辛置煤矿2-211综采工作面设计

王琦

（兰花科技创业股份有限公司望云煤矿分公司，山西 晋城 048400）

1 煤矿概况

辛置煤矿2-211工作面地面位于洪洞县境内，北面距上跑蹄村约340 m，南面距小二洼约1 600 m，东面距跑蹄工业广场约1 200 m，西南面距南沟村1 500 m；地表多为平原、陡坎，无任何建筑物,黄土覆盖平均厚度266 m，基岩平均厚度134 m。工作面所采2号煤层，煤层稳定，倾角范围2°～6°，平均为4°；煤层平均厚度4.1 m，煤层结构1.51（0.3）0.83（0.15）1.31。该煤属于肥煤，容重1.35 t/m3。工作面绝对瓦斯涌出量0.73 m3/min，相对瓦斯涌出量0.28 m3/t，为低瓦斯煤层；煤尘具有爆炸性，煤层自燃等级为Ⅰ级。

2 采煤方法及回采工艺

2-211工作面采用走向长壁后退式综采一次采全高采煤方法。采用双滚筒采煤机自开缺口，工作面两端头斜切进刀，刮板输送机运煤，支撑掩护式液压支架支护顶板，全部跨落法处理采空区[1]。

2-211工作面采用一次采全高的采煤方式。工艺流程为割煤、装煤→运煤→移架（端头维护）→推溜→清煤。在割煤时，采用端头斜切进刀的方式。即采煤机的机头进入后，要调整整个滚筒的位置，使皮带输送机逐渐平行于煤壁，从而有效地运输煤炭。在采煤机停止后，要调整滚筒的位置，反向切割三角煤，直至将三角煤割完。考虑到切割完成后，煤层底板上会有大量的浮煤不利于工作面机械设备的放置。为此，需要根据浮煤的量采用人工的方式进行清理。在进行支护顶板时，要及时地对支架进行操作。待工作面切割完成后，要收回支架伸出的掩护梁。为了控制煤壁片帮对开采的影响，要严格控制掩护梁与煤壁的距离。通常情况下，输送机要滞后工作面煤壁20 m，以保证输送机弯曲段的曲率大于20 m。

2-211工作面掘进、回采期间原煤运输主要采用胶带运输机从工作面转运至地面煤仓。具体运煤路线如下：2-211工作面SGZ1000/1400型中双链可弯曲刮板输送机→PCM-110型破碎机→SZZ-1000/132型转载机→SDJ-1000/160×2胶带输送机→3310二采区皮带巷→310水平皮带巷→南区煤库→540大巷→出井。

2-211工作面掘进、回采期间所使用设备、材料的运输主要采用绞车、大巷电机车转运至工作面。具体辅助运输路线如下：地面→540大巷→南区副暗斜井→450大巷→310副暗斜井→310大巷→310二采区轨道巷2-211工作面。

工作面掘进、回采期间工作人员通过立井罐笼、乘坐大巷人车、步行等方式入（升）井作业。具体行人路线如下：井上→跑蹄立井→6号站台→310二采区轨道巷→310二采区皮带巷→2-211工作面。

3 综采工作面设备的选型及安装

3.1 设备的选型

根据工作面条件和回采工艺的要求，结合我矿生产实际情况，设计选用MG650/1630-WD采煤机，其主要参数：采高2.2～4.2 m，截深800 mm，普氏硬度（f）≤4，煤层倾角≤35°。根据工作面顶底板岩性、底板比压、煤层厚度及有关生产资料，工作面支护选用ZY9000/24/45型掩护式液压支架，其主要参数：支撑高度2.4～4.5 m，支架宽度1.66～1.86 m，支架初撑力7 916 kN（31.5 MPa），支护强度1.06 MPa，移架步距800 mm。支架布置：工作面长168 m，总共需要安装支架112架。

支架承压力计算[2]：

式中：ρn为额定支护强度下限kN/m2；Hm为煤层最大采高，取4.28 m；Lp为基本顶周期来压步距，取14.6 m；Bc为控顶宽度(端面距加顶梁长度)，取5 385 mm；N为充填系数（直接顶厚度/采高=5/4.1=1.22）。

