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【摘 要】本文介绍了陕西陕煤铜川矿业有限公司下石节煤矿厚煤层综采设备的选型及开采工艺情况，为类似条件下的矿井在综采工作面设备选型配套及开采工艺的选择上，提供了一定的参考依据。
【关键词】厚煤层；开采设备；选型；大采高采煤工艺
1.引言
随着煤矿开采技术的发展更新，目前从开采的安全性，煤炭的回收率上，一次采全高开采技术均有较强的优势。在下石节煤矿3#煤层的开采中，工作面选用综采一次采全高技术进行回采，选择一套适合本矿条件的综采设备便尤为重要，现就本矿设备选型情况进行总结，为类似条件下的矿井在大采高工作面的设备选型提供一定的参考依据。
2.工作面概况
该工作面煤层局部可采，厚度变化在4.0～5.5m之间，平均4.76m。煤层直接顶板以泥岩为主；底板以粉砂岩为主。
3.工作面设备选型与配套
3.1 工作面年生产能力核定
在工作面长度一定的条件下，回采工作面年产量主要取决于采煤机截深、牵引速度和开机率。综采工作面长度210m，采煤机截深为0.8m，工作面平均采高5.09m，采煤机开机率为50%。
采煤机每割一刀煤的产量为：
Qg=L×B×H×r×K
式中：Qg--割一刀煤产量，t；L--工作面长度，取210m；B--采煤机截深，0.8m；H--采煤机平均割煤高度，5.09m；r--煤容重，1.44t/m3；K--采煤机割煤回收率，取0.95。
可得：Qg=1169t。
工作面采用“三、八”制作业，两班生产，一班检修，每天6刀煤，按年工作330天计算，工作面年产量为：2.2Mt。
3.2 主要采煤设备选型
3.2.1采煤机
3.2.1.1采煤机滚筒的确定
工作面最大采高5.6m，推荐滚筒直径D=φ3000mm，要求采煤机最小采高3.5m，最大采高为5.6m。
3.2.1.2采煤机装机功率的确定
工作面配套设备年生产能力2.2Mt，按“三、八”制工作方式，每班工作8小时，开机率50%计算。
工作面每小时的割煤量应不小于：
Qh=f×Q/（ D×N×t×K）? ? ? ? ?
式中：Qh--采煤机小时最小生产能力，t/h；f--能力富裕系数，f=1.3；Q--工作面配套设备年生产能力，2.2Mt；D--年生产天数，330天；N--日工作班数，2；t--每班作业时间，8小时；K--开机率，0.5。
将各参数代入可得：Qh=1083t?
要满足工作面年产220万t，工作面每小时需要割煤1083t。
采煤机平均截割牵引速度为：
Vc=Qh/（H×B×r×C）?
式中：Vc--采煤机平均截割牵引速度，m/min；Qh--采煤机每小时最小生产能力，1083t/h；H--平均采高，取5.09m；B--截深，0.8m；r--煤的容重，1.44t/m3；C--工作面回采率，0.95。?
