北方某矿井首采区采煤工艺及主要采煤设备选型的研究

文/张钲雨 刘欢，河南神火煤电股份有限公司征迁复垦部；河南神火煤电股份有限公司刘河煤矿

1 地质特征

北方某矿井首采区东西走向宽约2.5km，南北倾斜长约2.8km，面积约为6.73km2。南一采区地层走向近南北、倾向近南西的单斜构造；采区内大小断层11条，大部分为沿倾向的逆断层。设计南一采区开采上组煤，即山西组2、3、4煤，平均厚度分别为1.87m、1.83m和1.87m，均为中厚煤层。另外，局部可采煤层5-1煤距离4煤层较近，也划归上组煤进行回采，为局部可采的薄煤层。本区煤层倾角5～12°，平均约为8°。本区水文地质条件属简单类型。煤层瓦斯含量高。

2 采煤方法与采煤工艺的选择

2.1 采煤方法选择

根据各煤层赋存条件和煤炭产业政策，适合本矿井的采煤方法有高档普采采煤方法和综采采煤方法。高档普采采煤方法虽然液压支架（悬移顶梁液压支架）轻便，搬家容易，投资少，但安全性差，移架慢，人工劳动强度较大，工作面生产能力小；综采采煤方法虽然液压支架重量大，搬家慢，投资高，但安全性高，移架快，工作面生产能力大。本矿井设计生产能力为1.50Mt/a，年产量较大，为了减少工作面数量，提高单工作面生产能力，提升矿井的机械化配备水平，确定采用综合机械化采煤方法。

2.2 采煤工艺选择

根据煤层赋存及地质状况、设计生产能力、采区巷道布置和设备配置情况，2煤层第一个综采工作面（10201综采工作面）长度为200m，4煤层第一个工作面（10401综采工作面）长度为220m。

采煤工艺为采煤机割煤、可弯曲刮板输送机运煤、液压支架支护、转载机、破碎机、顺槽胶带机运煤，实现采煤工作面的全过程机械化。

2.2.1 工作面循环及作业方式

工作面采用“四六”工作制，即三班采煤，一班检修，每班作业时间6h。

工作面每完成一次割煤、移架、推移输送机工序为一个循环，每个循环支架推移行程0.8m。每班进3刀，每班进尺为1.8m，每天进9刀，每天进尺为7.2m。

2.2.2 工序安排

循环工艺流程为：采煤机由机头斜切进刀→移端头溜子→移过渡架和端头架→采煤机反向割机头煤→采煤机反向空驶→采煤机割第一刀煤→移架→推溜→采煤机由机尾斜切进刀，第一循环完成，开始下一循环。

3 主要采煤设备选型

3.1 采煤机的选型

本次设计配备两个综采工作面，每个工作面设计能力按满足工作面年产0.90Mt选择采煤机。

采煤机平均割煤速度∶Vc=n（L-L1）/[（TK-nt1）×60]=3.4（m/m in）

式中：Vc—采煤机平均割煤速度，m/min；n—采煤机日进刀数，取9刀；L—工作面长度m，取220m；L1—工作面斜切进刀长度，取25m。T—工作面生产班时间，取每班6h，日3班；t1—工作面斜切进刀时间，取0.25h；K—采煤机开机率；取60%。

采煤机最大割煤速度：Vmax=Kc·Vc＝4.1（m/min）

式中：Vmax—采煤机最大割煤速度，m/min；Kc—采煤机割煤速度不均匀系数，取1.2；Vc—采煤机平均割煤速度，m/min。

采煤机装机功率：采煤机装机功率取决于煤层硬度、采高、截深、割煤速度等。设计根据采煤机单位能耗计算采煤机的截割功率为：

N=60·Kb·B·H·Vmax·Hw=283（kW）

式中：N—采煤机装机功率，kW；Kb—备用系数，取1.1；B—采煤机截深，m，取0.8m；H—采煤机割煤高度，m，根据首采区域煤层厚度，割煤高度取2煤平均厚度1.87m；Vmax—采煤机最大割煤速度，m/min；Hw—采煤机割煤单位能耗，一般0.6～0.7kWh/m3，取0.7kWh/m3。

根据以上计算，并考虑到部分区域煤层较薄，且小断层较多，采煤机需切割矸石等因素，采煤机需要提高一定的可靠性，选用M G2×150/700-WD1型双滚筒采煤机。

3.2 工作面可弯曲刮板输送机的选型

工作面可弯曲刮板输送机选型应满足三个方面的要求：一是运输能力与采煤机生产能力相适应；二是结构形式与采煤机、液压支架相匹配；三是输送机长度与工作面长度相一致。

Qm=60·B·H·Vc·γ，Qq≥Kc·Kh·Kv·Ky·Qm

式中：Qm—采煤机平均落煤能力，t/h；Qq—输送机运输能力，t/h；Kc—采煤机割煤速度不均匀系数，取1.1；Kh—采煤机割煤高度不均匀系数，取1；Kv—修正系数，取1.05；Ky—倾角系数，取0.9。

经计算，Qm=443(t/h)，Qq≥Kc·Kh·Kv·Ky·Qm=460(t/h)

根据上面的计算结果，工作面可弯曲刮板输送机设计选用SGZ 730/400型可弯曲刮板输送机.

3.3 液压支架的选型

3.3.1 液压支架的支护强度

式中：q—工作面支架所需支护强度，MPa；Kd—基本顶失稳时的动载系数，取Kd=1.1；q冒—冒落带岩层自重应力，q冒=γ顶·h；γ顶为顶板岩层容重，取25kN/m3；h为冒落带高度，按8倍采高计算，取2煤开采最大厚度2.6m，则h=2.6×8=20.8m。

经过计算，q=1.1×25×20.8=0.57MPa。

3.3.2 支架工作阻力的确定

支架工作阻力计算公式为：P=q×（支架顶梁长度+支架端面距）×支架宽度

则，P=0.57×（3.86+0.36）×1.5×1000=3608kN

3.3.3 液压支架的选型及参数

根据以上计算，综采工作面中间支架选用ZY5200/12/28型两柱掩护式支架，过渡支架选用ZYG5200/12/28型两柱掩护式支架，端头支架选用ZYT5200/15/30D型两柱掩护式支架。

4 结束语

该工作面主要采煤设备自投入使用以来，运行安全可靠，使用情况良好，取得了很好的经济效益。因此，在实际使用中，一定要根据回采工作面的采场条件，合理选择配套的采煤设备，使其能够经济合理、安全可靠地运行。