亿欣煤业15号煤综采工作面主要设备配套选型

宋晋华

（晋能控股煤业公司晋圣亿欣煤业，山西 晋城 048000）

目前，煤矿生产朝着高产高效矿井发展，为了提高产能，随着综采工作面赋层条件变化，需要调整装备，重新选型设计，来提高回采率，减少资源浪费，增加经济效益。

1 矿井概况

1.1 矿井开拓开采现状

亿欣煤业现采用平硐开拓方式，现开采15 号煤一盘区。目前，亿欣煤业15 号煤层一盘区布置有2 个综采工作面和8 个掘进工作面。采用一次采全高长壁综采采煤法，全部垮落法管理顶板。现正在回采XV1309 工作面和XV1310 工作面，工作面长度200 m（两侧顺槽中对中距离）。综采工作面主要设备见表1。

表1 XV110 综采工作面主要装备配备

1.2 矿井综采工作面存在问题

矿井综采工作面现存在以下问题：

（1）一盘区北部回采工作面实际揭露的煤层厚度为3～4 m，而目前工作面液压支架采高为1.8～2.8 m，大部分区域留0.2～1 m 左右的底煤开采，资源采出率低，造成资源浪费。

（2）15 号煤层属自燃煤层，0.2～1 m 左右的底煤留到采空区后，容易引起采空区遗留煤炭自然发火。

（3）为缓解矿井采掘衔接紧张的局面，矿方提出要增加工作面长度。

因此，为解决上述问题，需要对煤层较厚的井田东部15 号煤综采工作面的三机配套设备进行调整。

2 15 号煤层赋存条件及开采技术条件

2.1 矿井地质报告资料

依据矿井地质报告资料，井田内可采煤层为2号和15 号煤层（见表2）。其中，本次设计针对15号煤层，具体特征如下：

表2 可采煤层特征

2.2 实际揭露15号煤层厚度

目前，一盘区南部XV1303 工作面已采完，现布置有4 个掘进头，实际揭露煤层厚度为2.1～2.2 m，现有综采装备（采高1.8～2.8 m）能满足回采要求；一盘区北部XV1308 工作面已经采完，现布置有XV1309 和XV1310 工作面正在回采，并布置有3 个掘进头，实际揭露的煤层厚度大部分在3～4 m 左右，现有综采装备（采高1.8～2.8 m）无法满足采高要求，大部分区域留0.2～1.0 m 左右的底煤进行回采。

2.3 15号煤层厚度分析

井田东部（一盘区东北部、二盘区、三盘区）15号煤层厚度在2.3～4.0 m 范围的面积约占80%，现有综采装备（采高1.8～2.8 m）在大部分区域无法满足煤层厚度要求的采高。因此，本次设计主要针对井田东部15 号煤层综采工作面主要设备重新配套选型。

2.4 井田东部15号煤层采高确定

根据上述数据，综合考虑井田东部15 号煤层赋存条件和综采设备可选性，确定东部15 号煤综采工作面采高为2.3～4.0 m（约占80%），平均采高为3.45 m。

目前，矿井综采工作面长度200 m（两侧顺槽中对中距离）。为缓解矿井采掘衔接紧张的局面，设计工作面长度按300 m 考虑。

3 采煤机选型

3.1 采煤机的最小生产能力

式中：Q 为工作面设备最小生产能力，t/h；Q1为工作面设计生产能力，1.20×106t/a；d 为年工作日，300 d（搬家时间按30 d 考虑）；n 为每日割煤班数，n=2；t 为每班工作时数，8 h；k 为采煤机开机率，取0.5；f 为生产不均衡系数，取1.2。

3.2 采煤机的平均牵引速度

式中：Vc为采煤机平均牵引速度，m/min；Q 为工作面设备最小生产能力，600 t/h；S 为采煤机截深，0.8 m；M 为工作面平均采高，15 号煤：3.24 m；γ为煤的容重，15 号煤：1.51 t/m3；K 工作面回采率，15 号煤（中厚煤层）：95%。

综上计算，考虑一定安全富裕，采煤机平均牵引速度取3 m/min。

3.3 平均采高时采煤机生产能力

式中：Q为采煤机平均生产能力，t/h；B 为循环进尺，B=0.8 m；H 为采煤机割煤平均高度，H=3.45 m；γ 为煤的容重，γ=1.51 t/m3；Vmax为采煤机平均割煤速度，3 m/min。

3.4 最大采高时采煤机生产能力

式中：Qmax为采煤机最大生产能力，t/h；B 为循环进尺，B=0.8 m；Hmax为采煤机割煤最大高度，Hmax=4.0 m；γ 为煤的容重，γ=1.51 t/m3；Vmax为采煤机平均割煤速度，3 m/min。

