综放工作面三机配套选型设计*

王新刚

(山西煤炭进出口集团左云韩家洼煤业，山西 大同　037000)

0　引　言

煤矿井下设备的选型，与井下的安全生产及开采效率等密切相关。因此，对综放工作面进行科学合理的“三机”配套选型不仅可以保障井下工人的生命安全，而且能够加快生产效率，为企业带来效益。“三机”配套选型主要包括对工作面采煤机、刮板输送机和液压支架的选型，作为井下重要的机械设备，是矿井设计中的重要环节。

笔者针对某矿综放面进行井下设备选型设计，通过运用理论计算等方法，对采煤机、刮板输送机和液压支架等进行选型研究，以实现井下安全生产及高效生产的目标，研究成果对综放工作面的设备选型具有指导意义。

1　采煤机选型

1.1　矿井状况

某矿为大型现代化整合矿井，生产能力为0.9 Mt/a，现开采15号煤层，15号煤层首采区域赋存稳定，依据该区域钻孔情况分析，该区域15号煤层厚度在基本在6 m左右，厚度均在4 m以上，本设计以15号煤层5.84 m的平均厚度作为相关选型计算的依据。15号煤层直接顶板为砂质泥岩、泥岩，底板为砂质泥岩、泥岩、炭质泥岩。15号煤层倾角为3°～7°，地质构造总体简单，局部中等，水文地质条件中等，顶板易冒落，煤层无突出危险性，开采条件较好。15号煤层采用走向长壁综采放顶煤采煤法，机采高度为2.4 m，放煤厚度3.44 m，采放比为1：1.43。顶板管理采用全部垮落法。

1.2　采煤机选型

采煤机选型与回采工作面实际生产能力相互匹配，可利用采煤机平均割煤速度作为基本参数进行设计。

工作面煤层厚度为5.84 m，机采高度取2.4 m，则放顶煤厚度为：5.84-2.4=3.44 m；回采工作面采放比为：2.4/3.44=1：1.4；回采工作面日产量为900000/330=2 727 t/d，考虑产量不均衡性，按3 000 t/d计算；由采放比计算工作面日割煤量：3 000/2.4=1 250 t/d；采煤机开机割煤率根据经验取30%，则日割煤时间为3×6×60×30%=324 min；由此计算采煤机的割煤速度为V=1 250/(2.4×0.6×324×1.43)=1.77 m/min。

采煤机功率按下列经验公式计算：

N=(60×B×H×V×HW)/3.6

(1)

式中：N为采煤机所需功率， kW；B为采煤机截深，取 0.6 m；H为采煤机切割高度，2.4 m；V为采煤机的平均切割速度，取1.77 m/min；HW为能耗系数，取值范围为3.0～3.5；本矿陷落柱比较发育，考虑过构造，取HW=7，带入式(1)中计算得，采煤机所需功率为297 kW。

根据以上计算，所需采煤机的功率并不大，但考虑本矿井15号煤煤质较硬，结构复杂，陷落柱较发育，设计选用功率较大的MG375-W型双滚筒采煤机，其主要技术特征如下：电动机装机总功率：375；其中切割功率：2×150；电压：1 140 V；采高：1.8～3.6 m；截深：0.63 m；滚筒直径：1.4 m；喷雾灭尘方式：内、外喷雾；牵引方式：无链电牵引；牵引力：500 kN；牵引速度：0～6.1 m/min；总质量：35 t。

2　回采工作面运煤设备选型

2.1　前刮板输送机初选运输能力计算

前刮板输送机运输能力必须大于采煤机的割煤能力，依据采煤机最大生产率Q1计算前刮板输送机的运输能力：

Q1=60×B×H×Vm×γ×t

(2)

式中：B指采煤机的截深，取0.63 m；H为截割高度，取2.4 m；Vm为最大牵引速率，6.1 m/min；γ为煤的密度，1.4 t/m3，t指采煤机生产不均衡系数，取1.5。经计算，得采煤机设计生产率为1 163 t/h。

采煤机的实际生产能力Q2为：

Q2=K1×K2×Q1

(3)

式中：K1为连续工作系数，取0.7；K2为实际工作中的连续工作系数，取0.65。

计算得采煤机实际生产能力为529 t/h。

由刮板输送机的选型要求，前部刮板输送机的输送能力应大于采煤机的生产能力的20%。因此，查刮板输送机型号表得，SGB-764/264型可弯曲刮板输送机型满足此需求，其运输能力为600 t/h。

