極近距離煤層群綜放工作面設(shè)備選型探討

郭寧靜

（潞安化工蒲縣黑龍煤業(yè)有限公司，山西 蒲縣 041200）

1 工程概況

潞安集團黑龍煤業(yè)位于山西省臨汾市蒲縣黑龍關(guān)鎮(zhèn)。 井田劃分為兩個水平，主水平設(shè)在9+10+11#煤層中，水平標(biāo)高為+1 040 m。 由于10#煤層與11#煤層合并，而9#煤層厚度較小，且與10+11#煤層間距不大，平均間距僅為1.6 m，因此設(shè)計采用放頂煤工藝，同時開采9+10+11#煤層，其中9#煤平均厚度為0.8 m，10+11#煤平均厚度為4.8 m。 煤層頂?shù)装迩闆r如表1 所示。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r

2 采煤機選型

2.1 采高

采煤機的采高取決于煤層厚度，依據(jù)9#、10#、11#煤層賦存特點及厚度變化情況，工作面采高擬選定為3.0 m。

2.2 滾筒直徑

一般要求采煤機滾筒直徑不小于工作面最大采高的一半[1-2]。工作面采高為3.0 m，即采煤機滾筒直徑應(yīng)不小于1.5 m，采煤機滾筒直徑擬選定為1.8 m。

2.3 采煤機截深

采煤機截深的確定，需要綜合考慮煤層的厚度、硬度以及工作面頂?shù)装鍘r層的巖性變化，當(dāng)前國內(nèi)采煤機截深一般為600～800 mm。 采煤機截深擬選定為800 mm。

2.4 工作面日循環(huán)

日循環(huán)次數(shù)計算公式如下：

N=Qr/（K1LHBγC）

式中：Qr為工作面日產(chǎn)量，3 636 t；K1為工作面正規(guī)循環(huán)率，取0.8；L 為工作面傾向長度，190.5 m；H 為工作面采高 （含放煤高度），5.6 m；B 為循環(huán)進尺，0.8 m；γ 為煤體容重，1.4 t/m3；C 為工作面回采率，93%。

計算可得：N =4.09。日循環(huán)擬選定為4 次。

2.5 采煤機進刀方式

采煤機選用何種進刀方式，對于工作面的采煤效率及采煤機功效影響很大。 參照工程經(jīng)驗，采煤機擬選定端部斜切的進刀方式，采煤機進刀時的割煤長度為45 m，端部斜切進刀方式如圖1 所示。

圖1 端部斜切進刀

2.6 采煤機生產(chǎn)能力核算

（1）采煤機計算割煤速度

工作面采煤機割煤速度可由下式計算：

Vc=N（L+b-Lc）/（KcTd-NTc）

式中：Vc為采煤機割煤速度，m/min；N 為工作面日循環(huán)數(shù)，4；Lc為采煤機長度，11.8 m；b為進刀割煤長度，45 m；Kc為工作面采煤機每天平均開機率，取0.55；Td為工作面每天平均作業(yè)時間，960 min；Tc為采煤機進刀時的停頓時間，2 min。

計算可得：采煤機的割煤速度Vc=1.72 m/min。

（2）采煤機循環(huán)時間

采煤機循環(huán)時間計算公式如下：

T =（L+b-Lc）/Vc+Tc=132 min

（3）采煤機割煤速度最大值

采煤機割煤速度最大值計算公式如下：

Vmax=K·Vc

式中：Vmax為采煤機割煤速度最大值，m/min；K 為割煤系數(shù)，取1.2。

計算可得，采煤機割煤速度最大值為：

Vmax=2.06 m/min

（4）采煤機最大生產(chǎn)能力

采煤機最大生產(chǎn)能力可由下式計算：

Qmax=60BHγVmax=415.3 t/h

（5）采煤機裝機功率

采煤機裝機功率計算公式如下：

N =QmaxHw

式中：N為采煤機的計算裝機功率，kW；Hw為采煤機能耗系數(shù)，0.7 kWh/t。

計算可得：采煤機計算裝機功率N =291 kW。

通過以上分析，最終決定選擇MG 300/700 WD型采煤機，其主要技術(shù)參數(shù)如表2 所示。

表2 MG300/700WD 型采煤機主要技術(shù)參數(shù)

