宋晉華

（晉能控股煤業(yè)公司晉圣億欣煤業(yè)，山西 晉城 048000）

目前，煤礦生產(chǎn)朝著高產(chǎn)高效礦井發(fā)展，為了提高產(chǎn)能，隨著綜采工作面賦層條件變化，需要調(diào)整裝備，重新選型設(shè)計(jì)，來提高回采率，減少資源浪費(fèi)，增加經(jīng)濟(jì)效益。

1 礦井概況

1.1 礦井開拓開采現(xiàn)狀

億欣煤業(yè)現(xiàn)采用平硐開拓方式，現(xiàn)開采15 號煤一盤區(qū)。目前，億欣煤業(yè)15 號煤層一盤區(qū)布置有2 個(gè)綜采工作面和8 個(gè)掘進(jìn)工作面。采用一次采全高長壁綜采采煤法，全部垮落法管理頂板?，F(xiàn)正在回采XV1309 工作面和XV1310 工作面，工作面長度200 m（兩側(cè)順槽中對中距離）。綜采工作面主要設(shè)備見表1。

表1 XV110 綜采工作面主要裝備配備

1.2 礦井綜采工作面存在問題

礦井綜采工作面現(xiàn)存在以下問題：

（1）一盤區(qū)北部回采工作面實(shí)際揭露的煤層厚度為3～4 m，而目前工作面液壓支架采高為1.8～2.8 m，大部分區(qū)域留0.2～1 m 左右的底煤開采，資源采出率低，造成資源浪費(fèi)。

（2）15 號煤層屬自燃煤層，0.2～1 m 左右的底煤留到采空區(qū)后，容易引起采空區(qū)遺留煤炭自然發(fā)火。

（3）為緩解礦井采掘銜接緊張的局面，礦方提出要增加工作面長度。

因此，為解決上述問題，需要對煤層較厚的井田東部15 號煤綜采工作面的三機(jī)配套設(shè)備進(jìn)行調(diào)整。

2 15 號煤層賦存條件及開采技術(shù)條件

2.1 礦井地質(zhì)報(bào)告資料

依據(jù)礦井地質(zhì)報(bào)告資料，井田內(nèi)可采煤層為2號和15 號煤層（見表2）。其中，本次設(shè)計(jì)針對15號煤層，具體特征如下：

表2 可采煤層特征

2.2 實(shí)際揭露15號煤層厚度

目前，一盤區(qū)南部XV1303 工作面已采完，現(xiàn)布置有4 個(gè)掘進(jìn)頭，實(shí)際揭露煤層厚度為2.1～2.2 m，現(xiàn)有綜采裝備（采高1.8～2.8 m）能滿足回采要求；一盤區(qū)北部XV1308 工作面已經(jīng)采完，現(xiàn)布置有XV1309 和XV1310 工作面正在回采，并布置有3 個(gè)掘進(jìn)頭，實(shí)際揭露的煤層厚度大部分在3～4 m 左右，現(xiàn)有綜采裝備（采高1.8～2.8 m）無法滿足采高要求，大部分區(qū)域留0.2～1.0 m 左右的底煤進(jìn)行回采。

2.3 15號煤層厚度分析

井田東部（一盤區(qū)東北部、二盤區(qū)、三盤區(qū)）15號煤層厚度在2.3～4.0 m 范圍的面積約占80%，現(xiàn)有綜采裝備（采高1.8～2.8 m）在大部分區(qū)域無法滿足煤層厚度要求的采高。因此，本次設(shè)計(jì)主要針對井田東部15 號煤層綜采工作面主要設(shè)備重新配套選型。

2.4 井田東部15號煤層采高確定

根據(jù)上述數(shù)據(jù)，綜合考慮井田東部15 號煤層賦存條件和綜采設(shè)備可選性，確定東部15 號煤綜采工作面采高為2.3～4.0 m（約占80%），平均采高為3.45 m。

