北方某礦井首采區(qū)采煤工藝及主要采煤設(shè)備選型的研究

文/張鉦雨 劉歡，河南神火煤電股份有限公司征遷復(fù)墾部；河南神火煤電股份有限公司劉河煤礦

1 地質(zhì)特征

北方某礦井首采區(qū)東西走向?qū)捈s2.5km，南北傾斜長(zhǎng)約2.8km，面積約為6.73km2。南一采區(qū)地層走向近南北、傾向近南西的單斜構(gòu)造；采區(qū)內(nèi)大小斷層11條，大部分為沿傾向的逆斷層。設(shè)計(jì)南一采區(qū)開采上組煤，即山西組2、3、4煤，平均厚度分別為1.87m、1.83m和1.87m，均為中厚煤層。另外，局部可采煤層5-1煤距離4煤層較近，也劃歸上組煤進(jìn)行回采，為局部可采的薄煤層。本區(qū)煤層傾角5～12°，平均約為8°。本區(qū)水文地質(zhì)條件屬簡(jiǎn)單類型。煤層瓦斯含量高。

2 采煤方法與采煤工藝的選擇

2.1 采煤方法選擇

根據(jù)各煤層賦存條件和煤炭產(chǎn)業(yè)政策，適合本礦井的采煤方法有高檔普采采煤方法和綜采采煤方法。高檔普采采煤方法雖然液壓支架（懸移頂梁液壓支架）輕便，搬家容易，投資少，但安全性差，移架慢，人工勞動(dòng)強(qiáng)度較大，工作面生產(chǎn)能力小；綜采采煤方法雖然液壓支架重量大，搬家慢，投資高，但安全性高，移架快，工作面生產(chǎn)能力大。本礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為1.50Mt/a，年產(chǎn)量較大，為了減少工作面數(shù)量，提高單工作面生產(chǎn)能力，提升礦井的機(jī)械化配備水平，確定采用綜合機(jī)械化采煤方法。

2.2 采煤工藝選擇

根據(jù)煤層賦存及地質(zhì)狀況、設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力、采區(qū)巷道布置和設(shè)備配置情況，2煤層第一個(gè)綜采工作面（10201綜采工作面）長(zhǎng)度為200m，4煤層第一個(gè)工作面（10401綜采工作面）長(zhǎng)度為220m。

采煤工藝為采煤機(jī)割煤、可彎曲刮板輸送機(jī)運(yùn)煤、液壓支架支護(hù)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、順槽膠帶機(jī)運(yùn)煤，實(shí)現(xiàn)采煤工作面的全過程機(jī)械化。

2.2.1 工作面循環(huán)及作業(yè)方式

工作面采用“四六”工作制，即三班采煤，一班檢修，每班作業(yè)時(shí)間6h。

工作面每完成一次割煤、移架、推移輸送機(jī)工序?yàn)橐粋€(gè)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)支架推移行程0.8m。每班進(jìn)3刀，每班進(jìn)尺為1.8m，每天進(jìn)9刀，每天進(jìn)尺為7.2m。

2.2.2 工序安排

循環(huán)工藝流程為：采煤機(jī)由機(jī)頭斜切進(jìn)刀→移端頭溜子→移過渡架和端頭架→采煤機(jī)反向割機(jī)頭煤→采煤機(jī)反向空駛→采煤機(jī)割第一刀煤→移架→推溜→采煤機(jī)由機(jī)尾斜切進(jìn)刀，第一循環(huán)完成，開始下一循環(huán)。

3 主要采煤設(shè)備選型

3.1 采煤機(jī)的選型

本次設(shè)計(jì)配備兩個(gè)綜采工作面，每個(gè)工作面設(shè)計(jì)能力按滿足工作面年產(chǎn)0.90Mt選擇采煤機(jī)。

采煤機(jī)平均割煤速度∶Vc=n（L-L1）/[（TK-nt1）×60]=3.4（m/m in）

式中：Vc—采煤機(jī)平均割煤速度，m/min；n—采煤機(jī)日進(jìn)刀數(shù)，取9刀；L—工作面長(zhǎng)度m，取220m；L1—工作面斜切進(jìn)刀長(zhǎng)度，取25m。T—工作面生產(chǎn)班時(shí)間，取每班6h，日3班；t1—工作面斜切進(jìn)刀時(shí)間，取0.25h；K—采煤機(jī)開機(jī)率；取60%。

