大采深大倾角综放工作面设备选型与配置技术的探讨与研究

李振 王卫民

摘要：针对矿井开采向深部延伸和煤层地质条件的实际情况，对综放工作面的设备选型和配置进行了阐述和计算，为矿井以后确定工作面参数和设备选型提供了可靠的技术依据。

Abstract： According to the actual situation of deep mining and geological conditions of coal seams， the equipment selection and configuration of the fully mechanized top coal caving face are elaborated and calculated， which provides a reliable technical basis for determining the working face parameters and equipment selection.

关键词：大采深；大倾角；设备选型；配置；技术探讨

Key words： large depth of mining；large dip angle；equipment selection；configuration；technical discussion

中图分类号：TD421 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）27-0129-02

1 概况

1.1 工作面概况 该综放工作面地面标高+54.3～+56.2m；井下标高-778～-846m；回采对地面设施的影响地表多为农田，预计回采后，地表最大下沉320mm。井下位置及四邻采掘情况：工作面东侧靠近断层（H=40～110∠65～77°），西侧为DF2（H=5～20∠75°）、DF4（H=0～15∠65°）及DF3（H=5～40∠55～75°）断层，北侧靠近井田边界，南与3下7111集轨、集运相连，工作面四周无采掘活动。走向长度1086m；倾斜长度189m；面积205815m2。

1.2 煤层 该工作面煤层3下煤层，赋存较稳定，煤厚2.2～8.7/4.8m，受较大断层影响，煤层局部破碎、节理裂隙较发育，出现碎裂煤，正常块段煤体结构以原生结构煤为主。煤层厚度2.2～8.7m；煤层结构复杂；煤层倾角4°～17°；可采指数1.0；变异系数23.6%.煤的组分以镜质组和半镜质为主，属低灰、低硫、特低磷煤。

1.3 煤层顶底板情况表 基本顶：中、细砂岩28.1～55m，灰色-浅灰色，薄-中厚层状，成分以石英为主，次为长石，暗色矿物，次圆状，分选性好，泥钙质胶结夹泥炭质条纹，f=8～12。直接顶：粉砂质泥岩0～3.6m，灰色-浅灰色，薄-中厚层状，砂泥质结构，夹砂质条纹，显水平状层理f=3～4。直接底：粉砂质泥岩2.8～8.3m，深灰色、砂泥质结构，煤层底板有0.2m炭质泥岩，f=3～4。基本底：细砂岩20～35m，浅灰色、质纯、致密、具水平层理，f=6～8。

1.4 地质构造 实见或预测落差大于三分之二采高断层向工作面内部发展变化。据三维物探资料显示，3下7111工作面位于尹家洼断层（H=40-110∠65-77°）上盘，DF2（H=5-20 ∠75°）、DF4（H=0-15∠65°）斷层东侧。区内构造复杂，不仅发育有落差较大的断层，还发育有次级轴向NNE的褶曲。由于工作面两侧受较大断层影响，次生构造发育，断层及褶曲构造导致两巷起伏变化较多。同时由于工作面地层倾角存在反转现象，轨道巷、运输巷交替出现上下巷，导致煤层破碎、节理裂隙较发育。工作面掘进期间揭露H>5m且延伸至面内正断层两条，分别为F6（H=6∠70°）、F20（H=5.7∠75°）。F6断层与工作面走向垂直，轨道巷掘进期间并未揭露与该断层有直接联系的构造；F20断层与工作面形成30°夹角，掘进期间破顶板过断层。由于两断层均向面内延伸且落差较大，预计对工作面回采有较大影响。

1.5 采放工艺 采用走向长壁后退式采煤法，为综采放顶煤采煤工艺，液压支架支护顶板，前后部刮板运输机运煤，全部垮落法处理采空区顶板。

工艺流程：割煤→移架→推移前部刮板运输机→放煤→拉移后部刮板运输机。

2 工作面设备选型

2.1 采煤机的选型 采煤机的选型要和煤层地质条件、工作面生产能力相适应，根据工作面开采条件，确定工作面采高为3.3m，放煤高度为1.5m，采煤机截深为0.8m。

采煤机的装机功率采用单位能耗法进行计算，煤层中含夹矸，因此采煤机割煤单位能耗HW按0.75kWh进行功率计算，采煤机的装机功率为：

PW=60HW·H·b·V·γ·k=747kW

根据上述计算参数和现场实际生产技术条件，选用MG400/930-WD双滚筒电牵引采煤机。其主要技术参数如下：

采高：2.0～4.0m 电机功率：2×400+2×55+20kW

截深：0.8m 牵引速度：0～8.3m/min

牵引力：680～410kN 牵引方式：无链电牵引

煤层倾角：≤40° 煤质硬度：硬或中硬

滚筒直径：？准2000mm 卧底量：300mm

过煤高度：684mm 摇臂摆动中心距：7600mm

2.2 液压支架的选型 液压支架工作阻力确定的基本条件为：工作面煤层厚度为4.8m，采煤机割煤高度3.3m，放煤高度1.5m，采深-778～-846m，煤的坚固性系数f为1.0～2.0左右。