经过计算，液压支架的额定支护强度ρn=729.9 kN/m2=0.73 MPa。查看支架技术特征表得出，工作面所需支架实际支护强度小于选用液压支架的额定支护强度（0.93 MPa）。

根据工作面所选采煤机的技术参数选用SGZ1000/1400型刮板输送机1部。根据工作面推进长度和循环产量选用SJJ1000/160×2型1部，SDJ-1000/2×90型3部，安装于工作面皮带顺槽。根据工作面循环产量，选用SZZ-1000/375型转载机。

3.2 设备的安装

液压支架、采煤机、系列车、转载机、刮板输送机、皮带输送机等设备运输路线为：地面→540大巷→南区副暗斜井→450大巷→310副暗斜井→310轨道→二采区轨道巷→2-211工作面安装点。

在进行设备安装时，要根据工作面巷道周围情况，选择合适的机电设备运输方式。对于大型机电设备要拆开后运输，例如液压支架、采煤机等。而对于小型机电设备，则可以整体运输。

根据工作面布置状况及工作面运输路线，整个工作面的设备安装顺序为先安装转载机、胶带输送机，工作面回采侧帮安工作面运输机，运输机侧后安支架，运输机上安采机。安装液压支架时，第一架紧靠回风顺槽回采煤壁一帮布置，逐架沿切眼依次排列安装，直至皮带顺槽。电气设备距工作面为50 m，设备列车之间采用硬连接，其间配电点电缆吊挂选用单轨吊钩。两巷超前维护各20 m，使用DZ-3.5（4.2）单体支柱。

运输机长度、位置的确定：①工作面运输机伸出切眼的距离，应附合与转载机搭接长度要求；②运输顺槽内各设备的安装关系：即顺槽内设备中线确定以后，应符合设备最突出部分与支护间的安全间隙，非行人侧不小于0.5 m，行人侧不小于0.8 m；③与运输机相配套的液压支架和其它形式配合的支护形式；应保证对工作面两端顶板的有效控制与支护，根据SGZ-1000/1400运输机的有关参数，工作面运输机总长度170 m。工作面运输机头、机尾分别在皮带顺槽、回风顺槽中的位置。为了保证工作面能自开缺口，便于皮带顺槽内留有足够的人行道，工作面运输机头端线与转载机中线相距100 mm，据此排列运输机，机尾超出回风顺槽边线500 mm。

液压支架组数的确定：根据SGZ-1000/1400运输机、采煤机、液压支架三者的尺寸配合关系，结合回采过程中对工作面顶板的控制程度，本工作面采用ZY9000/24/45型液压支架，按照每节运输机标准中间槽连接1道支架，机头、机尾过渡槽上各连接2道，机头、机尾各连接1道的原则，工作面共需安装26/96架支架。

转载机长度确定：工作面采用SZZ-764/132型转载机，全长约37 m，运输机头端线距转载机中线100 mm，转载机尾链轮轴线距运输机中线930 mm。

皮带机长度的确定：根据工作面现状，运输顺槽采用SDJ-1000/160×2型胶带输送机。

4 工作面实际需要风量计算

根据2-211临近工作面的回采过程以及掘进过程中瓦斯的涌出情况，预计2-211工作面在回采过程中瓦斯绝对涌出量最大为0.58 m3/min。工作面通风方式采取U型通风系统，即皮带顺槽进风，回风顺槽回风。新鲜风流线路:跑蹄进风井→310水平皮带巷→二采区皮带巷→2-211运输巷→2-211工作面。乏风流线路：2-211工作面→2-211回风巷→2-211回风巷回风联巷→二采区回风巷→310水平回风巷→跑蹄回风井。

4.1 根据气象条件需要风量计算[3]

式中：Qc为采煤工作面实际需风量，m3/min；Vc为采煤工作面所需的基本风速1.0 m/s；为采煤工作面的平均断面积，15 m2；Kcg为采煤工作面采高调整系数，工作面采高4.1 m，取1.2；Kcmc为采煤工作面长度调整系数，工作面长45 m和170 m分别取0.8和1.2。

