綜采面設(shè)備配套選型研究

綜采面設(shè)備配套選型研究

綜合開(kāi)采設(shè)備是指綜合機(jī)械化開(kāi)采工作面的機(jī)電設(shè)備的總稱。綜采設(shè)備是將各種相對(duì)獨(dú)立的機(jī)械合理地組合在一起,在工藝過(guò)程中協(xié)調(diào)工作,使采煤工作面的落煤、裝煤、運(yùn)煤、支護(hù)和處理采空區(qū)全部工序?qū)崿F(xiàn)機(jī)械化。綜采設(shè)備一般都是成套配置的,主要包括采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和液壓支架(簡(jiǎn)稱“三機(jī)”)。就目前國(guó)內(nèi)而言,還沒(méi)有一家企業(yè)有能力實(shí)現(xiàn)綜采設(shè)備的整體供貨。這樣造成我國(guó)綜采設(shè)備配套形式多種多樣,國(guó)產(chǎn)設(shè)備和進(jìn)口設(shè)備交叉使用,更使綜采工作面設(shè)備配套多種多樣。為了實(shí)現(xiàn)綜采工作面最大生產(chǎn)能力和安全生產(chǎn),采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和液壓支架之間在性能參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)、工作面空間尺寸以及相互連接部分的形式、強(qiáng)度和尺寸等方面,必須互相匹配,保證適用,才能充分發(fā)揮設(shè)備效能,實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效,安全生產(chǎn)。1工作面設(shè)備選型綜采設(shè)備的配套與選型一般是根據(jù)煤層地質(zhì)條件而確定的,回采工藝經(jīng)歷了爆破采煤、普通機(jī)械化采煤和綜合機(jī)械化采煤,其設(shè)備的選型取決于工作面的生產(chǎn)能力,在工作面“三機(jī)”選型中,液壓支架是核心。綜采面設(shè)備配套的程序和方法見(jiàn)圖1。2“三機(jī)”選拔原則2.1支護(hù)結(jié)構(gòu)與設(shè)備選型1)支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)與工作面礦壓相適應(yīng)。支架的初撐力和工作阻力要適應(yīng)直接頂和基本頂巖層移動(dòng)產(chǎn)生的壓力,將空頂區(qū)的頂?shù)装逡平靠刂频阶钚〕潭取?)支架結(jié)構(gòu)應(yīng)與煤層賦存條件相適應(yīng)。3)支護(hù)斷面應(yīng)與通風(fēng)要求相適應(yīng),保證有足夠的風(fēng)量通過(guò),而且風(fēng)速不得超過(guò)《煤礦安全規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定。4)液壓支架應(yīng)與采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)等設(shè)備相匹配。支架的寬度應(yīng)與刮板輸送機(jī)中部槽長(zhǎng)度相一致,推移千斤頂?shù)男谐虘?yīng)比采煤機(jī)截深大100～200mm,支架沿工作面的移架速度應(yīng)能跟上采煤機(jī)的工作牽引速度,移架速度還應(yīng)滿足生產(chǎn)指標(biāo)的要求,支架的梁端距應(yīng)為350mm左右。2.2采煤機(jī)適用范圍1)適合特定的煤層地質(zhì)條件,并且采煤機(jī)采高、截深、功率、牽引方式等主要參數(shù)選取合理,有較大的適用范圍。2)滿足工作面開(kāi)采生產(chǎn)能力要求,采煤機(jī)實(shí)際生產(chǎn)能力要大于工作面設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力;滿足與刮板輸送機(jī)和液壓支架的匹配要求。3)采煤機(jī)技術(shù)性能良好,工作可靠性高,各種保護(hù)功能完善。4)采煤機(jī)使用、檢修、維護(hù)方便。2.3不均衡系數(shù)的確定1)刮板輸送機(jī)應(yīng)能保證工作面落煤生產(chǎn)能力的需要,選擇刮板輸送機(jī)應(yīng)以工作面最大生產(chǎn)能力乘以1.2的不均衡系數(shù)作為基數(shù)。2)結(jié)構(gòu)型式一般與采煤機(jī)相配套,輸送機(jī)槽的結(jié)構(gòu)應(yīng)與工作面底板條件相適應(yīng),并應(yīng)考慮能與采煤機(jī)底托架和行走機(jī)構(gòu)尺寸相匹配。3)輸送機(jī)鋪設(shè)長(zhǎng)度可根據(jù)刮板輸送機(jī)技術(shù)特征、輸送量、鏈速和工作面傾角等因素確定。