18煤工作面综合机械化采煤工艺的设备选型与应用

张全川

摘要：18煤层的开采对于省内绝大多数煤矿企业来讲是一个新的课题，而关于18煤层综合机械化采煤工艺的研究与应用在省内所有的煤矿企业中更是属于空白。该文主要介绍了关于里彦煤矿18煤层工作面综合机械化采煤工艺研究与应用。

关键词：18煤层综合机械化采煤工艺线状黄铁矿设备选型

1、18煤层的基本情况

18煤层的特征描述：

18煤层位于太原组下部，距离上方的17煤层间距为5.22～8.87m，平均间距6.58m；煤厚1.01～2.44m，平均厚度约1.45m。18煤层结构复杂，有分叉合并的现象，所有揭露的见煤点均含有1～3层夹矸，夹矸岩性多为泥岩，距离顶板5～10cm处含有赋存不稳定的线状黄铁矿。

18层煤的顶板为Ⅱ类2级中等稳定的顶板，顶板节理较发育多为粉砂岩、砂质泥岩或泥岩，厚度为2.7～3.7m不等；底板粘土岩或泥岩，厚度为1.25～6.23m不等，遇水易膨胀不利于支护。

2、18煤层工作面回采工艺的确定

18煤层的落煤工艺和顶板控制是制约其大规模开采的技术难题。对于采用炮采工艺的18煤层工作面来讲，虽然可以解决生产过程中的落煤难题，但是炮采工艺安全系数低，工序繁琐，职工的劳动强度大。而采用普采工艺由于顶板岩性的影响，在顶板支护环节（需要铺网支护）安全隐患多；因此薄煤层综合机械化采煤工艺是目前可以解决上述技术难题的生产工艺。

3、设备的配套选型

3.1采煤机的选型

（1）滚筒的确定。18煤层平均采高1.45m，根据装煤效果的经验，滚筒直径为采高的0.8～0.85倍可满足正常装煤的需要。因此滚筒直径选取Φ1100mm为宜。为保证推移步距600mm,应选取滚筒截深630mm。

（2）装机功率估算。采煤机装机功率是衡量采煤机生产能力及破煤能力的综合性参数，其与煤层硬度、煤层厚度、割煤速度、工作机构等有关，常用比能法进行估算，即：理论装机功率可用下式估算:

Nf=Hw•Q

式中：Hw—滚筒采煤机的单位能耗，Hw=0.3～1.2KW•h/m3

Q—采煤机小时截煤量，m3/h

实际生产中采煤机的装机功率比正常割煤时所需的功率要多出30～50%,即实际装机功率N=（1.3～1.5）Nf,以增强采煤机过地质构造时的破岩能力以确保工作面推进速度。

取Hw=1.2KW•h/m3,Q=137.2t/h,计算得

18层煤N=1.2×1.5×137.2≈246.96KW

根据上述计算可知，要求所选用的采煤机功率不低于247kW。由上述可知上海创力MG160/360-BWD型采煤机满足18煤层的现场条件要求。

3.2支护设备的选型

3.2.1架型确定

液压支架选用两柱掩护式，该架型主要有以下特点：

（1）支撑合力距离煤壁较近可防止近煤壁顶板的早期离层和下沉。（2）平衡千斤顶可调整合力作用点的位置，增强支架对顶板的适应性。（3）控顶距小顶梁较短，减少对顶板反复支撑的次数减少对直接顶的破坏。（4）伸缩比大，一般可达比2.4。适应煤层厚度变化能力强。（5）支架对顶板向煤壁方向水平推力较大，有利于维护顶板的完整。（6）对围岩适应性强，对煤层变化较大的工作面适应性较强。（7）支架支柱柱窝后移，尽可能减少前端比压，避免底座钻底、铲底。

3.2.2工作阻力的确定

（1）岩重法:

PH=NMγ

式中:PH------预计液压支架顶板载荷,t/m2;

N-------支架载荷相当采高岩重的倍数N=8

M-------采高,取1.45m;

γ-------顶板岩石密度,取2.5t/m3

PH=NMγ=8×1.45×2.5

=29t/m2

即支护强度为:0.29MPa

（2）18层煤支架工作阻力计算

支护强度计算

公式一:P1=(9～11)Mγcosα近水平时cosα可忽略不计

公式二:P2=Mγgβ/(K-1)/cosα

式中:

P1、P2------顶板载荷，t/m2

M-------开采高度，m

γ-------顶板岩体平均容重，取2.5t/m3

α------煤层倾角

g-------顶板动载荷系数，取1.5

β------附加阻力系数，取2

K------顶板岩石碎胀系数，取1.3

P1=（9～11）×1.45×2.5×cos6°

=32.4～39.7(t/m2)=0.32～0.40MPa

P2=1.45×2.5×1.5×2/(1.3-1)/cos6°

=36.7(t/m2)=0.37Mpa

综合以上计算,针对18煤层浅埋深的特点,既要考虑工作面正常推进,又要预计到各种不利因素,因此设计支架工作阻力为3200KN,支护强度平均可达到0.50MPa，选择架型为ZY3200/07/17.5。

3.3刮板运输机选型

输送能力计算

根据采煤机最大割煤能力来确定其实际运输能力。考虑到工作面输送机运转条件差，并且多变，其实际运输能力应略大于采煤机的生产能力，即

Qy≥KcKvKyQc=(1.2～1.4)Qc

式中：Kc—割煤速度不均匀系数，取1.3～1.5

Kv—采煤机与输送机同向运动时的修正系数，取1.05

Ky—煤层倾角和运输方向系数，取0.9

Qy—运输机的最大运输能力t/h

Qc—采煤机的实际生产能力t/h，18层煤137.2t/h。

将上述各参数代入计算得：

18层煤Qy=1.3×137.2=178.4t/h

3.4.2刮板输送机功率计算