西曲礦8號煤層開采設備選型

王騰飛

（山西焦煤西山煤電集團西曲礦， 山西　古交　030200）

引言

工作面開采設備的合理選型，是保障礦井安全高效生產的基礎。對于設備的選型，一是要能夠滿足工作面的產量要求，保證生產的安全進行；二是要符合三機配套原則，各設備之間相互配套。本文以西曲礦18404工作面的實際地質條件為工程背景，對工作面液壓支架、采煤機以及刮板運輸機進行合理選型。

西曲礦是山西焦煤集團的骨干礦井，位于山西省古交市附近。18404工作面主采8號煤層，儲量約142萬t，工作面走向長1 210 m，面長220 m，煤層厚度為2.60～4.25 m，平均4 m，煤層傾角為3°～12°，平均4°，屬于近水平煤層[1]。

1　液壓支架選型

1.1　支架形式的選擇

18404工作面直接頂為2.40 m厚的石灰巖，性致密且堅硬。老頂為4.85 m厚的細砂巖，抗壓強度大于80 MPa，穩定性好，頂板來壓明顯，步距為30～40 m，所以選擇頂梁后端支撐力較高的支撐掩護式支架[2]。

工作面直接底為1.54 m厚的中粒砂巖，老底為3.13 m厚的粉砂巖，屬V類底板，支架型式無限制，也不需要驗算底板比壓。

工作面煤層厚度2.60～4.25 m，節理發育，普氏系數為1.5～3，屬于中硬煤層。為保證支架的穩定性，應優先采用控頂距離相對較小且帶有護幫裝置的支撐掩護式支架。

工作面煤層屬于近水平煤層，支架無需安設防倒防滑裝置。

綜上所述，應選擇支撐掩護式支架作為工作面液壓支架。

1.2　支架工作阻力的確定

工作面液壓支架的支護強度計算公式為：

式中：P為支架工作阻力，kN；b為梁端距，取0.4 m；L為頂梁長度，取4 m；B為支架中心距，取1.5 m；η為支撐效率，一般取η=0.9。

數據代入，可得支架的工作阻力為P=5030.7kN。

1.2　支架其他參數確定

1.2.1采高

工作面采高，即煤層厚度為2.6～4.25 m，為避免在頂板破碎處支架無法接頂，支架最大高度與最小高度分別為：

式中：Hmax、Hmin分別為支架的最大、最小高度，m；Mmax、Mmin分別為煤層的最大、最小厚度，m。

將數據代入，可得液壓支架的最大高度為4.55m，最小高度為2.3 m。

1.2.2初撐力

支架的初撐支護強度計算公式為：

式中：qoh為支架初撐支護強度，kN/m2；Lz為周期來壓步距，取16 m；Lm為最大控頂距，取5.24 m。

通過計算，可知初撐支護強度為qoh=399 kN/m2。

支護初撐支護強度與初撐力之間的關系為式（6）所示：

式中：PO為支架初撐力，kN。

代入數據得PO=2 926 kN。

式中：q為支護強度，kN/m2；n為系數，取7；M為煤層厚度，取4.0 m；γ為頂板平均密度，取2 500 kg/m3；g為重力加速度，取9.8 N/kg。

代入數據計算可得支架的支護強度q=686 kN/m2。

支護強度與工作阻力之間的關系如式（2）所示：

1.3　選擇支架型號

通過前面計算，選定ZY5600/21/46型兩柱掩護式液壓支架，其基本參數如表1所示。

表1　支架基本參數

2　采煤機選型

2.1　采煤機牽引速度

工作面的月產量為8萬t，為完成該產量需求，則采煤機每日需推進的距離如式（7）所示：

式中：lr為每日推進距離，m；Q為月產量，取8萬t；D為月生產天數，取25 d；L'為工作面長度，220 m；C為回采率，取0.95；ρ為煤層密度，取1.37 t/m3。

通過計算可得采煤機每日需推進2.79 m。采煤機截深取0.8 m，則每日需完成n=3.5個循環，每個循環所需時間為：

式中：t為每個循環所需時間，min；T為每班工作時間，取 6 h。

通過計算可得每個循環的時間為308.6 min。

采煤機的牽引速度為：

式中：V為牽引速度，m/min；t1為輔助工作時間，取5 min。

計算得到V=0.725 m/min。

2.2　采煤機的生產能力

采煤機每小時生產能力計算公式為：

式中：Qh為采煤機每小時產量，t/h；d為截深，取0.8m；其余符號與前相同。

計算得到Q=181 t/h。

2.3　采煤機的裝機功率

采煤機的裝機功率與生產能力之間的關系為：

式中：P為裝機功率，kW；Hw為單位能耗，取0.8 kW·h/t。

可計算出采煤機的功率應為P=144.8 kW。

2.4　選擇采煤機型號

根據前面的計算，選擇MG400/920WD型采煤機，其主要參數如表2所示[3]。

表2　采煤機基本參數

3　刮板運輸機選型

3.1　刮板運輸機的運煤能力

一般地，設計刮板運輸機的運煤能力應為采煤機割煤能力的1.2倍[4]。

式中：Qy為運輸機的運煤能力。經計算可得Qy=217.2t/h。

3.2　選擇刮板運輸機的型號

根據上面的計算及配套原則，選擇SGZ-800/800型刮板運輸機[5]。其主要參數如表3所示。

表3　刮板運輸機基本參數

4　結語

根據西曲礦18404工作面的實際地質條件，為滿足工作面的生產需求，利用理論計算，對工作面液壓支架、采煤機和刮板運輸機進行合理選擇，為工作面的正常生產以及相似條件下的設備選型提供一定的借鑒。

[1]郭朋星,趙輝.大采高液壓支架選型及適應性分析[J].煤炭技術，2010，29（12）：4-6.

[2]閆振東.綜采工作面液壓支架選型與應用實踐[J].煤炭科學技術，2012，40（11）：50-53.

[3]季俊成.綜采工作面三機配套設備的合理選擇[J].煤炭技術，2011，30（4）：16-17.

[4]周仕來，楊勇.綜采工作面“三機”配套及實踐應用研究[J].煤礦機械，2015，36（1）：200-202.

[5]唐永志，曹海山，張學亮，等.大采高超長工作面設備選型關鍵技術研究[J].煤礦開采，2016，21（3）：55-58.