2.2.1 根据液压支架支撑冒落带顶板岩层和顶煤的重量，并平衡基本顶失稳时对液压支架的动载，计算液压支架所需的支护强度：q=Kd（q冒+q顶煤）冒落带岩层自重应力，本工作面液压支架的额定支护强度取1.1MPa= 1100kN/m2，1100kN/m2>552.9kN/m2满足要求。

2.2.2 根据确定的支护强度和工作面配套尺寸，确定液压支架合理工作阻力p：

P=qB（LK+LD）/KS

根据以上计算，工作面选用ZF9000-20/42支架额定工作阻力9000kN，9000kN>4426kN满足要求。

2.3 工作面共安装128架四柱支撑掩护式低位放顶煤液压支架、6架端头过渡支架、1架端头卸载支架，具体型号：ZF9000-20/42、ZFG9500-22/38；端头卸载支架型号：ZT10000-25/40。

2.4 运输设备选型

2.4.1 工作面前部运输机的选型 按照刮板运输机的运输能力必须满足采煤机割煤能力的要求，同时考虑到片帮煤和工作面运输机运转条件多变，其实际运输能力应略大于采煤机的小时最大生产能力，取备用系数为1.2。

根据采煤机的技術参数，确定采煤机每小时平均生产能力

QC=60H·b·V·γ=311t/h

则刮板运输机运输能力Q=1.2QC=373.2t/h，要求前部运输机的运输量≧373.2t/h。本工作面所选刮板运输机型号为SGZ-830/800，运输能力1200t/h，1200t/h>373.2t/h满足生产需要。

2.4.2 工作面后部运输机的选型 从工作面采煤机割煤和放顶煤工序应最大限度地平行作业、采煤机平均循环割煤时间与放顶煤平行循环时间基本匹配、尽量减少两个工序的相互影响时间等角度出发，对后部运输机运输能力进行确定。

液压支架放一架顶煤的时间约为1min，工作面面长为189m时，完成整个工作面放煤134min，则工作面放煤能力：

Vf=Lf/Tf=1.5m/min

与采煤机落煤能力相配套的工作面平均放煤能力为：

Qf=60HfbγCf（1+Cg）Vf=137t/h

按照放顶煤开采经验，后部顶煤放煤量经常达不到均匀放煤和均匀输送的要求，经常出现超负荷运输而导致刮板运输机压死的现象，取放煤流量不均匀系数为1.4，则后部刮板运输机能力Q=KfQf=191.8t/h，要求后部运输机的运输量≧191.8t/h。本工作面所选后部刮板运输机型号为SGZ-830/800，运输能力1200t/h，1200t/h>191.8t/h满足生产需要。

2.4.3 转载机、破碎机和胶带运输机选型 转载机的转载能力和破碎机的破碎能力要与工作面的生产能力相适应，并要求与工作面刮板运输机和胶带输送机相配套，根据上述配套情况，运输巷安装SZZ-830/400型桥式转载机一部、PLM-1500/160型破碎机一部、DSJ100/120/3×160型胶带输送机一部、DSJ100/120/2×160型胶带输送机两部。转载机、破碎机和胶带运输机运输、破碎能力均大于生产能力，满足生产需要。

①ZZ-830/400型桥式转载机一部，长度70m；②桥式转载机上安装一部PLM-1500/160型破碎机；③DSJ100/120/3×160型胶带输送机一部，长度890m；④DSJ100/120/2×160型胶带输送机两部，长度分别为240m、470m；⑤清淤系统：1）运输巷铺设清淤转载机两部，型号为SGB-620/40T，长度分别为20m；2）轨道巷铺设清淤皮带两部，型号为SDJ-800/40/2×40，长度分别为450m、500m。

2.5 辅助运输设备 辅助运输设备选用1t矿车、花车或专用平板车，牵引设备选用JY-4、JY-6型调度绞车，其主要技术参数如下：

①JY-4型调度绞车，外形尺寸：1968×1425×1500mm；

②JY-6型调度绞车，外形尺寸：2850×2723×2290mm。

3 结语

实现综放工作面的高产高效是我国综放技术的发展趋势。而综放工作面设备选型配套也成为急需解决的课题之一，其中顶板支护、前后部运输机能力的合理匹配、移架和割煤系统的可靠性又是设备选型配套中最主要的问题，是实现综放工作面高产高效的前提。本文提出的前后部运输机能力匹配原则及将可靠度直接设计到工艺参数中去的理论，对今后类似工作面的设备选型配套具有一定的理论和现实指导意义。

参考文献：

[1]王云东.极软易燃特厚煤层综采放顶煤工作面初采实践[J]；煤炭技术，2007（06）.

[2]李志军，宋选民，付玉平，邢平伟.神东矿区特厚煤层合理开采方法的优化选择[J].矿业研究与开发，2010（03）.

[3]李宛玲，杨武军.王庄矿攻克特厚煤层开采关键装备及技术[N].中国矿业报，2010.

[4]刘跃飞.大倾角特厚煤层综放采场支架—围岩相互作用关系研究[D].太原理工大学，2012.