杜 謙

（晉能控股煤業(yè)集團馬道頭煤業(yè)有限公司，山西 大同 037000）

大同煤田作為我國典型的“三硬”煤層礦區(qū)，大同礦區(qū)工作面的堅硬頂?shù)装寮懊簩邮沟萌龣C之間難以相互配合協(xié)調(diào)，降低工作面開采效率[1]。因此，根據(jù)8106“三硬”特厚煤層綜放工作面煤層強度高、冒落塊度大、礦壓顯現(xiàn)劇烈、生產(chǎn)效率低的實際情況，研究合理的三機配套選型，對提高“三硬”特厚煤層的開采質(zhì)量和效率具有重要意義。

1 工程背景

1.1 工程概況

馬道頭煤礦8106 工作面南側(cè)緊鄰8105 工作面，東側(cè)為北一盤區(qū)運輸大巷，西側(cè)為鐵路保護煤柱，北側(cè)為實體煤。8106 工作面煤層賦存3-5#層煤，賦存穩(wěn)定，煤層總厚度為11.98～23.96 m，平均煤厚為19.32 m。煤層普氏系數(shù)f=3。8106 工作面斷裂構(gòu)造較為復(fù)雜，斷層附近煤巖層破碎，節(jié)理發(fā)育，煤層結(jié)構(gòu)為碎裂結(jié)構(gòu)。結(jié)合實際地質(zhì)條件，通過評價得出頂煤冒放性較好，決定采用綜采放頂煤采煤法進行開采，機采高度3.9 m，放煤厚度11.6 m，采放比約為1:2.97。圖1 為8106 工作面頂?shù)装逯鶢顖D。

圖1 8106 工作面頂?shù)装逯鶢顖D

1.2 工程問題

由圖1 可知，8106 工作面煤層賦存較厚，采用綜放開采效率高，單產(chǎn)高，投資少。但8106 工作面同時兼具“三硬”煤層的特性，強度高，整體性強，懸頂長，冒落塊度大，容易造成工作面生產(chǎn)效率低下等問題。為保證8106 工作面“三硬”特厚煤層開采滿足設(shè)計生產(chǎn)要求，現(xiàn)需要對8106 工作面進行三機配套選型研究，以充分發(fā)揮綜采設(shè)備的性能優(yōu)勢，實現(xiàn)高產(chǎn)高效。

2 “三硬”特厚煤層三機配套選型

2.1 配套原則

8106 工作面煤層較厚較硬，適宜采用大采高綜放開采。針對“三硬”特厚煤層特殊的賦存條件，需選擇適用于堅硬煤層放頂煤開采的配套三機，配套原則主要從幾何尺寸、生產(chǎn)能力、服務(wù)壽命三方面討論：

（1）幾何尺寸配套。特厚煤層的厚度變化對液壓支架的支撐高度有一定要求，在滿足采煤機安全割煤的基礎(chǔ)上，還應(yīng)在最大煤厚時支得住，最小煤厚時卸得掉。液壓支架的架寬應(yīng)與運輸機的中部槽長度相等，從而順利完成推移拉架工作[2]。

（2）生產(chǎn)能力配套。采煤機的生產(chǎn)能力是影響整個工作面產(chǎn)量的核心因素，應(yīng)根據(jù)設(shè)計生產(chǎn)能力選擇符合條件的采煤機。8106 工作面所選采煤機應(yīng)超過綜放工作面的割煤任務(wù)，且應(yīng)選取工作效率稍高于采煤機的配套設(shè)備，從而保障采煤機的工作效率。

（3）服務(wù)壽命配套。三機的大修周期和使用壽命應(yīng)基本一致，否則會對生產(chǎn)造成影響，甚至造成設(shè)備損壞。對于8106 工作面的堅硬特厚煤層，通常需要選擇功率大、強度高的采煤機，通過推移前部運輸機形成不同的彎曲段，使采煤機切入煤壁完成相應(yīng)的采煤工序。

針對8106 綜放工作面地質(zhì)概況，在幾何尺寸、生產(chǎn)能力、服務(wù)壽命配套的基礎(chǔ)上，應(yīng)選用功率大、強度高、可靠性高的三機設(shè)備。

2.2 設(shè)備選型

（1）放頂煤液壓支架選型計算

8106 工作面煤層及頂?shù)装鍒杂膊灰卓迓?，垮落步距較大，故液壓支架需能承受較大載荷。根據(jù)工作面礦壓顯現(xiàn)特點，應(yīng)選擇抗沖擊性能較高的液壓支架，以保證工作面安全生產(chǎn)。圖2 為放頂煤液壓支架結(jié)構(gòu)受力示意圖。

