王騰飛

（山西焦煤西山煤電集團(tuán)西曲礦， 山西　古交　030200）

引言

工作面開采設(shè)備的合理選型，是保障礦井安全高效生產(chǎn)的基礎(chǔ)。對(duì)于設(shè)備的選型，一是要能夠滿足工作面的產(chǎn)量要求，保證生產(chǎn)的安全進(jìn)行；二是要符合三機(jī)配套原則，各設(shè)備之間相互配套。本文以西曲礦18404工作面的實(shí)際地質(zhì)條件為工程背景，對(duì)工作面液壓支架、采煤機(jī)以及刮板運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行合理選型。

西曲礦是山西焦煤集團(tuán)的骨干礦井，位于山西省古交市附近。18404工作面主采8號(hào)煤層，儲(chǔ)量約142萬(wàn)t，工作面走向長(zhǎng)1 210 m，面長(zhǎng)220 m，煤層厚度為2.60～4.25 m，平均4 m，煤層傾角為3°～12°，平均4°，屬于近水平煤層[1]。

1　液壓支架選型

1.1　支架形式的選擇

18404工作面直接頂為2.40 m厚的石灰?guī)r，性致密且堅(jiān)硬。老頂為4.85 m厚的細(xì)砂巖，抗壓強(qiáng)度大于80 MPa，穩(wěn)定性好，頂板來壓明顯，步距為30～40 m，所以選擇頂梁后端支撐力較高的支撐掩護(hù)式支架[2]。

工作面直接底為1.54 m厚的中粒砂巖，老底為3.13 m厚的粉砂巖，屬V類底板，支架型式無(wú)限制，也不需要驗(yàn)算底板比壓。

工作面煤層厚度2.60～4.25 m，節(jié)理發(fā)育，普氏系數(shù)為1.5～3，屬于中硬煤層。為保證支架的穩(wěn)定性，應(yīng)優(yōu)先采用控頂距離相對(duì)較小且?guī)в凶o(hù)幫裝置的支撐掩護(hù)式支架。

工作面煤層屬于近水平煤層，支架無(wú)需安設(shè)防倒防滑裝置。

綜上所述，應(yīng)選擇支撐掩護(hù)式支架作為工作面液壓支架。

1.2　支架工作阻力的確定

工作面液壓支架的支護(hù)強(qiáng)度計(jì)算公式為：

式中：P為支架工作阻力，kN；b為梁端距，取0.4 m；L為頂梁長(zhǎng)度，取4 m；B為支架中心距，取1.5 m；η為支撐效率，一般取η=0.9。

數(shù)據(jù)代入，可得支架的工作阻力為P=5030.7kN。

1.2　支架其他參數(shù)確定

1.2.1采高

工作面采高，即煤層厚度為2.6～4.25 m，為避免在頂板破碎處支架無(wú)法接頂，支架最大高度與最小高度分別為：

式中：Hmax、Hmin分別為支架的最大、最小高度，m；Mmax、Mmin分別為煤層的最大、最小厚度，m。

將數(shù)據(jù)代入，可得液壓支架的最大高度為4.55m，最小高度為2.3 m。

1.2.2初撐力

支架的初撐支護(hù)強(qiáng)度計(jì)算公式為：

式中：qoh為支架初撐支護(hù)強(qiáng)度，kN/m2；Lz為周期來壓步距，取16 m；Lm為最大控頂距，取5.24 m。

通過計(jì)算，可知初撐支護(hù)強(qiáng)度為qoh=399 kN/m2。

支護(hù)初撐支護(hù)強(qiáng)度與初撐力之間的關(guān)系為式（6）所示：

式中：PO為支架初撐力，kN。

代入數(shù)據(jù)得PO=2 926 kN。

式中：q為支護(hù)強(qiáng)度，kN/m2；n為系數(shù)，取7；M為煤層厚度，取4.0 m；γ為頂板平均密度，取2 500 kg/m3；g為重力加速度，取9.8 N/kg。

代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得支架的支護(hù)強(qiáng)度q=686 kN/m2。

支護(hù)強(qiáng)度與工作阻力之間的關(guān)系如式（2）所示：

1.3　選擇支架型號(hào)