将各参数代入可得：Vc=3.2m/min。
我矿3#煤层含夹矸层多，采煤机截割功率要大一些，将各参数代入可得，采煤机理论装机总功率约为1070kW。实际生产中，采煤机的装机功率比正常割煤所需的功率要多出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。
考虑上述影响因素，采煤机的实际装机总功率应大于1605kW。
根据下石节煤矿3#煤层赋存条件及生产能力要求，要求采煤机的总装机功率应大于1605kW，采高范围应为3.5～5.6m，确定采煤机型号为MG750/1860-GWD。
3.2.2刮板输送机
选择刮板输送机、转载机、破碎机的主要原则是以综采面最大生产能力为基数，保证综采面运煤能力和运输设备的可靠性和耐用性，兼顾设备启动、保护和控制性能。
3.2.2.1刮板输送机输送能力的确定
按照刮板输送机的运输能力必须满足采煤机割煤能力的要求，必须首先根据采煤机最大割煤能力来确定实际运输能力。考虑到工作面输送机运转条件多变，其实际运输能力应略大于采煤机的生产能力：
Qy=（1.2-1.4）×Qc
Qc=60×H×r×B×Vc
式中：Qy--输送机的最大运输能力，t/h；Qc--采煤机的实際生产能力，t/h；H--平均采高，取5.09m；B--采煤机截深，取0.8m；V--采煤机平均割煤速度，取4m/s；r--煤的容重，取1.44t/m3。
将上述各参数代入得，采煤机的实际生产能力为1407t/h，刮板输送机的运输能力应不小于1830t/h。
3.2.2.2刮板输送机电机功率的确定
刮板输送机电机功率可按下式确定：
N=K×K1×K2 [2×q0×f1cosβ+q（f2cosβ±sinβ）]V1L/102η
式中：η--传动装置效率，取0.95；K--电动机备用功率系数，一般取1.1-1.3，取1.3；K1--刮板链绕过两端链轮时的附加阻力系数，取1.1；K2--移动输送机时中部槽弯曲附加阻力系数，取1.1；L--工作面长度，210m；β--工作面倾角，取2°；f1--刮板链在槽中运行阻力系数，一般取0.25-0.35，取0.3；f2--煤在槽中运行的阻力系数，一般取0.6-0.8，取0.8；q0--刮板链每米重量，取48kg/m；q--每米中部槽煤量，取325.7kg/m。? ?
将各参数代入可得：N=1230KW ? ?
根据以上计算结果，要求刮板输送机运输能力应大于1830t/h，装机功率应大于1230kW，初步确定刮板输送机型号为SGZ1000/2×700。
3.2.3液压支架
液压支架架型和参数的选择决定于开采煤层的地质条件、生产能力规模以及相配套的采煤机和刮板输送机等设备。
一般采用矿压理论计算、实际采场矿压观测和相似类比的方法确定工作阻力和支护强度的大小。本方案是针对首采工作面所做的设计，采用现行较通用的矿压理论计算法计算支架的支护强度。
3.2.3.1直接顶载荷Q1
Q1=h×L1×r
式中：h-直接顶厚度；L1--悬顶距；r--体积力。? ?
将悬顶距可视为支架的控顶距L，则：
Q1=h×L×r
其载荷为：
q1=h×r
对于直接顶重量应作为支架的载荷，国内外学者没有什么分歧。
3.2.3.2老顶载荷Q2
在多数矿井的测定中，以一般工作面为准，周期来压时形成的载荷不超过平时载荷的两倍。
p=q1+q2=n×h×r
式中：p--考虑来压时的支护强度；n--增载系数，取2。
取h=M/（K-1）（M为采高，K为碎胀系数），K值一般取1.25～1.5，可得：p=（4-8）M×r
根据矿井实际地质条件，确定工作面最大采高M为5.6m；顶板岩层平均密度取2500kg/m3，r=25000kg/s2m2；由于采高较大，来压强度较大，其附加系数取8，支架的合理支护强度为：
p=8×5.6×25000=1.12 MPa ? ? ?
此方法确定的支架支护强度应不小于1.12MPa。
3.2.3.3支架工作阻力的确定
额定工作阻力F可按下式进行计算：
F≥p×L×Bc/η? ? ?
式中：p--综采工作面额定支护强度，1.12MPa；L--支架中心距，取1.75m；Bc--控顶距，取5m；η--支撑效率，取0.95。?
得：F≥10315.8kN ? ? ? ?
