容重倍數；γ覆為工作面上覆巖層的平均容重，取2.5 kN/m3；g為重力加速度，取9.8 m/s2。

針對不同頂板條件下上覆巖層容重倍數n，在中等穩定頂板條件下，其取值范圍為6～8；在頂板較為穩定、周期來壓顯著條件下，其取值范圍為9～11；在頂板穩定性較差、來壓劇烈條件下，其取值通常大于11。3107工作面所開采3號煤層的頂板屬于中等穩定頂板，n取8。將相關數據代入公式(3)，計算可得：p=470.4 kN/m2。

(2) 根據設計手冊等相關資料，液壓支架的工作阻力Qs(kN)為：

Qs=p(C+L)S/η.

(4)

其中：C為端面距，取0.34 m；L為頂梁長度，取4 m；S為支架中心距，取1.5 m；η為支架工作效率，取0.98。將相關數據代入公式(4)，計算可得Qs=3 124.8 kN。

3107工作面選擇ZY5800/13/28型液壓支架，其工作阻力5 800 kN>3 124.8 kN，因此可以滿足現場生產需要。3107工作面切眼196 m，現場需要布置131架液壓支架。表3為ZY5800/13/28型液壓支架主要技術參數。

表3 ZY5800/13/28型液壓支架主要技術參數

3 結語

根據某煤業3107工作面設計及現場地質條件，按照采煤工作面綜采設備相關配套選型原則，有針對性地對其進行三機配套選型。通過3107工作面現場生產實踐，表明所選型設備能夠配合完成生產任務，滿足現場生產需要，為該礦其他相似地質條件下3號煤層工作面開采綜采設備的選型提供了參考。