圖2 放頂煤液壓支架結(jié)構(gòu)受力示意圖

由圖2 可知，可根據(jù)式（1）、（2）、（3）確定工作面液壓支架所需的額定工作阻力。

式中：qz為支架的動載支護強度，kN/m2；h1為頂煤厚度，取11.6 m；h2為對支架有直接影響的巖層厚度，m；LK為梁端距，取0.340 m；LD為頂梁長度，取5.315 m；α 為頂煤斷裂角，取70°；θ為頂板斷裂角，取60°；γ1為頂煤的容重，取14.5 kN/ m3；γ2為頂板巖石的容重，取25 kN/ m3；B為支架寬度，取1.75 m。帶入計算得支架支護強度qz應(yīng)大于893.9 kN/m2，支架的工作阻力P應(yīng)大于11 058 kN。

8106 工作面中間支架選用ZF15000/27.5/42 型支撐掩護式低位放頂煤液壓支架。支架的額定阻力為15 000 kN，滿足頂板控制的需要。過渡支架選用配套的ZFG13000/27.5/42 型液壓支架。端頭支架選用配套的ZTZ20000/27.5/42 型液壓支架。

（2）采煤機選型計算

采煤機在開采過程中主要負責落煤、裝煤工作。在8106 工作面“三硬”條件下，選型應(yīng)提高采煤機壽命周期的預(yù)估精度，保證采煤機可靠性，提高開機率[3]。根據(jù)已知工作面參數(shù)，計算采煤機生產(chǎn)能力及割/放煤量，計算如式（4）、（5）、（6）。

式中：Qc為工作面采煤機生產(chǎn)能力，t/h；Qj為采煤機每刀割煤量，t；Qf為每刀放煤量，t；M為采高，取3.9 m；B為截深，取0.8 m；V為牽引速度，取4 m/min；γ為煤層密度，取1.45 t/m3；K為時間利用系數(shù)，取0.75；L為工作面長度，取220 m；L1為不放煤長度，取10.5 m；h為工作面平均放煤煤厚，取11.6 m；C為機采回采率，取95%；C1為頂煤回采率，取90%。

采煤機生產(chǎn)能力：

采煤機每刀割煤量：

每刀放煤量：

工作面選用 Eickhoff SL-500 型雙滾筒采煤機。每刀煤割煤量為945.5 t，放煤量為2 537.1 t，每刀生產(chǎn)總量為945.5+2 537.1=3 482.6 t，工作面日割煤刀數(shù)為20 000/3 482.6 ≈6 刀，生產(chǎn)能力滿足要求。

（3）刮板運輸機選型計算

8106 工作面采用“一刀一放”的放煤方法，前刮板輸送機運輸速度需大于采煤機割煤速度；后刮板運輸機主要負責放頂煤的運輸，其運輸能力需大于放頂煤生產(chǎn)能力[4]。計算如式（7）、（8）。

前刮板運輸機運輸能力：

上文計算得出日進刀數(shù)為6 刀，每刀放煤量Qf為2 537.1 t；工作面生產(chǎn)循環(huán)為四六制，即三班采煤一班檢修，故采煤班日工作時長共18 h，考慮換班、準備等時間，實際采煤時間約為75%，得每小時放頂煤生產(chǎn)能力Qh。

后刮板運輸機運輸能力：

PF6/1142 型前部運輸機運輸能力為2500 t/h，PF6/1342 型后部運輸機運輸能力為3000 t/h。運輸能力均滿足8106 工作面要求，故選其作為工作面前后刮板運輸機。

2.3 設(shè)備型號及參數(shù)

結(jié)合工作面實際情況，設(shè)計8106 工作面三機選型結(jié)果見表1。其中，Eickhoff SL-500 型雙滾筒采煤機機采高度2.7～5.2 m，滾筒直徑為2.3 m，截深為0.8 m，裝機總功率1715 kW。

表1 8106 工作面三機選型一覽表

3 三機配套選型效果分析

（1）8106 工作面三機配套運行正常，性能優(yōu)良。所選采煤機能在堅硬煤層條件下按照設(shè)計標準保質(zhì)保量完成割煤任務(wù)，開機率高達68%。配套液壓支架和刮板運輸機由于設(shè)備故障導致影響生產(chǎn)的時間極少，不會拖延整體生產(chǎn)進度。

（2）通過工作面日實際回收率核算，工作面回收率C=Qc/Qk= 7 269 743.6÷8 119 000 ≈89.5%，回收率相對較高，日產(chǎn)量達20 000 t，發(fā)揮出了8106 綜放工作面的高生產(chǎn)效能。

綜上所述，8106 工作面“三硬”特厚煤層強度較高，垮落步距較大，易發(fā)生沖擊，需選擇強度高、功率大、穩(wěn)定性高的配套三機設(shè)備，綜放開采三機配套選型效果較好，設(shè)備整體性能穩(wěn)定，工作面回收率達到89.5%，實現(xiàn)了8106 工作面的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。