張望元

（太原煤氣化山西靈石華苑煤業(yè)有限公司，山西 靈石 031300）

薄煤層一般是指厚度在1.3m以下的煤層。薄煤層開采過程中，采高較低，作業(yè)空間較小，給生產(chǎn)帶來了一定的困難，為保障工作面安全高效生產(chǎn)，選擇合理的開采設(shè)備十分重要[1-2]。華苑煤業(yè)位于山西省靈石縣附近，2001年投產(chǎn)，生產(chǎn)能力為0.9Mt/a，現(xiàn)主要開采7、9、10號煤層，其中，9號煤層屬于薄煤層開采，如何實(shí)現(xiàn)薄煤層的合理高效生產(chǎn)是目前丞待解決的問題。本文以該礦實(shí)際地質(zhì)條件為工程背景，通過理論分析，選擇合理的開采設(shè)備，為礦井正常生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

1 地質(zhì)概況

華苑煤業(yè)9號煤層位于太原組下部，煤層厚度為0.92～1.40m，平均1.12m，煤層傾角為5°左右，煤層厚度變化不大，不含夾矸，為結(jié)構(gòu)簡單的全區(qū)可采煤層。9號煤層上距7號煤層24.80m左右，直接頂為6.8m厚的石灰?guī)r，下距10號煤層4.35～6.21m，平均5.3m，底板巖性以泥巖和砂質(zhì)泥巖為主。針對薄煤層的開采，作業(yè)空間較小，機(jī)械設(shè)備維修困難，下面針對華苑煤業(yè)9號煤層實(shí)際情況，根據(jù)礦井地質(zhì)條件和產(chǎn)量需求，結(jié)合三機(jī)配套原則，對工作面液壓支架、采煤機(jī)和刮板運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行選型研究。

2 液壓支架選型

液壓支架的合理選擇對工作面生產(chǎn)有著十分重要的影響，支架的選擇必須保證支護(hù)強(qiáng)度、高度與采面相適應(yīng)，同時也要與采煤機(jī)、輸送機(jī)等設(shè)備相匹配，是開采設(shè)備選型的關(guān)鍵一環(huán)[3]。

2.1 支架高度的確定

考慮礦井實(shí)際條件，采用二柱掩護(hù)式支架，該支架對圍巖適應(yīng)性更強(qiáng)，伸縮比大，可靠性高，適合本礦的實(shí)際應(yīng)用。

支架高度與煤層采高有著直接關(guān)系，根據(jù)本礦實(shí)際情況，考慮局部有偽頂存在冒落的危險，支架最大高度應(yīng)為：

式中：

Hmax-支架最大高度，mm；

Mmax-煤層采高，取1400mm。

支架最小高度應(yīng)為煤層最小采高減去一定的富余量，再考慮工作面部分區(qū)段有泥巖偽頂，支架最小高度為：

式中：

Hmin-支架最小高度，mm；

Mmin-煤層最小采高，取920mm；

d-偽頂厚度，取200mm。

將數(shù)據(jù)代入式（1）、（2），可得支架高度為：

由此可知，支架高度應(yīng)在1020～1600mm范圍內(nèi)。

2.2 支架強(qiáng)度的確定

（1）載荷估算法

根據(jù)載荷估算法，支架的支護(hù)強(qiáng)度約為8倍最大采高的覆巖重量，即：

式中：

P-支架支護(hù)強(qiáng)度，MPa；

γ-頂板平均密度，取2500kg/m3；

g-重力系數(shù)，取9.8N/kg。

將數(shù)據(jù)代入式（3），可得支架支護(hù)強(qiáng)度P=274.4kPa。

（2）根據(jù)頂板分類

液壓支架強(qiáng)度與煤層頂板分類有著直接關(guān)系，根據(jù)我國MT554-1996 《緩傾斜煤層采煤工作面頂板分類》標(biāo)準(zhǔn)，華苑煤業(yè)9號煤層頂板為Ⅰ級頂板，平均采高為1.12m，則支架的支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)為395kPa。

綜合兩種方法計算結(jié)果，認(rèn)為9號煤層支架支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)為334.7kPa。

