西曲矿8号煤层开采设备选型

王腾飞

（山西焦煤西山煤电集团西曲矿， 山西　古交　030200）

引言

工作面开采设备的合理选型，是保障矿井安全高效生产的基础。对于设备的选型，一是要能够满足工作面的产量要求，保证生产的安全进行；二是要符合三机配套原则，各设备之间相互配套。本文以西曲矿18404工作面的实际地质条件为工程背景，对工作面液压支架、采煤机以及刮板运输机进行合理选型。

西曲矿是山西焦煤集团的骨干矿井，位于山西省古交市附近。18404工作面主采8号煤层，储量约142万t，工作面走向长1 210 m，面长220 m，煤层厚度为2.60～4.25 m，平均4 m，煤层倾角为3°～12°，平均4°，属于近水平煤层[1]。

1　液压支架选型

1.1　支架形式的选择

18404工作面直接顶为2.40 m厚的石灰岩，性致密且坚硬。老顶为4.85 m厚的细砂岩，抗压强度大于80 MPa，稳定性好，顶板来压明显，步距为30～40 m，所以选择顶梁后端支撑力较高的支撑掩护式支架[2]。

工作面直接底为1.54 m厚的中粒砂岩，老底为3.13 m厚的粉砂岩，属V类底板，支架型式无限制，也不需要验算底板比压。

工作面煤层厚度2.60～4.25 m，节理发育，普氏系数为1.5～3，属于中硬煤层。为保证支架的稳定性，应优先采用控顶距离相对较小且带有护帮装置的支撑掩护式支架。

工作面煤层属于近水平煤层，支架无需安设防倒防滑装置。

综上所述，应选择支撑掩护式支架作为工作面液压支架。

1.2　支架工作阻力的确定

工作面液压支架的支护强度计算公式为：

式中：P为支架工作阻力，kN；b为梁端距，取0.4 m；L为顶梁长度，取4 m；B为支架中心距，取1.5 m；η为支撑效率，一般取η=0.9。

数据代入，可得支架的工作阻力为P=5030.7kN。

1.2　支架其他参数确定

1.2.1采高

工作面采高，即煤层厚度为2.6～4.25 m，为避免在顶板破碎处支架无法接顶，支架最大高度与最小高度分别为：

式中：Hmax、Hmin分别为支架的最大、最小高度，m；Mmax、Mmin分别为煤层的最大、最小厚度，m。

将数据代入，可得液压支架的最大高度为4.55m，最小高度为2.3 m。

1.2.2初撑力

支架的初撑支护强度计算公式为：

式中：qoh为支架初撑支护强度，kN/m2；Lz为周期来压步距，取16 m；Lm为最大控顶距，取5.24 m。

通过计算，可知初撑支护强度为qoh=399 kN/m2。

支护初撑支护强度与初撑力之间的关系为式（6）所示：

式中：PO为支架初撑力，kN。

代入数据得PO=2 926 kN。

式中：q为支护强度，kN/m2；n为系数，取7；M为煤层厚度，取4.0 m；γ为顶板平均密度，取2 500 kg/m3；g为重力加速度，取9.8 N/kg。

代入数据计算可得支架的支护强度q=686 kN/m2。

支护强度与工作阻力之间的关系如式（2）所示：

1.3　选择支架型号

通过前面计算，选定ZY5600/21/46型两柱掩护式液压支架，其基本参数如表1所示。

表1　支架基本参数

2　采煤机选型

2.1　采煤机牵引速度

工作面的月产量为8万t，为完成该产量需求，则采煤机每日需推进的距离如式（7）所示：

式中：lr为每日推进距离，m；Q为月产量，取8万t；D为月生产天数，取25 d；L'为工作面长度，220 m；C为回采率，取0.95；ρ为煤层密度，取1.37 t/m3。

通过计算可得采煤机每日需推进2.79 m。采煤机截深取0.8 m，则每日需完成n=3.5个循环，每个循环所需时间为：

式中：t为每个循环所需时间，min；T为每班工作时间，取 6 h。

通过计算可得每个循环的时间为308.6 min。

采煤机的牵引速度为：

式中：V为牵引速度，m/min；t1为辅助工作时间，取5 min。

计算得到V=0.725 m/min。

2.2　采煤机的生产能力

采煤机每小时生产能力计算公式为：

式中：Qh为采煤机每小时产量，t/h；d为截深，取0.8m；其余符号与前相同。

计算得到Q=181 t/h。

2.3　采煤机的装机功率

采煤机的装机功率与生产能力之间的关系为：

式中：P为装机功率，kW；Hw为单位能耗，取0.8 kW·h/t。

可计算出采煤机的功率应为P=144.8 kW。

2.4　选择采煤机型号

根据前面的计算，选择MG400/920WD型采煤机，其主要参数如表2所示[3]。

表2　采煤机基本参数

3　刮板运输机选型

3.1　刮板运输机的运煤能力

一般地，设计刮板运输机的运煤能力应为采煤机割煤能力的1.2倍[4]。

式中：Qy为运输机的运煤能力。经计算可得Qy=217.2t/h。

3.2　选择刮板运输机的型号

根据上面的计算及配套原则，选择SGZ-800/800型刮板运输机[5]。其主要参数如表3所示。

表3　刮板运输机基本参数

4　结语

根据西曲矿18404工作面的实际地质条件，为满足工作面的生产需求，利用理论计算，对工作面液压支架、采煤机和刮板运输机进行合理选择，为工作面的正常生产以及相似条件下的设备选型提供一定的借鉴。

[1]郭朋星,赵辉.大采高液压支架选型及适应性分析[J].煤炭技术，2010，29（12）：4-6.

[2]闫振东.综采工作面液压支架选型与应用实践[J].煤炭科学技术，2012，40（11）：50-53.

[3]季俊成.综采工作面三机配套设备的合理选择[J].煤炭技术，2011，30（4）：16-17.

[4]周仕来，杨勇.综采工作面“三机”配套及实践应用研究[J].煤矿机械，2015，36（1）：200-202.

[5]唐永志，曹海山，张学亮，等.大采高超长工作面设备选型关键技术研究[J].煤矿开采，2016，21（3）：55-58.