车寨矿井采煤设备选型分析与研究

郝燕飞

（晋煤集团山西晋城兴唐煤业有限公司，山西晋城 048000）

0 引言

车寨矿井位于山西省沁水煤田晋城国家规划矿区，隶属于晋煤集团山西晋城兴唐煤业有限公司。本矿井首采煤层为3号煤层，地质资料表明3号煤层倾角为3°～10°，为平缓煤层，地质及水文地质条件简单～中等，煤层厚度4.86～6.46 m，平均5.81 m，煤层结构简单[1]。3号煤层瓦斯含量较高，确定为高瓦斯矿井，煤尘无爆炸危险性，属不易自燃煤层。

1 采煤工作面主要设备选型

1.1 采煤机

3号煤层平均煤层厚度为5.81 m，采煤机采高为3.0 m，放顶煤高度为2.81 m，矿井生产能力为1.5 Mt/a，回采工作面日生产能力为4 394 t，其中采煤机截割煤量为2 842 t[2]。

（1）采煤机割煤所需平均速度

采煤机所需平均牵引速度按下式计算：

式中：V为采煤机所需平均牵引速度，m/min；Q为采煤机日割煤量，为2 842 t/d；L为工作面长度，200 m；I为工作面缺口行程，取30 m；N为每天割煤班数，“四六制”作业，三班生产，取3.0；T为每班割煤时间，取6 h；H为采高，采煤机截割部分为3.0 m；B为采煤机截割深度，0.80 m；K为采煤机开机率，取0.40；γ为煤实体容重（t/m3），为 1.48 t/m3。

（2）采煤机所需最大牵引速度

式中：Vmax为采煤机所需最大牵引割煤速度，m/min；V为采煤机所需平均牵引速度，2.13 m/min；kc为采煤机割煤不均衡系数，取1.6。

（3）采煤机功率

按采煤机单位能耗计算采煤机功率为[2]：

式中：N为采煤机功率，kW；Kb为备用系数，取Kb=1.5；Hw为采煤机割煤单位能耗，按潞安、晋城矿区实测，Hw=0.65～0.85 kW⋅h/m3，由于3号煤层割煤范围内有夹矸，因此取Hw=0.80 kW⋅h/m3。

根据上述计算要求采煤机割煤速度为3.40 m/min，则采煤机装机功率：

N=60×1.5×0.80×3.00×3.40×0.80=587.6(kW)。

根据上述选型计算，结合本矿井3号煤层的采高、硬度及产量要求等，设计选用MG300/700-WD型双滚筒电牵引采煤机，采高范围1.8～3.5 m，滚筒直径1 800 mm，截深0.8m，额定电压1 140 V，装机功率700 kW（截割功率300×2 kW）。

1.2 液压支架选型

1.2.1 工作面顶板管理方式

回采工作面采用一次采全高综采放顶煤采煤法，工作面顶板采用全部垮落法管理[4]。

1.2.2 工作面液压支架选型

通过查阅地质资料以及分析近三年邻近煤矿地压数据，确定采用“老顶周期来压步距法”和“估算法”计算液压支架工作阻力[5]。

（1）老顶周期来压步距法

式中：P为预计液压支架设计工作阻力，t/架；M为采煤层机采高度，取3.0 m；L2为实测老顶周期来压步距，参照邻近矿井取25 m；Lm为控顶距，所选支架最大控顶距5.92 m；F为支架支护面积，3号煤取8.88 m2。

（2）估算法

估算法需要重点考虑支撑冒落带岩层的重量。

式中：P为支架承受的荷载，kN；S为支架支护的顶板面积，m2，为8.88 m2；r为顶板岩石视密度，t/m3，为2.6 t/m3；∑h为冒落带岩石的高度（也就是指直接顶厚度），m；α为煤层倾角，取5°。

