庞庞塔煤矿综采放顶煤工作面设备选型研究

侯壮壮

（山西焦煤霍州煤电集团吕临能化有限公司庞庞塔煤矿综放一队，山西 吕梁 033200）

2004年开始，霍州煤电集团拟以并购的庞庞塔井田为基础向井田西部及南部延伸进行扩建工程，并作为霍州煤电集团的重点工程进行实施。在收购的庞庞塔煤矿基础上经过向西、南扩界进行技术升级改造达到年产3.0Mt的生产能力。为使庞庞塔煤矿开拓系统完善，采煤方法适宜，安全生产条件达标，生产规模稳定，需对整合后的矿井进行全面的升级改造。本论文主要是对工作面设备选型进行相应的分析研究，充分利用已有设施，完善开拓、开采系统，提高安全装备水平和安全生产条件，简化地面布置，集中生产，节约投资，真实地反映庞庞塔煤矿的生产和建设现状，把庞庞塔煤矿建设成现代化的安全高效矿井。

1 5号煤层工作面生产能力

根据庞庞塔煤矿的地质情况，对5号煤层按推进度计算产量。

式中：

Q-工作面的生产能力，t/a；

Q1-回采生产能力，t/a；

Q2-放顶煤的生产能力，t/a；

L1-工作面割煤长度，取240m；

L2-工作面放煤长度，考虑端头放煤因素，取233m；

B-采煤机有效截深，取0.80m；

N-日进刀数，取3刀；

M1-采煤机割煤采高，取3.1m；

M2-放煤高度，取3.1m；

C1-采煤机割煤回采率，取95%，9煤取93%；

C2-放煤回采率，取85%；

r-煤的实体容重，取1.51t/m3。

经计算，开采5号煤，Q=0.718+0.697=1.416Mt，因此5号煤层生产面的总生产能为力1.416Mt/a，回采生产能力0.718Mt/a，放顶煤生产能力0.697Mt/a。

表1 达到设计能力时采区工作面特征表

2 综采放顶煤工作面设备选型

根据相应的数据计算，一采区5号煤层综放工作面根据采区接替及煤层厚度确定产量为1.2Mt/a。

2.1 采煤机选型

2.1.1 采煤机落煤能力

一采区5号煤层综放工作面年产量按1.2Mt/a考虑，则工作面日产量为3636t，平均落煤能力计算如下：

式中：

Qm-平均落煤能力，t/h；

Qr-工作面平均日产量，取3636t/d；

B-采煤机有效截深，取0.80m；

H-平均采高，取3.1m；

γ-实体煤容重，取1.51t/m3；

C-工作面采煤机割煤回采率，取95%；

L-工作面长度，取240m；

Lm-采煤机两滚筒中心距，取11m；

Td-采煤机返向时间，取1min；

Hf-综放工作面平均顶煤厚度，取3.1m；

Lf-综放工作面放煤长度，取233m；

Cf-顶煤回收率，取约85%；

K-采煤机平均开机率，取0.50；

T1-综放工作面日生产时间，取1080min；

i-采煤机割煤速度Vc与空刀牵引速度Vk之比，i=Vc/Vk，取i=0.5。

则计算得Qm=332.3t/h。

由此采煤机平均割煤速度：

2.1.2 采煤机最大割煤速度和最大生产能力

采煤机最大割煤速度：Vmax=Kc·Vc

采煤机最大生产能力：Qmax=Kc·Qm

式中：

Vmax-采煤机最大割煤速度，m/min；

Qmax-采煤机最大落煤量，t/h；

Kc—采煤机割煤不均衡系数，取1.3。

则：

Vmax=1.3×1.5=1.958m/min

Qmax=1.3×357.8=432.0t/h。

2.1.3 采煤机装机功率

按采煤机单位能耗计算采煤机功率为：

N=60Kb·B·H·Vmax·Hw

式中：

N-采煤机截割功率，kW；

Kb-备用系数，取1.5；

Hw-采煤机割煤单位能耗，取0.85kWh/m3；

Vmax-最大割煤速度，取2.08m/min。

则采煤机装机功率：N=60×1.5×0.8×3.1×1.9 6×0.85=371.85kW。

因庞庞塔矿井5号煤倾角大，煤层硬度大，为保证生产的连续性以及减小故障率，5号煤选用MG400/930-QWD型采煤机，其滚筒直径1800mm，开采高度1.9～4.0m，截深800mm，牵引速度0～7m/min，电机功率930kW。

