車寨礦井采煤設備選型分析與研究

郝燕飛

（晉煤集團山西晉城興唐煤業有限公司，山西晉城 048000）

0 引言

車寨礦井位于山西省沁水煤田晉城國家規劃礦區，隸屬于晉煤集團山西晉城興唐煤業有限公司。本礦井首采煤層為3號煤層，地質資料表明3號煤層傾角為3°～10°，為平緩煤層，地質及水文地質條件簡單～中等，煤層厚度4.86～6.46 m，平均5.81 m，煤層結構簡單[1]。3號煤層瓦斯含量較高，確定為高瓦斯礦井，煤塵無爆炸危險性，屬不易自燃煤層。

1 采煤工作面主要設備選型

1.1 采煤機

3號煤層平均煤層厚度為5.81 m，采煤機采高為3.0 m，放頂煤高度為2.81 m，礦井生產能力為1.5 Mt/a，回采工作面日生產能力為4 394 t，其中采煤機截割煤量為2 842 t[2]。

（1）采煤機割煤所需平均速度

采煤機所需平均牽引速度按下式計算：

式中：V為采煤機所需平均牽引速度，m/min；Q為采煤機日割煤量，為2 842 t/d；L為工作面長度，200 m；I為工作面缺口行程，取30 m；N為每天割煤班數，“四六制”作業，三班生產，取3.0；T為每班割煤時間，取6 h；H為采高，采煤機截割部分為3.0 m；B為采煤機截割深度，0.80 m；K為采煤機開機率，取0.40；γ為煤實體容重（t/m3），為 1.48 t/m3。

（2）采煤機所需最大牽引速度

式中：Vmax為采煤機所需最大牽引割煤速度，m/min；V為采煤機所需平均牽引速度，2.13 m/min；kc為采煤機割煤不均衡系數，取1.6。

（3）采煤機功率

按采煤機單位能耗計算采煤機功率為[2]：

式中：N為采煤機功率，kW；Kb為備用系數，取Kb=1.5；Hw為采煤機割煤單位能耗，按潞安、晉城礦區實測，Hw=0.65～0.85 kW?h/m3，由于3號煤層割煤范圍內有夾矸，因此取Hw=0.80 kW?h/m3。

根據上述計算要求采煤機割煤速度為3.40 m/min，則采煤機裝機功率：

N=60×1.5×0.80×3.00×3.40×0.80=587.6(kW)。

根據上述選型計算，結合本礦井3號煤層的采高、硬度及產量要求等，設計選用MG300/700-WD型雙滾筒電牽引采煤機，采高范圍1.8～3.5 m，滾筒直徑1 800 mm，截深0.8m，額定電壓1 140 V，裝機功率700 kW（截割功率300×2 kW）。

1.2 液壓支架選型

1.2.1 工作面頂板管理方式

回采工作面采用一次采全高綜采放頂煤采煤法，工作面頂板采用全部垮落法管理[4]。

1.2.2 工作面液壓支架選型

通過查閱地質資料以及分析近三年鄰近煤礦地壓數據，確定采用“老頂周期來壓步距法”和“估算法”計算液壓支架工作阻力[5]。

（1）老頂周期來壓步距法

式中：P為預計液壓支架設計工作阻力，t/架；M為采煤層機采高度，取3.0 m；L2為實測老頂周期來壓步距，參照鄰近礦井取25 m；Lm為控頂距，所選支架最大控頂距5.92 m；F為支架支護面積，3號煤取8.88 m2。

（2）估算法

估算法需要重點考慮支撐冒落帶巖層的重量。

式中：P為支架承受的荷載，kN；S為支架支護的頂板面積，m2，為8.88 m2；r為頂板巖石視密度，t/m3，為2.6 t/m3；∑h為冒落帶巖石的高度（也就是指直接頂厚度），m；α為煤層傾角，取5°。

