中厚煤层与薄煤层联合布置工作面采煤机选型技术研究

文/闫亚鹏

中厚煤层与薄煤层联合布置工作面采煤机选型技术研究

文/闫亚鹏

山西乡宁焦煤集团台头煤焦有限责任公司矿井设计生产能力1.20Mt/a，矿井工业场地位于井田南部刘家沟村附近，采用斜井立井混合开拓。为提高生产效率和煤炭资源回收率，根据井田开拓布置、煤层赋存等条件，分别在采区装备一个薄煤层和一个中厚煤层长壁机械化综采工作面，确保生产能力。本文对上述中厚煤层与薄煤层采煤机选型技术研究进行了阐述。

一、采区位置、煤层赋存及采煤方法的选择

根据井田开拓布置、煤层赋存、开采技术以及工作面装备水平和通风条件，将首采区布置在井田西南部的一采区，2号、3号煤层为薄或中厚煤层，煤层顶底板稳定。根据各煤层赋存条件和开采技术条件，结合矿井的生产能力，选择的采煤方法为滚筒采煤机综采。

根据采煤机适应条件，结合煤层赋存特征，采煤方法为：初期矿井开采一采区东翼1上号煤层（分叉区，平均0.88m）及一采区西翼1上号煤层（合并区，平均2.20m），即分别装备一个薄煤层和一个中厚煤层长壁机械化综采工作面，以两个综采工作面保证矿井1.2Mt/a生产能力。

二、薄煤层滚筒采煤机选型技术分析

1.采高的选择。采煤机的采高应与煤层厚度的变化范围相适应，根据薄煤层赋存条件和开采技术条件，确定薄煤层采煤机的采高为0.88m。

2.滚筒直径的确定。根据采煤机滚筒直径系列，取滚筒直径0.9m。

3.采煤机截深。截深的选取与煤层厚度、煤层软硬、顶板岩性以及支架移架步距相适应，综合考虑取采煤机的截深为600mm。

4.工作面采煤机小时生产能力

式中：

Q—工作面平均日产量，t/d；909t/d；

L—工作面长度，m；取165m；

I—采煤机开缺口行程，m；取50m；

k—采煤机开机率，%；取35%；

Cg—工作面采煤机割煤回收率，%；取97%；

Td—采煤机返向时间，min；取0.5；

B—采煤机截割深度，m；0.6m；

Hg—平均割煤高度，m；0.88m；

γ—实体煤容重，t/m3；1.45t/m3。

代入参数计算：Qm=148.6t/h

5.采煤机平均割煤速度

6.采煤机最大落煤量和最大割煤速度

Qmax=kc·Qm

式中：

Qmax——采煤机最大落煤量，t/h；

kc——采煤机割煤不均衡系数，取1.4。

则：Qmax=1.4×148.6=208t/h

又：Vmax=kc·Vc

式中：

Vmax——采煤机最大割煤速度，m/min。

Vmax=1.4×3.2=4.48m/min

7.工作面采煤机功。按采煤机单位能耗计算采煤机功率为：

N=60kb·B·Hg·Vmax·Hw

式中：

N——采煤机截割功率，kW；

kb——备用系数，取1.3；

Hw——采煤机割煤单位能耗，本矿取Hw= 0.75kW·h/m3。

则：N=60×1.3×0.6×0.88×4.48×0.75=138.3kW

综上，选用MG150/350-WDK型滚筒采煤机，可以满足本矿井初期实际生产需要，其主要技术参数如表1所示：

表1 MG150/350-WDK型滚筒采煤机技术特征表

三、中厚煤层采煤机选型技术分析

矿井产能达到1.2Mt/a时，1上号煤层西南翼布置一个1102中厚煤层综采工作面，煤层厚度为1.89～2.65m，待1101、1102工作面开采完后，在1、2号煤层各布置一个回采工作面。2号煤层厚度为1.68～3.2m，因此，1上号煤层西南翼1102中厚煤层综采工作面设备选型已考虑2号煤层开采条件需要。

1.采高的选择。采煤机的采高应与煤层厚度的变化范围相适应，根据薄煤层赋存条件和开采技术条件，确定中厚煤层采煤机的采高为2.20m。

2.滚筒直径的确定。双滚筒采煤机的滚筒直径以大于工作面最大采高的0.5倍为宜。1采区中厚煤层采高为2.20m，所以双滚筒采煤机的滚筒直径大于或等于1.10m即可满足使用要求，根据采煤机滚筒直径系列，取滚筒直径1.6m。

3.采煤机截深。截深的选取与煤层厚度、煤层软硬、顶板岩性以及支架移架步距相适应，综合考虑取采煤机的截深为600mm。

4.工作面采煤机小时生产能力

式中：

Q—工作面平均日产量，t/d；2727t/d；

L—工作面长度，m；取165m；

I—采煤机开缺口行程，m；取50m；

k—采煤机开机率，%；取35%；

Cg—工作面采煤机割煤回收率，%；取95%；

Td—采煤机返向时间，min；取0.5；

B—采煤机截割深度，m；0.6m；

Hg—平均割煤高度，m；2.20m；

γ—实体煤容重，t/m3；1.45t/m3

代入参数计算：Qm=457.7t/h

5.采煤机平均割煤速度

6.采煤机最大落煤量和最大割煤速度

Qmax=kc·Qm

式中：

Qmax——采煤机最大落煤量，t/h；

kc——采煤机割煤不均衡系数，取1.4。

则：

Qmax=1.4×457.7=641t/h

又：Vmax=kc·Vc

式中：

Vmax——采煤机最大割煤速度，m/min。

Vmax=1.4×3.98=5.57m/min

7.工作面采煤机功率。按采煤机单位能耗计算采煤机功率为：

N=60kb·B·Hg·Vmax·Hw

式中：

N——采煤机截割功率，kW；

kb——备用系数，取1.3；

Hw——采煤机割煤单位能耗，本矿取Hw= 0.75kW·h/m3。

则：N=60×1.3×0.6×2.2×5.57×0.75=430kW

结合本矿井具体条件，设计利用矿方现有MG200/500-AWD型滚筒采煤机，主要技术参数如表2所示：

表2 MG200/500-AWD型滚筒采煤机技术特征表

四、结语

工作面采煤机是决定其产量和效率的主要因素之一，合理选用采煤机，不仅可以减少工作面工程量，提高回采率，而且可以控制工作面端头进刀等辅助作业时间，有利于提高工作面产量和效率。同时，工作面采煤机与开采技术条件、采煤设备配套能力、刮板输送机铺设长度、技术水平、管理水平等因素有关。因此，在选择中厚煤层与薄煤层联合布置工作面采煤机时，必须综合考虑上述因素，以确保工作面产量和效率的提高。

(作者单位：山西乡宁焦煤集团有限责任公司)

（责任编辑：庞永厚）