【摘 要】本文介紹了陜西陜煤銅川礦業(yè)有限公司下石節(jié)煤礦厚煤層綜采設(shè)備的選型及開采工藝情況，為類似條件下的礦井在綜采工作面設(shè)備選型配套及開采工藝的選擇上，提供了一定的參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】厚煤層；開采設(shè)備；選型；大采高采煤工藝

1.引言

隨著煤礦開采技術(shù)的發(fā)展更新，目前從開采的安全性，煤炭的回收率上，一次采全高開采技術(shù)均有較強(qiáng)的優(yōu)勢。在下石節(jié)煤礦3#煤層的開采中，工作面選用綜采一次采全高技術(shù)進(jìn)行回采，選擇一套適合本礦條件的綜采設(shè)備便尤為重要，現(xiàn)就本礦設(shè)備選型情況進(jìn)行總結(jié)，為類似條件下的礦井在大采高工作面的設(shè)備選型提供一定的參考依據(jù)。

2.工作面概況

該工作面煤層局部可采，厚度變化在4.0～5.5m之間，平均4.76m。煤層直接頂板以泥巖為主；底板以粉砂巖為主。

3.工作面設(shè)備選型與配套

3.1 工作面年生產(chǎn)能力核定

在工作面長度一定的條件下，回采工作面年產(chǎn)量主要取決于采煤機(jī)截深、牽引速度和開機(jī)率。綜采工作面長度210m，采煤機(jī)截深為0.8m，工作面平均采高5.09m，采煤機(jī)開機(jī)率為50%。

采煤機(jī)每割一刀煤的產(chǎn)量為：

Qg=L×B×H×r×K

式中：Qg--割一刀煤產(chǎn)量，t；L--工作面長度，取210m；B--采煤機(jī)截深，0.8m；H--采煤機(jī)平均割煤高度，5.09m；r--煤容重，1.44t/m3；K--采煤機(jī)割煤回收率，取0.95。

可得：Qg=1169t。

工作面采用“三、八”制作業(yè)，兩班生產(chǎn)，一班檢修，每天6刀煤，按年工作330天計(jì)算，工作面年產(chǎn)量為：2.2Mt。

3.2 主要采煤設(shè)備選型

3.2.1采煤機(jī)

3.2.1.1采煤機(jī)滾筒的確定

工作面最大采高5.6m，推薦滾筒直徑D=φ3000mm，要求采煤機(jī)最小采高3.5m，最大采高為5.6m。

3.2.1.2采煤機(jī)裝機(jī)功率的確定

工作面配套設(shè)備年生產(chǎn)能力2.2Mt，按“三、八”制工作方式，每班工作8小時(shí)，開機(jī)率50%計(jì)算。

工作面每小時(shí)的割煤量應(yīng)不小于：

Qh=f×Q/（ D×N×t×K）? ? ? ? ?

式中：Qh--采煤機(jī)小時(shí)最小生產(chǎn)能力，t/h；f--能力富裕系數(shù)，f=1.3；Q--工作面配套設(shè)備年生產(chǎn)能力，2.2Mt；D--年生產(chǎn)天數(shù)，330天；N--日工作班數(shù)，2；t--每班作業(yè)時(shí)間，8小時(shí)；K--開機(jī)率，0.5。

將各參數(shù)代入可得：Qh=1083t?

要滿足工作面年產(chǎn)220萬t，工作面每小時(shí)需要割煤1083t。

采煤機(jī)平均截割牽引速度為：

Vc=Qh/（H×B×r×C）?

式中：Vc--采煤機(jī)平均截割牽引速度，m/min；Qh--采煤機(jī)每小時(shí)最小生產(chǎn)能力，1083t/h；H--平均采高，取5.09m；B--截深，0.8m；r--煤的容重，1.44t/m3；C--工作面回采率，0.95。?

將各參數(shù)代入可得：Vc=3.2m/min。

我礦3#煤層含夾矸層多，采煤機(jī)截割功率要大一些，將各參數(shù)代入可得，采煤機(jī)理論裝機(jī)總功率約為1070kW。實(shí)際生產(chǎn)中，采煤機(jī)的裝機(jī)功率比正常割煤所需的功率要多出30～50%，即實(shí)際裝機(jī)功率N=（1.3～1.5）Nf，以增強(qiáng)采煤機(jī)過地質(zhì)構(gòu)造時(shí)的破巖能力。

考慮上述影響因素，采煤機(jī)的實(shí)際裝機(jī)總功率應(yīng)大于1605kW。

根據(jù)下石節(jié)煤礦3#煤層賦存條件及生產(chǎn)能力要求，要求采煤機(jī)的總裝機(jī)功率應(yīng)大于1605kW，采高范圍應(yīng)為3.5～5.6m，確定采煤機(jī)型號為MG750/1860-GWD。

3.2.2刮板輸送機(jī)

選擇刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)的主要原則是以綜采面最大生產(chǎn)能力為基數(shù)，保證綜采面運(yùn)煤能力和運(yùn)輸設(shè)備的可靠性和耐用性，兼顧設(shè)備啟動(dòng)、保護(hù)和控制性能。

