邱俊帥

（山西西山晉興能源有限責(zé)任公司，山西 呂梁 033600）

1 礦井概況

斜溝礦位于山西省興縣北50 km 處，礦井面積約88.6 km2，礦井設(shè)計生產(chǎn)能力15.0 Mt/年，現(xiàn)主要開采2 號、8 號煤層，煤層平均厚度4.5 m，2 號、8 號煤層單一水平聯(lián)合布置開采。2 號、8 號位于二疊系下統(tǒng)山西組，18503 工作面現(xiàn)主要開采8 號煤層，煤層平均厚度3.2 m；工作面老頂為K8 中細(xì)砂巖，平均厚度5.66 m，該層砂巖，裂隙較發(fā)育，質(zhì)硬，鈣質(zhì)膠結(jié)，屬中等堅硬巖石，冒落型Ⅱ類頂板；直接頂為粉砂巖、泥巖，平均厚度為4.84 m，局部含有偽頂為砂質(zhì)泥巖，質(zhì)軟，易碎，隨采煤垮落；底板主要為泥巖或粉砂巖，較為堅硬，厚度為0.7～2.5 m，粉砂巖下有一層0.2～0.5 m厚煤層，底板為復(fù)合型底板；煤層傾角為3°～15°，煤層厚0.60～1.10 m，平均0.80 m，不含夾矸，煤層結(jié)構(gòu)簡單，局部穩(wěn)定可采；煤質(zhì)為特低灰、低硫高發(fā)熱量優(yōu)質(zhì)主焦煤，具有較好的開采價值。8 號煤層位于山西組中部，煤層厚0.6～3.2 m，平均1.98 m，不含夾矸，煤層結(jié)構(gòu)簡單；頂板巖性為粉砂巖、泥巖，底板巖性為泥巖或粉砂巖；2 號、8 號煤層賦存瓦斯含量較高，為高瓦斯礦井。

斜溝礦2 號煤層平均可采厚度僅0.8 m，確定合理的工作面開采工藝、布置參數(shù)及開采高度，選擇合理的工作面“三機(jī)”配套設(shè)備，是實現(xiàn)薄煤層綜采工作安全高效生產(chǎn)的最關(guān)鍵環(huán)節(jié)；工作面合理的“三機(jī)”配套設(shè)備有利于工作面實現(xiàn)遠(yuǎn)程自動化控制作業(yè)，實現(xiàn)高產(chǎn)高效[1]。

2 液壓支架參數(shù)的確定及選型

液壓支架選型的主要依據(jù)是工作面頂、底板巖性、煤層厚度、工作面采高等因素。2 號煤層直接頂板為細(xì)砂巖，屬于Ⅱ類頂板，選用防護(hù)性能較好的支撐掩護(hù)式支架。由于工作面兩順槽臥底掘進(jìn)，巷道底板較2 號煤層底板低1.2 m，工作面端頭支架和中間支架應(yīng)選用不同架型。

2.1 支架強(qiáng)度

按經(jīng)驗公式計算：

式中：m 為采高；γ 為頂板巖石容重，取2.6，2 號煤。

通過計算可得P=168～224 kPa，取最大224kPa。端頭支架支護(hù)面積大，支護(hù)強(qiáng)度按照中間架的1.2 倍進(jìn)行計算，為268 kPa。

按照Ⅰ～Ⅲ級老頂?shù)念~定支護(hù)強(qiáng)度下限進(jìn)行計算：

式中：Ps為額定支護(hù)強(qiáng)度下限，kPa；h 為煤層最大采高，取1.3 m；L 為周期來壓步距，11～14 m；N 為直接頂與采高之比。

液壓支架工作阻力下限為：

式中：Fs為支架工作阻力下限，kPa；Sc為支架中心距，取1.5 m；Bc為支架最大控頂距，取4.0 m；Ks為支護(hù)效率取0.8。

將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（3）得：Fs=305～315 kPa，取最大值315kPa。經(jīng)計算：2 號煤工作面液壓中間支架工作阻力需大于315kPa，端頭支架工作阻力需大于378kPa。

