综合机械化采煤的设备选型及总体配套设计研究

杨 峰

（山西乡宁焦煤集团台头前湾煤业有限公司， 山西 乡宁 042100）

0 引言

采煤机、刮板输送机、液压支架为综合机械化采煤的设备。其中，采煤机的截割能力和落煤能力直接决定工作面的生产能力；刮板输送机不仅承担煤炭的运输任务而且还为采煤机提供行走的轨道，为液压支架提供推溜支撑；液压支架重点对工作面的围岩稳定性进行保证。因此，为综采工作面配套合适的“三机”，对于保证综采工作面生产效率和安全性具有重要意义[1-4]。本文将结合实践生产完成“三机”设备的选型，并完成相关的配套设计。

1 机械化采煤设备选型配套原则

综采工作面机械化采煤设备的选型配套重点需要与工作面的地质、煤层等条件的实际情况相匹配；同时，还需与煤矿的高效、可持续的开采策略相符合。本文所研究的工作面煤层属于薄煤层，该工作面煤层的厚度范围为0.09～4.37 m，煤层的平均厚度为2.18 m；而且，该工作面煤层相对较软，其普氏硬度值仅为0.37。经探测，工作面煤层的瓦斯相对涌出量为24.16m3/t。该工作面的顶底板条件如表1 所示。

表1 工作面顶底板条件

本文重点基于上述实际生产工况完成采煤机、刮板输送机以及液压支架的选型。为保证最终所选型设备与工作面相匹配，在选型时根据不同设备需遵循如下原则。采煤机、刮板输送机以及液压支架必须与综采工作面的实际工况相符合；同时，“三机”设备之间的结构参数、空间尺寸以及性能参数均需相互配合。具体如下：

1）刮板输送机作为采煤机和液压支架的中间设备，其结构形式与采煤机的牵引机构、行走机构以及滑靴等相匹配，其中部槽与液压支架的推移千斤顶相匹配。

2）刮板输送机的运输能力需要大于采煤机的落煤能力；液压支架的移架速度需要大于采煤机的行走速度；采煤机的采高范围与液压支架的支护高度范围相匹配；采煤机的截割深度与液压支架的推移步距相匹配。

2 综采设备的选型设计

在遵循上述选型设计原则的基础上，本节将重点完成采煤机、液压支架以及刮板输送机的选型。

2.1 液压支架的选型

液压支架架型的选择需要结合工作面的顶板条件、煤层倾角等综合确定。根据综采液压支架架型的选择标准和“1”中分析的工作面的条件，确定采用掩护式液压支架。根据综采工作面的实际情况对液压支架的支护强度、额定阻力以及工作高度等进行计算，并根据计算结果最终确定液压支架的型号。

以液压支架支护强度计算为例，液压支架支护强度p 计算如式（1）所示：

式中：K 为综采工作面顶板岩层的厚度系数，取4～8；M 为采高；λ 为综采工作面顶板的岩层密度，取2.7 t/m3。

将上述参数代入式（1）中得出，液压支架的支护强度应大于0.328 4 MPa。

同理，对液压支架的工作高度、额定阻力以及初撑力等参数进行计算，计算结果如表2 所示。

表2 液压支架关键选型参数计算结果

结合上述液压支架关键技术参数的计算结果，确定液压支架的型号为ZYB4400/8.5/18 型掩护式液压支架，其关键参数如表3 所示。

表3 ZYB4400/8.5/18 型掩护式液压支架技术参数

2.2 采煤机的选型

采煤机选型需综合考虑综采工作面的硬度、倾角以及顶底板的硬度等。首先，根据工作面煤层的厚度等条件，确定采煤机的采高应满足1.32 m 的要求。以采煤机的牵引速度vc为例，计算如式（2）所示：

式中：Qh为综采工作面的产量；B 为采煤机的截割深度，综合考虑国内采煤机截割深度指标，确定将该项参数取值为630 mm；H 为采煤机的采高，取1.32 m；γ为工作面煤层的平均容重，取1.33 t/m3。

将上述参数代入式（2）中得出，要求所选型的采煤机的平均牵引速度为2.2 m/min。

同理，得出采煤机的截割生产能力、装机功率的理论计算结果如表4 所示。

表4 采煤机选型参数的理论计算结果

根据上述理论计算结果，确定采煤机的型号为MG160/360-BWD，其关键参数如表5 所示。

表5 MG160/360-BWD 型采煤机参数

2.3 刮板输送机的选型

刮板输送机选型的主要依据为其运输能力。采煤机运输能力Qb计算如式（3）所示：

式中：Kc为修正系数；Ky为刮板输送机的不均匀系数，取1.5～1.6；Ks为煤层倾角和运输方向的系数，取0.9；Qh为采煤机最大生产能力，取146 t/h。

将上述参数代入式（3）中得出，刮板输送机的运输能力应大于176 t/h。同理，所需配套刮板输送机的电机功率应大于20.16 kW。

根据上述理论计算结果，确定刮板输送机的型号为SGZ-630/220，其关键参数如表6 所示。

表6 SGZ-630/220 型刮板输送机关键参数

在上述设备选型的基础上，并根据综采工作面的实际情况对设备进行布置，布置效果如图1 所示。

图1 综采设备的总体配套布置效果（单位：mm）

3 结论

1）本工程所选型采煤机的型号为MG160/360-BWD，液压支架的型号为ZYB4400/8.5/18 型掩护式，刮板输送机的型号为SGZ-630/220。

2）将所选型的综采设备布置于综采工作面，预计开机率可达85%，年产量高达85 万t。