大采高工作面设备选型探讨

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[摘 要]本文介绍厚煤层综采设备的选型情况，为类似条件下大采高工作面设备选型配套的选择上，提供了一定的参考依据。

[关键词]厚煤层 开采设备 选型

中图分类号：F626.112 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）40-0028-01

1 引言

随着煤矿开采技术的发展更新，综采一次采全高技术的应用在煤炭开采中已有了长足的发展，目前从开采的安全性，煤炭的回收率上，一次采全高开采技术均有较强的优势。现就大采高设备选型及开采工艺情况进行总结，为类似条件下的矿井在大采高工作面的设备选型配套的选择上，提供一定的参考依据。

2 工作面概况

假设工作面煤层局部可采，厚度变化在4.0～5.5m之间，平均4.76m。煤层直接顶板以泥岩为主；底板以粉砂岩为主。煤层与其顶底板均为明显接触。综采工作面长度210m，年生产能力2.2Mt。

3 工作面设备选型与配套

3.1 工作面年生产能力核定

综采工作面长度210m，回采工作面年产量主要取决于采煤机截深、牵引速度和开机率。采煤机截深为0.8m，工作面平均采高5.09m，采煤机开机率为50%。工作面进刀方式采取端部斜切进刀双向割煤方式，往返一次割两刀，计为一个循环。

采煤机每割一刀煤的产量为：

Qg= L×B×H×r×K

式中：Qg--割一刀煤产量，t；L--工作面长度，取210m；B--采煤机截深，0.8m；H --采煤机平均割煤高度，5.09m；r --煤容重，1.44t/m3；K --采煤机割煤回收率，取0.95。

将各参数代入可得：Qg=1169t。

工作面采用“三、八”制作业，两班生产，一班检修，每天三个循环，按年工作330天计算，工作面年产量为：2.2Mt。

3.2 主要采煤设备选型

3.2.1采煤机

1.采煤机滚筒的确定

工作面最大采高5.6m，要求采煤机选择双滚筒，可以双向采煤自开缺口，推荐滚筒直径D=φ3000mm，要求采煤机最小采高3.5m，最大采高为5.6m。

2.采煤机装机功率的确定

工作面配套设备年生产能力2.2Mt，工作面长度210m，采煤机截深800mm，最大采高5.6m，平均采高取平均煤层厚度，5.09m。

工作面每小时的割煤量应不小于：

Qh=f×Q/（ D×N×t×K）？ ？ ？ ？ ？

式中：Qh--采煤机小时最小生产能力，t/h；f--能力富裕系数，f=1.3；Q--工作面配套设备年生产能力，2.2Mt；D--年生产天数，330天；N--日工作班数，2；t--每班作业时间，8小时；K--开机率，0.5。

将各参数代入可得：Qh =1083t？

要满足工作面年产220万t，工作面每小时需要割煤1083t。

采煤机平均截割牵引速度为：

Vc=Qh/（H×B×r×C）？

式中：Vc--采煤机平均截割牵引速度，m/min；Qh--采煤机每小时最小生产能力，1083t/h；H--平均采高，取5.09m；B--截深，0.8m；r--煤的容重，1.44t/m3；C--工作面回采率，0.95。？

将各参数代入可得：V c= 3.2m/min。

装机功率包括截割电机、牵引电机、破碎电机等电机功率总和，理论装机功率可用下式估算：

Nf=Hw・Q

式中：Hw--滚筒采煤机的单位能耗，Hw=0.3～1.2KW・h/m3，取1.0；Q--采煤机小时截煤量，m3/h。

将各参数代入可得，采煤机理论装机总功率约为1070kW。实际生产中，采煤机的装机功率比正常割煤所需的功率要多出30～50%，即实际装机功率N=（1.3～1.5）Nf，以增强采煤机过地质构造时的破岩能力。

考虑上述影响因素，采煤机的实际装机总功率应大于1605kW。最终确定使用采煤机的型号为MG750/1860-GWD，

3.2.2 刮板输送机

1.刮板输送机输送能力的确定

按照刮板输送机的运输能力必须满足采煤机割煤能力的要求，必须首先根据采煤机最大割煤能力来确定实际运输能力。

即

Qy=（1.2-1.4）×Qc

Qc=60×H ×r×B×Vc

式中：Qy--输送机的最大运输能力，t/h；Qc--采煤机的实际生产能力，t/h；H--平均采高，取5.09m；B--采煤机截深，取0.8m；V--采煤机平均割煤速度，取4m/s；r--煤的容重，取1.44t/m3。

将上述各参数代入得，采煤机的实际生产能力为1407t/h，刮板输送机的运输能力应不小于1830t/h。

2. 刮板输送机电机功率的确定

刮板输送机电机功率可按下式确定：

N=K×K1×K2 [2×q0×f1cosβ+q（f2cosβ±sinβ）]V1L/102η

各参数代入可得：N=1230KW ？ ？

根据以上计算结果，要求刮板输送机运输能力应大于1830t/h，装机功率应大于1230kW，初步确定刮板输送机型号为SGZ1000/2×700，

3.2.3 转载机选型

1. 转载机

根据生产能力基本上按“喇叭口”形式扩展，确定转载机选型如下：

型号：SZZ1000/400

3.2.4液压支架

液压支架架型和参数的选择决定于开采煤层的地质条件、生产能力规模以及相配套的采煤机和刮板输送机等设备。

一般采用矿压理论计算，采用现行较通用的矿压理论计算法计算支架的支护强度。

1、直接顶载荷Q1

Q1=h×L1×r

式中： h -直接顶厚度；L1 --悬顶距；r--体积力。？ ？

将悬顶距可视为支架的控顶距L，则：

Q1= h×L×r

其载荷为：

q 1=h×r

对于直接顶重量应作为支架的载荷，国内外学者没有什么分歧。

2.老顶载荷Q2

以直接顶载荷的倍数估算老顶的载荷，这在一般情况下还是可行的。可得出下述关系：

p =q1+q2= n×h×r

式中：p--考虑直接顶及老顶来压时的支护强度；n--老顶来压与平时压力强度的比值，称为增载系数，取2。

取h=M/（K-1）（M为采高，K为碎胀系数），K值一般取刚破碎时的碎胀系数1.25～1.5，可得：p=（4-8）M×r

支架的合理支护强度为：

p=8×5.6×25000=1.12 MPa

此方法确定的支架支护强度应不小于1.12MPa。

3.支架工作阻力的确定

额定工作阻力F可按下式进行计算：

F≥p×L×Bc /η

式中：p--综采工作面额定支护强度，1.12MPa；L--支架中心距，取1.75m；Bc--控顶距，取5m；η--支撑效率，取0.95。

将上述各参数代入计算，得：F≥10315. 8 kN

对计算结果进行化零取整，最终确定支架的额定工作阻力为10500kN。

为适应机采高度变化，防止局部冒顶等情况下支架发生顶空现象，支架最大高度应比工作面最大采高大200～400mm。因此，确定支架的最大高度为5.8m。

根据立柱可实现的伸缩比范围，采用单伸缩立柱，支架最低高度为2.7m，因此将支架高度定为2.7-5.8m。

最终确定支架型号为ZY10500/27/58型。

4 结语

以上只是一个假象的煤层和工作面。在现实的矿井中，会存在煤层赋存的变化等一系列情况，但以上的计算及选择值得类似条件下的矿井在综采工作面设备选型配套上借鉴参考。