综采工作面机电设备选型研究

李 辉

（西山煤电集团公司东曲煤矿， 山西 古交 030200）

1 矿井概况

东曲矿位于古交市东南，井田面积78 km2，地质储量8.9亿t，可采储量4.7亿t，矿井设计年生产能力4.00 Mt。井田走向长度为7.5 km，倾向长度为6.8 km，总面积达36.5 km2。矿井开采采用平硐加斜井式开拓、条带式开采方式。14218工作面位于东曲矿二采区，工作面水平标高－860 m，工作面长度352 m，煤层厚度3.5～5.6 m，平均厚度4.2 m。煤层整体倾向西南，倾角为12°～23°，平均为16°，工作面采高4.2 m。

工作面机电设备的配套分为生产能力的配套和几何尺寸的配套，其中设备的合理配套是影响生产高产高效的重要因素，也是大采高工作面矿压控制的有效手段[1]。

2 采煤机的选型

2.1 采煤机的牵引速度

由于工作面煤质较硬，同时考虑到工作面开采时的稳定状况和采煤机的电牵引力，将采煤机的牵引速度控制在5～9 m/min。

2.2 采煤机的生产能力

式中：h1为开采高度，取4.2 m；B为采煤机滚筒截割深度，取0.8 m；v为采煤机的切割速度，取7 m/min；γ为2号煤的视密度，取1.44 t/m3；k为工作面回采率，取0.93。将数值带入公式，采煤机所需的生产能力Q1至少为1889.88t/h。

2.3 采煤机的装机功率

在确定采煤机实际使用功率时，要考虑煤层的主要特点。煤层过硬、过厚都会影响采煤机的牵引速度。根据以往的回采经验和国内外对采煤机配套研究的现状最终选择采煤机的型号为MGTY500/1200-3.3D，主要性能参数装机功率为1 200 kW，截割部功率为500 kW，截深为800 mm，采高为2 500～5 000 mm，生产能力为1 800 t/h，供电电压为3 300 V。

3 液压支架的选型

3.1 液压支架的选择

液压支架是用来控制采煤工作面矿山压力的设备，目前长壁大采高综采工作面采用的液压支架主要以支撑掩护式为主。支撑掩护式液压支架具有结构简单、操作简便、易于后期维护的特点，适用于长壁大采高综采工作面。根据东曲矿井下煤层赋存情况和顶板条件，14218综采工作面应采用两柱掩护式液压支架，液压支架顶梁应采用整体钢结构性顶梁，为了充分保障液压支架的稳定性，应设置伸缩前探梁带一级护帮板，液压支架的底座应设置带有提座千斤顶的钢质底座[2]。

3.2 顶板压力计算

式中：P0为顶板压力，kN/m2；γ为上覆岩层平均容重，取25 kN/m3；h为开采高度，取4.2 m。根据计算可得，所需液压支架支承的顶板压力P0=840 kN/m3[3]。

3.3 初撑力计算

14218综采工作面液压支架的初撑力应保证其上部直接顶和老顶或者下位岩层与上位岩层之间不发生离层，即能支撑住上部冒落带岩层的质量。

式中：P初为液压支架初撑力，kN；D为液压支架顶梁长度，取4.05 m；E为端面距，取0.5 m；b1为液压支架支护宽度，取1.75 m；H为冒落带岩层总厚度，由于上覆岩层以泥岩、砂岩为主，抗压强度较小，则冒落带总厚度为1～3倍采高，取6.3 m。根据计算可得，所需液压支架初撑力P初=1 254.09 kN。

3.4 工作阻力计算

一般情况下，液压支架的初撑力要求达到工作阻力的70%，因此液压支架的工作阻力P阻=P初/70%=1791.56kN。

3.5 控顶距计算

按照上述顶板压力计算结果和液压支架参数计算结果，最终确定采用ZY7600/23/47掩护式液压支架支护顶板，并采用全部垮落法管理顶板。

根据计算可得，工作面的最小控顶距、最大控顶距为：L小=4.05+0.5=4.55 m，L大=4.05+0.5+0.8=5.35 m。

考虑到14218工作面煤层平均厚度为4.5 m，同时也为了和采煤机以及刮板运输机互相配套，液压支架选用工作阻力大于2 000 kN，控顶距在4.5～5.5 m之间的ZY7600/23/47型支撑掩护式液压支架，主要性能参数如下：工作阻力为7 600 kN，最小支撑高度为2 300 mm，最大支撑高度为4 700 mm。

4 刮板运输机的选型

式中：V为刮板链运行速度，取1.1 m/s；A为运行物料断面面积，取0.16 m2；P为物料的散碎密度，取1 t/m3；Ψ为装满系数，取0.93。根据计算可得，所需刮板运输机的生产能力Q2至少为589.25 t/h。

按照工作面综采设备生产能力配套的要求，刮板运输机的生产能力要大于采煤机的生产能力，故将刮板运输机的生产能力确定为1 889.88 t/h，型号选用SGZ-900/1140型的刮板运输机，主要性能参数如下：装机功率为1 140 kW，卸载方式为端头卸载，运输能力为2 000 t/h，供电电压为3 300 V。

5 结语

机电设备之间合理的配套能在一定程度上有效改善回采工作中复杂的作业条件，在一定程度上提高回采工作的稳定高效性，确保各工序各机电设备有序进行，提高安全系数。采用合理的机电设备在东曲矿14218大采高综采工作面的现场试运行及对比分析可以看出14218生产出的煤质量较其他工作面有了大幅的提升，各类机械设备运行状况良好，操作安全可靠，很好地满足了大采高综采工作面实际生产的需求。