2.2 工作面可弯曲刮板输送机、转载机、破碎机

（1）对于可弯曲刮板机的选型有以下要求：① 设备运输能力与采煤机生产相配套；② 设备的外型尺寸与采煤机相配套；③ 设备节距与液压支架宽度相配套。考虑上述要求，同时为了对弯曲刮板输送机方便检修，5号煤回采工作面架前、架后刮板机均选用SGZ800/750型可弯曲刮板输送机，其主要参数为：有效铺设长度237m，运输能力1000t/h，额定电压3300V，电机功率2×375kW。

（2）转载机的选择主要考虑与刮板机配套，据此选择SZZ1000/375型，其装载能力2000t/h，额定电压3300V，功率375kW。

（3）破碎机选用PCM200型，其破碎能力2000t/h，额定电压3300V，功率200kW。

2.3 液压支架

初期采区内5号煤埋深350m以上，煤层顶板一般以泥岩为主，工作面采高较大。据此条件，借鉴同煤集团同类型煤层工作面的选型经验，选用支撑掩护式放顶煤支架，以实现5号煤层的高产高效生产。

2.3.1 支架支护强度

支架支护强度采用估算法计算：

式中：

P-所需支护强度，kN/m2；

Kd-基本顶失稳时动载系数，取1.6；

q直- 直接顶自重应力，q直=γ直·h。γ直为直接顶容重，取25kN/m3，厚度h取10m；

q煤-支架上方顶煤的自重应力，q煤=γ煤•h，γ煤为煤容重，取15.1kN/m3，顶厚平均厚度为7.43m。

2.3.2 支架工作阻力

支架工作阻力按下式计算：

N=P・（LK+LD）·B

式中：

N-支架工作阻力，kN；

P-支架支护强度，5号煤为479N/m2；

LK-空顶距，0.366m；

LD-支架顶梁长度，4.397m；

B-支架宽度，5号煤为1.5m。

计算得5号煤液压支架工作阻力为3422.2kN。

据此，设计5号煤选用ZF6400/18/35型液压支架，主要技术参数为：工作阻力6400kN，支护强度0.72MPa，支护宽度1500mm，支架高度1.8～3.5m，支架重量17.9t。

2.4 顺槽可伸缩胶带输送机

5号煤工作面推进长度都在1300m左右，考虑胶带顺槽坡度情况，设计选用DS1200/150×2×400型可伸缩胶带输送机，其宽度为1350m，输送能力2000t/h，电压1140V，电机功率2×400kW。

2.5 乳化液泵站

选用WRB400/31.5型乳化液泵站，由2台乳化液泵，1台乳化液箱组成，其中1台泵工作，1台泵备用，公称压力31.5MPa，公称流量400L/min，总功率250kW。

考虑到庞庞塔煤矿5号煤层开采条件不佳的现状，适当加大了采煤机功率；为减少端头作业时间，保证工作面产量，增大了工作面长度；为加强工作面支护，加大了液压支架的支护强度；由于采用放顶煤开采，工作面放煤时不好控制，瞬时产量大，为防止将运输设备压死，故加大了刮板机、转载机、破碎机等的运输能力。

3 结语

工作面设备选型工作是实现煤矿高产高效安全生产的关键因素，必须进行深入的计算和严格论证。本论文以庞庞塔煤矿5号煤层综采放顶煤工作面为研究对象，对工作面所需主要设备的选型进行了相应的计算和论证。该设备选型技术参数合理，投资费用低，能实现采煤、支护和运输等环节的最佳匹配效果。