長壁大采高綜采工作面設(shè)備選型與配套

1、山西長治王莊煤業(yè)長壁大采高綜采工作面設(shè)備選型與配套王莊煤業(yè)有限責(zé)任公司是山西三元煤業(yè)股份骨干企業(yè)，是實(shí)現(xiàn)三元公司“煤炭生產(chǎn)規(guī)模達(dá)10.00Mt/a的重點(diǎn)礦井，是實(shí)現(xiàn)公司大采高工作面布置最有利的礦井，在采煤方法的選取上，通過充分調(diào)研國內(nèi)幾個(gè)大型礦井大采高綜采設(shè)備及其使用情況，結(jié)合王莊煤業(yè)礦井條件，經(jīng)過選型，擬定采用長壁大采高綜采設(shè)備，裝備大功率、可靠性設(shè)備，以加大開采強(qiáng)度，提高規(guī)模效益，建設(shè)高產(chǎn)高效現(xiàn)代化礦井。1、綜采工作面選型配套原那么從高產(chǎn)高效、一井一面、集中生產(chǎn)的綜采開展新趨勢(shì)要求出發(fā)，必須增大工作面設(shè)計(jì)長度，加大截深，選用能切割硬煤的大功率采煤機(jī)組，提高割煤速度，相應(yīng)地提高液壓支架的移架

2、速度，與大運(yùn)量、高強(qiáng)度的工作面運(yùn)輸機(jī)相匹配，順槽也必須采用長距離大運(yùn)量的膠帶輸送機(jī)。從綜采設(shè)備的技術(shù)性能要求出發(fā)，所選綜采機(jī)械設(shè)備必須是技術(shù)上先進(jìn)，性能優(yōu)良，可靠性高，以保證綜采設(shè)備的開機(jī)率，同時(shí)各設(shè)備間要相互配套性好，保持采運(yùn)平衡，最大限度地發(fā)揮綜采優(yōu)勢(shì)。2、工作面設(shè)備選型的根底數(shù)據(jù)：工作面設(shè)計(jì)長度 26m工作面有效長度 260m進(jìn)風(fēng)順槽寬度 5m回風(fēng)順槽寬度 4m工作面年生產(chǎn)天數(shù) 300天工作面生產(chǎn)能力 3.00Mt/a工作面日生產(chǎn)能力 1萬t/日3、工作面設(shè)備選型礦井設(shè)計(jì)以1個(gè)長壁綜采工作面保證年產(chǎn)300萬噸的生產(chǎn)能力，考慮一定的富裕系數(shù)，綜采工作面的日產(chǎn)量應(yīng)在1萬，煤層平均厚度4.85

3、m。平均日循環(huán)數(shù)應(yīng)為7.5個(gè)。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，工作面開機(jī)率國內(nèi)高產(chǎn)高效面先進(jìn)水平一般在40%60%，取開機(jī)率為50%，確定采煤機(jī)的牽引速度為：Vavq=N(L-L1)/(T×60-NT1)×(260××20)=4.4m/min.式中：Vavq為采煤機(jī)所需平均牽引速度L為工作面設(shè)計(jì)長度260mL1為工作面生產(chǎn)時(shí)采用斜切進(jìn)刀開機(jī)窩方式，開機(jī)窩長度取35mT為工作面開機(jī)時(shí)間：18×50%=9hT1為開機(jī)窩時(shí)間，取20min。工作面的最大牽引速度應(yīng)為：Vavavq×4.4=6.16m/min按照計(jì)算，采煤機(jī)的實(shí)際截煤速度應(yīng)到達(dá)67m/min。

