李小杰

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)晉中有限公司， 山西　晉中　030600）

1　項(xiàng)目背景

項(xiàng)目選定煤礦為山西省晉中市一國(guó)有煤礦，山西省國(guó)土資源廳于2015年向該兼并重組煤礦頒發(fā)了新的采礦許可證，采礦許可證批準(zhǔn)開(kāi)采4號(hào)、7號(hào)、9號(hào)和11號(hào)煤層，批準(zhǔn)生產(chǎn)能力120萬(wàn)t/年。開(kāi)拓方式為斜井開(kāi)拓，利用主、副、回風(fēng)斜井3個(gè)井筒開(kāi)發(fā)全井田煤層，礦井共布置二個(gè)水平，利用上水平開(kāi)拓4-1、4-2號(hào)煤層，下水平開(kāi)拓7號(hào)、9號(hào)、11號(hào)煤層。井筒布置及用途如下：

主斜井：半圓拱形式，井筒凈寬5.1 m，凈斷面積19.3 m2，井筒內(nèi)裝備帶寬1 m帶式輸送機(jī)和架空乘人器一架，在巷道右側(cè)設(shè)檢修道、行人臺(tái)階、扶手。礦井煤炭提升、人員運(yùn)送任務(wù)由主斜井擔(dān)負(fù)，并兼作進(jìn)風(fēng)和安全出口。主斜井的主要作用是提升原煤、運(yùn)送上下井人員、進(jìn)風(fēng)和災(zāi)變情況下的安全出口。另外礦井的動(dòng)力、通信電纜，排水管、消防灑水管路等均沿該井筒敷設(shè)。

副斜井：三心拱形式斷面，井筒凈寬4.48 m，凈斷面積11.6 m2，副斜井井筒內(nèi)鋪設(shè)雙軌，裝備雙鉤串車，井筒左側(cè)設(shè)臺(tái)階及扶手。副斜井的主要用途是提升矸石、上下井設(shè)備和材料、礦井進(jìn)風(fēng)和災(zāi)變情況下的安全出口。

回風(fēng)斜井采用半圓拱形式斷面，凈寬5.0 m，凈斷面積17.8 m2，擔(dān)負(fù)礦井回風(fēng)任務(wù)，設(shè)行人臺(tái)階及扶手，并做為礦井其中一個(gè)安全出口。

井筒落底后布置一組回風(fēng)、軌道、膠帶大巷，各大巷間距為25 m。現(xiàn)開(kāi)采4-1號(hào)煤層，生產(chǎn)采區(qū)位于主斜井井底附近一采區(qū)，工作面設(shè)計(jì)長(zhǎng)度150 m，采煤方法采用綜采放頂煤。

2　4-1號(hào)煤層資源條件

4-1煤層賦存于太原組頂部，批準(zhǔn)的地質(zhì)報(bào)告顯示4-1煤層厚度為5.2～9.81 m，平均煤層厚度為8.12 m，該煤層屬于全區(qū)穩(wěn)定可采煤層。煤層夾矸0～9層，結(jié)構(gòu)形式為簡(jiǎn)單—極復(fù)雜。

3　設(shè)備選型原則

1）設(shè)備安全可靠、技術(shù)適當(dāng)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)效益好，設(shè)備開(kāi)機(jī)率高。與此同時(shí)，不同設(shè)備間能力要相互匹配，結(jié)構(gòu)尺寸符合安裝要求，運(yùn)煤通道通暢。并在不同運(yùn)輸環(huán)節(jié)直接考慮一定的緩沖系數(shù)，以期達(dá)到采煤工作面采運(yùn)平衡，使綜采設(shè)備的安全、技術(shù)優(yōu)勢(shì)能夠得到充分發(fā)揮[1]。