3“三機(jī)”支持原則3.1采煤機(jī)生產(chǎn)能力的選取工作面生產(chǎn)能力取決于采煤機(jī)落煤能力,而刮板輸送機(jī)、液壓支架及平巷轉(zhuǎn)載機(jī)、可伸縮帶式輸送機(jī)等設(shè)備能力都要大于采煤機(jī)的生產(chǎn)能力,通常按富余20%考慮。要保證工作面高產(chǎn),刮板輸送機(jī)輸送能力就要大于采煤機(jī)的落煤能力,液壓支架移架速度就得滿足采煤機(jī)高產(chǎn)快速運(yùn)行的要求。1)采煤機(jī)生產(chǎn)能力的選擇原則。采煤機(jī)的生產(chǎn)能力的選定是依據(jù)工作面的年產(chǎn)量及小時(shí)生產(chǎn)能力確定,是綜采工作面達(dá)到高產(chǎn)高效生產(chǎn)能力的最主要的設(shè)備。采煤機(jī)的生產(chǎn)能力:式中Q———采煤機(jī)小時(shí)生產(chǎn)能力,t/h;υq———采煤機(jī)平均牽引速度,m/min;2)刮板輸送機(jī)生產(chǎn)能力。工作面刮板輸送機(jī)生產(chǎn)能力的選擇原則是應(yīng)保證采煤機(jī)采落的煤全部被運(yùn)走,并留有一定的備用能力以滿足工作面出現(xiàn)片幫、過(guò)載等特殊情況下的運(yùn)輸能力。刮板輸送機(jī)運(yùn)輸能力:式中Q———刮板輸送機(jī)運(yùn)輸能力,t/h;A———中部槽裝載斷面積,m2;3)液壓支架生產(chǎn)能力的選擇原則。由于工作生產(chǎn)條件比較復(fù)雜,為保證工作面采煤機(jī)連續(xù)截煤,整個(gè)工作面支架的追機(jī)速度應(yīng)大于采煤機(jī)連續(xù)截煤的平均截煤牽引速度。若工作面支架依次移動(dòng),支架向工作面推進(jìn)方向的移架速度:式中Vj———移架速度,m/min;B———采煤機(jī)截深,m;t———移一架支架的時(shí)間,min。支架沿工作面的追機(jī)速度:式中Vz———支架沿工作面的追機(jī)速度,m/min;經(jīng)推導(dǎo)可得VZ=kυg式中k———不均衡系數(shù),一般取k=1.17～1.22。3.2改進(jìn)前的改型設(shè)計(jì)性能配套主要解決各設(shè)備性能間互相協(xié)調(diào)與制約的問(wèn)題,從而充分發(fā)揮設(shè)備性能,以滿足生產(chǎn)的需要。如我局裴溝礦使用的大采高成套綜采設(shè)備MXA—300/4.5型采煤機(jī)與SGZC—730/320型刮板輸送機(jī)配套,原輸送機(jī)機(jī)尾長(zhǎng)度大于采煤機(jī)搖臂長(zhǎng)度,為了實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)割煤達(dá)到輸送機(jī)機(jī)尾底座端部的采煤工藝要求,對(duì)該型輸送機(jī)進(jìn)行了偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)改型設(shè)計(jì),取得良好效果。又如大采高支架當(dāng)前若尚未配備大流量閥,所需移架時(shí)間20～25s,只有將采煤機(jī)牽引速度控制在3.5～4.0m/min時(shí),性能才相適應(yīng)。如要提高牽引速度,就須改進(jìn)供液系統(tǒng)的性能,以提高移架速度。3.3無(wú)立柱空間寬度采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和液壓支架間的配套尺寸關(guān)系如圖2所示。從安全角度出發(fā),支架前柱到煤壁的無(wú)立柱空間寬度F愈小愈好,它的尺寸組成為式中F———支架前柱到煤壁的無(wú)立柱空間寬度,m;B———截深,即采煤機(jī)滾筒的寬度,mm;e———煤壁與鏟煤板之間的空隙距離,為了防止采煤機(jī)在輸送機(jī)彎曲段工作時(shí)滾筒切割鏟煤板,此空隙距離e=100～200mm;x———立柱斜置產(chǎn)生的水平增距,它可按立柱最大高度的投影計(jì)算,mm;f———鏟煤板寬度,一般取150～240mm;s———中部槽寬度(主要由輸送機(jī)生產(chǎn)率確定,該尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化),mm;a———導(dǎo)向槽及電纜槽寬度,mm;b———支架前柱距底座前端距離,mm。3.4采煤機(jī)、刮板整體使放煤回收的標(biāo)準(zhǔn)過(guò)高壽命配套是指各種設(shè)備大修周期從理論上講應(yīng)當(dāng)相接近,否則在工作面生產(chǎn)過(guò)程中交替地更換設(shè)備進(jìn)行大修,或設(shè)備“帶病”運(yùn)轉(zhuǎn),將對(duì)工作面的正常生產(chǎn)和對(duì)設(shè)備造成極大的影響或損壞。