車寨礦井采煤設(shè)備選型分析與研究

郝燕飛

（晉煤集團(tuán)山西晉城興唐煤業(yè)有限公司，山西晉城 048000）

0 引言

車寨礦井位于山西省沁水煤田晉城國家規(guī)劃礦區(qū)，隸屬于晉煤集團(tuán)山西晉城興唐煤業(yè)有限公司。本礦井首采煤層為3號(hào)煤層，地質(zhì)資料表明3號(hào)煤層傾角為3°～10°，為平緩煤層，地質(zhì)及水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單～中等，煤層厚度4.86～6.46 m，平均5.81 m，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單[1]。3號(hào)煤層瓦斯含量較高，確定為高瓦斯礦井，煤塵無爆炸危險(xiǎn)性，屬不易自燃煤層。

1 采煤工作面主要設(shè)備選型

1.1 采煤機(jī)

3號(hào)煤層平均煤層厚度為5.81 m，采煤機(jī)采高為3.0 m，放頂煤高度為2.81 m，礦井生產(chǎn)能力為1.5 Mt/a，回采工作面日生產(chǎn)能力為4 394 t，其中采煤機(jī)截割煤量為2 842 t[2]。

（1）采煤機(jī)割煤所需平均速度

采煤機(jī)所需平均牽引速度按下式計(jì)算：

式中：V為采煤機(jī)所需平均牽引速度，m/min；Q為采煤機(jī)日割煤量，為2 842 t/d；L為工作面長(zhǎng)度，200 m；I為工作面缺口行程，取30 m；N為每天割煤班數(shù)，“四六制”作業(yè)，三班生產(chǎn)，取3.0；T為每班割煤時(shí)間，取6 h；H為采高，采煤機(jī)截割部分為3.0 m；B為采煤機(jī)截割深度，0.80 m；K為采煤機(jī)開機(jī)率，取0.40；γ為煤實(shí)體容重（t/m3），為 1.48 t/m3。

（2）采煤機(jī)所需最大牽引速度

式中：Vmax為采煤機(jī)所需最大牽引割煤速度，m/min；V為采煤機(jī)所需平均牽引速度，2.13 m/min；kc為采煤機(jī)割煤不均衡系數(shù)，取1.6。

（3）采煤機(jī)功率

按采煤機(jī)單位能耗計(jì)算采煤機(jī)功率為[2]：

式中：N為采煤機(jī)功率，kW；Kb為備用系數(shù)，取Kb=1.5；Hw為采煤機(jī)割煤?jiǎn)挝荒芎?，按潞安、晉城礦區(qū)實(shí)測(cè)，Hw=0.65～0.85 kW?h/m3，由于3號(hào)煤層割煤范圍內(nèi)有夾矸，因此取Hw=0.80 kW?h/m3。

根據(jù)上述計(jì)算要求采煤機(jī)割煤速度為3.40 m/min，則采煤機(jī)裝機(jī)功率：

N=60×1.5×0.80×3.00×3.40×0.80=587.6(kW)。

根據(jù)上述選型計(jì)算，結(jié)合本礦井3號(hào)煤層的采高、硬度及產(chǎn)量要求等，設(shè)計(jì)選用MG300/700-WD型雙滾筒電牽引采煤機(jī)，采高范圍1.8～3.5 m，滾筒直徑1 800 mm，截深0.8m，額定電壓1 140 V，裝機(jī)功率700 kW（截割功率300×2 kW）。

1.2 液壓支架選型

1.2.1 工作面頂板管理方式

回采工作面采用一次采全高綜采放頂煤采煤法，工作面頂板采用全部垮落法管理[4]。

1.2.2 工作面液壓支架選型

通過查閱地質(zhì)資料以及分析近三年鄰近煤礦地壓數(shù)據(jù)，確定采用“老頂周期來壓步距法”和“估算法”計(jì)算液壓支架工作阻力[5]。

（1）老頂周期來壓步距法

式中：P為預(yù)計(jì)液壓支架設(shè)計(jì)工作阻力，t/架；M為采煤層機(jī)采高度，取3.0 m；L2為實(shí)測(cè)老頂周期來壓步距，參照鄰近礦井取25 m；Lm為控頂距，所選支架最大控頂距5.92 m；F為支架支護(hù)面積，3號(hào)煤取8.88 m2。

（2）估算法

估算法需要重點(diǎn)考慮支撐冒落帶巖層的重量。

式中：P為支架承受的荷載，kN；S為支架支護(hù)的頂板面積，m2，為8.88 m2；r為頂板巖石視密度，t/m3，為2.6 t/m3；∑h為冒落帶巖石的高度（也就是指直接頂厚度），m；α為煤層傾角，取5°。

M為采高，m，3號(hào)煤采高為3.0 m；K為巖石碎脹系數(shù)，取1.25～1.5。

上式可寫成：P=（2～4）×9.8SrMcosa

一般用上限，即P=4×9.8SrMcosa

計(jì)算中再考慮支架受力不均衡量的安全系數(shù)1.5～2，取上限，則：

P=8×9.8SrMcosa

則：P=8×9.8×8.88×2.8×3.0×cos5°=5 609.3（kN）

考慮到3號(hào)煤層為泥巖類頂板，以及高產(chǎn)高效綜采工作面的要求，設(shè)計(jì)綜采工作面液壓支架工作阻力宜適當(dāng)提高。參照鄰近礦井綜放工作面液壓支架的選型情況，設(shè)計(jì)確定綜放工作面液壓支架工作阻力為5 874.7×1.3=7 637.2 kN/架。

