綜采工作面機電設備選型研究

李 輝

（西山煤電集團公司東曲煤礦， 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，地質儲量8.9億t，可采儲量4.7億t，礦井設計年生產能力4.00 Mt。井田走向長度為7.5 km，傾向長度為6.8 km，總面積達36.5 km2。礦井開采采用平硐加斜井式開拓、條帶式開采方式。14218工作面位于東曲礦二采區，工作面水平標高－860 m，工作面長度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。

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

2 采煤機的選型

2.1 采煤機的牽引速度

由于工作面煤質較硬，同時考慮到工作面開采時的穩定狀況和采煤機的電牽引力，將采煤機的牽引速度控制在5～9 m/min。

2.2 采煤機的生產能力

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

2.3 采煤機的裝機功率

在確定采煤機實際使用功率時，要考慮煤層的主要特點。煤層過硬、過厚都會影響采煤機的牽引速度。根據以往的回采經驗和國內外對采煤機配套研究的現狀最終選擇采煤機的型號為MGTY500/1200-3.3D，主要性能參數裝機功率為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

液壓支架是用來控制采煤工作面礦山壓力的設備，目前長壁大采高綜采工作面采用的液壓支架主要以支撐掩護式為主。支撐掩護式液壓支架具有結構簡單、操作簡便、易于后期維護的特點，適用于長壁大采高綜采工作面。根據東曲礦井下煤層賦存情況和頂板條件，14218綜采工作面應采用兩柱掩護式液壓支架，液壓支架頂梁應采用整體鋼結構性頂梁，為了充分保障液壓支架的穩定性，應設置伸縮前探梁帶一級護幫板，液壓支架的底座應設置帶有提座千斤頂的鋼質底座[2]。

3.2 頂板壓力計算

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為開采高度，取4.2 m。根據計算可得，所需液壓支架支承的頂板壓力P0=840 kN/m3[3]。

3.3 初撐力計算

14218綜采工作面液壓支架的初撐力應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生離層，即能支撐住上部冒落帶巖層的質量。

式中：P初為液壓支架初撐力，kN；D為液壓支架頂梁長度，取4.05 m；E為端面距，取0.5 m；b1為液壓支架支護寬度，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，抗壓強度較小，則冒落帶總厚度為1～3倍采高，取6.3 m。根據計算可得，所需液壓支架初撐力P初=1 254.09 kN。

3.4 工作阻力計算

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

3.5 控頂距計算

按照上述頂板壓力計算結果和液壓支架參數計算結果，最終確定采用ZY7600/23/47掩護式液壓支架支護頂板，并采用全部垮落法管理頂板。

根據計算可得，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，同時也為了和采煤機以及刮板運輸機互相配套，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型支撐掩護式液壓支架，主要性能參數如下：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 刮板運輸機的選型

式中：V為刮板鏈運行速度，取1.1 m/s；A為運行物料斷面面積，取0.16 m2；P為物料的散碎密度，取1 t/m3；Ψ為裝滿系數，取0.93。根據計算可得，所需刮板運輸機的生產能力Q2至少為589.25 t/h。

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

5 結語

機電設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雜的作業條件，在一定程度上提高回采工作的穩定高效性，確保各工序各機電設備有序進行，提高安全系數。采用合理的機電設備在東曲礦14218大采高綜采工作面的現場試運行及對比分析可以看出14218生產出的煤質量較其他工作面有了大幅的提升，各類機械設備運行狀況良好，操作安全可靠，很好地滿足了大采高綜采工作面實際生產的需求。