2）采煤機(jī)、刮板機(jī)等是直接決定產(chǎn)能大小的設(shè)備，其設(shè)備選擇應(yīng)與政府相關(guān)部門對(duì)礦井的核定生產(chǎn)能力相匹配，這樣才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益的最大化。設(shè)備選型過(guò)程中還要考慮富余問(wèn)題，為擴(kuò)大產(chǎn)能留有余地。但同時(shí)設(shè)備選型不能過(guò)大，一是不得突破政府限定產(chǎn)能所定的設(shè)備規(guī)格，二是防止出現(xiàn)大馬拉小車現(xiàn)象，造成設(shè)備浪費(fèi)。

3）設(shè)備選型應(yīng)為綜采工作面連續(xù)開(kāi)采提供必要條件，盡量增加推進(jìn)長(zhǎng)度，以減少設(shè)備搬家次數(shù)。設(shè)備選型同時(shí)要考慮到工作面能夠?qū)崿F(xiàn)快速搬家，從而減少采掘準(zhǔn)備時(shí)間[2]。

4　設(shè)備選擇

4.1　采煤機(jī)選型

4.1.1采煤機(jī)生產(chǎn)能力計(jì)算

式中：Qh應(yīng)達(dá)到的最小生產(chǎn)能力，t/h；Qy為批準(zhǔn)的年產(chǎn)量，1.2×106t/年；D為每年法定的工作天數(shù)，330 d；f為能力應(yīng)該考慮到一定的富裕系數(shù)，取1.5；N為采煤工作面每日作業(yè)班數(shù)，4班；M為煤礦每日檢修班數(shù)，1班；t為每班工作時(shí)長(zhǎng)，6 h；K為預(yù)估的設(shè)備開(kāi)機(jī)率，0.6。

根據(jù)以上計(jì)算公式及代入上述數(shù)據(jù)計(jì)算可得Qh=505 t/h。

也就是采煤機(jī)最小生產(chǎn)能力要達(dá)到505 t/h。

4.1.2采煤機(jī)的牽引速度計(jì)算

式中：Vc為采煤機(jī)應(yīng)達(dá)到的平均牽引速度，m/min；H為煤層厚度，取4-1號(hào)煤層平均厚度8.12 m；B為采煤機(jī)的切割深度，取0.6 m；γ為煤的容重，取1.46 t/m3；C為采煤工作面回采率，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，回采率取0.93。

根據(jù)以上計(jì)算公式及代入上述數(shù)據(jù)計(jì)算可得Vc=5.3 m/min。

即采煤機(jī)應(yīng)達(dá)到的平均牽引速度為5.3 m/min。

4.1.3采煤機(jī)裝機(jī)功率

采煤機(jī)裝機(jī)功率計(jì)算公式：

式中：P為采煤機(jī)的裝機(jī)功率，單位kW；Hw為比能耗，根據(jù)相關(guān)規(guī)定及經(jīng)驗(yàn)，該處取0.7。

代入本次數(shù)據(jù)，按照以上計(jì)算辦法計(jì)算，可得采煤的裝機(jī)功率為353.5 kW。

4.1.4采煤機(jī)所需要的牽引力大小確定辦法

根據(jù)以往設(shè)備選型及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)操經(jīng)驗(yàn)，采煤機(jī)牽引力大小一般根據(jù)其裝機(jī)功率數(shù)值的0.5～1倍來(lái)確定，這里亦選用此法。

4.1.5采煤機(jī)滾筒直徑的確定辦法

根據(jù)以往設(shè)備選型及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)操經(jīng)驗(yàn)，采煤機(jī)滾筒直徑為最大采高的0.5倍較為合適，因本煤礦確定的最大采高為3.0 m，所以該采煤機(jī)滾筒直徑確定為1.5 m。

根據(jù)以上計(jì)算公式結(jié)合國(guó)內(nèi)工作面裝備情況及設(shè)備選型配套經(jīng)驗(yàn)，本次煤礦綜采面選型MG300/730-WD型電牽引采煤機(jī)。其主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　MG300/730-WD型采煤機(jī)技術(shù)特征表

