華苑煤業薄煤層開采設備選型研究

張望元

（太原煤氣化山西靈石華苑煤業有限公司，山西 靈石 031300）

薄煤層一般是指厚度在1.3m以下的煤層。薄煤層開采過程中，采高較低，作業空間較小，給生產帶來了一定的困難，為保障工作面安全高效生產，選擇合理的開采設備十分重要[1-2]。華苑煤業位于山西省靈石縣附近，2001年投產，生產能力為0.9Mt/a，現主要開采7、9、10號煤層，其中，9號煤層屬于薄煤層開采，如何實現薄煤層的合理高效生產是目前丞待解決的問題。本文以該礦實際地質條件為工程背景，通過理論分析，選擇合理的開采設備，為礦井正常生產奠定基礎。

1 地質概況

華苑煤業9號煤層位于太原組下部，煤層厚度為0.92～1.40m，平均1.12m，煤層傾角為5°左右，煤層厚度變化不大，不含夾矸，為結構簡單的全區可采煤層。9號煤層上距7號煤層24.80m左右，直接頂為6.8m厚的石灰巖，下距10號煤層4.35～6.21m，平均5.3m，底板巖性以泥巖和砂質泥巖為主。針對薄煤層的開采，作業空間較小，機械設備維修困難，下面針對華苑煤業9號煤層實際情況，根據礦井地質條件和產量需求，結合三機配套原則，對工作面液壓支架、采煤機和刮板運輸機進行選型研究。

2 液壓支架選型

液壓支架的合理選擇對工作面生產有著十分重要的影響，支架的選擇必須保證支護強度、高度與采面相適應，同時也要與采煤機、輸送機等設備相匹配，是開采設備選型的關鍵一環[3]。

2.1 支架高度的確定

考慮礦井實際條件，采用二柱掩護式支架，該支架對圍巖適應性更強，伸縮比大，可靠性高，適合本礦的實際應用。

支架高度與煤層采高有著直接關系，根據本礦實際情況，考慮局部有偽頂存在冒落的危險，支架最大高度應為：

式中：

Hmax-支架最大高度，mm；

Mmax-煤層采高，取1400mm。

支架最小高度應為煤層最小采高減去一定的富余量，再考慮工作面部分區段有泥巖偽頂，支架最小高度為：

式中：

Hmin-支架最小高度，mm；

Mmin-煤層最小采高，取920mm；

d-偽頂厚度，取200mm。

將數據代入式（1）、（2），可得支架高度為：

由此可知，支架高度應在1020～1600mm范圍內。

2.2 支架強度的確定

（1）載荷估算法

根據載荷估算法，支架的支護強度約為8倍最大采高的覆巖重量，即：

式中：

P-支架支護強度，MPa；

γ-頂板平均密度，取2500kg/m3；

g-重力系數，取9.8N/kg。

將數據代入式（3），可得支架支護強度P=274.4kPa。

（2）根據頂板分類

液壓支架強度與煤層頂板分類有著直接關系，根據我國MT554-1996 《緩傾斜煤層采煤工作面頂板分類》標準，華苑煤業9號煤層頂板為Ⅰ級頂板，平均采高為1.12m，則支架的支護強度應為395kPa。

綜合兩種方法計算結果，認為9號煤層支架支護強度應為334.7kPa。

2.3 支架工作阻力的確定

確定支架支護強度后，可根據式（4）求出支架的額定工作阻力：

式中：

F-支架工作阻力，kN；

Lk-支架最大控頂距，取4.7m；

B-支架寬度，取1.5m；

η-支架支護效率，取0.95。

將數據代入式（4），可得支架的工作阻力為2483.83kN。

2.4 確定支架供液壓力

支架供液壓力與初撐力有一定關系，支架初撐力可根據工作阻力進行估算，約為支架工作阻力的80%，有[4]：

支架供液壓力可表示為：

式中：

P'-支架所需泵站供液壓力，MPa；

S'-支架立柱活塞斷面積，取0.066m2；

K-泵站供液效率，取80%。

將數據代入式（5），可得支架所需泵站供液壓力為18.82MPa。

2.5 確定支架型號

根據前面的計算分析結果，為9號煤層選擇ZY3400/10/24型兩柱掩護式支架，其基本參數如表1所示。

表1 支架基本參數

由表1所示參數可以看出，該型液壓支架完全滿足實際生產的需求。

3 采煤機選型

3.1 確定機面高度

采煤機機面高度應與支架高度相適應，一般來講，機面高度應為支架最小高度減去一定的余量，以避免煤層起伏變化。

式中：

hc-采煤機機面高度，mm；

ξ-采煤機與支架之間的余量，取150mm；

ld-支架頂梁厚度，取200mm。

將數據代入式（6），得采煤機的機面高度為650mm。

3.2 確定采煤機功率

按照實際生產需求，9號煤層產量應保證在0.25Mt/a，則采煤機每日需推進的距離如下式所示[5]：

式中：

lr-每日推進距離，m；

Q-月產量，取2.08萬t；

M-9號煤層平均采高，取1.12m；

D-月生產天數，取25d；

L-工作面長度，取180m；

C-回采率，取0.95；

ρ-煤層密度，取1.4t/m3。

代入數據可得，采煤機每日需推進3.10m。采煤機截深d取0.6m，則每日需完成n=5.2個循環，每個循環所需時間為：

式中：

t-每個循環所需時間，min；

T-每班工作時間，取6h。

則，每個循環的時間為207.69min。

由此可以計算出采煤機的牽引速度為：

式中：

V-牽引速度，m/min；

t1-輔助工作時間，取5min。

計算得到采煤機牽引速度V=0.89m/min。

則采煤機的采煤能力為：

式中，各符號含義與前面相同。代入數據，得采煤機生產能力為Q=47.73t/h。

因此，采煤機的功率可表示為：

式中：

P-裝機功率，kW；

Hw-單位能耗，一般可取0.8kW?h/t。

則可計算出采煤機的功率應為P=38.18kW。

3.3 確定采煤機型號

根據前面的計算分析結果，為9號煤層選擇MG100/238-BWD型采煤機，其基本參數如表2所示。

表2 采煤機基本參數

由表2可以看出，該型采煤機完全滿足實際生產的需求。

4 刮板運輸機選型

4.1 確定刮板運輸機的運煤能力

運輸機選型要考慮與采煤機和液壓支架相匹配，運輸機的運輸能力與采煤機采煤能力有關，表達式為：

式中：

Qy-刮板運輸機的運煤能力，t/h。

計算得到Qy≥52.48t/h。

4.2 確定刮板運輸機型號

考慮運輸機的運煤能力，結合三機配套原則，推薦使用SGZ-630/150型雙中心鏈可彎曲刮板輸送機，其主要參數如表3所示。

表3 刮板運輸機主要參數

由表3可以看出，該型刮板運輸機完全滿足實際生產的需求。

5 結論

根據華苑煤業9號薄煤層實際地質條件，對工作面開采設備進行合理選型，選擇ZY3400/10/24型液壓支架、MG100/238-BWD型采煤機和SGZ-630/150型刮板輸送機，在實際生產中，滿足了礦井生產需求，為工作面的安全高效生產奠定了基礎。