壽命配套性的核算,目前尚無(wú)一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。一般情況,對(duì)液壓支架通常以使用時(shí)間來(lái)衡量,對(duì)采煤機(jī)常用連續(xù)割煤長(zhǎng)度或采煤量來(lái)衡量,而對(duì)刮板輸送機(jī)是常用過(guò)煤量來(lái)衡量。這樣沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量不同設(shè)備的大修周期,也就無(wú)法對(duì)設(shè)備提出壽命配套的要求。為此,需有一個(gè)簡(jiǎn)化的標(biāo)準(zhǔn),如按我國(guó)目前設(shè)備設(shè)計(jì)制造水平和采煤工作面生產(chǎn)水平,綜采主要設(shè)備壽命配套(即設(shè)備大修周期)可按產(chǎn)煤量100萬(wàn)t以上來(lái)要求。在配套過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)某種設(shè)備不能滿足生產(chǎn)所需要的壽命時(shí),應(yīng)找出解決的措施,以實(shí)現(xiàn)壽命上的配套要求。通常我國(guó)液壓支架在工作面生產(chǎn)1～2a后(設(shè)備較新時(shí)一般為2a)上井大修,則相應(yīng)的采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)可同時(shí)大修。隨著大功率、高強(qiáng)度綜采設(shè)備出現(xiàn),綜采工作面單產(chǎn)比目前普通綜采平均高出3～4倍以上,則各設(shè)備的壽命配套也必須同步適應(yīng),如美國(guó)綜采面主要設(shè)備要求連續(xù)生產(chǎn)600～700萬(wàn)t不出大的問(wèn)題。3.5現(xiàn)場(chǎng)操作的一般要求1)采煤機(jī)在輸送機(jī)上運(yùn)行干涉計(jì)算。配套采煤機(jī)在輸送機(jī)彎曲段和頭尾過(guò)渡段上運(yùn)行不應(yīng)與輸送機(jī)發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉,通過(guò)計(jì)算確定采煤機(jī)機(jī)身與輸送機(jī)擋板間隙(一般不小于30～50mm),采煤機(jī)滑靴與鏟煤板間隙(一般也應(yīng)不小于30～50mm),采煤機(jī)截割滾筒與鏟煤板距離等。2)采煤機(jī)自開(kāi)缺口切通核算。為使采煤機(jī)切通煤壁,要求輸送機(jī)機(jī)頭尾兩端短而低,必要時(shí)安裝在輸送機(jī)上的采煤機(jī)行走牽引銷軌要向煤壁側(cè)變線設(shè)計(jì),以確保采煤機(jī)截割滾筒在輸送兩端有50～100mm臥底量。同時(shí)采煤機(jī)可加大搖臂長(zhǎng)度,以確保采煤機(jī)滾筒截透煤壁。3)布架核算。綜采工作面輸送機(jī)還與支架配套工作,因而在輸送機(jī)總體設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮支護(hù)對(duì)輸送機(jī)的配套要求,希望輸送機(jī)橫向?qū)挾纫M可能小,以減小支護(hù)空頂距。這就要求輸送機(jī)頭尾兩處平行布置的驅(qū)動(dòng)裝置體積要小,與機(jī)架聯(lián)接要緊湊,總體布架要核算支架空頂距。4)為適應(yīng)工作面傾角變化,采煤機(jī)、支架、刮板輸送機(jī)應(yīng)設(shè)有防滑裝置。5)刮板機(jī)牽引銷軌應(yīng)滿足采煤機(jī)牽引力要求。刮板機(jī)推移耳強(qiáng)度應(yīng)與支架的拉架力相匹配。3.6支護(hù)設(shè)備的選擇在煤層較厚、煤的塊度過(guò)大時(shí),工作面或轉(zhuǎn)載機(jī)上應(yīng)設(shè)置破碎裝置。設(shè)備配套還應(yīng)考慮端頭支護(hù)、轉(zhuǎn)載機(jī)、帶式輸送機(jī)、噴霧泵、乳化液泵等的選擇,同時(shí)還應(yīng)考慮工作面與平巷的聯(lián)接方式、巷道斷面及布置、通風(fēng)要求等問(wèn)題。必須綜合考慮采煤、通風(fēng)、礦壓等各種因素,才能正確選擇配套設(shè)備,達(dá)到高效率、高產(chǎn)量、安全生產(chǎn)和降低成本的目的。4綜采設(shè)備的配套綜合機(jī)械化采煤是將工作面的落煤、裝煤、運(yùn)煤、支護(hù)的各個(gè)環(huán)節(jié)有機(jī)地聯(lián)系在一起,使各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的過(guò)程。各設(shè)備之間的合理匹配,將使單產(chǎn)和效率顯著提高,勞動(dòng)條件將有很大改善。因此