最终确定支架的额定工作阻力为10500kN。确定支架型号为ZY10500/27/58型。
4.结语
目前本工作面已经开始回采，在近半年的回采中，工作面未出现过影响生产的重大设备故障，实践证明本工作面的设备选型是成功的，并取得了较好的经济效益，值得类似条件下的矿井在综采工作面设备选型配套借鉴参考。
王新堂（1969—），陕西三原人，毕业于陕西煤炭工业学校，现任铜川矿业有限公司下石节矿副矿长，从事煤矿生产管理工作。
【关键词】厚煤层；开采设备；选型；大采高采煤工艺
1.引言
随着煤矿开采技术的发展更新，目前从开采的安全性，煤炭的回收率上，一次采全高开采技术均有较强的优势。在下石节煤矿3#煤层的开采中，工作面选用综采一次采全高技术进行回采，选择一套适合本矿条件的综采设备便尤为重要，现就本矿设备选型情况进行总结，为类似条件下的矿井在大采高工作面的设备选型提供一定的参考依据。
2.工作面概况
该工作面煤层局部可采，厚度变化在4.0～5.5m之间，平均4.76m。煤层直接顶板以泥岩为主；底板以粉砂岩为主。
3.工作面设备选型与配套
3.1 工作面年生产能力核定
在工作面长度一定的条件下，回采工作面年产量主要取决于采煤机截深、牵引速度和开机率。综采工作面长度210m，采煤机截深为0.8m，工作面平均采高5.09m，采煤机开机率为50%。
采煤机每割一刀煤的产量为：
Qg=L×B×H×r×K
式中：Qg--割一刀煤产量，t；L--工作面长度，取210m；B--采煤机截深，0.8m；H--采煤机平均割煤高度，5.09m；r--煤容重，1.44t/m3；K--采煤机割煤回收率，取0.95。
可得：Qg=1169t。
工作面采用“三、八”制作业，两班生产，一班检修，每天6刀煤，按年工作330天计算，工作面年产量为：2.2Mt。
3.2 主要采煤设备选型
3.2.1采煤机
3.2.1.1采煤机滚筒的确定
工作面最大采高5.6m，推荐滚筒直径D=φ3000mm，要求采煤机最小采高3.5m，最大采高为5.6m。
3.2.1.2采煤机装机功率的确定
工作面配套设备年生产能力2.2Mt，按“三、八”制工作方式，每班工作8小时，开机率50%计算。
工作面每小时的割煤量应不小于：
Qh=f×Q/（ D×N×t×K）? ? ? ? ?
式中：Qh--采煤机小时最小生产能力，t/h；f--能力富裕系数，f=1.3；Q--工作面配套设备年生产能力，2.2Mt；D--年生产天数，330天；N--日工作班数，2；t--每班作业时间，8小时；K--开机率，0.5。
将各参数代入可得：Qh=1083t?
要满足工作面年产220万t，工作面每小时需要割煤1083t。
采煤机平均截割牵引速度为：
Vc=Qh/（H×B×r×C）?
式中：Vc--采煤机平均截割牵引速度，m/min；Qh--采煤机每小时最小生产能力，1083t/h；H--平均采高，取5.09m；B--截深，0.8m；r--煤的容重，1.44t/m3；C--工作面回采率，0.95。?