经计算，当工作面Ⅰ切为45 m时测算风量Qc=824 m3/min。

4.2 根据瓦斯绝对涌出量计算

式中：qc为经过瓦斯抽采后，剩余瓦斯绝对涌出量，预计0.58 m3/min；KCH4为瓦斯涌出不均衡系数，1.8。

根据采煤工作面的瓦斯涌出量计算得到所需的风量为Qc=130.5 m3/min。

4.3 根据二氧化碳涌出量计算

式中：QCO2为二氧化碳涌出量，预计为2.4 m3/min；KC02为瓦斯涌出不均衡系数，取1.0。

根据二氧化碳涌出量计算得到所需的风量为Qc=240 m3/min。根据上述计算结果取最大值，确定2-211工作面Ⅰ切配风量不小于824 m3/min。

4.4 风速验算

式中：Vx为工作面最低风速，m/s；Ld为工作面最大控顶距，5.385 m；Hd为工作面最大采高，4.1 m。

经过计算Vx＝0.62 m/s，大于规定的0.25 m/s。所以巷道的最小风速符合规定。

式中：Vd为工作面最高风速，m/s；Hx为工作面最小采高，取3.9 m；Lx为工作面最小控顶距，4.585 m。

经过计算Vd＝0.78 m/s＜4 m/s,符合规定。

经验算2-211Ⅰ切配风量在844 m3/min时，风速符合规定，能满足通风要求。

5 采掘过程中的安全技术措施

工作面采用ZY9000/24/45液压支架支护顶板，采空区顶板随着支架前移自行垮落。

当机尾、机头端头支架距帮大于1.2 m时，在原有超前支护的基础上，加打点柱的形式进行支护，采用DZ-35型单体柱单梁单柱或一梁两柱进行支护，梁规格为1.2 m的小梁，梁垂直与顶板布置，柱、排距0.8 m，顶板压力大或顶板破碎时可调整支柱间距为0.6 m，且所有支柱初撑力达11.5 MPa以上，必须留有0.8 m以上的行人宽度。

运输巷、回风巷超前维护距离规定：运输巷、回风巷从工作面煤壁起向外20 m内支设双排支柱，支设后保证行人宽度不小于0.8 m，单体柱距转载机挡板0.3 m，柱距1.0 m，破碎机处（煤柱侧）可采用贴帮柱进行支护。超前内单体柱均支于小梁距梁头0.3～0.6 m处，且保持一条直线，超前所有支柱进液阀朝向老山侧。超前支护距离可根据现场巷道顶板情况适当延长超前支护长度。贴帮柱小梁一端余长小于0.2 m时，采用直接在顶板上支设。

封口柱采用0.6 m的小梁配合采用DZ-32型单体柱支设双排单梁单柱进行支护，小梁与巷道平行支设，第一排柱距0.3 m，第二排柱距0.6 m，排距0.6 m。当上、下隅角悬顶大于2×5（m2）时，采用及时回撤顶、帮托板或支设密集支柱切顶，柱距0.3 m，封口柱支在距支架顶梁切顶线0～0.6 m处，且必须掌握2°～3°迎山角度，迎山要有力。（运输巷封口柱可滞后切顶线0.6 m）。最大控顶距5 385 mm，最小控顶距4 585 mm。

初次来压顶板管理：①初次开采期间，班长、安全员，老工人要注意观察顶板动态，发现来压预兆，立即将工作面内人员撤出，待顶板稳定后，再进入工作面并由外向里逐架检查支架情况，如发现支架歪扭，处理好后再进行正常工作；②泵站压力不低于30 MPa，支架初撑力达到25.2 MPa；③在来压前,支架伸缩梁前部两侧打2根单体支柱,进行辅助支撑,以提高本架的抗压能力；④初采期间，成立以生产矿长为首的顶板管理领导组，加强顶板管理。

6 结语

在煤矿综采工作面设计时，对机电设备进行合理的选型及合理的风量分配十分重要。本文结合了辛置煤矿2-211工作面的实际情况，重点分析了工作面一些关键设备的选型，主要是液压支架设备。对工作面开采时所需的风量进行了计算，并对风速进行了校验。校验结果发现，工作面风量在844 m3/min时，风速符合规定，符合煤矿开采的要求。