M为采高，m，3号煤采高为3.0 m；K为岩石碎胀系数，取1.25～1.5。

上式可写成：P=（2～4）×9.8SrMcosa

一般用上限，即P=4×9.8SrMcosa

计算中再考虑支架受力不均衡量的安全系数1.5～2，取上限，则：

P=8×9.8SrMcosa

则：P=8×9.8×8.88×2.8×3.0×cos5°=5 609.3（kN）

考虑到3号煤层为泥岩类顶板，以及高产高效综采工作面的要求，设计综采工作面液压支架工作阻力宜适当提高。参照邻近矿井综放工作面液压支架的选型情况，设计确定综放工作面液压支架工作阻力为5 874.7×1.3=7 637.2 kN/架。

根据上述计算的液压支架工作阻力，综采放顶煤工作面液压支架初选ZF8000/18/35D型低位插板支撑掩护式放顶煤电液控液压支架，配备电液控制系统，支撑高度1.8～3.5 m，放煤方式为摆动尾梁及低位插板，工作阻力8 000 kN，支架重量26 t。

工作面端头过渡放顶煤支架选用ZFG8500/20/36D型过渡支架7架，工作阻力8 500 kN，支护高度2.00～3.60 m，支架重量28 t。

工作面回风侧超前支护初步选用1组ZFDC11600/22.5/40型超前支护支架组，支撑高度2.25～4.0 m，工作阻力11 600 kN，超前支护长度20.2 m，支架组重量55 t；工作面进风侧超前支护选用两组ZYDC5150/20.5/36型超前支护支架，支撑高度2.05～3.6 m，工作阻力5 150 kN，超前支护长度2×10.0 m，单架重量30.6 t。

1.3 刮板输送机

刮板输送机能力应满足采煤机最大落煤能力的要求[6]，即：

式中：Q为刮板输送机运输能力，t/h，近水平取1.0；Ky为采煤机割煤速度不均匀系数，可取1.1；Kv为考虑采煤机与刮板输送机同向运动时的修正系数，取1.1；Qm为工作面采煤机最大落煤能力，取采煤机最大割煤速度为2.13 m/min时的落煤能力。则：

为防止在过断层及陷落柱过程中发生煤溜“压死”的情况，采煤运输设备选用SGZ-830/800型可弯曲刮板输送机，初期铺设长度200 m，电机功率2×400 kW，运输能力750 t/h[7]。

为了便于设备和配件互换，前部刮板输送机选用与后部刮板输送机选用同型号设备。后部刮板输送机SGZ-830/800型也满足矿井生产需要。

1.4 转载机

转载机的运输能力应大于采煤工作面可弯曲刮板输送机运输能力；转载机应与可伸缩带式输送机、破碎机和可弯曲刮板输送机相配[8]套；转载机应具备运行工况监测控制、上传信号功能。设计选用SZZ830/315型转载机，其主要技术参数如表1所示。

表1 SZZ830/315型转载机技术参数

1.5 破碎机

破碎机选用PLM2000型锤式破碎机，破碎能力1 500 t/h，电机功率160 kW。其技术特征参数如表2所示。

1.6 可伸缩带式输送机

可伸缩带式输送机的带宽应根据工作面生产能力要求而确定，可依下式计算：

式中：B为带宽，m；Q为上级设备（转载机）生产能力，t/h；k为输送机负载断面系数，物料堆积角按20°选取，取380；γ为物料散积容重，取0.9 t/m3；v为带速，取3.15 m/s；c为输送机倾角系数，取0.98；ξ为速度系数，取0.94。

根据上述计算，回采工作面胶带顺槽运煤设备选用2台DSJ1200/150/2×250型可伸缩胶带输送机[9]，配备DY1200型皮带机自移机尾，初期铺设长度1 800 m，运输能力1 000 t/h，电机功率2×250 kW。

表2 PLM2000型锤式破碎机技术参数

2 结束语

机电设备之间配套的合理性有利于改善复杂作业面的作业难度，能在一定的程度上提高综采工作面的稳定高效性，作为一个新建矿井，在设备选型上一定要注重协同作业性，确保各机电设备有机配合，保障作业的安全。车寨矿井3号煤层综采放顶煤工作面设备选型，以设备选型安全可靠、机械化程度高、设备性能匹配程度高为基础条件，结合我国已建成多个智能化采煤工作面的实际，对采煤工作面采、装、运设备进行选型，选型基本符合本工作面回采需求。