2.2　后刮板输送机能力的确定

在选择综放面设备参数时，采煤机平均循环割煤时间与放顶煤平均循环时间应尽量匹配，以减少两工序的相互影响时间，提高产能力。

工作面的放煤能力Qf由下式得：

Qf=60Hf×S×m×γ×(1+Cg)×Vf×n

(4)

式中：Hf为顶煤回收率，取0.8；Cg为放煤含矸率，取0.2；Vf为沿工作面平均放煤速度，取0.99 m/min；m为放煤高度，取3.44 m；n为放煤口的数量，取1；S为放煤步距，取1.2 m；γ为煤的密度，1.4 t/m3。

根据该矿实际生产工序及参数，带入上式求得工作面的放煤能力330 t/h。后刮板输送机的运输能力应大于工作面的放煤能力，因此选择后刮板输送机的输送能力为600 t/h。

综上所述，工作面前溜和后溜运煤设备均选用SGB-764/264型可弯曲刮板输送机，其主要技术特征如下：出厂长度：150 m；输送能力：600 t/h；链速：1.12 m/s；电机型号：YSB-132，功率为2×132，电压：1 140 V；链破断力：610 kN；外形尺寸：1 500 mm×764 mm×222 mm；质量：160 t。

2.3　其他运煤设备选型

(1) 转载机选型

转载机选用SZB764/132型转载机，其主要技术特征如下：

出厂长度：29.7 m；小时运量：700 t/h；链速：1.34 m/s；有效搭接长度：11.4 m；爬坡角度：10°；爬坡长度：6.5 m；电机型号：KDY550-132，功率为132，电压：1 140 V；链破断力：850 kN；外形尺寸：1 500 mm×764 mm×220 mm。

(2) 工作面顺槽胶带输送机选型

根据回采工作面运煤设备的运输能力，工作面运输顺槽运煤设备选用SSJ1000型可伸缩胶带输送机，其主要技术特征如下：

运距：1 000 m；小时运量：630 t/h；带速：2 m/s；带宽：1 000 mm；贮带长度：100 m；电机功率：160 W，电压：1140/660 V。

3　回采工作面支架选型

15号煤层平均厚度为5.84 m，属厚煤层，本设计回采工作面选用放顶煤液压支架支护顶板。

支架承受的顶板压力，可用实测统计法计算：

q=k×n×M×γ

(5)

式中：q为支架支护强度，kPa；k为安全系数，k=1.2～1.5 m；支架阻力利用率按75%计算，k=1.33；M为煤层全厚，按最大取8.40 m；γ为岩石体积力，取25 kN/m3；n为折算系数，按顶板来压时计算，n=9.768 M-0.79。

将上述参数带入式(5)中计算，可得支架承受的顶板压力值为508 kPa，即液压支架应有508 kPa的支护强度。

由于该矿井尚无矿压观测资料，难以对液压支架的支护强度、开采时的顶板变化情况作定量分析。故支架选择以此为依据并结合上级集团现有生产矿井实际情况，设计选用ZFSB4200-17/26型放顶煤支架对回采工作面顶板进行支护，该支架工作阻力为4200 kN。

该支架具有结构简单合理、整体性强、稳定性好、放煤效果好和安全性好等优点。其主要技术参数为：

初撑力：3 958 kN；工作阻力：4 200 kN；支撑强度：0.64 MPa；泵站压力：31.5 MPa；支撑高度：1.7～2.6 m；重量：14.7 t；支架参数：长×宽=5 800×1 500 mm；最小控顶距：4.24 m；最大控顶距：4.84 m。

回采工作面顶板管理方式为全部垮落法。回采工作面采用二采一放为一个循环顺序的低位放顶煤生产工艺，每刀进度为0.6 m，循环进度为1.2 m，放煤步距为1.2 m。

4　结　语

以某矿综放工作面矿用三机配套选型设计为背景，进行理论计算研究，最终确定采煤机、前、后刮板输送机和液压支架“三机”型号。其中确定采煤机型号选用功率较大的MG375-W型双滚筒采煤机，工作面前溜和后溜运煤设备均选用SGB-764/264型可弯曲刮板输送机，转载机选用SZB764/132型转载机，工作面运输顺槽运煤设备选用SSJ1000型可伸缩胶带输送机，支架选用ZFSB4200-17/26型放顶煤支架。此“三机” 配套选型方案，通过在实践应用，获得较好的效果，对综放工作面的设备选型具有指导意义。