极近距离煤层群综放工作面设备选型探讨

郭宁静

（潞安化工蒲县黑龙煤业有限公司，山西 蒲县 041200）

1 工程概况

潞安集团黑龙煤业位于山西省临汾市蒲县黑龙关镇。 井田划分为两个水平，主水平设在9+10+11#煤层中，水平标高为+1 040 m。 由于10#煤层与11#煤层合并，而9#煤层厚度较小，且与10+11#煤层间距不大，平均间距仅为1.6 m，因此设计采用放顶煤工艺，同时开采9+10+11#煤层，其中9#煤平均厚度为0.8 m，10+11#煤平均厚度为4.8 m。 煤层顶底板情况如表1 所示。

表1 煤层顶底板情况

2 采煤机选型

2.1 采高

采煤机的采高取决于煤层厚度，依据9#、10#、11#煤层赋存特点及厚度变化情况，工作面采高拟选定为3.0 m。

2.2 滚筒直径

一般要求采煤机滚筒直径不小于工作面最大采高的一半[1-2]。工作面采高为3.0 m，即采煤机滚筒直径应不小于1.5 m，采煤机滚筒直径拟选定为1.8 m。

2.3 采煤机截深

采煤机截深的确定，需要综合考虑煤层的厚度、硬度以及工作面顶底板岩层的岩性变化，当前国内采煤机截深一般为600～800 mm。 采煤机截深拟选定为800 mm。

2.4 工作面日循环

日循环次数计算公式如下：

N=Qr/（K1LHBγC）

式中：Qr为工作面日产量，3 636 t；K1为工作面正规循环率，取0.8；L 为工作面倾向长度，190.5 m；H 为工作面采高 （含放煤高度），5.6 m；B 为循环进尺，0.8 m；γ 为煤体容重，1.4 t/m3；C 为工作面回采率，93%。

计算可得：N =4.09。日循环拟选定为4 次。

2.5 采煤机进刀方式

采煤机选用何种进刀方式，对于工作面的采煤效率及采煤机功效影响很大。 参照工程经验，采煤机拟选定端部斜切的进刀方式，采煤机进刀时的割煤长度为45 m，端部斜切进刀方式如图1 所示。

图1 端部斜切进刀

2.6 采煤机生产能力核算

（1）采煤机计算割煤速度

工作面采煤机割煤速度可由下式计算：

Vc=N（L+b-Lc）/（KcTd-NTc）

式中：Vc为采煤机割煤速度，m/min；N 为工作面日循环数，4；Lc为采煤机长度，11.8 m；b为进刀割煤长度，45 m；Kc为工作面采煤机每天平均开机率，取0.55；Td为工作面每天平均作业时间，960 min；Tc为采煤机进刀时的停顿时间，2 min。

计算可得：采煤机的割煤速度Vc=1.72 m/min。

（2）采煤机循环时间

采煤机循环时间计算公式如下：

T =（L+b-Lc）/Vc+Tc=132 min

（3）采煤机割煤速度最大值

采煤机割煤速度最大值计算公式如下：

Vmax=K·Vc

式中：Vmax为采煤机割煤速度最大值，m/min；K 为割煤系数，取1.2。

计算可得，采煤机割煤速度最大值为：

Vmax=2.06 m/min

（4）采煤机最大生产能力

采煤机最大生产能力可由下式计算：

Qmax=60BHγVmax=415.3 t/h

（5）采煤机装机功率

采煤机装机功率计算公式如下：

N =QmaxHw

式中：N为采煤机的计算装机功率，kW；Hw为采煤机能耗系数，0.7 kWh/t。

计算可得：采煤机计算装机功率N =291 kW。

通过以上分析，最终决定选择MG 300/700 WD型采煤机，其主要技术参数如表2 所示。

表2 MG300/700WD 型采煤机主要技术参数

3 刮板输送机选型

3.1 前部刮板输送机

前部刮板输送机的输送能力一定大于采煤机的割煤量，一般设计取1.2 的安全系数，前部刮板输送机输送能力计算公式如下：

Qc= KcQmax

式中：Qc刮板机输送能力，t/h；Kc为富裕系数，取1.2。

计算可得：刮板机输送能力Qc=498.4 t/h。

结合刮板机应与采煤机外形尺寸及牵引方式相配套，前刮板输送机拟选定SGZ830/2×400 型，其主要技术参数如表3 所示。

表3 SGZ830/2×400 型刮板机主要技术参数

3.2 后部刮板输送机

后部输送机输送能力要保证大于顶煤冒放量，后部输送机输送能力可由下式计算：

Qhg≥KfbKvgQfg

式中：Qhg为后部刮板机输送能力，t/h；Kfb为放顶煤不均匀系数，取1.2；Kvg为运输方向及倾销系数，取1；Qfg为工作面平均放煤能力，301 t/h。

计算可得：后部刮板机输送能力Qhg=337 t/h，综合考虑三机配套情况，确定后刮板输送机也拟选定SGZ830/2×400 型。

4 液压支架选型

4.1 液压支架结构高度

液压支架高度需满足下式要求：

式中：Hmax为液压支架的最大高度，m；Hmin为液压支架的最小高度，m；Mc为工作面割煤高度，3.0 m。

计算可得：液压支架最大高度应不小于3.2 m，最小高度应不大于2.65 m。

4.2 支架支护强度

（1）放顶煤支架工作阻力根据实测数据利用回归分析计算：

qH= 9.768 KM0.21γ2

式中：M 为煤层最大厚度，6.5 m；γ2为顶板岩石容重，26 kN/m3；K为备用系数，取1.3。

计算可得：支架支护强度qH=0.49 MPa。

（2）按估算法计算支架支护强度：

式中：Kd为动载系数，取1.5；σ为顶板岩层碎胀系数，取1.25；Md为放煤高度，3.5 m。

计算可得：qH=0.54 MPa。

从安全角度考量，液压支架的支护强度应保证不小于上述两种计算结果的较大值，即所选液压支架支护强度应不小于0.54 MPa，根据前述支架结构高度计算结果，拟选定ZF 6000/17/33 型液压支架，其主要参数如表4 所示。

表4 ZF6000/17/33 型液压支架主要技术参数

从安全角度考虑，应提高工作面端头液压支架支护强度[3-5]。 因此，端头支架决定选用ZTA6500/19.5/34型液压支架，工作阻力为6 500 kN，支撑高度为1 950～3 400 mm，工作面端头、端尾各布置3 架。

5 结语

根据黑龙煤业9#、10#、11#煤层赋存特点及地质条件，以及综放工作面设备选型原则，最终选定工作面三机配套型号，其中采煤机型号为MG 300/700 WD，刮板输送机型号为SGZ 830/2×400，液压支架型号为ZF 6000/17/33 （端头支架型号为ZTA 6500/19.5/34）。 通过2103 综放工作面现场应用验证，三机配套应用情况良好，实现了工作面安全生产。