2.2 支架支護(hù)高度

支架高度一般按下式計算

式中：Hmax、Hmin分別為支架最大、最小高度，m；Mmax、Mmin分別為工作面最大、最小采高，m。

2 號煤層工作面最大采高1.3 m，同時考慮到泥巖頂板易冒落造成支架接頂不嚴(yán)等情況，綜合分析確定支架最大高度為1.65 m；支架采用雙伸縮立柱，根據(jù)支架設(shè)計特點(diǎn)，確定支架最小支護(hù)高度Hmin=0.7 m。

2.3 支架中心距

結(jié)合斜溝礦井運(yùn)輸條件、國內(nèi)現(xiàn)有薄煤層工作面設(shè)備情況及工作面開采地質(zhì)條件等綜合因素分析，液壓支架中心距選用1.5 m 比較適宜。2 號煤層頂?shù)装鍨槟鄮r、砂質(zhì)泥巖，采用兩柱掩護(hù)式支架可利用平衡千斤頂調(diào)節(jié)頂梁合力作用的位置，能較好地適應(yīng)工作面頂板壓力變化情況，且支撐合力作用點(diǎn)距煤壁的距離也相對較小，頂梁前端支撐能力相對較大，對泥巖頂?shù)装宓倪m應(yīng)性更強(qiáng)，因此，支架架型優(yōu)先選擇兩柱掩護(hù)式液壓支架。2 號煤工作面底板為復(fù)合底板，易底鼓，根據(jù)這一特性，需選用底座斷面大，且強(qiáng)度高的錳鋼制作而成的液壓支架，增大底板接觸面積與支撐強(qiáng)度；由于工作面空間因素，液壓支架只能選用整體頂梁鋼性結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)端部承載能力更大，可有效控制工作面前部頂板，彌補(bǔ)不能安裝前探梁及護(hù)幫板的短板；空間因素還導(dǎo)致作業(yè)人員操作支架時需采用隔架操作的方式進(jìn)行作業(yè)，確保作業(yè)人員安全[2]。綜合以上考慮，2 號煤工作面兩端頭各采用2 架ZDY4000/14/28D型端頭支架支護(hù)，中間架選用ZY3500/07/16.5D 型掩護(hù)式液壓支架，可滿足支護(hù)要求。

3 采煤機(jī)選型

3.1 采煤機(jī)選型主要影響因素

采煤機(jī)選型時，應(yīng)對煤層厚度、煤層傾角、煤層硬度、頂?shù)装鍘r性、地質(zhì)構(gòu)造、以及采煤方法和工藝要求、技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果、配套設(shè)備要求等因素進(jìn)行綜合分析，然后選配最優(yōu)機(jī)型。

3.2 采煤機(jī)性能參數(shù)確定

3.2.1 采高

采煤機(jī)的采高應(yīng)與開采煤層厚度相適應(yīng)，根據(jù)2號煤層工作面開采具體地質(zhì)條件，選定采煤機(jī)的采高范圍為0.9～1.4 m（根據(jù)目前國內(nèi)設(shè)備情況，2 號煤層需要割一定厚度的頂板或底板矸石），采煤機(jī)兩滾筒直徑易選用900 mm。

3.2.2 截深

截深的選取與煤層厚度，煤層軟硬，頂板巖性以及支架移架步距有關(guān)，綜合考慮，工作面采煤機(jī)截深取630 mm。

3.2.3 采煤機(jī)割煤能力

采煤機(jī)割煤能力與工作面設(shè)計生產(chǎn)能力存在如下關(guān)系：

式中：Qm為采煤機(jī)平均落煤能力，t/min；T 為工作面日生產(chǎn)班時間，取20 h；K 為工作面生產(chǎn)系統(tǒng)有效度，取0.9；Q 為設(shè)計工作面平均日原煤產(chǎn)量及矸石產(chǎn)量，取1 495 t/d。

將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（5）得Qm=1.38 t/min。

3.2.4 采煤機(jī)最大割煤速度的確定

由采煤機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)及客觀實際條件，采煤機(jī)最大截割速度實際應(yīng)用中可以簡化為：

式中，Vc為采煤機(jī)平均割煤速度，取2.5 m/min；K′ 為采煤機(jī)割煤速度不均衡系數(shù)，取1.5。由此可知，采煤機(jī)的最大截割速度Vmax為3.75 m/min，要保證采煤機(jī)的最大截割速度及生產(chǎn)能力，要求選擇采煤機(jī)的最大牽引速度大于最大截割速度。

