綜采工作面機(jī)電設(shè)備選型研究

李 輝

（西山煤電集團(tuán)公司東曲煤礦， 山西 古交 030200）

1 礦井概況

東曲礦位于古交市東南，井田面積78 km2，地質(zhì)儲(chǔ)量8.9億t，可采儲(chǔ)量4.7億t，礦井設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力4.00 Mt。井田走向長(zhǎng)度為7.5 km，傾向長(zhǎng)度為6.8 km，總面積達(dá)36.5 km2。礦井開(kāi)采采用平硐加斜井式開(kāi)拓、條帶式開(kāi)采方式。14218工作面位于東曲礦二采區(qū)，工作面水平標(biāo)高－860 m，工作面長(zhǎng)度352 m，煤層厚度3.5～5.6 m，平均厚度4.2 m。煤層整體傾向西南，傾角為12°～23°，平均為16°，工作面采高4.2 m。

工作面機(jī)電設(shè)備的配套分為生產(chǎn)能力的配套和幾何尺寸的配套，其中設(shè)備的合理配套是影響生產(chǎn)高產(chǎn)高效的重要因素，也是大采高工作面礦壓控制的有效手段[1]。

2 采煤機(jī)的選型

2.1 采煤機(jī)的牽引速度

由于工作面煤質(zhì)較硬，同時(shí)考慮到工作面開(kāi)采時(shí)的穩(wěn)定狀況和采煤機(jī)的電牽引力，將采煤機(jī)的牽引速度控制在5～9 m/min。

2.2 采煤機(jī)的生產(chǎn)能力

式中：h1為開(kāi)采高度，取4.2 m；B為采煤機(jī)滾筒截割深度，取0.8 m；v為采煤機(jī)的切割速度，取7 m/min；γ為2號(hào)煤的視密度，取1.44 t/m3；k為工作面回采率，取0.93。將數(shù)值帶入公式，采煤機(jī)所需的生產(chǎn)能力Q1至少為1889.88t/h。

2.3 采煤機(jī)的裝機(jī)功率

在確定采煤機(jī)實(shí)際使用功率時(shí)，要考慮煤層的主要特點(diǎn)。煤層過(guò)硬、過(guò)厚都會(huì)影響采煤機(jī)的牽引速度。根據(jù)以往的回采經(jīng)驗(yàn)和國(guó)內(nèi)外對(duì)采煤機(jī)配套研究的現(xiàn)狀最終選擇采煤機(jī)的型號(hào)為MGTY500/1200-3.3D，主要性能參數(shù)裝機(jī)功率為1 200 kW，截割部功率為500 kW，截深為800 mm，采高為2 500～5 000 mm，生產(chǎn)能力為1 800 t/h，供電電壓為3 300 V。

3 液壓支架的選型

3.1 液壓支架的選擇

液壓支架是用來(lái)控制采煤工作面礦山壓力的設(shè)備，目前長(zhǎng)壁大采高綜采工作面采用的液壓支架主要以支撐掩護(hù)式為主。支撐掩護(hù)式液壓支架具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、易于后期維護(hù)的特點(diǎn)，適用于長(zhǎng)壁大采高綜采工作面。根據(jù)東曲礦井下煤層賦存情況和頂板條件，14218綜采工作面應(yīng)采用兩柱掩護(hù)式液壓支架，液壓支架頂梁應(yīng)采用整體鋼結(jié)構(gòu)性頂梁，為了充分保障液壓支架的穩(wěn)定性，應(yīng)設(shè)置伸縮前探梁帶一級(jí)護(hù)幫板，液壓支架的底座應(yīng)設(shè)置帶有提座千斤頂?shù)匿撡|(zhì)底座[2]。

3.2 頂板壓力計(jì)算

式中：P0為頂板壓力，kN/m2；γ為上覆巖層平均容重，取25 kN/m3；h為開(kāi)采高度，取4.2 m。根據(jù)計(jì)算可得，所需液壓支架支承的頂板壓力P0=840 kN/m3[3]。

3.3 初撐力計(jì)算

14218綜采工作面液壓支架的初撐力應(yīng)保證其上部直接頂和老頂或者下位巖層與上位巖層之間不發(fā)生離層，即能支撐住上部冒落帶巖層的質(zhì)量。

式中：P初為液壓支架初撐力，kN；D為液壓支架頂梁長(zhǎng)度，取4.05 m；E為端面距，取0.5 m；b1為液壓支架支護(hù)寬度，取1.75 m；H為冒落帶巖層總厚度，由于上覆巖層以泥巖、砂巖為主，抗壓強(qiáng)度較小，則冒落帶總厚度為1～3倍采高，取6.3 m。根據(jù)計(jì)算可得，所需液壓支架初撐力P初=1 254.09 kN。

3.4 工作阻力計(jì)算

一般情況下，液壓支架的初撐力要求達(dá)到工作阻力的70%，因此液壓支架的工作阻力P阻=P初/70%=1791.56kN。

3.5 控頂距計(jì)算

按照上述頂板壓力計(jì)算結(jié)果和液壓支架參數(shù)計(jì)算結(jié)果，最終確定采用ZY7600/23/47掩護(hù)式液壓支架支護(hù)頂板，并采用全部垮落法管理頂板。

根據(jù)計(jì)算可得，工作面的最小控頂距、最大控頂距為：L小=4.05+0.5=4.55 m，L大=4.05+0.5+0.8=5.35 m。

考慮到14218工作面煤層平均厚度為4.5 m，同時(shí)也為了和采煤機(jī)以及刮板運(yùn)輸機(jī)互相配套，液壓支架選用工作阻力大于2 000 kN，控頂距在4.5～5.5 m之間的ZY7600/23/47型支撐掩護(hù)式液壓支架，主要性能參數(shù)如下：工作阻力為7 600 kN，最小支撐高度為2 300 mm，最大支撐高度為4 700 mm。

4 刮板運(yùn)輸機(jī)的選型

式中：V為刮板鏈運(yùn)行速度，取1.1 m/s；A為運(yùn)行物料斷面面積，取0.16 m2；P為物料的散碎密度，取1 t/m3；Ψ為裝滿系數(shù)，取0.93。根據(jù)計(jì)算可得，所需刮板運(yùn)輸機(jī)的生產(chǎn)能力Q2至少為589.25 t/h。

按照工作面綜采設(shè)備生產(chǎn)能力配套的要求，刮板運(yùn)輸機(jī)的生產(chǎn)能力要大于采煤機(jī)的生產(chǎn)能力，故將刮板運(yùn)輸機(jī)的生產(chǎn)能力確定為1 889.88 t/h，型號(hào)選用SGZ-900/1140型的刮板運(yùn)輸機(jī)，主要性能參數(shù)如下：裝機(jī)功率為1 140 kW，卸載方式為端頭卸載，運(yùn)輸能力為2 000 t/h，供電電壓為3 300 V。

5 結(jié)語(yǔ)

機(jī)電設(shè)備之間合理的配套能在一定程度上有效改善回采工作中復(fù)雜的作業(yè)條件，在一定程度上提高回采工作的穩(wěn)定高效性，確保各工序各機(jī)電設(shè)備有序進(jìn)行，提高安全系數(shù)。采用合理的機(jī)電設(shè)備在東曲礦14218大采高綜采工作面的現(xiàn)場(chǎng)試運(yùn)行及對(duì)比分析可以看出14218生產(chǎn)出的煤質(zhì)量較其他工作面有了大幅的提升，各類機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀況良好，操作安全可靠，很好地滿足了大采高綜采工作面實(shí)際生產(chǎn)的需求。