通過前面計(jì)算，選定ZY5600/21/46型兩柱掩護(hù)式液壓支架，其基本參數(shù)如表1所示。

表1　支架基本參數(shù)

2　采煤機(jī)選型

2.1　采煤機(jī)牽引速度

工作面的月產(chǎn)量為8萬(wàn)t，為完成該產(chǎn)量需求，則采煤機(jī)每日需推進(jìn)的距離如式（7）所示：

式中：lr為每日推進(jìn)距離，m；Q為月產(chǎn)量，取8萬(wàn)t；D為月生產(chǎn)天數(shù)，取25 d；L'為工作面長(zhǎng)度，220 m；C為回采率，取0.95；ρ為煤層密度，取1.37 t/m3。

通過計(jì)算可得采煤機(jī)每日需推進(jìn)2.79 m。采煤機(jī)截深取0.8 m，則每日需完成n=3.5個(gè)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)所需時(shí)間為：

式中：t為每個(gè)循環(huán)所需時(shí)間，min；T為每班工作時(shí)間，取 6 h。

通過計(jì)算可得每個(gè)循環(huán)的時(shí)間為308.6 min。

采煤機(jī)的牽引速度為：

式中：V為牽引速度，m/min；t1為輔助工作時(shí)間，取5 min。

計(jì)算得到V=0.725 m/min。

2.2　采煤機(jī)的生產(chǎn)能力

采煤機(jī)每小時(shí)生產(chǎn)能力計(jì)算公式為：

式中：Qh為采煤機(jī)每小時(shí)產(chǎn)量，t/h；d為截深，取0.8m；其余符號(hào)與前相同。

計(jì)算得到Q=181 t/h。

2.3　采煤機(jī)的裝機(jī)功率

采煤機(jī)的裝機(jī)功率與生產(chǎn)能力之間的關(guān)系為：

式中：P為裝機(jī)功率，kW；Hw為單位能耗，取0.8 kW·h/t。

可計(jì)算出采煤機(jī)的功率應(yīng)為P=144.8 kW。

2.4　選擇采煤機(jī)型號(hào)

根據(jù)前面的計(jì)算，選擇MG400/920WD型采煤機(jī)，其主要參數(shù)如表2所示[3]。

表2　采煤機(jī)基本參數(shù)

3　刮板運(yùn)輸機(jī)選型

3.1　刮板運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)煤能力

一般地，設(shè)計(jì)刮板運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)煤能力應(yīng)為采煤機(jī)割煤能力的1.2倍[4]。

式中：Qy為運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)煤能力。經(jīng)計(jì)算可得Qy=217.2t/h。

3.2　選擇刮板運(yùn)輸機(jī)的型號(hào)

根據(jù)上面的計(jì)算及配套原則，選擇SGZ-800/800型刮板運(yùn)輸機(jī)[5]。其主要參數(shù)如表3所示。

表3　刮板運(yùn)輸機(jī)基本參數(shù)

4　結(jié)語(yǔ)

根據(jù)西曲礦18404工作面的實(shí)際地質(zhì)條件，為滿足工作面的生產(chǎn)需求，利用理論計(jì)算，對(duì)工作面液壓支架、采煤機(jī)和刮板運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行合理選擇，為工作面的正常生產(chǎn)以及相似條件下的設(shè)備選型提供一定的借鑒。

[1]郭朋星,趙輝.大采高液壓支架選型及適應(yīng)性分析[J].煤炭技術(shù)，2010，29（12）：4-6.

[2]閆振東.綜采工作面液壓支架選型與應(yīng)用實(shí)踐[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2012，40（11）：50-53.

[3]季俊成.綜采工作面三機(jī)配套設(shè)備的合理選擇[J].煤炭技術(shù)，2011，30（4）：16-17.

[4]周仕來，楊勇.綜采工作面“三機(jī)”配套及實(shí)踐應(yīng)用研究[J].煤礦機(jī)械，2015，36（1）：200-202.

[5]唐永志，曹海山，張學(xué)亮，等.大采高超長(zhǎng)工作面設(shè)備選型關(guān)鍵技術(shù)研究[J].煤礦開采，2016，21（3）：55-58.