3.5 采煤机的装机功率

理论截割功率可用下式估算：

式中：P 为采煤机截割功率，kW；Q 为采煤机生产能力；Hw为比能耗，取0.8。

则：

考虑到亿欣煤业15 号煤质较硬、夹矸较厚等因素，根据实践经验，采煤机的实际截割功率应比理论截割功率高出20%左右，即实际截割功率应该大于：

综上计算，在采煤机割煤速度为3 m/min 的条件下，最大采高时采煤机截割功率应大于835.2 kW。

本次设计参考国内采煤机制造厂家设备参数，结合其他矿井15 号煤层采煤机实际使用情况，选用相同的MG450/1020-WD 型采煤机，其主要技术特征见表3。

表3 MG450/1020-WD 型采煤机主要技术特征

4 刮板输送机选型

根据三机配套原则，结合采煤机工作情况，刮板输送机能力QS如下：

式中：QS为刮板输送机的理论输送能力，t/h；QC为采煤机的实际生产能力，t/h。

综上计算，并考虑设备工作条件及可靠性，并考虑一定安全富余，选用SGZ-1000/2×855 型刮板输送机。

表4 SGZ-1000/2×855 型刮板输送机主要技术特征

5 液压支架选型

5.1 液压支架选型计算

（1）支架支护高度计算

支架的最大高度：Hmax=Mmax+0.2

则：Hmax=4.0+0.2=4.2 m

支架的最小高度：Hmin=Mmin-0.2

则：Hmin=2.3-0.2=2.1 m

式中：Hmax为支架最大支护高度，m；Hmin为支架最小支护高度，m；Mmax为最大采高，4.0 m；Mmin最小采高，2.3 m。

（2）支架支护强度计算

采用经验估算法对支架支护强度进行计算如下：

代入数据得：

式中：P 为支架支护强度，MPa；M 为回采工作面采高，取最大支护高度4.2 m；γ为顶板岩石的容重，取2.7 t/m3；α为煤层倾角，取最小值0°。

（3）支架支护阻力计算

式中：P1为支架支护阻力，kN；P 为支架支护强度，取0.89 MPa；S 为支架支护的顶板面积。

当支架中心距为1.75 m 时，最大控顶距支护面积为5.4×1.75=9.45 m 。

当支架中心距为1.5 m 时，最大控顶距支护面积为5.4×1.5=8.1 m2。

5.2 支架选型方案

根据上述计算结果，同时参考国内支架制造厂家设备样本，结合其他矿井支架使用情况，对亿欣煤业井田东部15 号煤层液压支架提出如下两个方案[2]：支架中心距1.75 m 和支架中心距1.5 m。

从安全可靠、便于使用的角度考虑，设计推荐支架中心距为1.75 m，选用ZZ13000/21/42 型四柱支撑掩护式液压支架（172 架），主要技术参数见表5。与中心距1.5 m 的支架相比，设计推荐选用中心距1.75 m 的支架具有如下两个优点：

表5 ZZ13000/21/42 型液压支架主要技术特征

（1）支架宽度较大，有利于提高支架稳定性，适合亿欣煤业井田东部15 号煤层倾角（10°左右）较大、采高（3～4 m 左右）较大的情况；

（2）支架数量较少，移架速度较快，便于管理。

6 选型结果及对比分析

1）亿欣煤业综采工作面设备选型结果

根据上述主要设备配套选型结果，剩余其他配套设备选型如下[3]：

（1）工作面转载机及破碎机选型

选用SZZ1200/400 型刮板转载机，PLM3500型破碎机

（2）乳化液泵站和喷雾泵站

选用BRW-400/37.5×4A 型乳化液泵及配套设备4 泵2 箱（1 套），选用BPW516/13.2×4A型喷雾泵及其配套设备3 泵2 箱（1 套）。

（3）顺槽可伸缩带式输送机

选用DSJ140/250/2×400 型顺槽可伸缩带式输送机1 部。

综上所述，亿欣煤业15 号煤选用MG450/1020-WD 型采煤机；选用SGZ-1000//2×855 型刮板输送机；选用ZZ13000/21/42型液压支架，提高工作面支护的安全可靠性。

7 结语

通过选型设计，方案优化，决定综采工作面设计长度300 m（两侧顺槽中对中距离），采高2.3～4.0 m，支架中心距为1.75 m。上述所选设备均可满足井田东部15 号煤80%左右的范围，达到提高回采率，减少资源浪费，增加经济效益目的。