对2130煤矿改扩建后首采区“三机”设备选型的探讨
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【摘 要】综合机械化开采技术在我国煤矿生产应用中已日臻成熟，而综采工作面设备的合理选型与配套是实现工作面高产、高效和安全生产的保障。根据2130煤矿1号、6号煤层的开采条件，对其采煤工作面的采煤机、刮板输送机、液压支架进行了选型与配套分析。
【关键词】设备选型；液压支架；安全
中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009―914X（2013）35―489―01
1、矿井概况
2130煤矿位于乌鲁木齐市南130km，始建于1986年，原设计生产能力90kt/a。2001年焦煤集团将原1930平硐的四、五、六采区划归2130平硐开采，矿井生产能力增至0.3Mt/a。2009年，为了提高矿井现化代水平，减少劳动定员，降低劳动强度，把煤矿建设成为安全、高效的矿井。2130煤矿规模由0.3Mt/a改扩建为1.2Mt/a。井田内有可采煤层7层，矿井达到设计生产能力时布置2个采区2个采煤工作面，即一采区西翼1号煤层的1122回采工作面、二采区6号煤层的2621回采工作面。其中，1号煤层煤层总厚0.29～6.15m，平均3.05m；6号煤层可采厚度0.64～4.15m，平均2.91m。
2.1采煤机选型
（1）采高：根据选择的煤层开采工艺，为保证工作面三机配套能够正常工作，采煤机的采高与综采液压支架配套，支架适应高度为1.68～3.5m。采煤机的最低采高应小于1.68m。最大采高应大于3.5m。
（2）截深：根据煤层厚度、煤层软硬、支架移架步距及工作面产量确定为0.6m。
（3）牵引速度：根据采区内综采工作面采煤机割煤最大生产能力选择。
①采煤机平均割煤速度：
V=Qd（L+l）/（60×3T·K·L·H·B·γ·C）
式中：V—采煤机割煤速度，m/min；Qd—工作面机采日产量，Q最大=1680.6t，投产工作面中选最大日产量；L—工作面长度，130m；l—采煤机开缺口行程，采煤机下行割煤，取20m；T—每班工作时间，取6h；K—工作面开机率，取0.3；H—工作面采高，H最大=3.5m；B—采煤机截深，取0.6m；γ—开采煤层平均容重，取1.38t/m3；C—工作面回收率，取95%。
经计算，V=2.17m/min
②采煤机最大割煤速度：
Vmax=kc·V
式中：Vmax—采煤机最大割煤速度，m/min；kc—采煤机割煤不均衡系数，取1.3。
经计算，Vmax=2.8（m/min）
③采煤机割煤功率
根据采煤机割煤速度，按能耗系数法计算采煤机切割功率N：
N=60B·H·Vmax·HW/3.6
式中：N—采煤机切割功率，kW；HW—采煤机割煤能耗系数，取2.5～3。
经计算，N=245.0～294.0kW
考虑到煤层夹矸情况，设计确定所选用的采煤机其技术参数应满足以下要求：切割功率≥350kW；装机功率≥500kW；牵引方式：交流变频牵引。
煤矿已有2台MG200/500-QWD型双滚筒电牵引采煤机采煤机，电机功率500kW。根据上述计算，该设备能力满足矿井扩建后的生产需要，采煤机机型为及MG200/500-QWD型电牵引采煤机。
2.2综采工作面液压支架设备选型
该矿经过多年开采，1、4、5、6号煤层顶板岩石抗压强度高，属坚硬顶板，矿井在走向长壁采煤工作面坚硬顶板管理取得了成熟的经验，即在工作面顺槽内对煤层顶板采用超前预裂爆破后全部垮落法管理顶板，对坚硬顶板的处理效果较好。