M為采高，m，3號煤采高為3.0 m；K為巖石碎脹系數，取1.25～1.5。

上式可寫成：P=（2～4）×9.8SrMcosa

一般用上限，即P=4×9.8SrMcosa

計算中再考慮支架受力不均衡量的安全系數1.5～2，取上限，則：

P=8×9.8SrMcosa

則：P=8×9.8×8.88×2.8×3.0×cos5°=5 609.3（kN）

考慮到3號煤層為泥巖類頂板，以及高產高效綜采工作面的要求，設計綜采工作面液壓支架工作阻力宜適當提高。參照鄰近礦井綜放工作面液壓支架的選型情況，設計確定綜放工作面液壓支架工作阻力為5 874.7×1.3=7 637.2 kN/架。

根據上述計算的液壓支架工作阻力，綜采放頂煤工作面液壓支架初選ZF8000/18/35D型低位插板支撐掩護式放頂煤電液控液壓支架，配備電液控制系統，支撐高度1.8～3.5 m，放煤方式為擺動尾梁及低位插板，工作阻力8 000 kN，支架重量26 t。

工作面端頭過渡放頂煤支架選用ZFG8500/20/36D型過渡支架7架，工作阻力8 500 kN，支護高度2.00～3.60 m，支架重量28 t。

工作面回風側超前支護初步選用1組ZFDC11600/22.5/40型超前支護支架組，支撐高度2.25～4.0 m，工作阻力11 600 kN，超前支護長度20.2 m，支架組重量55 t；工作面進風側超前支護選用兩組ZYDC5150/20.5/36型超前支護支架，支撐高度2.05～3.6 m，工作阻力5 150 kN，超前支護長度2×10.0 m，單架重量30.6 t。

1.3 刮板輸送機

刮板輸送機能力應滿足采煤機最大落煤能力的要求[6]，即：

式中：Q為刮板輸送機運輸能力，t/h，近水平取1.0；Ky為采煤機割煤速度不均勻系數，可取1.1；Kv為考慮采煤機與刮板輸送機同向運動時的修正系數，取1.1；Qm為工作面采煤機最大落煤能力，取采煤機最大割煤速度為2.13 m/min時的落煤能力。則：

為防止在過斷層及陷落柱過程中發生煤溜“壓死”的情況，采煤運輸設備選用SGZ-830/800型可彎曲刮板輸送機，初期鋪設長度200 m，電機功率2×400 kW，運輸能力750 t/h[7]。

為了便于設備和配件互換，前部刮板輸送機選用與后部刮板輸送機選用同型號設備。后部刮板輸送機SGZ-830/800型也滿足礦井生產需要。

1.4 轉載機

轉載機的運輸能力應大于采煤工作面可彎曲刮板輸送機運輸能力；轉載機應與可伸縮帶式輸送機、破碎機和可彎曲刮板輸送機相配[8]套；轉載機應具備運行工況監測控制、上傳信號功能。設計選用SZZ830/315型轉載機，其主要技術參數如表1所示。

表1 SZZ830/315型轉載機技術參數

1.5 破碎機

破碎機選用PLM2000型錘式破碎機，破碎能力1 500 t/h，電機功率160 kW。其技術特征參數如表2所示。

1.6 可伸縮帶式輸送機

可伸縮帶式輸送機的帶寬應根據工作面生產能力要求而確定，可依下式計算：

式中：B為帶寬，m；Q為上級設備（轉載機）生產能力，t/h；k為輸送機負載斷面系數，物料堆積角按20°選取，取380；γ為物料散積容重，取0.9 t/m3；v為帶速，取3.15 m/s；c為輸送機傾角系數，取0.98；ξ為速度系數，取0.94。

根據上述計算，回采工作面膠帶順槽運煤設備選用2臺DSJ1200/150/2×250型可伸縮膠帶輸送機[9]，配備DY1200型皮帶機自移機尾，初期鋪設長度1 800 m，運輸能力1 000 t/h，電機功率2×250 kW。

表2 PLM2000型錘式破碎機技術參數

2 結束語

機電設備之間配套的合理性有利于改善復雜作業面的作業難度，能在一定的程度上提高綜采工作面的穩定高效性，作為一個新建礦井，在設備選型上一定要注重協同作業性，確保各機電設備有機配合，保障作業的安全。車寨礦井3號煤層綜采放頂煤工作面設備選型，以設備選型安全可靠、機械化程度高、設備性能匹配程度高為基礎條件，結合我國已建成多個智能化采煤工作面的實際，對采煤工作面采、裝、運設備進行選型，選型基本符合本工作面回采需求。