目前，礦井綜采工作面長度200 m（兩側(cè)順槽中對中距離）。為緩解礦井采掘銜接緊張的局面，設(shè)計(jì)工作面長度按300 m 考慮。

3 采煤機(jī)選型

3.1 采煤機(jī)的最小生產(chǎn)能力

式中：Q 為工作面設(shè)備最小生產(chǎn)能力，t/h；Q1為工作面設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，1.20×106t/a；d 為年工作日，300 d（搬家時(shí)間按30 d 考慮）；n 為每日割煤班數(shù)，n=2；t 為每班工作時(shí)數(shù)，8 h；k 為采煤機(jī)開機(jī)率，取0.5；f 為生產(chǎn)不均衡系數(shù)，取1.2。

3.2 采煤機(jī)的平均牽引速度

式中：Vc為采煤機(jī)平均牽引速度，m/min；Q 為工作面設(shè)備最小生產(chǎn)能力，600 t/h；S 為采煤機(jī)截深，0.8 m；M 為工作面平均采高，15 號煤：3.24 m；γ為煤的容重，15 號煤：1.51 t/m3；K 工作面回采率，15 號煤（中厚煤層）：95%。

綜上計(jì)算，考慮一定安全富裕，采煤機(jī)平均牽引速度取3 m/min。

3.3 平均采高時(shí)采煤機(jī)生產(chǎn)能力

式中：Q為采煤機(jī)平均生產(chǎn)能力，t/h；B 為循環(huán)進(jìn)尺，B=0.8 m；H 為采煤機(jī)割煤平均高度，H=3.45 m；γ 為煤的容重，γ=1.51 t/m3；Vmax為采煤機(jī)平均割煤速度，3 m/min。

3.4 最大采高時(shí)采煤機(jī)生產(chǎn)能力

式中：Qmax為采煤機(jī)最大生產(chǎn)能力，t/h；B 為循環(huán)進(jìn)尺，B=0.8 m；Hmax為采煤機(jī)割煤最大高度，Hmax=4.0 m；γ 為煤的容重，γ=1.51 t/m3；Vmax為采煤機(jī)平均割煤速度，3 m/min。

3.5 采煤機(jī)的裝機(jī)功率

理論截割功率可用下式估算：

式中：P 為采煤機(jī)截割功率，kW；Q 為采煤機(jī)生產(chǎn)能力；Hw為比能耗，取0.8。

則：

考慮到億欣煤業(yè)15 號煤質(zhì)較硬、夾矸較厚等因素，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采煤機(jī)的實(shí)際截割功率應(yīng)比理論截割功率高出20%左右，即實(shí)際截割功率應(yīng)該大于：

綜上計(jì)算，在采煤機(jī)割煤速度為3 m/min 的條件下，最大采高時(shí)采煤機(jī)截割功率應(yīng)大于835.2 kW。

本次設(shè)計(jì)參考國內(nèi)采煤機(jī)制造廠家設(shè)備參數(shù)，結(jié)合其他礦井15 號煤層采煤機(jī)實(shí)際使用情況，選用相同的MG450/1020-WD 型采煤機(jī)，其主要技術(shù)特征見表3。

表3 MG450/1020-WD 型采煤機(jī)主要技術(shù)特征

4 刮板輸送機(jī)選型

根據(jù)三機(jī)配套原則，結(jié)合采煤機(jī)工作情況，刮板輸送機(jī)能力QS如下：

式中：QS為刮板輸送機(jī)的理論輸送能力，t/h；QC為采煤機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)能力，t/h。