1、2-1、2-2、3、4、6号煤层为中厚煤层，最大平均厚度不超过4m，一般在1.68～3.5m之间；均可采用走向长壁综合机械化一次采全高采煤法，矿井目前正在生产的4号煤层配备有1套综采液压支架，支架型号分别选用ZZ4400/17.5/28、ZZ5800/18/35，配备数量分别为57、17架，工作面过渡支架选用ZG5800/18/32，配备数量分别为4架。
矿井目前正在生产的5号煤层配备有1套综采放顶煤液压支架，支架型号分别选用ZF4400-16/28、ZF4400-17.5/28，配备数量分别为52、15架。过渡支架选用ZFG5800/17/32，配备数量为9架。
（1）工作面顶板压力估算：
P=（6～8）×9.8×S×r×M×cosa
式中：M—采高，3.3m；S—液压支架的支护面积，4.84m2；r—岩石容重，2.63t/m3；a—煤层倾角，取40°。设计控顶距R与悬顶距L相等：即R=L。
经计算，P=2675.7KN。
（2）按岩石密度法计算工作面顶板压力：
式中：q—支护强度；Kd—基本顶失稳时的动载系数，一般为1.1～1.8，由于煤层赋存浅，取较大值1.4；M—一次采高，取3.3M；Kp—为冒落矸石碎胀系数，取1.2；r—顶板岩石密度，取22kN/m3，考虑安全系数为1.2。
经计算，q=0.61MPa。
（3）额定工作阻力
F≥P×Bc×L/n=4045kN
式中：P—综采工作面额定支护强度；L—支架中心距；Bc—控顶距，取4.2m；n—为支撑效率，取0.95。
对以上计算结果考虑一定富裕量，额定工作阻力取4400kN。
（4）支架初撑力的确定
支架初撑力的大小由立柱的缸径、数量和泵站压力所决定，支架的初撑力一般控制在70%～85%。根据该矿井的煤层赋存条件，设计认为支架初撑力为75%比较适宜，则初撑力P初=3300kN。
工作面支护根据各煤层赋存条件考虑尽可能利用已有设备，以减少投资。因此考虑投产的一、二采区的1、6号煤层工作面选用已有的ZZ4400-17.5/28型液压支架。液压支架支护参数如下：支撑高度：1.75～2.8m；初撑力：3517KN；工作阻力：4400KN；支撑强度：0.67～0.78MPa；支架重量：14.5t；支架规格：长5150mm×宽1410mm×高1750mm。
（3）支架数量：
Z=L0K0/L
式中：Z—支架数量（架）；L0—工作面长度m；K0—备用系数，5%。
1122工作面支架数量：Z=91架；2621工作面支架数量：Z=98架。
各工作面支架数量配备：1122工作面，工作面长度130m，配备ZZ4400/17.5/28型液压支架82架，ZZG5800/18/35型过渡液压支架6架；2621工作面，工作面长度140m，配备ZZ4400/17.5/28型液压支架90架，ZZG5800/17/30型过渡液压支架6架。
2.3可弯曲刮板输送机选型
（1）工作面刮板输送机长度的确定：输送机的铺设长度要能够达到工作面全长，即工作面上只铺设1台刮板输送机，输送机的出厂长度≥工作面长度的值时，符合要求。
（2）工作面可弯曲刮板输送机运输能力的确定
工作面刮板输送机的运输能力应不低于采煤机的最大割煤能力，故开采各煤层刮板输送机的运输能力为：Qq≥Qmax=60VmaxH·B·γ=486.9t/h。
矿井已有2台SGZ730/2×200型可弯曲刮板输送机，输送量为500t/h，刮板链速1m/s，电机功率2×200kW，设备电压等级1140V。根据上述计算，刮板输送机满足扩建后工作面生产要求。
3.结束语
经过现场实践运用，本套综采机电设备整体配套合理，技术先进，各类设备能够满足高产高效工作面的实际需求，达到了提高工作面单产水平高、降低工人劳动强度的目的，且提高了开机率，取得了较好的经济效益和社会效益。
作者简介：
魏冰峰（1975.2），男，本科，新疆乌鲁木齐市，机电助理工程师，现就职于新疆焦煤（集团）有限责任公司2130煤矿，主要从事煤矿机电与安全监控监测方面的工作。