4、空載時(shí)要求其速度不小于12m/min，以減少輔助工作時(shí)間。采煤機(jī)的截割功率為：W=60VavqBHH/3.6=60×4.4××××=13091(KW)式中：W為需要的采煤機(jī)截割功率KW；Vavq為采煤機(jī)平均牽引速度4.4m/min；B為工作面截深，取0.85m；H為采高，根據(jù)大采高設(shè)備能力取5.0m；為破巖能力系數(shù)，取1.4；H。確定采煤機(jī)的截割功率在13091527.2KW之間，根據(jù)國內(nèi)神華集團(tuán)、晉煤集團(tuán)趙莊礦，晉煤集團(tuán)寺河礦考察經(jīng)驗(yàn)，采煤機(jī)技術(shù)方向是大功率、電牽引、多電機(jī)，橫向布置，大截深、快速牽引和實(shí)現(xiàn)微機(jī)工況監(jiān)測和故障診斷以及可靠性高和

5、方便維修。王莊煤業(yè)結(jié)合井下煤質(zhì)特點(diǎn)選用MG650500/16301330-GWD雙滾筒采煤機(jī)，牽引速度快，可保證厚煤層和堅(jiān)硬截割條件下使用。機(jī)身采用高強(qiáng)度液壓螺栓連接，截割電機(jī)橫向布置，整機(jī)采用微機(jī)控制，具有狀態(tài)監(jiān)測，故障診斷功能，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。限量控制臥底和采高，幫助操作人員作業(yè)。采煤機(jī)通過先導(dǎo)控制線或數(shù)據(jù)線可與順槽主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，采煤機(jī)的具體技術(shù)特征見表1。表1 MG650500/16301330-GWD采煤機(jī)主要技術(shù)特征表項(xiàng) 目技術(shù)特征項(xiàng) 目技術(shù)特征生產(chǎn)能力t/h30004000牽引方式齒輪銷軌式無鏈交流電牽引最小/最大采高m牽引速度m/min滾筒直徑/截深mm2500/865牽引

6、力KN780-470臥底量mm640牽引功率KW2×75切割硬度f10液壓泵電機(jī)功率KW30KW破碎機(jī)功率150截割功率KW2×650(500)/3300V總裝機(jī)功率KW1630(1330)冷卻方式水冷重量t3.2工作面可彎曲刮板輸送機(jī)1工作面刮板輸送機(jī)的生產(chǎn)能力應(yīng)保證采煤機(jī)采的煤被全部運(yùn)出，并留有一定的備用能力。采煤機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)能力比理論生產(chǎn)能力低得多。特別是受設(shè)備開機(jī)率和液壓支架移架速度、刮板機(jī)生產(chǎn)能力等影響和通風(fēng)條件制約，牽引速度必然受限制，實(shí)際能力為：Q=60HBV.C=60×5××6××0.95=2035t/h。式

7、中Q為采煤機(jī)小時(shí)割煤量t/h；V為采煤機(jī)實(shí)際牽引速度取6m/min；3；C為工作面采出率取0.95.刮板輸送機(jī)輸送能力應(yīng)到達(dá)2100T/h以上。2運(yùn)輸機(jī)的鋪設(shè)長度為260m，選內(nèi)槽寬為1m，裝機(jī)功率2×700KW。功率應(yīng)為1400KW，結(jié)構(gòu)應(yīng)鞏固耐用，機(jī)頭結(jié)構(gòu)為交叉?zhèn)刃妒剑?qū)動(dòng)裝置垂直布置，中部槽為整件鑄造槽幫，封底結(jié)構(gòu)，中雙鏈鏈條不小于2×42mm，機(jī)尾應(yīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)張緊，應(yīng)采用軟啟動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)，電腦控制。根據(jù)上述原那么選擇SGZ1000/2×700工作面可彎曲刮板輸送機(jī)，其主要技術(shù)特征見表2：表2 工作面SGZ1000/2×700刮板輸送機(jī)主要技術(shù)特征項(xiàng)

