輕型綜采工藝設(shè)備的選型與安全設(shè)計

安利軍

（山西寧武大運華盛老窯溝煤業(yè)有限公司， 山西 寧武 036700）

引言

目前，我國礦井綜采工作面主要采用普采或炮采，并且普采和炮采工藝已日趨成熟。但是，就同一礦井工作面而言，盡管前期采用普采或者炮采工藝能夠取得不錯的經(jīng)濟效益，但隨著工作面的不斷推進，其地質(zhì)條件或許會更加復(fù)雜，斷層會不斷增多，此時采用普采或者炮采工藝反而會制約綜采工作面的生產(chǎn)效率[1]。鑒于上述情況，本著煤礦安全生產(chǎn)的目的，可通過采用輕型綜采工藝解決普采或炮采工藝不適用的問題。本文著重對輕型綜采工藝下綜采設(shè)備的選型和應(yīng)用效果進行研究。

1 工程概況

本文所研究的礦井始建于1993 年，當初該礦井的設(shè)計生產(chǎn)能力為120 萬t/年。近年來，隨著采煤工藝的不斷改進，綜采設(shè)備的不斷更替，目前礦井的生產(chǎn)能力為220 萬t/年。該礦井共包含有四個采區(qū)，其采煤工藝為普采；礦井共包含有2 號、4 號和11 號煤層。本文以該礦井的2 號煤層為研究對象開展研究。

2 號煤層工作面位于地下350～700 m 之間，煤層最大厚度為4.24 m，煤層平均厚度為2.01 m；煤層傾角小于20°。目前正在開采位置煤層的厚度為1.5～2.5 m。2 號煤層的頂?shù)装迩闆r如表1 所示。

分析表1 可知，2 號煤層頂板屬于復(fù)合頂板，存在極大的冒落風險，導(dǎo)致其頂板管理的難度很大；2號煤層底板受到擠壓時容易出現(xiàn)變形的情況，從而導(dǎo)致液壓支護鉆到底板下，進而影響液壓支柱的支護質(zhì)量。

此外，經(jīng)現(xiàn)場測量可得：最大涌水量0.5 m3/min，正常涌水量為0～0.25 m3/min。瓦斯絕對涌出量為2 m3/min，煤塵爆炸指數(shù)為21.33%，煤塵具有爆炸性，自燃傾向性等級：Ⅱ級，易自燃。

表1 2 號煤層頂?shù)装迩闆r

2 設(shè)備選型可行性分析

設(shè)備選型的主要依據(jù)為工作面煤層的賦存條件、地質(zhì)水文條件、頂?shù)装迩闆r、瓦斯涌出情況及地下水涌出等情況。若綜采設(shè)備選擇不合理往往會導(dǎo)致采煤效率低、煤礦企業(yè)經(jīng)濟效益差的問題[2]。因此，需結(jié)合煤礦情況完成對綜采設(shè)備的正確配套選型。

2 號煤層的平均厚度為2.01 m，且其頂板屬于復(fù)合頂板，存在極大的冒落風險，其頂板管理相對困難。因此，2 號煤層采用輕型掩護式綜采液壓支架對其頂板進行支護，并在此基礎(chǔ)上完成了對關(guān)鍵綜采設(shè)備采煤機和刮板輸送機的選型。

3 輕型綜采設(shè)備的選型原則

1）要求綜采設(shè)備生產(chǎn)能力滿足工作面的生產(chǎn)任務(wù)要求，主要指采煤機的生產(chǎn)能力與工作面的生產(chǎn)任務(wù)相匹配。

2）刮板輸送機的運輸能力和裝載機的裝載能力應(yīng)大于采煤機的落煤能力。

3）液壓支架的移架速度應(yīng)采煤機的牽引速度相匹配。

4）刮板輸送機的結(jié)構(gòu)應(yīng)與采煤機結(jié)構(gòu)相匹配；采煤機的采高范圍應(yīng)與液壓支架的最大支護高度和最小支護高度相匹配；刮板輸送機中部槽應(yīng)與液壓支架推移千斤頂連接裝置的間距相匹配[3]。