4.2　采煤工作面可彎曲刮板機(jī)選型計(jì)算及確定辦法

工作面刮板輸送機(jī)選型，應(yīng)當(dāng)符合以下條件：

1）刮板機(jī)運(yùn)輸能力作為采煤機(jī)的下一個(gè)環(huán)節(jié)，重要性不言而喻，其能力應(yīng)與采煤機(jī)的生產(chǎn)能力相匹配，并留有一定富余。

2）不僅能力匹配，外型尺寸和牽引方式刮板機(jī)也要與采煤機(jī)相匹配，滿足設(shè)備安裝需要[3]。

3）刮板輸送機(jī)的運(yùn)輸能力由以下計(jì)算結(jié)果確定：

式中：Qc為工作面刮板機(jī)應(yīng)有的運(yùn)輸能力，t/h；Kc為不均衡系數(shù)，根據(jù)規(guī)定及經(jīng)驗(yàn)，取1.1；Qm為采煤機(jī)平均每小時(shí)生產(chǎn)能力，根據(jù)上述計(jì)算為505 t/h；Km為刮板機(jī)修正系數(shù)（采煤機(jī)與刮板輸送機(jī)同向運(yùn)動(dòng)時(shí)，取1.08）；Ky為運(yùn)輸方向及考慮到運(yùn)輸傾角系數(shù)，取1.0。

根據(jù)上述計(jì)算公式，刮板機(jī)的運(yùn)輸能力應(yīng)大于600t/h。

綜上考慮，并結(jié)合礦方意見(jiàn)，前后刮板機(jī)型號(hào)均選用SGZ-730/320型，設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2　SGZ-730/320型刮板機(jī)技術(shù)特征表

4.3　順槽轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)設(shè)備選型辦法及結(jié)果

轉(zhuǎn)載機(jī)前為刮板機(jī)，后面搭接膠帶機(jī)，因此其轉(zhuǎn)載能應(yīng)該和前后搭接設(shè)備互相匹配，依據(jù)上述設(shè)備的選型結(jié)果并結(jié)合以往設(shè)備選型經(jīng)驗(yàn)，選用型號(hào)為SZZ764/200的刮板轉(zhuǎn)載機(jī)。該轉(zhuǎn)載機(jī)技術(shù)特征見(jiàn)表3。

表3　SZZ764/200型轉(zhuǎn)載機(jī)技術(shù)特征表

破碎機(jī)裝載機(jī)相互搭接，其破碎能力要和轉(zhuǎn)載機(jī)的轉(zhuǎn)載能力相配套，這樣才能發(fā)揮設(shè)備最佳性能，根據(jù)多年的選型經(jīng)驗(yàn)和礦方意見(jiàn)，選用性能穩(wěn)定的PCM132型破碎機(jī)。該種型號(hào)的順槽破碎機(jī)其主要技術(shù)特征見(jiàn)表4。

表4　PCM132型破碎機(jī)技術(shù)特征表

4.4　可伸縮膠帶機(jī)選型計(jì)算

工作面可伸縮膠帶機(jī)應(yīng)根據(jù)工作面推進(jìn)度、煤層傾角、運(yùn)輸能力以及其他因素共同決定，膠帶機(jī)運(yùn)能應(yīng)根據(jù)前面計(jì)算的工作面生產(chǎn)能力選擇，膠帶機(jī)運(yùn)能應(yīng)不小于工作面高峰生產(chǎn)能力，這樣才能滿足工作面運(yùn)輸需要。該煤礦的工作面高峰生產(chǎn)能力前述計(jì)算為Q=600 t/h，輸送機(jī)帶速按經(jīng)驗(yàn)取2 m/s，根據(jù)以下公式：

式中：B為膠帶運(yùn)輸煤炭的寬度，m；K為運(yùn)輸煤炭時(shí)的截面系數(shù)，皮帶傾角為30°時(shí)，K=435；R為煤炭在膠帶機(jī)上的密度，根據(jù)地質(zhì)結(jié)果及經(jīng)驗(yàn)取0.95t/m3；C為可伸縮膠帶機(jī)的傾角系數(shù)，當(dāng)傾角α=0°～10°時(shí)，C=1。