根據(jù)上述計(jì)算的液壓支架工作阻力，綜采放頂煤工作面液壓支架初選ZF8000/18/35D型低位插板支撐掩護(hù)式放頂煤電液控液壓支架，配備電液控制系統(tǒng)，支撐高度1.8～3.5 m，放煤方式為擺動(dòng)尾梁及低位插板，工作阻力8 000 kN，支架重量26 t。

工作面端頭過渡放頂煤支架選用ZFG8500/20/36D型過渡支架7架，工作阻力8 500 kN，支護(hù)高度2.00～3.60 m，支架重量28 t。

工作面回風(fēng)側(cè)超前支護(hù)初步選用1組ZFDC11600/22.5/40型超前支護(hù)支架組，支撐高度2.25～4.0 m，工作阻力11 600 kN，超前支護(hù)長(zhǎng)度20.2 m，支架組重量55 t；工作面進(jìn)風(fēng)側(cè)超前支護(hù)選用兩組ZYDC5150/20.5/36型超前支護(hù)支架，支撐高度2.05～3.6 m，工作阻力5 150 kN，超前支護(hù)長(zhǎng)度2×10.0 m，單架重量30.6 t。

1.3 刮板輸送機(jī)

刮板輸送機(jī)能力應(yīng)滿足采煤機(jī)最大落煤能力的要求[6]，即：

式中：Q為刮板輸送機(jī)運(yùn)輸能力，t/h，近水平取1.0；Ky為采煤機(jī)割煤速度不均勻系數(shù)，可取1.1；Kv為考慮采煤機(jī)與刮板輸送機(jī)同向運(yùn)動(dòng)時(shí)的修正系數(shù)，取1.1；Qm為工作面采煤機(jī)最大落煤能力，取采煤機(jī)最大割煤速度為2.13 m/min時(shí)的落煤能力。則：

為防止在過斷層及陷落柱過程中發(fā)生煤溜“壓死”的情況，采煤運(yùn)輸設(shè)備選用SGZ-830/800型可彎曲刮板輸送機(jī)，初期鋪設(shè)長(zhǎng)度200 m，電機(jī)功率2×400 kW，運(yùn)輸能力750 t/h[7]。

為了便于設(shè)備和配件互換，前部刮板輸送機(jī)選用與后部刮板輸送機(jī)選用同型號(hào)設(shè)備。后部刮板輸送機(jī)SGZ-830/800型也滿足礦井生產(chǎn)需要。

1.4 轉(zhuǎn)載機(jī)

轉(zhuǎn)載機(jī)的運(yùn)輸能力應(yīng)大于采煤工作面可彎曲刮板輸送機(jī)運(yùn)輸能力；轉(zhuǎn)載機(jī)應(yīng)與可伸縮帶式輸送機(jī)、破碎機(jī)和可彎曲刮板輸送機(jī)相配[8]套；轉(zhuǎn)載機(jī)應(yīng)具備運(yùn)行工況監(jiān)測(cè)控制、上傳信號(hào)功能。設(shè)計(jì)選用SZZ830/315型轉(zhuǎn)載機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 SZZ830/315型轉(zhuǎn)載機(jī)技術(shù)參數(shù)

1.5 破碎機(jī)

破碎機(jī)選用PLM2000型錘式破碎機(jī)，破碎能力1 500 t/h，電機(jī)功率160 kW。其技術(shù)特征參數(shù)如表2所示。

1.6 可伸縮帶式輸送機(jī)

可伸縮帶式輸送機(jī)的帶寬應(yīng)根據(jù)工作面生產(chǎn)能力要求而確定，可依下式計(jì)算：

式中：B為帶寬，m；Q為上級(jí)設(shè)備（轉(zhuǎn)載機(jī)）生產(chǎn)能力，t/h；k為輸送機(jī)負(fù)載斷面系數(shù)，物料堆積角按20°選取，取380；γ為物料散積容重，取0.9 t/m3；v為帶速，取3.15 m/s；c為輸送機(jī)傾角系數(shù)，取0.98；ξ為速度系數(shù)，取0.94。

根據(jù)上述計(jì)算，回采工作面膠帶順槽運(yùn)煤設(shè)備選用2臺(tái)DSJ1200/150/2×250型可伸縮膠帶輸送機(jī)[9]，配備DY1200型皮帶機(jī)自移機(jī)尾，初期鋪設(shè)長(zhǎng)度1 800 m，運(yùn)輸能力1 000 t/h，電機(jī)功率2×250 kW。

表2 PLM2000型錘式破碎機(jī)技術(shù)參數(shù)

2 結(jié)束語

機(jī)電設(shè)備之間配套的合理性有利于改善復(fù)雜作業(yè)面的作業(yè)難度，能在一定的程度上提高綜采工作面的穩(wěn)定高效性，作為一個(gè)新建礦井，在設(shè)備選型上一定要注重協(xié)同作業(yè)性，確保各機(jī)電設(shè)備有機(jī)配合，保障作業(yè)的安全。車寨礦井3號(hào)煤層綜采放頂煤工作面設(shè)備選型，以設(shè)備選型安全可靠、機(jī)械化程度高、設(shè)備性能匹配程度高為基礎(chǔ)條件，結(jié)合我國已建成多個(gè)智能化采煤工作面的實(shí)際，對(duì)采煤工作面采、裝、運(yùn)設(shè)備進(jìn)行選型，選型基本符合本工作面回采需求。