3.2.5 采煤機(jī)截割功率

按采煤機(jī)單位能耗計算采煤機(jī)截割功率為：

式中：N 為采煤機(jī)截割功率，kW；Kb為備用系數(shù)，取1.2；B 為采煤機(jī)截深，取0.6 m；H 為采高，取1.1 m；Hw為采煤機(jī)割煤單位能耗，取1.5 kWh/m3。

經(jīng)過計算得到采煤機(jī)截割功率為340 kW，考慮到工作面割矸情況及采煤機(jī)過煤高度，采煤機(jī)功率應(yīng)適當(dāng)加大。綜合以上因數(shù)分析，采煤機(jī)選用MG200/456-AWD 型。

4 刮板輸送機(jī)選型

極薄煤層刮板輸送機(jī)參數(shù)的確定主要考慮運(yùn)輸能力、電機(jī)功率及傳動結(jié)構(gòu)等三方面，刮板輸送機(jī)機(jī)頭傳動結(jié)構(gòu)基本有兩種形式，即刮板輸送機(jī)電機(jī)、減速箱與工作面切眼平行布置和垂直布置[3]，平行布置要求工作面切眼兩端頭必須有一定高度才能保證工作面通風(fēng)、行人暢通，工作面切眼機(jī)頭、機(jī)尾15 m 范圍臥底割矸工程量較大，為保證煤質(zhì)減少工作面割矸量，刮板輸送機(jī)選用下彎機(jī)頭，電機(jī)、減速箱垂直于輸送機(jī)運(yùn)輸方向布置安裝在順槽內(nèi)，機(jī)頭下安設(shè)專用底座與端頭架、轉(zhuǎn)載機(jī)尾搭接。經(jīng)過計算，刮板輸送機(jī)的最小輸送能力應(yīng)為113 t/h，綜合考慮，工作面刮板輸送機(jī)選用SCZ630/220 型。

5 其他設(shè)備配備

斜溝礦2 號煤工作面運(yùn)輸順槽運(yùn)輸系統(tǒng)選用SZZ730/132 型轉(zhuǎn)載機(jī)（輸送能力700 t/h，電機(jī)功率132 kW）、PLM1000 型破碎機(jī)（破碎能力1 000 t/h，電機(jī)功率110 kW）、DSJ80/40/2×55 型可伸縮帶式輸送機(jī)（輸送能力400 t/h，電機(jī)功率2×55 kW），工作面供液系選用BRW315/31.5 型乳化泵（電機(jī)功率200 kW）、BPW200/6.3 型噴霧泵站（額定流量200 L/min，電機(jī)功率30 kW）、YTJS-5 型煤礦專用純凈水處理設(shè)備（單機(jī)產(chǎn)水量5 m3/h，電機(jī)功率7.5 kW）、進(jìn)液高壓自清過濾站1 臺（過濾站流量1 000 L/min，過濾精度25 μm）。

6 結(jié)論

1）通過在2 號煤2101 工作面的開采實踐運(yùn)用，所選取的工作面三機(jī)配套設(shè)備能夠較好適應(yīng)2 號極薄煤層復(fù)合底板的回采要求。工作面頂板初次來壓期間，工作面支架的最大工作阻力為2 905 kN/架，是額定阻力的83%，所用液壓支架強(qiáng)度能夠滿足工作面初次來壓及周期來壓強(qiáng)度要求；周期來壓期間，工作面局部底鼓量為0.1～0.2 m，也得到有效控制。

2）主要存在問題：工作面遇到地質(zhì)構(gòu)造段時，采煤機(jī)組挑頂、臥底割矸量較大，機(jī)組震動較大，機(jī)組重量需進(jìn)一步加大；工作面局部褶皺發(fā)育時，工作面切眼不易過長，工作面刮板輸送機(jī)起伏不平，故障率較高。

3）實現(xiàn)了工作面運(yùn)輸順槽集中自動化控制作業(yè)，每班作業(yè)人員由17 人降至9 人，提高工效近一倍，既減員降低了員工勞動強(qiáng)度，又取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，對于類似地質(zhì)條件的礦井具有積極的推廣運(yùn)用價值。