2.3 支架工作阻力的確定

確定支架支護(hù)強(qiáng)度后，可根據(jù)式（4）求出支架的額定工作阻力：

式中：

F-支架工作阻力，kN；

Lk-支架最大控頂距，取4.7m；

B-支架寬度，取1.5m；

η-支架支護(hù)效率，取0.95。

將數(shù)據(jù)代入式（4），可得支架的工作阻力為2483.83kN。

2.4 確定支架供液壓力

支架供液壓力與初撐力有一定關(guān)系，支架初撐力可根據(jù)工作阻力進(jìn)行估算，約為支架工作阻力的80%，有[4]：

支架供液壓力可表示為：

式中：

P'-支架所需泵站供液壓力，MPa；

S'-支架立柱活塞斷面積，取0.066m2；

K-泵站供液效率，取80%。

將數(shù)據(jù)代入式（5），可得支架所需泵站供液壓力為18.82MPa。

2.5 確定支架型號

根據(jù)前面的計算分析結(jié)果，為9號煤層選擇ZY3400/10/24型兩柱掩護(hù)式支架，其基本參數(shù)如表1所示。

表1 支架基本參數(shù)

由表1所示參數(shù)可以看出，該型液壓支架完全滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求。

3 采煤機(jī)選型

3.1 確定機(jī)面高度

采煤機(jī)機(jī)面高度應(yīng)與支架高度相適應(yīng)，一般來講，機(jī)面高度應(yīng)為支架最小高度減去一定的余量，以避免煤層起伏變化。

式中：

hc-采煤機(jī)機(jī)面高度，mm；

ξ-采煤機(jī)與支架之間的余量，取150mm；

ld-支架頂梁厚度，取200mm。

將數(shù)據(jù)代入式（6），得采煤機(jī)的機(jī)面高度為650mm。

3.2 確定采煤機(jī)功率

按照實(shí)際生產(chǎn)需求，9號煤層產(chǎn)量應(yīng)保證在0.25Mt/a，則采煤機(jī)每日需推進(jìn)的距離如下式所示[5]：

式中：

lr-每日推進(jìn)距離，m；

Q-月產(chǎn)量，取2.08萬t；

M-9號煤層平均采高，取1.12m；

D-月生產(chǎn)天數(shù)，取25d；

L-工作面長度，取180m；

C-回采率，取0.95；

ρ-煤層密度，取1.4t/m3。

代入數(shù)據(jù)可得，采煤機(jī)每日需推進(jìn)3.10m。采煤機(jī)截深d取0.6m，則每日需完成n=5.2個循環(huán)，每個循環(huán)所需時間為：

式中：

t-每個循環(huán)所需時間，min；

T-每班工作時間，取6h。

則，每個循環(huán)的時間為207.69min。

由此可以計算出采煤機(jī)的牽引速度為：

式中：

V-牽引速度，m/min；

t1-輔助工作時間，取5min。

計算得到采煤機(jī)牽引速度V=0.89m/min。

則采煤機(jī)的采煤能力為：

式中，各符號含義與前面相同。代入數(shù)據(jù)，得采煤機(jī)生產(chǎn)能力為Q=47.73t/h。

因此，采煤機(jī)的功率可表示為：

式中：

P-裝機(jī)功率，kW；

Hw-單位能耗，一般可取0.8kW?h/t。

則可計算出采煤機(jī)的功率應(yīng)為P=38.18kW。

3.3 確定采煤機(jī)型號

根據(jù)前面的計算分析結(jié)果，為9號煤層選擇MG100/238-BWD型采煤機(jī)，其基本參數(shù)如表2所示。

表2 采煤機(jī)基本參數(shù)

由表2可以看出，該型采煤機(jī)完全滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求。

4 刮板運(yùn)輸機(jī)選型

4.1 確定刮板運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)煤能力

運(yùn)輸機(jī)選型要考慮與采煤機(jī)和液壓支架相匹配，運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)輸能力與采煤機(jī)采煤能力有關(guān)，表達(dá)式為：

式中：

Qy-刮板運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)煤能力，t/h。

計算得到Qy≥52.48t/h。

4.2 確定刮板運(yùn)輸機(jī)型號

考慮運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)煤能力，結(jié)合三機(jī)配套原則，推薦使用SGZ-630/150型雙中心鏈可彎曲刮板輸送機(jī)，其主要參數(shù)如表3所示。

表3 刮板運(yùn)輸機(jī)主要參數(shù)

由表3可以看出，該型刮板運(yùn)輸機(jī)完全滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求。

5 結(jié)論

根據(jù)華苑煤業(yè)9號薄煤層實(shí)際地質(zhì)條件，對工作面開采設(shè)備進(jìn)行合理選型，選擇ZY3400/10/24型液壓支架、MG100/238-BWD型采煤機(jī)和SGZ-630/150型刮板輸送機(jī)，在實(shí)際生產(chǎn)中，滿足了礦井生產(chǎn)需求，為工作面的安全高效生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。