8、目技術(shù)特征項(xiàng) 目技術(shù)特征運(yùn)輸能力t/h2200鏈形式中雙鏈電機(jī)功率KW2×700鏈中心距mm465供電電壓V3300鏈速m/s溜槽尺寸L×W×H.mm1750×1000×284刮板間距mm876鏈條尺寸mm42×146卸載方式交叉?zhèn)刃秱鬏斂刂艭ST可控傳輸，內(nèi)置式冷卻方式水冷機(jī)尾鏈張緊行程mm500主機(jī)重t運(yùn)輸機(jī)的CST的驅(qū)動(dòng)控制有半自動(dòng)和全自動(dòng)兩種方式，由1臺(tái)PROTEC電腦連接到每1臺(tái)驅(qū)動(dòng)部，用于控制安裝在減速器內(nèi)的CST離合器，并監(jiān)測壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、油位等參數(shù)，CST在電腦控制下在15S內(nèi)軟起動(dòng)。在全自動(dòng)方式下，可通過小型控制

9、站監(jiān)視電機(jī)功率等，實(shí)現(xiàn)載荷均勻分布和卡鏈過載保護(hù)等，遇沖擊載荷時(shí)離合器別離，數(shù)據(jù)掃描器能處理17種不同的電子信息，并可在主電腦上查到這些信息，具有故障診斷功能。運(yùn)輸機(jī)機(jī)尾鏈的液壓自動(dòng)張緊控制，由帶有微處理器的PM4系列控制，通過輸入電機(jī)電流、緊鏈千斤頂行程、千斤頂單項(xiàng)閥的壓力，通過軟件控制算法來控制液壓缸，自動(dòng)調(diào)節(jié)鏈的張緊。3.3轉(zhuǎn)載機(jī)與破碎機(jī)轉(zhuǎn)載機(jī)應(yīng)具有高強(qiáng)度能夠與皮帶機(jī)尾整體自移，選擇參數(shù)以工作面運(yùn)輸機(jī)額定運(yùn)量乘1.1環(huán)節(jié)系數(shù)確定，額定運(yùn)輸能力2420t/h，以此選擇SZZ1000/375轉(zhuǎn)載機(jī)，鏈速，設(shè)計(jì)長度60m，技術(shù)特征見表3：表3 轉(zhuǎn)載機(jī)技術(shù)特征表工程技術(shù)特征工程技術(shù)特征運(yùn)輸機(jī)能力

10、t/h2400長度m60電機(jī)功率KW375主機(jī)重量t供電電壓V1140冷卻方式水冷溜槽尺寸mm1500×1188×284配套機(jī)尾MATILDA皮帶機(jī)尾鏈速m/s有效推移行程m鏈中心距mm330長度m鏈條規(guī)格mm34×126寬度m刮板間距mm756行走機(jī)尾重量t×2200=2640t/h。為了到達(dá)高塊率，因此要選用滾筒形式為截齒式、要求截齒座強(qiáng)度高數(shù)量少，以減少塊率損失，懸垂高度可調(diào)節(jié)，溜槽底板應(yīng)具有足夠強(qiáng)度。根據(jù)這些需求，選擇PCM250破碎機(jī)，技術(shù)特征見表4。表4 破碎機(jī)技術(shù)特征表項(xiàng) 目技術(shù)參數(shù)項(xiàng) 目技術(shù)參數(shù)通過能力t/h2500出料塊度mm250&#

11、215;450功率KW/V250/1140噴霧方式噴水式破碎形式截齒式破碎輪錘頂圓直徑mm1460可截割煤硬度f<8破碎腔中板厚mm60入料口尺寸1700×800重量t破碎機(jī)帶有濕式除塵裝置，由22KW液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)軸向通風(fēng)機(jī)，可實(shí)現(xiàn)程序控制，起動(dòng)破碎機(jī)前先開起集塵裝置保證集塵效果。3.4液壓支架和乳化液泵的選擇31架型選擇液壓支架是綜采工作面最重要的設(shè)備之一，目前多數(shù)向2柱掩護(hù)式開展，最大的2柱掩護(hù)式支架工作阻力到達(dá)10800KN。工作面液壓支架采用掩護(hù)式，高工作阻力的2柱掩護(hù)式支架適應(yīng)頂板屬于中等穩(wěn)定的長壁工作面；支架的頂梁要求采用整體剛性結(jié)構(gòu)。不使用鉸接頂梁，支架在要求的工

