輕型綜采工藝設備的選型與安全設計

安利軍

（山西寧武大運華盛老窯溝煤業(yè)有限公司， 山西 寧武 036700）

引言

目前，我國礦井綜采工作面主要采用普采或炮采，并且普采和炮采工藝已日趨成熟。但是，就同一礦井工作面而言，盡管前期采用普采或者炮采工藝能夠取得不錯的經濟效益，但隨著工作面的不斷推進，其地質條件或許會更加復雜，斷層會不斷增多，此時采用普采或者炮采工藝反而會制約綜采工作面的生產效率[1]。鑒于上述情況，本著煤礦安全生產的目的，可通過采用輕型綜采工藝解決普采或炮采工藝不適用的問題。本文著重對輕型綜采工藝下綜采設備的選型和應用效果進行研究。

1 工程概況

本文所研究的礦井始建于1993 年，當初該礦井的設計生產能力為120 萬t/年。近年來，隨著采煤工藝的不斷改進，綜采設備的不斷更替，目前礦井的生產能力為220 萬t/年。該礦井共包含有四個采區(qū)，其采煤工藝為普采；礦井共包含有2 號、4 號和11 號煤層。本文以該礦井的2 號煤層為研究對象開展研究。

2 號煤層工作面位于地下350～700 m 之間，煤層最大厚度為4.24 m，煤層平均厚度為2.01 m；煤層傾角小于20°。目前正在開采位置煤層的厚度為1.5～2.5 m。2 號煤層的頂底板情況如表1 所示。

分析表1 可知，2 號煤層頂板屬于復合頂板，存在極大的冒落風險，導致其頂板管理的難度很大；2號煤層底板受到擠壓時容易出現變形的情況，從而導致液壓支護鉆到底板下，進而影響液壓支柱的支護質量。

此外，經現場測量可得：最大涌水量0.5 m3/min，正常涌水量為0～0.25 m3/min。瓦斯絕對涌出量為2 m3/min，煤塵爆炸指數為21.33%，煤塵具有爆炸性，自燃傾向性等級：Ⅱ級，易自燃。

表1 2 號煤層頂底板情況

2 設備選型可行性分析

設備選型的主要依據為工作面煤層的賦存條件、地質水文條件、頂底板情況、瓦斯涌出情況及地下水涌出等情況。若綜采設備選擇不合理往往會導致采煤效率低、煤礦企業(yè)經濟效益差的問題[2]。因此，需結合煤礦情況完成對綜采設備的正確配套選型。

2 號煤層的平均厚度為2.01 m，且其頂板屬于復合頂板，存在極大的冒落風險，其頂板管理相對困難。因此，2 號煤層采用輕型掩護式綜采液壓支架對其頂板進行支護，并在此基礎上完成了對關鍵綜采設備采煤機和刮板輸送機的選型。

3 輕型綜采設備的選型原則

1）要求綜采設備生產能力滿足工作面的生產任務要求，主要指采煤機的生產能力與工作面的生產任務相匹配。

2）刮板輸送機的運輸能力和裝載機的裝載能力應大于采煤機的落煤能力。

3）液壓支架的移架速度應采煤機的牽引速度相匹配。

4）刮板輸送機的結構應與采煤機結構相匹配；采煤機的采高范圍應與液壓支架的最大支護高度和最小支護高度相匹配；刮板輸送機中部槽應與液壓支架推移千斤頂連接裝置的間距相匹配[3]。

4 綜采設備的選型

根據生產能力相互匹配的原則，要求采煤機的生產能力大于工作面的生產能力，刮板輸送機的運輸能力大于采煤機的生產能力。工作面的生產能力對應的計算公式如公式（1）所示：

式中：Q1為工作面所要求的生產能力；Qd為工作面的日生產能力；K 為生產不均衡系數；N 為工作面每天作業(yè)的班次；M 為工作面每天檢修的班次；T 為工作面每班的工作時長；S 為時間利用系數。

采煤機落煤能力的計算公式如公式（2）所示：

式中：Q2為采煤機的實際落煤能力；V1為采煤機的實際牽引速度；H 為采煤機的平均采高；B 為采煤機的截割深度；R 為煤炭的密度。

刮板輸送機運輸能力對應的計算公式如公式（3）所示：

式中：Q3為刮板輸送機的運輸能力；V2為刮板輸送機的鏈速；F 為煤炭在刮板上的斷面積；ρ 為煤炭的裝滿系數；γ 為煤炭的松散容量。

在選型配套時，要求Q3＞Q2＞Q1[4]。

4.1 采煤機的選型

通過計算，最終所選采煤機的型號為4MG-200W，該型號采煤機的參數如表2 所示。

表2 4MG-200W 型采煤機參數

4.2 液壓支架的選型

由于2 號煤層工作面為復合頂板，因此所選型液壓支架的支護類型為支撐掩護式[5]。結合采煤機的采高范圍，要求液壓支架的最小支護高度大于1.4m，最大支護高度大于2.7 m。綜合分析，所選型液壓支架的型號為ZY2400/14/30，該型液壓支架的參數如表3 所示。

4.3 刮板輸送機的選型

根據刮板輸送機的運輸能力大于采煤機落煤能力，刮板輸送機中部槽應與液壓支架推移千斤頂連接裝置的間距相匹配的原則。結合采煤機和液壓支架的選型結果，最終所選刮板輸送機的型號為SGD-630/220，該型刮板輸送機的參數如表4 所示。

5 工作面經濟效益分析

2 號煤層目前采用普采采煤工藝，隨著工作面的不斷推進，依據其地質及煤層情況的變化發(fā)現普采效率已無法滿足工作面的生產任務要求，故通過上述設備選型結果采用輕型綜采工藝。綜采工藝與普采工藝的經濟效益對比如表5 所示。

表3 ZY2400/14/30 液壓支架參數

表4 SGD-630/220 刮板輸送機參數

表5 綜采與普采工藝經濟效益對比

綜合對比表5 可知，采用輕型綜采工藝后雖然一次性設備投入成本大，但是平均到每年僅多支出104 萬元，而工資支出和輔助材料的投入均比普采少。因此，采用輕型綜采工藝每年比普采工藝少投資313 萬元。而且，采用輕型綜采工藝比普采工藝可多采596 70 t 煤。

綜上所述，基于輕型綜采工藝與普采工藝的比較，輕型綜采工藝具有降低生產成本、提高煤炭回收率的效果。

6 結語

輕型綜采設備作為礦井綜采工作面直接的執(zhí)行機構，輕型綜采設備配套的合理性和匹配性直接決定著工作面的產煤效率和生產成本。因此，針對不適合普采工藝的工作面應根據工作面的變化趨勢及情況選擇最佳的采煤工藝，并根據相關原則完成綜采設備的配套選型。