将各参数代入可得：Vc=3.2m/min。
我矿3#煤层含夹矸层多，采煤机截割功率要大一些，将各参数代入可得，采煤机理论装机总功率约为1070kW。实际生产中，采煤机的装机功率比正常割煤所需的功率要多出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。
考虑上述影响因素，采煤机的实际装机总功率应大于1605kW。
根据下石节煤矿3#煤层赋存条件及生产能力要求，要求采煤机的总装机功率应大于1605kW，采高范围应为3.5～5.6m，确定采煤机型号为MG750/1860-GWD。
3.2.2刮板输送机
选择刮板输送机、转载机、破碎机的主要原则是以综采面最大生产能力为基数，保证综采面运煤能力和运输设备的可靠性和耐用性，兼顾设备启动、保护和控制性能。
3.2.2.1刮板输送机输送能力的确定
按照刮板输送机的运输能力必须满足采煤机割煤能力的要求，必须首先根据采煤机最大割煤能力来确定实际运输能力。考虑到工作面输送机运转条件多变，其实际运输能力应略大于采煤机的生产能力：
Qy=（1.2-1.4）×Qc
Qc=60×H×r×B×Vc
式中：Qy--输送机的最大运输能力，t/h；Qc--采煤机的实際生产能力，t/h；H--平均采高，取5.09m；B--采煤机截深，取0.8m；V--采煤机平均割煤速度，取4m/s；r--煤的容重，取1.44t/m3。
将上述各参数代入得，采煤机的实际生产能力为1407t/h，刮板输送机的运输能力应不小于1830t/h。
3.2.2.2刮板输送机电机功率的确定
刮板输送机电机功率可按下式确定：
N=K×K1×K2 [2×q0×f1cosβ+q（f2cosβ±sinβ）]V1L/102η
式中：η--传动装置效率，取0.95；K--电动机备用功率系数，一般取1.1-1.3，取1.3；K1--刮板链绕过两端链轮时的附加阻力系数，取1.1；K2--移动输送机时中部槽弯曲附加阻力系数，取1.1；L--工作面长度，210m；β--工作面倾角，取2°；f1--刮板链在槽中运行阻力系数，一般取0.25-0.35，取0.3；f2--煤在槽中运行的阻力系数，一般取0.6-0.8，取0.8；q0--刮板链每米重量，取48kg/m；q--每米中部槽煤量，取325.7kg/m。? ?
将各参数代入可得：N=1230KW ? ?
根据以上计算结果，要求刮板输送机运输能力应大于1830t/h，装机功率应大于1230kW，初步确定刮板输送机型号为SGZ1000/2×700。
3.2.3液压支架
液压支架架型和参数的选择决定于开采煤层的地质条件、生产能力规模以及相配套的采煤机和刮板输送机等设备。
一般采用矿压理论计算、实际采场矿压观测和相似类比的方法确定工作阻力和支护强度的大小。本方案是针对首采工作面所做的设计，采用现行较通用的矿压理论计算法计算支架的支护强度。
3.2.3.1直接顶载荷Q1
Q1=h×L1×r
式中：h-直接顶厚度；L1--悬顶距；r--体积力。? ?
将悬顶距可视为支架的控顶距L，则：
Q1=h×L×r
其载荷为：
q1=h×r
对于直接顶重量应作为支架的载荷，国内外学者没有什么分歧。
3.2.3.2老顶载荷Q2
在多数矿井的测定中，以一般工作面为准，周期来压时形成的载荷不超过平时载荷的两倍。
p=q1+q2=n×h×r
式中：p--考虑来压时的支护强度；n--增载系数，取2。
取h=M/（K-1）（M为采高，K为碎胀系数），K值一般取1.25～1.5，可得：p=（4-8）M×r
根据矿井实际地质条件，确定工作面最大采高M为5.6m；顶板岩层平均密度取2500kg/m3，r=25000kg/s2m2；由于采高较大，来压强度较大，其附加系数取8，支架的合理支护强度为：
p=8×5.6×25000=1.12 MPa ? ? ?
此方法确定的支架支护强度应不小于1.12MPa。
3.2.3.3支架工作阻力的确定
额定工作阻力F可按下式进行计算：
F≥p×L×Bc/η? ? ?
式中：p--综采工作面额定支护强度，1.12MPa；L--支架中心距，取1.75m；Bc--控顶距，取5m；η--支撑效率，取0.95。?
得：F≥10315.8kN ? ? ? ?
最终确定支架的额定工作阻力为10500kN。确定支架型号为ZY10500/27/58型。
4.结语
目前本工作面已经开始回采，在近半年的回采中，工作面未出现过影响生产的重大设备故障，实践证明本工作面的设备选型是成功的，并取得了较好的经济效益，值得类似条件下的矿井在综采工作面设备选型配套借鉴参考。
王新堂（1969—），陕西三原人，毕业于陕西煤炭工业学校，现任铜川矿业有限公司下石节矿副矿长，从事煤矿生产管理工作。