綜上計(jì)算，并考慮設(shè)備工作條件及可靠性，并考慮一定安全富余，選用SGZ-1000/2×855 型刮板輸送機(jī)。

表4 SGZ-1000/2×855 型刮板輸送機(jī)主要技術(shù)特征

5 液壓支架選型

5.1 液壓支架選型計(jì)算

（1）支架支護(hù)高度計(jì)算

支架的最大高度：Hmax=Mmax+0.2

則：Hmax=4.0+0.2=4.2 m

支架的最小高度：Hmin=Mmin-0.2

則：Hmin=2.3-0.2=2.1 m

式中：Hmax為支架最大支護(hù)高度，m；Hmin為支架最小支護(hù)高度，m；Mmax為最大采高，4.0 m；Mmin最小采高，2.3 m。

（2）支架支護(hù)強(qiáng)度計(jì)算

采用經(jīng)驗(yàn)估算法對支架支護(hù)強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算如下：

代入數(shù)據(jù)得：

式中：P 為支架支護(hù)強(qiáng)度，MPa；M 為回采工作面采高，取最大支護(hù)高度4.2 m；γ為頂板巖石的容重，取2.7 t/m3；α為煤層傾角，取最小值0°。

（3）支架支護(hù)阻力計(jì)算

式中：P1為支架支護(hù)阻力，kN；P 為支架支護(hù)強(qiáng)度，取0.89 MPa；S 為支架支護(hù)的頂板面積。

當(dāng)支架中心距為1.75 m 時(shí)，最大控頂距支護(hù)面積為5.4×1.75=9.45 m 。

當(dāng)支架中心距為1.5 m 時(shí)，最大控頂距支護(hù)面積為5.4×1.5=8.1 m2。

5.2 支架選型方案

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，同時(shí)參考國內(nèi)支架制造廠家設(shè)備樣本，結(jié)合其他礦井支架使用情況，對億欣煤業(yè)井田東部15 號煤層液壓支架提出如下兩個(gè)方案[2]：支架中心距1.75 m 和支架中心距1.5 m。

從安全可靠、便于使用的角度考慮，設(shè)計(jì)推薦支架中心距為1.75 m，選用ZZ13000/21/42 型四柱支撐掩護(hù)式液壓支架（172 架），主要技術(shù)參數(shù)見表5。與中心距1.5 m 的支架相比，設(shè)計(jì)推薦選用中心距1.75 m 的支架具有如下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

表5 ZZ13000/21/42 型液壓支架主要技術(shù)特征

（1）支架寬度較大，有利于提高支架穩(wěn)定性，適合億欣煤業(yè)井田東部15 號煤層傾角（10°左右）較大、采高（3～4 m 左右）較大的情況；

（2）支架數(shù)量較少，移架速度較快，便于管理。

6 選型結(jié)果及對比分析

1）億欣煤業(yè)綜采工作面設(shè)備選型結(jié)果

根據(jù)上述主要設(shè)備配套選型結(jié)果，剩余其他配套設(shè)備選型如下[3]：

（1）工作面轉(zhuǎn)載機(jī)及破碎機(jī)選型

選用SZZ1200/400 型刮板轉(zhuǎn)載機(jī)，PLM3500型破碎機(jī)

（2）乳化液泵站和噴霧泵站

選用BRW-400/37.5×4A 型乳化液泵及配套設(shè)備4 泵2 箱（1 套），選用BPW516/13.2×4A型噴霧泵及其配套設(shè)備3 泵2 箱（1 套）。

（3）順槽可伸縮帶式輸送機(jī)

選用DSJ140/250/2×400 型順槽可伸縮帶式輸送機(jī)1 部。

綜上所述，億欣煤業(yè)15 號煤選用MG450/1020-WD 型采煤機(jī)；選用SGZ-1000//2×855 型刮板輸送機(jī)；選用ZZ13000/21/42型液壓支架，提高工作面支護(hù)的安全可靠性。

7 結(jié)語

通過選型設(shè)計(jì)，方案優(yōu)化，決定綜采工作面設(shè)計(jì)長度300 m（兩側(cè)順槽中對中距離），采高2.3～4.0 m，支架中心距為1.75 m。上述所選設(shè)備均可滿足井田東部15 號煤80%左右的范圍，達(dá)到提高回采率，減少資源浪費(fèi)，增加經(jīng)濟(jì)效益目的。