亚辰煤业29207放顶煤工作面设备选型研究

张 雄

(山西吕梁离石西山亚辰煤业有限公司，山西 离石 033000)

0 引言

煤炭资源目前在我国能源中仍占据着较大的比例，如何针对煤炭资源进行安全高效的开采，是广大科研工作者研究的重要课题之一[1]。随着设备技术研发的不断投入，目前井下工作面朝着大型化、机械化、自动化的方向发展，若想安全、高效地开采煤炭资源，必须选用与地质赋存条件相适应的机械设备[2]。

赵光荣[3]针对孟家窑的综放工作面采用理论分析的方法确定了工作面设备型号；李超等[4]针对近距离大采高工作面的三机进行了选型计算，得到了适合的机械设备。根据前人研究可知，合适的工作面设备是保证工作面安全高效开采的必要条件，因此，本文针对亚辰煤业29207工作面的煤层具体条件，选取合适的工作面设备。

1 工程概况

1.1 工作面概况

亚辰煤业有限公司位于山西吕梁离石市，矿井井田面积为1.5平方公里，可采煤层为8#、9#，根据设计能力60万吨/年，井田内规划工作面布置18个。29207工作面地面标高为977 m～962 m，工作面标高为672 m～708 m，对应地面位置：该工作面位于工业广场以北，区域地表以黄土梁、峁为主，其次为黄土沟谷的冲沟，切割强烈，沟谷纵横。主要出露地层为Q2+3、N2。经调查地面无建筑物。

29207工作面井下位置及四邻采掘情况：工作面位于9#煤层左翼，北西与泰业煤业相邻(保安煤柱40 m)，东与29206采空区相邻，南与工业广场相邻；对应上方间隔6.72 m～10.62 m为8#煤层28206工作面采空区。工作面所采煤层为9#煤层，属稳定可采近水平厚煤层，煤层倾角为5°～7°，平均为6°，煤厚为3.9 m～4.5 m，平均为4.2 m，工作面顶底板岩性如表1所示。

表1 工作面顶底板岩性

1.2 采煤方法

本工作面采用放顶煤全部垮落采煤方法。主要生产工序为：割煤→装运煤→移架→移前运输机→放顶煤→移后运输机→采空区处理。根据煤层赋存情况，采煤机和放顶煤液压支架选型配套，确定采煤机采高跟底为2.2 m，放顶煤高度为2 m，采放比为1∶0.68。

2 工作面设备选型计算

2.1 液压支架选型

工作面采用ZF5300/17/32支撑掩护式液压支架支护，共106架。支架技术参数见表2。

表2 ZF5300/17/32型液压支架技术特征

液压支架的支护强度校验：

(1)支架支撑高度的确定：

Hmax≥Mmax+0.2.

(1)

Hmin≤Mmin-(0.2～0.3).

(2)

其中：Mmax为工作面最大采高，取2.5 m；Mmin为工作面最小采高，取2.2 m；Hmax、Hmin分别为支架最大、最小高度，m。

则支架最大高度Hmax≥2.5+0.2=2.7 m；支架最小高度Hmin≤2.2-0.3=1.8 m。所选液压支架型号符合需求。

(2)支架支护强度的计算：

P1=Kd(g冒+g顶).

(3)

其中：P1为支架支护强度，MPa；Kd为动载系数，取1.5；g冒为冒落带自重应力，MPa；g顶为顶煤自重应力，MPa。

(4)

其中：r1为上覆岩层容重，取r1=18 kN/m3；h1为估算冒落带高度；M为工作面采高，取2.2 m；δ为岩石初期碎胀系数，取δ=1.25；r2为顶煤容重，取r2=14.7 kN/m3；h2为放顶煤高度，h2=2.0 m。将相关数据代入式(1)～式(4)计算得：g冒=0.158 4 MPa；g顶=0.029 4 MPa；P1=0.28 MPa。

取上述计算的最大值，支架支护强度不应小于0.28 MPa。

(3)支架工作阻力计算：

F=P2SCBC/K.