12、作高度下應(yīng)能保證支架的整體穩(wěn)定性，應(yīng)設(shè)側(cè)護(hù)板護(hù)幫板，前探梁帶二級(jí)護(hù)幫板，支架底座采用帶有提座千斤頂?shù)膭傂缘鬃蓬^三架組成錨固站，作為全工作面橫向穩(wěn)定性的根底。2操作方式的選擇液壓支架技術(shù)的重大突破當(dāng)屬電液控制，采用了電子控制的先導(dǎo)閥，先進(jìn)可靠的壓力和位移傳感技術(shù)，靈活自由編程的微處理技術(shù)和紅外遙感技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，可實(shí)現(xiàn)成組移架、推溜，使液壓支架的動(dòng)作自動(dòng)連續(xù)進(jìn)行，移架速度大大提高，移架循環(huán)時(shí)間可到達(dá)68s，支架的電液控制系統(tǒng)應(yīng)接受采煤機(jī)的位置信號(hào)，實(shí)現(xiàn)與采煤機(jī)的聯(lián)動(dòng)。所以選擇自動(dòng)和鄰架手動(dòng)操作?？傊?，支架應(yīng)具有結(jié)構(gòu)簡單、操作簡單、控制先進(jìn)可靠、便于維修等特點(diǎn)。3支架支撐高度確實(shí)定：最大高

13、度Hmax=hmax+S1=5.2+0.3=5.5(m)式中：hmax為煤層最大采高，取S1為偽頂或浮煤冒落厚度，一般取200300mm。最小高度：Hminhmin-S2-a-b=2900-200-50-50=2.6(m)式中hmin為開采高度取2.9m，S2為頂板最大下沉量，一般取200mm，a為支架移架所需最小降架量取50mm，b為浮煤厚按50mm估算。4支架支護(hù)強(qiáng)度的計(jì)算根據(jù)支架支護(hù)強(qiáng)度的估算法：P=NHL=(68)×5.0×10t/m2，取103t/m2,即1.05MPa。式中：N為支架載荷相當(dāng)采高巖重的倍數(shù)。中等穩(wěn)定頂板以下取N=68。3。支架工作阻力確定：支架工

14、作阻力實(shí)際上反映了支架在工作過程中所需承受的頂板載荷。而頂板載荷與煤層度近似成直線關(guān)系增長,以此來確定支架的工作阻力為：Q=NHFL=(68)×5××2.57=61668220KN，取8640KN)。2。根據(jù)計(jì)算確定液壓支架的技術(shù)參數(shù)見表5。項(xiàng) 目技術(shù)參數(shù)項(xiàng) 目技術(shù)參數(shù)支架高度mm25505500立柱中心距mm900支架寬度mm16601860平均對(duì)地比壓MPa中心距mm1750底座面積m2起底油缸推/拉力KN387/186移架力KN633泵站壓力MPa推溜力KN361立柱油缸直徑mm360/270支護(hù)強(qiáng)度MPa6412人行邊寬度mm立柱后側(cè)584底部，底座前38

15、0平衡油缸推/拉力KN1318/844電液系統(tǒng)PM4工作阻力KNP=43MPa8800順槽主機(jī)MCU頂梁長度mm推移行程mm960移架有效步距865mm支架重量T操縱方式手動(dòng)鄰控制和自動(dòng)液壓支架的PM4電液控制系統(tǒng)，配備有顯示屏幕和鍵盤，可以操作22個(gè)功能，簡化了目前液壓支架所需的全部功能的操作。每臺(tái)支架的PM4SCV)的屏幕上都可顯示出工作面自動(dòng)進(jìn)行的全部功能，并可發(fā)出聲響報(bào)警信號(hào)，故障查詢方便快捷，實(shí)用性、功能性極強(qiáng)。防腐、防水，抗振動(dòng)、沖擊，具有很高的可靠性。任意編程的控制系統(tǒng)軟件，模塊式設(shè)計(jì)的軟件易于在采礦條件改變時(shí)優(yōu)化液壓支架的功能。在工作面的運(yùn)輸順槽安裝主控臺(tái)MCU，可監(jiān)測液壓系統(tǒng)