4 綜采設(shè)備的選型

根據(jù)生產(chǎn)能力相互匹配的原則，要求采煤機的生產(chǎn)能力大于工作面的生產(chǎn)能力，刮板輸送機的運輸能力大于采煤機的生產(chǎn)能力。工作面的生產(chǎn)能力對應(yīng)的計算公式如公式（1）所示：

式中：Q1為工作面所要求的生產(chǎn)能力；Qd為工作面的日生產(chǎn)能力；K 為生產(chǎn)不均衡系數(shù)；N 為工作面每天作業(yè)的班次；M 為工作面每天檢修的班次；T 為工作面每班的工作時長；S 為時間利用系數(shù)。

采煤機落煤能力的計算公式如公式（2）所示：

式中：Q2為采煤機的實際落煤能力；V1為采煤機的實際牽引速度；H 為采煤機的平均采高；B 為采煤機的截割深度；R 為煤炭的密度。

刮板輸送機運輸能力對應(yīng)的計算公式如公式（3）所示：

式中：Q3為刮板輸送機的運輸能力；V2為刮板輸送機的鏈速；F 為煤炭在刮板上的斷面積；ρ 為煤炭的裝滿系數(shù)；γ 為煤炭的松散容量。

在選型配套時，要求Q3＞Q2＞Q1[4]。

4.1 采煤機的選型

通過計算，最終所選采煤機的型號為4MG-200W，該型號采煤機的參數(shù)如表2 所示。

表2 4MG-200W 型采煤機參數(shù)

4.2 液壓支架的選型

由于2 號煤層工作面為復(fù)合頂板，因此所選型液壓支架的支護類型為支撐掩護式[5]。結(jié)合采煤機的采高范圍，要求液壓支架的最小支護高度大于1.4m，最大支護高度大于2.7 m。綜合分析，所選型液壓支架的型號為ZY2400/14/30，該型液壓支架的參數(shù)如表3 所示。

4.3 刮板輸送機的選型

根據(jù)刮板輸送機的運輸能力大于采煤機落煤能力，刮板輸送機中部槽應(yīng)與液壓支架推移千斤頂連接裝置的間距相匹配的原則。結(jié)合采煤機和液壓支架的選型結(jié)果，最終所選刮板輸送機的型號為SGD-630/220，該型刮板輸送機的參數(shù)如表4 所示。

5 工作面經(jīng)濟效益分析

2 號煤層目前采用普采采煤工藝，隨著工作面的不斷推進，依據(jù)其地質(zhì)及煤層情況的變化發(fā)現(xiàn)普采效率已無法滿足工作面的生產(chǎn)任務(wù)要求，故通過上述設(shè)備選型結(jié)果采用輕型綜采工藝。綜采工藝與普采工藝的經(jīng)濟效益對比如表5 所示。

表3 ZY2400/14/30 液壓支架參數(shù)

表4 SGD-630/220 刮板輸送機參數(shù)

表5 綜采與普采工藝經(jīng)濟效益對比

綜合對比表5 可知，采用輕型綜采工藝后雖然一次性設(shè)備投入成本大，但是平均到每年僅多支出104 萬元，而工資支出和輔助材料的投入均比普采少。因此，采用輕型綜采工藝每年比普采工藝少投資313 萬元。而且，采用輕型綜采工藝比普采工藝可多采596 70 t 煤。

綜上所述，基于輕型綜采工藝與普采工藝的比較，輕型綜采工藝具有降低生產(chǎn)成本、提高煤炭回收率的效果。

6 結(jié)語

輕型綜采設(shè)備作為礦井綜采工作面直接的執(zhí)行機構(gòu)，輕型綜采設(shè)備配套的合理性和匹配性直接決定著工作面的產(chǎn)煤效率和生產(chǎn)成本。因此，針對不適合普采工藝的工作面應(yīng)根據(jù)工作面的變化趨勢及情況選擇最佳的采煤工藝，并根據(jù)相關(guān)原則完成綜采設(shè)備的配套選型。