綜合機械化采煤的設備選型及總體配套設計研究

楊 峰

（山西鄉寧焦煤集團臺頭前灣煤業有限公司， 山西 鄉寧 042100）

0 引言

采煤機、刮板輸送機、液壓支架為綜合機械化采煤的設備。其中，采煤機的截割能力和落煤能力直接決定工作面的生產能力；刮板輸送機不僅承擔煤炭的運輸任務而且還為采煤機提供行走的軌道，為液壓支架提供推溜支撐；液壓支架重點對工作面的圍巖穩定性進行保證。因此，為綜采工作面配套合適的“三機”，對于保證綜采工作面生產效率和安全性具有重要意義[1-4]。本文將結合實踐生產完成“三機”設備的選型，并完成相關的配套設計。

1 機械化采煤設備選型配套原則

綜采工作面機械化采煤設備的選型配套重點需要與工作面的地質、煤層等條件的實際情況相匹配；同時，還需與煤礦的高效、可持續的開采策略相符合。本文所研究的工作面煤層屬于薄煤層，該工作面煤層的厚度范圍為0.09～4.37 m，煤層的平均厚度為2.18 m；而且，該工作面煤層相對較軟，其普氏硬度值僅為0.37。經探測，工作面煤層的瓦斯相對涌出量為24.16m3/t。該工作面的頂底板條件如表1 所示。

表1 工作面頂底板條件

本文重點基于上述實際生產工況完成采煤機、刮板輸送機以及液壓支架的選型。為保證最終所選型設備與工作面相匹配，在選型時根據不同設備需遵循如下原則。采煤機、刮板輸送機以及液壓支架必須與綜采工作面的實際工況相符合；同時，“三機”設備之間的結構參數、空間尺寸以及性能參數均需相互配合。具體如下：

1）刮板輸送機作為采煤機和液壓支架的中間設備，其結構形式與采煤機的牽引機構、行走機構以及滑靴等相匹配，其中部槽與液壓支架的推移千斤頂相匹配。

2）刮板輸送機的運輸能力需要大于采煤機的落煤能力；液壓支架的移架速度需要大于采煤機的行走速度；采煤機的采高范圍與液壓支架的支護高度范圍相匹配；采煤機的截割深度與液壓支架的推移步距相匹配。

2 綜采設備的選型設計

在遵循上述選型設計原則的基礎上，本節將重點完成采煤機、液壓支架以及刮板輸送機的選型。

2.1 液壓支架的選型

液壓支架架型的選擇需要結合工作面的頂板條件、煤層傾角等綜合確定。根據綜采液壓支架架型的選擇標準和“1”中分析的工作面的條件，確定采用掩護式液壓支架。根據綜采工作面的實際情況對液壓支架的支護強度、額定阻力以及工作高度等進行計算，并根據計算結果最終確定液壓支架的型號。

以液壓支架支護強度計算為例，液壓支架支護強度p 計算如式（1）所示：

式中：K 為綜采工作面頂板巖層的厚度系數，取4～8；M 為采高；λ 為綜采工作面頂板的巖層密度，取2.7 t/m3。

將上述參數代入式（1）中得出，液壓支架的支護強度應大于0.328 4 MPa。

同理，對液壓支架的工作高度、額定阻力以及初撐力等參數進行計算，計算結果如表2 所示。

表2 液壓支架關鍵選型參數計算結果

結合上述液壓支架關鍵技術參數的計算結果，確定液壓支架的型號為ZYB4400/8.5/18 型掩護式液壓支架，其關鍵參數如表3 所示。

表3 ZYB4400/8.5/18 型掩護式液壓支架技術參數

2.2 采煤機的選型

采煤機選型需綜合考慮綜采工作面的硬度、傾角以及頂底板的硬度等。首先，根據工作面煤層的厚度等條件，確定采煤機的采高應滿足1.32 m 的要求。以采煤機的牽引速度vc為例，計算如式（2）所示：

式中：Qh為綜采工作面的產量；B 為采煤機的截割深度，綜合考慮國內采煤機截割深度指標，確定將該項參數取值為630 mm；H 為采煤機的采高，取1.32 m；γ為工作面煤層的平均容重，取1.33 t/m3。

將上述參數代入式（2）中得出，要求所選型的采煤機的平均牽引速度為2.2 m/min。

同理，得出采煤機的截割生產能力、裝機功率的理論計算結果如表4 所示。

表4 采煤機選型參數的理論計算結果

根據上述理論計算結果，確定采煤機的型號為MG160/360-BWD，其關鍵參數如表5 所示。

表5 MG160/360-BWD 型采煤機參數

2.3 刮板輸送機的選型

刮板輸送機選型的主要依據為其運輸能力。采煤機運輸能力Qb計算如式（3）所示：

式中：Kc為修正系數；Ky為刮板輸送機的不均勻系數，取1.5～1.6；Ks為煤層傾角和運輸方向的系數，取0.9；Qh為采煤機最大生產能力，取146 t/h。

將上述參數代入式（3）中得出，刮板輸送機的運輸能力應大于176 t/h。同理，所需配套刮板輸送機的電機功率應大于20.16 kW。

根據上述理論計算結果，確定刮板輸送機的型號為SGZ-630/220，其關鍵參數如表6 所示。

表6 SGZ-630/220 型刮板輸送機關鍵參數

在上述設備選型的基礎上，并根據綜采工作面的實際情況對設備進行布置，布置效果如圖1 所示。

圖1 綜采設備的總體配套布置效果（單位：mm）

3 結論

1）本工程所選型采煤機的型號為MG160/360-BWD，液壓支架的型號為ZYB4400/8.5/18 型掩護式，刮板輸送機的型號為SGZ-630/220。

2）將所選型的綜采設備布置于綜采工作面，預計開機率可達85%，年產量高達85 萬t。