16、中每臺(tái)支架立柱壓力變化，顯示支架動(dòng)作及工作面支架、運(yùn)輸機(jī)、采煤機(jī)紅外位置工作狀態(tài)的可示圖，監(jiān)測壓力、監(jiān)視傳感器狀況、修改參數(shù)，提供維修依據(jù)。通過采煤機(jī)紅外發(fā)射與支架上紅外線接受確定采煤機(jī)位置和采集主要數(shù)據(jù)?？梢詫?shí)時(shí)地把所有信息傳輸給順槽MCU。最大限度地提高長壁工作面系統(tǒng)的功能?？稍诘刭|(zhì)條件允許的情況下實(shí)現(xiàn)工作面的全自動(dòng)化。5首采工作面共設(shè)計(jì)配套153組支架，其中端頭架m；過度架共計(jì)12組，支撐高度2.555.5m不選用端頭支架情況下，過度架共計(jì)16組；中間架137組。每個(gè)支架由1個(gè)帶微處理器的PM4效勞器和螺紋式驅(qū)動(dòng)器和假設(shè)干傳感器組成。每8個(gè)PM4提供1個(gè)電源，順槽安裝有1個(gè)主PM4效勞器

17、和1個(gè)Windows操作界面的主計(jì)算機(jī)MCU，通過快速插頭連接組成整個(gè)工作面PM4電液控制系統(tǒng)。3乳化液泵的壓力要滿足初撐力和千斤頂所需最大推力的要求，流量要滿足每架組在移動(dòng)循環(huán)中所需的動(dòng)作的立柱和千斤頂?shù)淖畲罅髁浚瑫r(shí)要滿足支架追機(jī)速度要求?？刂品矫嬉箅S支架載荷變化，根據(jù)系統(tǒng)壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)開啟泵的臺(tái)數(shù)，能根據(jù)液位自動(dòng)控制補(bǔ)水，具有乳化液自動(dòng)配液裝置，并對(duì)高液位、乳化液出口壓力、泵潤滑油壓力進(jìn)行檢測和保護(hù)。依據(jù)原那么泵站壓力應(yīng)滿足：1Pb=4P1/ZD2=4×6413/2××42=35139KPa35.2MPa。式中：Z為支架主立柱根數(shù)2根；D為支架立柱缸體內(nèi)徑m

18、；P1為初撐力6413KN。2Pb2=4Pn/D12=4×361×62=18050KPa=18MPa式中：D1為千斤頂缸體內(nèi)徑m。Pn為千斤頂?shù)淖畲笸屏?61KN。滿足1、2的泵站壓力P=KPb1(Pb2×=MPa式中：K為泵站系統(tǒng)壓力損失系數(shù)K，取1.051.1。泵站流量應(yīng)考慮成組快速移架的需要，按6架/計(jì)算：Qn1S1(F1+F2)+n2BF3/1000(L/Vq-t4)×(1/)=12×25(937.3+1589.62)6×××6/6-0.2×1/0.91=537L/min式中：Q為液壓泵站的工作流