采煤機(jī)最大割煤速度：Vmax=Kc·Vc＝4.1（m/min）

式中：Vmax—采煤機(jī)最大割煤速度，m/min；Kc—采煤機(jī)割煤速度不均勻系數(shù)，取1.2；Vc—采煤機(jī)平均割煤速度，m/min。

采煤機(jī)裝機(jī)功率：采煤機(jī)裝機(jī)功率取決于煤層硬度、采高、截深、割煤速度等。設(shè)計(jì)根據(jù)采煤機(jī)單位能耗計(jì)算采煤機(jī)的截割功率為：

N=60·Kb·B·H·Vmax·Hw=283（kW）

式中：N—采煤機(jī)裝機(jī)功率，kW；Kb—備用系數(shù)，取1.1；B—采煤機(jī)截深，m，取0.8m；H—采煤機(jī)割煤高度，m，根據(jù)首采區(qū)域煤層厚度，割煤高度取2煤平均厚度1.87m；Vmax—采煤機(jī)最大割煤速度，m/min；Hw—采煤機(jī)割煤?jiǎn)挝荒芎模话?.6～0.7kWh/m3，取0.7kWh/m3。

根據(jù)以上計(jì)算，并考慮到部分區(qū)域煤層較薄，且小斷層較多，采煤機(jī)需切割矸石等因素，采煤機(jī)需要提高一定的可靠性，選用M G2×150/700-WD1型雙滾筒采煤機(jī)。

3.2 工作面可彎曲刮板輸送機(jī)的選型

工作面可彎曲刮板輸送機(jī)選型應(yīng)滿足三個(gè)方面的要求：一是運(yùn)輸能力與采煤機(jī)生產(chǎn)能力相適應(yīng)；二是結(jié)構(gòu)形式與采煤機(jī)、液壓支架相匹配；三是輸送機(jī)長(zhǎng)度與工作面長(zhǎng)度相一致。

Qm=60·B·H·Vc·γ，Qq≥Kc·Kh·Kv·Ky·Qm

式中：Qm—采煤機(jī)平均落煤能力，t/h；Qq—輸送機(jī)運(yùn)輸能力，t/h；Kc—采煤機(jī)割煤速度不均勻系數(shù)，取1.1；Kh—采煤機(jī)割煤高度不均勻系數(shù)，取1；Kv—修正系數(shù)，取1.05；Ky—傾角系數(shù)，取0.9。

經(jīng)計(jì)算，Qm=443(t/h)，Qq≥Kc·Kh·Kv·Ky·Qm=460(t/h)

根據(jù)上面的計(jì)算結(jié)果，工作面可彎曲刮板輸送機(jī)設(shè)計(jì)選用SGZ 730/400型可彎曲刮板輸送機(jī).

3.3 液壓支架的選型

3.3.1 液壓支架的支護(hù)強(qiáng)度

式中：q—工作面支架所需支護(hù)強(qiáng)度，MPa；Kd—基本頂失穩(wěn)時(shí)的動(dòng)載系數(shù)，取Kd=1.1；q冒—冒落帶巖層自重應(yīng)力，q冒=γ頂·h；γ頂為頂板巖層容重，取25kN/m3；h為冒落帶高度，按8倍采高計(jì)算，取2煤開采最大厚度2.6m，則h=2.6×8=20.8m。

經(jīng)過計(jì)算，q=1.1×25×20.8=0.57MPa。

3.3.2 支架工作阻力的確定

支架工作阻力計(jì)算公式為：P=q×（支架頂梁長(zhǎng)度+支架端面距）×支架寬度

則，P=0.57×（3.86+0.36）×1.5×1000=3608kN

3.3.3 液壓支架的選型及參數(shù)

根據(jù)以上計(jì)算，綜采工作面中間支架選用ZY5200/12/28型兩柱掩護(hù)式支架，過渡支架選用ZYG5200/12/28型兩柱掩護(hù)式支架，端頭支架選用ZYT5200/15/30D型兩柱掩護(hù)式支架。

4 結(jié)束語

該工作面主要采煤設(shè)備自投入使用以來，運(yùn)行安全可靠，使用情況良好，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。因此，在實(shí)際使用中，一定要根據(jù)回采工作面的采場(chǎng)條件，合理選擇配套的采煤設(shè)備，使其能夠經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠地運(yùn)行。