东曲矿综采工作面三机配套合理选型及应用

陈 健

（西山煤电集团公司东曲煤矿， 山西 古交 030200）

引言

随着煤矿开采技术的不断进步，综采机械化设备的应用使得煤矿生产逐渐实现自动化、智能化和一体化。与传统的煤矿开采工艺相比，综合机械化开采在开采效率的提升和巷道顶板支护等方面有显著提高。而工作面综采三机（采煤机、刮板输送机、液压支架）的科学合理选型与配套，对综采工作面短期内能否顺利达到预计产量具有重要影响。

1 矿井概况

东曲矿位于山西省古交市东南，矿井井田面积60 km2，可采储量4.6亿t，主要开采煤层太原组8号、9号，矿井设计年生产能力4.00 Mt。井田走向长度为7.3 km，倾向长度为6.5 km，总面积达35.6 km2。矿井开采采用平硐加斜井式开拓、条带式开采方式。14216工作面位于东曲矿三采区主要开采太原组8号煤层，煤层为南北走向，工作面由运输巷、运联巷、材料巷、材联巷、切眼组成。工作面长度为145.5 m，可采长度为1 408 m，煤层厚度（含矸）9.28 m，煤倾角为 6°～15°，容重 1.37 t/m3，面积 20 4864 m2，工业储量2.3 Mt，可采储量192.81万t。采煤方法为长壁式综合机械化低位放顶煤全部垮落采煤法，其中底分层采高2.8 m，循环进度0.8 m，底分层采出率95%。放顶煤区段为136.5 m，顶煤厚度为4.86 m，工作面采出率85%，采放比1∶1.74/1∶2.31（在实际放煤过程中受煤层厚度变化影响，放采比可能存在不确定因素）。放煤步距0.8 m，一采一放，循环产量为1 042 t，工作面推进方向由南向北。

2 综采三机的选型配套

2.1 采煤机的选型配套

2.1.1 选型原则

1）采煤机的选型应适合矿井煤层的赋存条件，采煤机的主要技术参数如采高、截深、功率、牵引方式等主计算应科学合理，有较大的适用范围。

2）满足工作面开采生产能力的要求，采煤机的生产能力应大于工作面设计生产能力，满足于液压支架和刮板输送机的配套标准。

3）采煤机的技术性能良好、操作简单、安全可靠，各种保护功能完善，便于后期的检修与维护[1]。

2.1.2 采煤机技术参数计算

14216工作面采高为2.8 m，截深（厚煤层）常用0.8 m；采煤机装机功率主要用于截煤和装煤，牵引功率只占15%左右，为防止电动机满负荷过载运转，电动机功率都留有一定的富余量，采高2.8 m，双滚筒装机功率一般取200～300 kW，采煤机质量太小会影响机器工作的稳定性，太大又要增加牵引力。

工作面生产能力：

式中：Q1为工作面需要生产能力，t/h；Qr为日生产能力，t/h，根据8号煤日产量，取4 168 t/h；K为生产不均衡系数，取0.9；A为日工作时长，取6 h；T为每班检修时长，取1 h；D为工效系数，取0.9；C为每班工作时间，取0.95 h。将数值代入公式计算得出14216综采工作面需要生产能力为219.39 t/h。

采煤机可实现的生产能力：

式中：Q2为采煤机械可实现的生产能力，t/h；V1为采煤机械平均牵引速度，取3.0 m/min；H为平均割煤高度，取2.8 m；B为滚筒截深，取0.8 m；r为煤的密度，取1.4 m/m3。将数值带入公式计算得出Q2为564.48 t/h，大于工作面需要生产能力Q1。