3 刮板輸送機選型

3.1 前部刮板輸送機

前部刮板輸送機的輸送能力一定大于采煤機的割煤量，一般設(shè)計取1.2 的安全系數(shù)，前部刮板輸送機輸送能力計算公式如下：

Qc= KcQmax

式中：Qc刮板機輸送能力，t/h；Kc為富裕系數(shù)，取1.2。

計算可得：刮板機輸送能力Qc=498.4 t/h。

結(jié)合刮板機應(yīng)與采煤機外形尺寸及牽引方式相配套，前刮板輸送機擬選定SGZ830/2×400 型，其主要技術(shù)參數(shù)如表3 所示。

表3 SGZ830/2×400 型刮板機主要技術(shù)參數(shù)

3.2 后部刮板輸送機

后部輸送機輸送能力要保證大于頂煤冒放量，后部輸送機輸送能力可由下式計算：

Qhg≥KfbKvgQfg

式中：Qhg為后部刮板機輸送能力，t/h；Kfb為放頂煤不均勻系數(shù)，取1.2；Kvg為運輸方向及傾銷系數(shù)，取1；Qfg為工作面平均放煤能力，301 t/h。

計算可得：后部刮板機輸送能力Qhg=337 t/h，綜合考慮三機配套情況，確定后刮板輸送機也擬選定SGZ830/2×400 型。

4 液壓支架選型

4.1 液壓支架結(jié)構(gòu)高度

液壓支架高度需滿足下式要求：

式中：Hmax為液壓支架的最大高度，m；Hmin為液壓支架的最小高度，m；Mc為工作面割煤高度，3.0 m。

計算可得：液壓支架最大高度應(yīng)不小于3.2 m，最小高度應(yīng)不大于2.65 m。

4.2 支架支護強度

（1）放頂煤支架工作阻力根據(jù)實測數(shù)據(jù)利用回歸分析計算：

qH= 9.768 KM0.21γ2

式中：M 為煤層最大厚度，6.5 m；γ2為頂板巖石容重，26 kN/m3；K為備用系數(shù)，取1.3。

計算可得：支架支護強度qH=0.49 MPa。

（2）按估算法計算支架支護強度：

式中：Kd為動載系數(shù)，取1.5；σ為頂板巖層碎脹系數(shù)，取1.25；Md為放煤高度，3.5 m。

計算可得：qH=0.54 MPa。

從安全角度考量，液壓支架的支護強度應(yīng)保證不小于上述兩種計算結(jié)果的較大值，即所選液壓支架支護強度應(yīng)不小于0.54 MPa，根據(jù)前述支架結(jié)構(gòu)高度計算結(jié)果，擬選定ZF 6000/17/33 型液壓支架，其主要參數(shù)如表4 所示。

表4 ZF6000/17/33 型液壓支架主要技術(shù)參數(shù)

從安全角度考慮，應(yīng)提高工作面端頭液壓支架支護強度[3-5]。 因此，端頭支架決定選用ZTA6500/19.5/34型液壓支架，工作阻力為6 500 kN，支撐高度為1 950～3 400 mm，工作面端頭、端尾各布置3 架。

5 結(jié)語

根據(jù)黑龍煤業(yè)9#、10#、11#煤層賦存特點及地質(zhì)條件，以及綜放工作面設(shè)備選型原則，最終選定工作面三機配套型號，其中采煤機型號為MG 300/700 WD，刮板輸送機型號為SGZ 830/2×400，液壓支架型號為ZF 6000/17/33 （端頭支架型號為ZTA 6500/19.5/34）。 通過2103 綜放工作面現(xiàn)場應(yīng)用驗證，三機配套應(yīng)用情況良好，實現(xiàn)了工作面安全生產(chǎn)。