19、量L/min.n1n2為移架時(shí)同時(shí)降的立柱數(shù)和千斤頂數(shù)，分別為12和6.S、B為移架時(shí)立柱的行程和千斤頂?shù)男谐?5cm、86.5cm。F1、F2、F32、1589.62 cm2、287.5 cm2。×6。Vq為采煤機(jī)牽引速度，取6m/min。t4為移架過程中的其它輔助時(shí)間0.2mm。為泵站容積效率取。液箱以滿足V3Q+Q0×3+200=1811.0L.乳化液箱2個(gè)。運(yùn)行2臺(tái)備用1臺(tái)，其技術(shù)參數(shù)如表6：表6 乳化液泵的技術(shù)參數(shù)及配套項(xiàng)項(xiàng) 目技術(shù)參數(shù)項(xiàng) 目技術(shù)參數(shù)公稱壓力MPa乳化液泵臺(tái)數(shù)臺(tái)3泵2箱公稱流量L/min400重量kg1200柱塞數(shù)量個(gè)35乳化液箱不銹鋼電機(jī)功率KW

20、250有效容積L2500電壓V1140儲(chǔ)液箱L2000采煤機(jī)、工作面運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)和破碎機(jī)均采用水冷卻方式，根據(jù)工作面噴霧系統(tǒng)水流量選BPW400/10型兩泵一箱，其技術(shù)參數(shù)如表7：順槽帶式輸送機(jī)是運(yùn)輸?shù)闹饕h(huán)節(jié)，隨工作面生產(chǎn)能力的提升，順槽帶式輸送機(jī)強(qiáng)度也相應(yīng)增加，滿足工作面生產(chǎn)能力的要求。對(duì)于長距離、大運(yùn)量、高速度的膠帶輸送機(jī)必須有足夠的起動(dòng)時(shí)間，使起動(dòng)加速度保持在允許范圍內(nèi)。因此應(yīng)優(yōu)先采用CST可控傳輸軟起動(dòng)控制。另外，為適應(yīng)快速推進(jìn)需要，可伸縮膠帶機(jī)尾必須能快速自移。其主要技術(shù)參數(shù)如表8：表7 噴霧泵技術(shù)參數(shù)項(xiàng)項(xiàng) 目技術(shù)參數(shù)項(xiàng) 目技術(shù)參數(shù)公稱壓力MPa10預(yù)加壓泵公稱流量L/min40

21、0功率KW電機(jī)功率KW/電壓V90/1140V電壓V1140重量公稱壓力bar水箱容積L2200公稱流量L/min表8 膠帶輸送機(jī)主要技術(shù)參數(shù)項(xiàng) 目技術(shù)參數(shù)項(xiàng) 目技術(shù)參數(shù)輸送量T/h1800帶寬m1200鋪設(shè)長度m2000驅(qū)動(dòng)方式多驅(qū)動(dòng)提升高度m40驅(qū)動(dòng)功率KW2×400帶速m/s功率分配1:1:=1:1:驅(qū)動(dòng)滾筒1032×1400托輥132卸載滾筒900×1400驅(qū)動(dòng)裝置形式CST軟起動(dòng)逆止器拉緊滾筒6個(gè)630拉緊電機(jī)30KW液壓自動(dòng)張緊控制帶強(qiáng)PVG1200卷帶電機(jī)KW22液壓輸送機(jī)主機(jī)采用PLC控制CST軟啟動(dòng)及外圍設(shè)備控制膠帶的液壓自動(dòng)張緊，并有漢化的防爆中文界面，LCD顯示屏人機(jī)界面友好。實(shí)現(xiàn)了對(duì)CST驅(qū)動(dòng)離合器、拉緊絞車、冷卻油泵、風(fēng)扇、制動(dòng)閥及膠帶機(jī)運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測與監(jiān)控。4、供電系統(tǒng)及設(shè)備根據(jù)工作面設(shè)備的裝機(jī)容量大Pe=5085KW，走向長度長2000m,主要設(shè)備采煤機(jī)和運(yùn)輸機(jī)單機(jī)功率大的特點(diǎn)，為提高工作面供電質(zhì)量，降低起動(dòng)和正常電壓損失，采用3.3KV供電，其余設(shè)備采用1140V供電，采區(qū)采用6KV供電。工作面電氣設(shè)備由負(fù)荷中