综采工作面设备选型及自移装置的改造实践

宋慧锋

（山西兰花科技创业股份有限公司大阳煤矿分公司， 山西 晋城 048003）

0 引言

综采工作面的设备选型及调校应用是保障煤炭资源安全高效开采的基础工作，在新工艺、新设备不断涌现的当下，高度机械化、自动化的采煤工业设备成为矿井开采的标配[1-2]。大量的矿山机电工作者对综采设备的选型进行了研究分析，但大多数文献内容较为宏观，普遍缺乏对煤层倾角变化大且煤层厚度较厚工作面设备选型的叙述[3-4]。据此，笔者将在详细分析3406 综采工作面地质条件的基础上，从“三机配套”的实际工作出发，对工作面设备的选型提出了计算方法。同时在保证安全、高效的前提下，重点分析了设备配套的先进性和经济合理性。

1 3406 工作面概况

大阳煤矿3406 综采工作面位于四采区，倾向长度1 181 m、走向长度260 m，从切眼至650 m 左右煤层倾角不超过3°，为近水平煤层；之后煤层倾角迅速增大，最高达到18°，判定为缓倾斜煤层，并根据工作面的钻孔资料分析，3406 工作面煤层厚度为5.1～6.2 m，平均厚度为5.75 m。

2 综采工作面采煤机选型

2.1 选型原则

在对缓倾斜较厚煤层工作面进行采煤机选型时，应充分考虑工作面的地质条件和生产规模，同时还需保持安全富裕系数，以面对工作面遇到的复杂情况。

2.2 确定采煤机性能参数

在选择采煤机时，需要重点对矿井所需的生产力进行校对，以及与工作面高度、宽度、煤层倾角相匹配的设备采高、调校范围、牵引力等。

1）采煤机每个循环的平均作业时间计算如下：

式中：t 为采煤机单循环作业用时，min；T1为每班作业用时，取8 min；T2为检修作业用时，取4 min；η 为设备平均开机率，取50%。

将相关参数代入式（1），采煤机单循环所需的时间为120 min。

2）采煤机作业过程中所需的平均牵引速度为：

式中：v 为采煤机平均牵引速度，m/min；L 为3406 工作面长度，取231 m；L1为采煤机进刀长度，取38 m；t1为准备时间，取10 min。

经计算，采煤机截煤时的平均牵引速度需达到2.8 m/min。

3）采煤机生产能力计算。采煤机正常作业时的工作生产效率需根据式（3）进行计算：

式中：Q 为采煤机生产能力，t/h；h 为3406 工作面平均高度，取2.6 m；B 为采煤机滚筒截深，取0.8 m；ρ 为煤的密度，取1.44 t/m3；C 为工作面回采率，取0.93。

经计算，采煤机正常开机割煤时的理论生产能力需达到468 t/h。

4）装机功率计算。采煤机装机功率可以采用比能法进行计算，计算方法见式（4）：

式中：P 为装机功率，kW；Hw为采煤机能耗，取0.7 kWh/m3。由此计算得：采煤机装机功率为327.6 kW。

2.3 采煤机选择

根据上述采煤条件的计算，为满足实际生产要求，笔者选择MG450/1020-QWD 型采煤机作为工作面生产设备，该设备主要技术参数见表1。

3 综采工作面刮板输送机的选型

3.1 选型原则

刮板输送机是决定井下生产能力的重要设备，在选取刮板输送机时，应在一定程度上大于采煤机的生产能力，并在结构参数方面与采煤机相匹配，同时兼顾经济合理性与技术稳定性。

3.2 确定刮板输送机运输能力

1）运输生产能力Q'计算：

式中：S 为刮板输送机最大货载横截面积，取0.24 m2；φ 为满载富裕系数，取0.8；γ 为散集容重，取0.9 t/m3；v'为刮板链平均速度，取1.08 m/s。

经计算，刮板输送机的合理运输能力为672 t/h，该能力大于1.2 倍的采煤机生产力，可以满足工作面实际生产需求。

2）运行阻力和电动机功率计算。刮板输送机满载工况下运行阻力计算如式（6），刮板输送机空载段运行阻力计算如式（7）：

式中：β 为煤层倾角，取6°；q 为刮板输送机上单位长度货载质量，取216 kg；q0为刮板链质量，取22.84 kg；w 为满载状态下的阻力系数，取0.7；w'为刮板链移动阻力系数，取0.3。

经计算：W重＝41 662 kg，W空＝1 023.5 kg。

3）主动链轮的牵引力计算如下：

式中：K 为设备内部阻力系数，取1.2。

经计算，W0达到51 222.3 kg。

4）电动机功率计算如下：

式中：η 为传动装置效率，包括减速器及液力联轴器，取0.85。

经计算，电机功率需在612 kW 以上。

3.3 刮板输送机的选型

根据计算，选择SGZ-800/800 型中双链刮板输送机，可满足工作面的生产要求。其主要技术特征见表2。

4 综采工作面其他重要设备的选型

4.1 其他主要设备的选型

除了采煤机和刮板输送机外，综采工作面的其他重要设备还包括转载机、破碎机和各种支护设备。转载机方面，按照生产系统对运输能力要求，并考虑到对主要设备配套能力较实际需求能力大，选用SZZ800/250 型桥式刮板转载机，输送能力为1 600 t/h；破碎机方面，按照转载机的选型选用PCM160 型破碎机，破碎能力为2 000 t/h。支护方面采用锚网梁（索）联合支护方式，部分地段采用钢棚复合支护。

4.2 ZY2700 型自移装置

在井下工作时，需要对转载机和破碎机进行移动，但在推进的过程中会与煤层发生接触从而产生很大的摩擦力。增设自移装置，则可以改拉移前进为自移前进，极大地减少井下作业人员的劳动量。ZY2700型自移装置主要包括导轨、滚轮架、联接架、液压系统等基础部件，如图1 所示。

图1 ZY2700 型自移装置安装

ZY2700 型自移装置自带的小车与转载机机头相连，是整个装置进行自移的支撑点，可以实现自行位移、胶带调校、胶带纠偏的功能。在推移转载机时，小车及推移缸活动塞杆随之一起前移活塞杆被压入缸筒，根据采煤的进程，在完成一定截深后可操作推移缸进行基架的推移工作。

5 应用效果

为保证3406 综采工作面的安全高效开采，选取了MG450/1020-QWD 型采煤机、SGZ-800/800 型中双链刮板输送机、SZZ800/250 型桥式刮板转载机和PCM160 型破碎机作为采掘设备，并加装了ZY2700型自移装置，可以实现胶带跑偏调整、转载机推移方向校直和自行前移等功能。实践证明，综采设备的选型与配套设计只有贴合工作面的实际情况，才能有效保证工作面的高产、高效推进。提高并不断优化工作面设备的机械属性，对提高劳动生产率、煤矿的长期安全具有积极的促进作用。