(5)

其中：F为支架工作阻力，kN/架；SC为支架中心距，为1.5 m；P2为额定支护强度，取440 kN/m2；BC为支架最大控顶距，为6.7 m；K为支撑效率，为0.75。

将相关参数代入式(5)计算得F=4 180 kN。则支架工作阻力应不小于4 180 kN。选取支架工作阻力为5 300 kN。

(4)底板比压计算：

P3=R0/S.

(6)

其中：P3为液压支架底座单位面积对底板的压强，MPa；R0为液压支架在额定压力时对底板的压力，为5 300 kN；S为液压支架底座面积，为3.9 m2。

将相关参数代入式(6)计算得P3=1.36 MPa。由于该工作面底板为泥岩，普氏系数为1.66 MPa，即底板所能承受的压强为1.66 MPa，因液压支架对底板压强未超过底板承受能力，故工作面支架不会出现钻底现象。

2.2 采煤机选型

29207工作面选取型号为MG250/600-WD型采煤机，其主要参数见表3，对其是否能满足工作面生产需求进行验算。

表3 MG250/600-WD型交流电牵引采煤机

2.2.1 采高

在进行采煤机型号选取时，采煤机采高一定要与29207工作面煤层厚度范围相适应，考虑实际采煤过程中，工作面顶底板的上浮和下沉，采煤机采高与工作面煤层厚度应满足下式：

Htmax=Mmax/(0.9～0.95)=2.63～2.77.

(7)

Htmin=Mmin/(1.1～1.2)=1.83～2.00.

(8)

其中：Htmax、Htmin分别为采煤机最大采高、最小采高，m。

2.2.2 截深B

综合考虑顶底板岩性、煤层厚度、软硬程度，选取采煤机的截深B=800 mm。

2.2.3 牵引速度

牵引速度计算式为：

vg=QH/(60MBγ).

(9)

其中：QH为工作面小时产量，取604 t/h；γ为煤容重，为1.33 t/m3；vg为采煤机所需牵引速度，m/min。

将以上数据代入式(9)计算得：vg=4.3 m/min。

因此，工作面选用采煤机工作运行速度须大于4.3 m/min，所选采煤机可以满足需求。

2.2.4 装机功率

装机功率为：

N=60BMvgHw/3.6.

(10)

其中：Hw为能耗系数，取4；N为电动机功率，kW。

将以上数据代入式(10)计算得：N=504.5 kW，所选采煤机可以满足需求。

2.3 输送机选型

工作面采用SGZ-764/400型中双链刮板输送机。具体参数如表4所示，针对其运输能力进行验算。

表4 SGZ-764/400型刮板输送机

(1)输送机的运输能力Qb：

Qb=KcKyKsQH.

(11)

其中：Kc为输送机与采煤机的配套修正系数，取0.95；Ks为考虑煤层倾角及运输方向的不均衡系数，Ks=0.9；Ky为输送机的装载不均匀系数，取1.5。

将相关参数代入式(11)计算得Qb=774.6 t/h，所选SGZ-764/400型刮板输送机输送能力为800 t/h，大于774.6 t/h，可以满足运输需求。

(2)输送机长度验算。29207工作面设计长度为150 m，所选SGZ-764/400型刮板输送机长度为151 m，可以满足工作面运输需求。

2.4 转载机

工作面采用SZZ-764/132型转载机，该机输送能力为1 000 t/h，可以满足要求。

2.5 破碎机

工作面采用PCM110型锤式破碎机，破碎能力为1 000 t/h，是SZZ-764/132型转载机的配套设备，可以满足要求。

各生产设备的生产能力如表5所示。

表5 各设备生产能力表

3 结束语

为解决亚辰煤业29207工作面设备选型问题，针对亚辰煤业29207工作面所采9#煤层具体开采条件，综合理论分析和现场经验选用了ZF5300/17/32支撑掩护式液压支架，对其支撑高度、支护强度、工作阻力、底板比压进行了验算；选用了MG250/600-WD型采煤机及SGZ-764/400型中双链刮板输送机、SZZ-764/132型转载机、PCM110型锤式破碎机，完全可以满足工作面的生产运输需求。工作面的现场设备应用表明所选设备可以保障工作面的安全高效开采。