杨晓航

（西山煤电股份有限公司西曲矿掘进二队，山西　古交　030200）

引言

采煤工作面开采设备的合理选型对矿井的安全、高效生产有着十分重要的意义。选择合适的开采设备，一方面要看设备是否符合工作面实际开采的需求，另一方面也要注意开采设备间是否配套。本文以西曲矿9号煤层19202工作面实际地质条件为工程背景，利用理论计算，结合三机配套原则对工作面的开采设备进行合理选型。

西曲矿是西山煤电的主力矿井，19202工作面主采9号煤层，煤层结构简单，平均厚度约为2.23m，工作面走向长度为1 420m，倾斜长度为150m。

1　液压支架选型

液压支架是保障工作面安全生产的关键所在，液压支架的合理选型对煤矿开采有着十分重要的意义。

1.1　支架形式的确定

支架形式的选择主要是由工作面顶底板性质决定。19202工作面直接顶为2.50m厚的砂质泥岩，老顶为6.53m厚的细砂岩，直接底为0.45m厚的砂质泥岩。

通过邻近相似工作面的实测矿压数据推测可知，工作面直接顶为2类中等稳定顶板，老顶为Ⅲ级来压强烈顶板，底板为Ⅲ类较软底板。由以往经验可知，此类顶底板一般使用掩护式支架[1]。

1.2　支架高度的确定

1.2.1支架最大高度

支架的最大高度可由下式计算得出式中：Hmax为支架最大高度，m；Mmax为煤层最大采高，m。

1.2.2支架最小高度

支架的最小高度表达式为

式中：Hmin为支架最小高度，m；Mmin为煤层最小采高，m；s为控顶范围内顶板下沉量，一般取0.3m；a为支架卸载时的可缩余量，一般取0.05m。

1.2.3工作面支架高度

对于19202工作面，煤层厚度变化为1.85～2.30m，将其代入式（1）、（2）中，可得[2]Hmax=0.25m，Hmin=1.50m。

1.3　支架工作阻力的确定

首先，确定支架的支护强度，其表达式如下所示

式中：n为倍数，对于中等稳定顶板，可取7；M为采高，取 2.23m；γ 为岩层容重，取 25 kN/m3；g为重力加速度，取9.8N/kg。将数据代入式（3），可得支架的支护强度为q=382 kN/m2。

通过支架的支护强度，由式（4）可以求得其工作阻力。

式中：P为支架工作阻力，kN；b为梁端距，取0.33m；L为顶梁长度，取3.84m；B为支架中心距，取1.5m；η为支架支撑效率，取0.9。将数据代入式（4），得支架工作阻力为P=2 655 kN。

1.4　支架初撑力的确定

首先要确定支架的初撑支护强度qOh，对于中等稳定顶板，有式中：Lz为周期来压步距，根据相邻工作面情况，取16m；Lm为最大控顶距取4.97m。代入数据，可得支架的初撑支护强度为qOh=297 kN/m2。

由初撑支护强度可得支架初撑力为

代入数据得PO=2 064 kN。

1.5　确定支架型号

通过对工作面所需支架主要参数的计算，选定ZY3600/12.5/28型液压支架，其主要参数如下页表1所示[3]。

表1　支架主要参数

由表1可以看出，该型支架完全满足19202工作面的实际需求。

2　采煤机选型

2.1　机面高度的确定

工作面煤层采高为1.85～2.30m，考虑采煤机与液压支架间应有一定的余量空间，以适应顶底板的起伏变化，采煤机的机面高度应为

式中：hc为机面高度，mm；ζ为采煤机与支架间的余量，取250mm；ld为顶梁厚度，取350mm。则采煤机的机面高度应为1 250mm。

2.2　采煤机牵引速度功率的确定

工作面的年生产量预计为100万t，工作面长度为150m，采煤机截深B取0.8m，煤层平均采高为2.23m，则采煤机每小时产煤能力应大于

式中：Qh为采煤机每小时的产量，t/h；f为富裕系数，取1.3；Q为工作面年产量，取1Mt；D为年生产天数，取330天；N为日工作班数，取3；t为每班工作时间，取6 h；K为开机率，取0.5。则采煤机每小时的生产能力应为437.8 t。

采煤机的牵引速度为

式中：Vc为采煤机平均截割牵引速度，m/min；γ为煤的容重，取1.43 t/m3；C为工作面回采率，取0.95；其余符号含义与前面相同。则采煤机牵引速度为3.02m/min。

采煤机的装机功率为

式中：Hw为单位能耗，取0.8 kW·h/t；其余符号与前相同。则采煤机的装机功率最小为350.24 kW。

2.3　确定采煤机型号

通过对工作面生产能力的计算，选定MG250-600-AWD型采煤机，其主要参数如表2所示[4]。由表2可以看出，该型采煤机完全满足19202工作面实际需求。

3　刮板运输机选型

3.1　运输能力的确定

刮板运输机的运输能力应满足采煤机的采煤能力

表2　采煤机主要参数

由计算可知，刮板输送机运输机的运输能力应大于612.92 t/h。

3.2　刮板长度的确定

刮板运输机的长度应基本达到工作面的长度，约150m。

3.3　确定刮板运输机型号

通过前面的计算，选定SGZ-764/630型刮板运输机，其主要参数如表3所示[5]。

表3　刮板运输机主要参数

由表3可知，该型刮板运输机完全满足工作面需求。

4　结论

通过理论计算和三机配套原则，确定了19202工作面的开采设备型号。选择了ZY3600/12.5/28型液压支架，MG250-600-AWD型采煤机和SGZ-764/630型刮板运输机

通过实际生产实践，选择的开采设备完全满足矿井生产需求，为类似工作面的设备选型提供了借鉴价值。

[1]吕宏，孟国胜，刘旭东，等.厚煤层综放开采设备选型及配套探讨研究[J].山西焦煤科技，2012，36（1）：28-32.

[2]唐永志，曹海山，张学亮，等.大采高超长工作面设备选型关键技术研究[J].煤矿开采，2016，21（3）：55-58.

[3]李超，张志发，廖宇.近距离煤层大采高工作面设备选型[J].煤矿安全，2015，46（7）：222-224.

[4]高玉斌，李永学.寺河矿6.2m大采高综采工作面设备选型研究与实践[J].煤炭工程，2008（5）：5-7.

[5]王福安.煤矿综采工作面“三机”设备选型与配套[J].中州煤炭，2012（3）：75-76；84.