采煤工作面机电设备的选型与配套研究

李 捷

(大同煤矿集团王村煤业有限责任公司，山西 大同 037003)

1 F6102综放工作面采煤方法选择及其依据

1.1 地质条件

王村煤矿属于低瓦斯矿井，地温正常，煤系地层含水量小，补给量小，水文地质条件简单，岩浆岩对煤层开采没有影响。矿井开采技术条件优越，储量丰富，市场看好，矿井具备建成10.0 Mt/a商品煤生产能力的条件。根据钻孔岩样力学性质统计，泥岩、砂质泥岩、碳质泥岩力学强度普遍低于砂岩，且以软岩为主，据岩芯观测，泥岩类易膨胀、崩解。煤层外生和内生裂隙发育，脆性差。设计采用长壁式采煤方法，采用综放或放顶煤综放工艺一次回采。

1.2 工作面主要参数的确定

根据煤层厚度、选择的采煤工艺和配套设备生产能力，参照类似条件矿井的生产实践，矿井正常生产期间，F6102放顶煤工作面开采2#煤层，一次采全高，平均采放高度为16.54 m，采放比1:2.95，其中割煤高度4.2 m，平均放煤高12.34 m。工作面煤炭经采煤机破煤并装到前部刮板输送机，后部煤炭经支架放煤口装到后部刮板输送机，两部输送机经转载机将煤转至顺槽胶带输送机，再经带式输送机、主斜井胶带机上到地面煤流系统。工作面正规循环生产能力：采用“三八制”正规循环方式作业，每个生产班按2个循环组织，检修班（早班）按1个循环组织，日进5刀，截深0.8 m，日进4 m。（1）每班进刀数：早班按1刀进行组织，中、夜班各按2刀组织。（2）日产量：Q=16 952.75 t。（3）月产量定额：Qm=457724.25 t。（4）月推进度：Lm=108 m。

2 主要设备选型的研究

2.1 主要设备参数计算

2.1.1 采煤机

对于F6102综放工作面来讲，主要是以采煤机割煤为中心，通过计算采煤机平均割煤速度和最大装机功率来进行设备的选型工作。

式中：

Qm-平均落煤能力，t/h；

B-截深，m；

H-平均采高，m；

σ-煤体密度，t/m3；

Vc-平均割煤速度，m/min。

式中：

Nmax-最大装机功率，kW；

Kn-富余系数；

Hw-单位能耗，（kW·h）/t。

根据公式（1）和公式式（2）计算可得，F6102综采放顶煤工作面采煤高度4.2 m，采放比为1:2.95，要求采煤机Vc为2.33 m/min，设计采用美国JOY公司7LS6C/604采煤机，电机总功率1865 kW，电压3300 V。

2.1.2 可弯曲刮板输送机

前部刮板输送机用来保证采煤机的落煤能力，后部用来保证割煤、放煤工序间的最平行作业。刮板输送机的能力计算公式为：

式中：

Qq-输送能力，t/h；

Kv、Ky-为同向运行、运输方向及倾角的修正系数；

Kc-不均匀系数。

通过选择原则及相应的计算，前部可弯曲刮板输送机设计选择引进的刮板输送机，运输能力2500t/h，槽宽1 m，电机功率为2×100kW，电压3300V；后部可弯曲刮板输送机设计选择引进的刮板输送机，槽宽1.2m，其余参数同前部可弯曲刮板输送机一致。

2.1.3 液压支架

支架选型主要是考虑到工作面的地质条件以及采煤机、刮板机、液压支架的配套性。支护强度的经验公式为：

式中：

q-支护强度，MPa；

K1-厚度系数，取5～8；

γ-岩石容重，取25 kN/m3。

顶板载荷的计算公式为：

式中：

P-支架工作阻力，kN；

b-顶梁长度，m；

c-梁端距，m；

B-顶梁宽度，m；

k-架间距，m；

η-支撑效率。

根据试验矿井煤层顶底板条件，借鉴国内外高产高效工作面的经验，根据计算，低位放顶煤液压支架设计ZF13800/27/43型放顶煤液压支架，工作阻力13 800 kN，支架中心距1750 mm，支撑高度2.7～4.3 m；过渡支架选用ZFG13800/27/43型，工作阻力13800 kN，支架中心距1750 mm，支撑高度2.7～4.3 m；端头支架选用ZFZ27600/23/40型，工作阻力27600 kN，支撑高度2.3～4.0 m；排头支架选用ZFP13800/23/40型，工作阻力13800 kN，支撑高度 2.3～4.0 m。

2.2 主要设备选型

根据前一小节对于主要机电设备的理论计算数据所得，王村煤矿2#煤F6102综放工作面设备选用美国JOY公司7LS6C/604采煤机、中煤北京煤矿机械有限责任公司 ZF13800/27/43 型放顶煤液压支架、张家口煤矿机械有限公司的西北奔牛煤矿机械厂的SGZ1000-2×1000、SGZ1200-2×1000前部中双链刮板输送机。整个F6102工作面的机电设备配套情况表可见表1所示。

3 设备配套合理性分析

王村煤矿2#煤层F6102综放工作面机电设备的选型配套具有下面特点：（1）工作面配套用的SGZ1000-2×1000前、后部中双链刮板输送机，其最大运输能达能达到3000 t/h，链条增加到了48×152 mm型，机尾设计为可伸缩型保证设备处于最佳张紧状态。（2）SZZ1350/600型转载机的配置功率增大，伸缩机头装置的设计使用能增大工作面回采巷道转载运输能力。（3）SSJ1400/3×450型可伸缩带式输送机增设软启动装置，能达到长距离运输的功效。F6102综放工作面配套使用KBSGZY2000-1.14/10、KBSGZY4000-3.3/11大功率移变，提高了供电的稳定性。（4）选用S300型乳化液泵能提高支架供液系统的流量和压力，提高移架、顶溜、放煤的速度，并保证支架的初撑力和控顶能力。

分析所知，F6102综放工作面的机电设备的选型配套是完全可靠的，不仅增大了设备的工作能力，提高设备开采的能力，同时可以提高整个开采的机械化程度。该设备选型完全符合F6102综放工作面的生产需要，可以实现工作面高产高效的开采目的。

表1 F6102综放工作面机电设备配套方案