煤层倾角12°以下的煤层是机械化开采的有利条件，采煤机不会滑倒，可不考虑设置防滑倒措施。当煤层倾角较大时，必须安装防滑倒装置。

2.1.3 采煤机选型结果

根据计算选择型号为MG300/700-AWD型系列的交流电牵引采煤机，具体参数见1。

表1 MG300/700-AWD型系列的交流电牵引采煤机参数

2.2 液压支架选型

2.2.1 支架选型原则

选择液压支架主要根据工作面顶板条件，同时还应考虑矿井煤层赋存条件，如煤层厚度、煤层倾角、顶底板强度、煤与瓦斯突出、采煤工艺及端头架。

2.2.2 支架技术参数计算

1）支架高度确定。支架最大结构高度Hmax=Mmax+S1=3 000+200=3 200 mm；支架最低结构高度Hmin=Mmin-S2=2 600-900=1 700 mm；支架伸缩比Ks=Hmax/Hmin=3 200/1 700=1.88。式中：Mmax、Mmin分别为煤层最大、最低采高，分别取3 000 mm、2 600 mm；S1为伪顶冒落的最大高度，取200 m；S2为矿井周期性来压时的顶板的下沉量、移架时支架的下降量和顶梁上、底板下的浮矸之和，取900 mm。根据计算数据，中间架选择17/32架型高度，过渡架选择19/32架型高度。

2）支架支护阻力计算。根据经验公式，支架应达到的支护强度为：

式中：P为老顶来压时的支护强度；M为割煤高度，取2.8 m；γ为上覆岩层平均容重，采用加权平均法予以计算。在工作面上覆岩层中，煤层厚度为4.86 m，容重为13.7 kN/m3。1号矸厚度为0.1 m，2号矸厚度为0.03 m，容重均为20 kN/m3；泥岩厚度为1 m，容重为 20 kN/m3；K2灰岩厚度为 8.37 m，容重为 24 kN/m3。按8倍采高岩重进行验算，γ＝（Σhi×γi）/Σhi=（4.86×13.7+0.1×20+0.03×20+1×20＋8.37×24）/（4.86+0.1+0.03＋1+8.37）≈20.2 kN/m3。式中：hi为上覆岩层分层厚度，m；γi为顶板各岩层容重，kN/m3。最终得出 P=8×2.8×20.2＝452.48 kN/m2=0.45 248 MPa。选择支架支护强度应大于P。

3）底板比压验算。根据实测，工作面底板允许比压为8.79 MPa，选择支架设计底板比压小于工作面底板允许比压，支架不会发生钻底现象。

2.2.3 液压支架选型结果

根据以上计算，设计选用中间架ZF6800/17/32型94架，过渡架选用ZFG8000/19/32型5架，具体见表2。

表2 支架主要参数及技术特征

2.3 刮板输送机选型

2.3.1 刮板输送机选型原则

1）刮板运输机的外型尺寸应符合采煤机的牵引和行走装置要求，并与之相配套。

2）刮板输送机长度应与综采工作面长度相适应，同时刮板输送机的输送能力应大于采煤机的生产能力，一般取1.2倍。

3）合理控制溜槽与支架推移千斤顶连接装置之间的距离，并与之结构匹配。

4）为满足采煤机的配套要求，应在机头机尾安装张紧、防滑装置，靠煤壁一侧设铲煤板，靠采空区一侧附设电缆槽等[2]。

2.3.2 刮板输送机的配套选型

按照刮板输送机应满足采煤机生产能力的要求，前刮板输送机选用SGZ-764/630型，后刮板输送机选用SGZ-800/800型，其技术参数见表3。

表3 前刮板输送机SGZ-764/630和后刮板输送机SGZ-800/800参数

3 改进建议

针对14216工作面综采三机选型配套并试运转情况的分析，表明综采三机选型合理能够满足工作面实际生产要求，对现场运行过程中出现的问题，提出改进建议：

1）降低采煤机滚筒的转速是提升采煤机滚筒截割能力的有效途径，按照低速要求来设计采煤机截割部传送系统内部的传送部件，可大大延长设备的使用寿命；

2）重视并加强日常检修管理工作，及时更换损坏配件，加注润滑油，出现故障后不能因为赶生产任务而让机器带病作业，使得小故障演变成大故障。

3）在保证安全的前提下，应该加强管理，按照作业规程合理安排采煤、移架、放煤循环作业，减少工序相互影响，避免不必要的停机，提高采煤机开机率。

4 结论

东曲矿对14216工作面综采三机进行科学合理的选型配套，实现了矿井的高产高效，大幅提升了矿井的开采效率。综采三机的选型配套应根据工作面实际地质条件和生产要求进行，不能单纯以“经验类比”为主，应用科学高效的管理措施来提升综采工作面的开采量，优化作业环节，减少劳动强度，从而提高生产效率[3]。