3.2.2.1刮板輸送機(jī)輸送能力的確定

按照刮板輸送機(jī)的運(yùn)輸能力必須滿足采煤機(jī)割煤能力的要求，必須首先根據(jù)采煤機(jī)最大割煤能力來確定實(shí)際運(yùn)輸能力?？紤]到工作面輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件多變，其實(shí)際運(yùn)輸能力應(yīng)略大于采煤機(jī)的生產(chǎn)能力：

Qy=（1.2-1.4）×Qc

Qc=60×H×r×B×Vc

式中：Qy--輸送機(jī)的最大運(yùn)輸能力，t/h；Qc--采煤機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)能力，t/h；H--平均采高，取5.09m；B--采煤機(jī)截深，取0.8m；V--采煤機(jī)平均割煤速度，取4m/s；r--煤的容重，取1.44t/m3。

將上述各參數(shù)代入得，采煤機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)能力為1407t/h，刮板輸送機(jī)的運(yùn)輸能力應(yīng)不小于1830t/h。

3.2.2.2刮板輸送機(jī)電機(jī)功率的確定

刮板輸送機(jī)電機(jī)功率可按下式確定：

N=K×K1×K2 [2×q0×f1cosβ+q（f2cosβ±sinβ）]V1L/102η

式中：η--傳動(dòng)裝置效率，取0.95；K--電動(dòng)機(jī)備用功率系數(shù)，一般取1.1-1.3，取1.3；K1--刮板鏈繞過兩端鏈輪時(shí)的附加阻力系數(shù)，取1.1；K2--移動(dòng)輸送機(jī)時(shí)中部槽彎曲附加阻力系數(shù)，取1.1；L--工作面長度，210m；β--工作面傾角，取2°；f1--刮板鏈在槽中運(yùn)行阻力系數(shù)，一般取0.25-0.35，取0.3；f2--煤在槽中運(yùn)行的阻力系數(shù)，一般取0.6-0.8，取0.8；q0--刮板鏈每米重量，取48kg/m；q--每米中部槽煤量，取325.7kg/m。? ?

將各參數(shù)代入可得：N=1230KW ? ?

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，要求刮板輸送機(jī)運(yùn)輸能力應(yīng)大于1830t/h，裝機(jī)功率應(yīng)大于1230kW，初步確定刮板輸送機(jī)型號為SGZ1000/2×700。

3.2.3液壓支架

液壓支架架型和參數(shù)的選擇決定于開采煤層的地質(zhì)條件、生產(chǎn)能力規(guī)模以及相配套的采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)等設(shè)備。

一般采用礦壓理論計(jì)算、實(shí)際采場礦壓觀測和相似類比的方法確定工作阻力和支護(hù)強(qiáng)度的大小。本方案是針對首采工作面所做的設(shè)計(jì)，采用現(xiàn)行較通用的礦壓理論計(jì)算法計(jì)算支架的支護(hù)強(qiáng)度。

3.2.3.1直接頂載荷Q1

Q1=h×L1×r

式中：h-直接頂厚度；L1--懸頂距；r--體積力。? ?

將懸頂距可視為支架的控頂距L，則：

Q1=h×L×r

其載荷為：

q1=h×r

對于直接頂重量應(yīng)作為支架的載荷，國內(nèi)外學(xué)者沒有什么分歧。

3.2.3.2老頂載荷Q2

在多數(shù)礦井的測定中，以一般工作面為準(zhǔn)，周期來壓時(shí)形成的載荷不超過平時(shí)載荷的兩倍。

p=q1+q2=n×h×r

式中：p--考慮來壓時(shí)的支護(hù)強(qiáng)度；n--增載系數(shù)，取2。

取h=M/（K-1）（M為采高，K為碎脹系數(shù)），K值一般取1.25～1.5，可得：p=（4-8）M×r

根據(jù)礦井實(shí)際地質(zhì)條件，確定工作面最大采高M(jìn)為5.6m；頂板巖層平均密度取2500kg/m3，r=25000kg/s2m2；由于采高較大，來壓強(qiáng)度較大，其附加系數(shù)取8，支架的合理支護(hù)強(qiáng)度為：

p=8×5.6×25000=1.12 MPa ? ? ?

此方法確定的支架支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)不小于1.12MPa。

3.2.3.3支架工作阻力的確定

額定工作阻力F可按下式進(jìn)行計(jì)算：

F≥p×L×Bc/η? ? ?

式中：p--綜采工作面額定支護(hù)強(qiáng)度，1.12MPa；L--支架中心距，取1.75m；Bc--控頂距，取5m；η--支撐效率，取0.95。?

得：F≥10315.8kN ? ? ? ?

最終確定支架的額定工作阻力為10500kN。確定支架型號為ZY10500/27/58型。

4.結(jié)語

目前本工作面已經(jīng)開始回采，在近半年的回采中，工作面未出現(xiàn)過影響生產(chǎn)的重大設(shè)備故障，實(shí)踐證明本工作面的設(shè)備選型是成功的，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，值得類似條件下的礦井在綜采工作面設(shè)備選型配套借鑒參考。

王新堂（1969—），陜西三原人，畢業(yè)于陜西煤炭工業(yè)學(xué)校，現(xiàn)任銅川礦業(yè)有限公司下石節(jié)礦副礦長，從事煤礦生產(chǎn)管理工作。