莲盛煤业工作面综采设备优化方案的设计研究

梁建伟

（山西煤炭运销集团朔州有限公司， 山西 朔州 036002）

引言

莲盛煤业设计生产能力为90 万t/a，本次综采设备的优化设计主要满足莲盛煤业9 号煤层下分层综采放顶煤的设备需求。通过对莲盛煤业综采设备上的分层生产能力进行计算，选择满足生产能力的设备，实现工作面综采设备优化设计[1]。

1 采煤机的选型

采煤机是工作面综采的主要设备。而在实际综采过程中，采煤机的采煤速度是不确定的，采煤机的落煤速度也不能确定。所以，需要对采煤机的平均落煤能力进行计算。计算公式如下：

式中：Qm为落煤能力，单位为t/h；A为日产量，取2 727 t/d；L为工作面长度，取150 m；Lm为采煤机两滚筒中心距，取10 m；Ls为刮板输送机弯曲段长度，取值35 m；K为采煤机日开机率，根据经验取45%；C为机采回收率，取95%；Cf为放顶煤回收率，取85%；Hf为放顶煤厚度，取平均值7.2 m；Lf为放顶煤长度，取140 m；H为采煤机割煤高，取3.0 m；td为采煤机反向时间，取20 min；B为采煤机滚筒截深，取0.6 m；γ 为煤的容重，取1.40 t/m3。将数据代入公式，计算可得Qm≥177.1 t/h。

当计算出采煤机的落煤能力后，还需要对采煤机的平均割煤速度进行计算，计算公式如下：

式中：Vc是指平均割煤速度，m/min。将数据代入计算公式可得Vc＝1.17 m/min。

由于采煤机的采煤速度和落煤能力是不定值，那么采煤机的割煤速度需较大于平均速度值。采煤机最大割煤速度计算公式为Vmax＝K1Vc，单位为m/min。其中K1为采煤机不均衡系数，取值1.5。通过计算可得Vmax＝1.76 m/min。

计算出采煤机的落煤能力和平均割煤速度后，计算采煤机的最大割煤能力，计算公式如下：

代入数据计算可得Qmax=266.1 t/h。

根据采煤机的最大割煤能力，计算采煤机的截割功率，计算公式如下：

式中：N是指截割功率，kW；Hw是指能耗指数，取值0.80 kWh/m3。将数字代入公式可得N=152.1 kW。

通过以上计算可得，需要选用截割功率大于152.1 kW 的采煤机。根据莲盛煤业生产设计要求，选择截割功率 500 kW 的采煤机， 型号为MG200/500-WD。

2 刮板输送机的选型

目前莲盛煤业9 号煤层综采工作面的输送能力需与采煤机适配，以满足采煤速度和割煤能力。然而，莲盛煤业只有前刮板输送机，而没有后刮板输送机[2]。但是考虑到9 号煤层的生产能力，需要满足刮板输送机与采煤机设备配套。那么，前刮板输送机的输送能力应为Qq≥Qmax=266.1 t/h。刮板输送机需要考虑前刮板输送机和后刮板输送机之间配套，要满足工作面综采生产要求，后刮板机的输送能力必须满足平均放煤速度。根据综采生产要求，莲盛煤业工作面综采平均放顶煤速度计算公式为：

式中：Vf是指平均放顶煤速度，m/min；tdt是指工作面端头作业时间，取30 min；t1是指工作面放顶煤辅助工序时间，取30 min。将数字代入公式，计算可得Vf=0.73 m/min。

计算出工作面的平均放顶煤速度后，可以计算出工作面平均放顶煤能力，计算公式为：

式中：Qf是指平均放顶煤能力，t/h；Cg是指放顶煤的含矸率，取值3%。将数字代入公式，计算可得Qf=231.9 t/h。

得出工作面的平均放顶煤速度和平均放顶煤能力后，再计算后刮板输送机输送能力，计算公式为：

式中：Kf是指放顶煤不均匀系数，取值1.35；Ky是指运输方向及倾角修正系数，取值1.2。将数字代入公式，计算可得后刮板输送机输送能力Qh≥375.7 t/h。

根据上述计算，可以发现9 号煤层的后刮板输送机输送能力大于375.7 t/h。根据莲盛煤业9 号煤层分层开采的需要，工作面选择的前后刮板输送机的输送能力均要达到600 t/h，其中前刮板输送机型号为 SGZ764/400； 后刮板输送机型号为SGZ764/630。

3 液压支架的选型

根据莲盛煤业9 号煤层设计要求液压支架必须要满足不小于3.2 m 的最大采高，否则无法进行运输[3]。另外，煤层综采工作面要求分层开采时顶分层的压力要小于放顶煤开采支架承受压力。所以，为确保计算可靠，本次支架选型计算在增加顶煤自重的同时，以综采方式开采上分层为依据。按估算法支架支护强度计算公式为：

式中：Q为支架支护强度，MPa；Kd为动载系数，取1.5；q冒为冒落带自重应力，q冒=γ1h=25 000×12=300 000 N/m2（其中：γ1为顶板岩石容重，取25 000 N/m3）；q顶为顶煤自重应力，N/m2；q顶=maγ2=7.2×1.40×1 000×9.8=98 784 N/m2（其中：ma为放顶煤厚度，取7.2 m；γ2为顶煤容重，取1.40 t/m3）。

在计算q冒时涉及到的顶板岩厚度h的计算公式为：

其中：m为采煤机平均采高，取3.0m；δ 为岩石初期碎胀系数，取1.25。代入数据计算得h=12 m。

则Q=1.5×（300 000+98 784）×10-6=0.598 MPa。

通过计算，莲盛煤业9 号煤业液压支架支护强度必须要大于0.598 MPa。所以莲盛煤业选择型号为ZF7200/20/32 和ZFG8000/20.5/33 两种支架，均放置于工作面。该设备支护高度2.0～3.2 m，支护强度1.01～1.05 MPa，对底板比压2.35 MPa，具有较大的初撑力和拉架力，更适合Ⅱ类直接顶。

4 结语

结合莲盛煤业9 号煤层的生产能力要求，对工作面综采设备生产能力进行计算，选择满足9 号煤层生产要求的设备选型。经过测试运行，该设备选型能够运行稳定。随着莲盛煤业9 号煤层的继续开采，将继续加强对各综采设备的维护与管理，根据生产需求继续对各综采设备进行优化和改进。