代入數(shù)據(jù)計(jì)算得B=0.85 m。

以上計(jì)算，選用型號(hào)為SSJ-1000/2×75的可伸縮膠帶輸送機(jī)。該型號(hào)的膠帶機(jī)技術(shù)特征及參數(shù)見(jiàn)下頁(yè)表5。

表5　SSJ-1000/2×75型可伸縮膠帶輸送機(jī)技術(shù)特征表

4.5　工作面支護(hù)設(shè)備選型

4.5.1支架支撐高度計(jì)算

工作面最大采高和最小采高決定了液壓支架的最大支高和最小支高，工作面支架選型時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮到頂板冒落高度，頂板冒落高度另式計(jì)算。除此之外，支架最佳工作高度范圍盡可能與工作面煤層實(shí)際開(kāi)采厚度范圍保持一致。井下輔助運(yùn)輸工具的運(yùn)輸能力、輔運(yùn)巷道斷面大小也是液壓支架選型時(shí)不容忽視的因素。經(jīng)綜合考慮并結(jié)合以往選型經(jīng)驗(yàn)，確定液壓支架高度為2.2～3.2 m。

4.5.2支架工作阻力計(jì)算

按統(tǒng)計(jì)數(shù)比法計(jì)算液壓支架的工作阻力，計(jì)算公式如下：

式中：Pmax為液壓支架的工作阻力大小，kN；H為煤層埋藏深度，根據(jù)鉆孔資料取240 m；f為煤層的硬度大小，根據(jù)地質(zhì)資料取f=2.3；Md為放頂煤厚度，平均厚度8.42 m，割3 m，因此放煤厚度取5.42 m。

代入數(shù)據(jù)計(jì)算得Pmax=3 555 kN。

液壓支架額定工作阻力計(jì)算：

式中：P為液壓支架其額定的工作阻力，kN；k考慮到地下條件的復(fù)雜多變，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)選型時(shí)留有一定的安全系數(shù)，此處取1.35。

代入數(shù)據(jù)計(jì)算得P=4 799 kN。

根據(jù)以上公式的計(jì)算結(jié)果，額定阻力應(yīng)不大于4 799 kN。

4.5.3支架主要參數(shù)

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)比法計(jì)算，安全第一的前提下，為煤礦工作面選型考慮一定的安全系數(shù)，該煤礦工作面液壓支架工作阻力確定為9 000 kN。結(jié)合以往選型經(jīng)驗(yàn)與礦方意見(jiàn)，確定選用ZF9000/23/37型放頂煤液壓支架和ZF10000/23/37過(guò)渡支架，其主要技術(shù)特征見(jiàn)表6。

表6　液壓支架技術(shù)特征表

5　結(jié)論

1）綜采工作面設(shè)備選型時(shí)，應(yīng)考慮煤層地質(zhì)條件、頂?shù)装鍘r性、煤礦特點(diǎn)，因礦制宜，在滿足安全有效、經(jīng)濟(jì)適用的前提下，借鑒已有成功經(jīng)驗(yàn)和做法，選出適合本煤礦的綜采設(shè)備，力爭(zhēng)達(dá)到安全可靠、高產(chǎn)高效的預(yù)期。

2）煤礦綜采工作面設(shè)備選型時(shí)，不僅要考慮設(shè)備本身的能力，還要考慮不同設(shè)備能力的匹配和結(jié)構(gòu)尺寸的配套，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備效能的充分發(fā)揮。

[1]田軍先.三道溝煤礦綜采工作面設(shè)備配套選型[J].煤礦開(kāi)采，2009（6）：38-39.

[2]邢玉峰，李強(qiáng)，楊嘉昌.綜采工作面設(shè)備選型及配套應(yīng)用研究[J].中國(guó)西部科技，2009（9）：112-113.

[3]劉振洲，王瑞賢，于海忠，等.綜采工作面“三機(jī)”正確選型及合理配套的探討[J].煤礦安全，2006（1）：83-84.