综采面设备配套选型研究

综采面设备配套选型研究

综合开采设备是指综合机械化开采工作面的机电设备的总称。综采设备是将各种相对独立的机械合理地组合在一起,在工艺过程中协调工作,使采煤工作面的落煤、装煤、运煤、支护和处理采空区全部工序实现机械化。综采设备一般都是成套配置的,主要包括采煤机、刮板输送机和液压支架(简称“三机”)。就目前国内而言,还没有一家企业有能力实现综采设备的整体供货。这样造成我国综采设备配套形式多种多样,国产设备和进口设备交叉使用,更使综采工作面设备配套多种多样。为了实现综采工作面最大生产能力和安全生产,采煤机、刮板输送机和液压支架之间在性能参数、结构参数、工作面空间尺寸以及相互连接部分的形式、强度和尺寸等方面,必须互相匹配,保证适用,才能充分发挥设备效能,实现高产高效,安全生产。1工作面设备选型综采设备的配套与选型一般是根据煤层地质条件而确定的,回采工艺经历了爆破采煤、普通机械化采煤和综合机械化采煤,其设备的选型取决于工作面的生产能力,在工作面“三机”选型中,液压支架是核心。综采面设备配套的程序和方法见图1。2“三机”选拔原则2.1支护结构与设备选型1)支护强度应与工作面矿压相适应。支架的初撑力和工作阻力要适应直接顶和基本顶岩层移动产生的压力,将空顶区的顶底板移近量控制到最小程度。2)支架结构应与煤层赋存条件相适应。3)支护断面应与通风要求相适应,保证有足够的风量通过,而且风速不得超过《煤矿安全规程》的有关规定。4)液压支架应与采煤机、刮板输送机等设备相匹配。支架的宽度应与刮板输送机中部槽长度相一致,推移千斤顶的行程应比采煤机截深大100～200mm,支架沿工作面的移架速度应能跟上采煤机的工作牵引速度,移架速度还应满足生产指标的要求,支架的梁端距应为350mm左右。2.2采煤机适用范围1)适合特定的煤层地质条件,并且采煤机采高、截深、功率、牵引方式等主要参数选取合理,有较大的适用范围。2)满足工作面开采生产能力要求,采煤机实际生产能力要大于工作面设计生产能力;满足与刮板输送机和液压支架的匹配要求。3)采煤机技术性能良好,工作可靠性高,各种保护功能完善。4)采煤机使用、检修、维护方便。2.3不均衡系数的确定1)刮板输送机应能保证工作面落煤生产能力的需要,选择刮板输送机应以工作面最大生产能力乘以1.2的不均衡系数作为基数。2)结构型式一般与采煤机相配套,输送机槽的结构应与工作面底板条件相适应,并应考虑能与采煤机底托架和行走机构尺寸相匹配。3)输送机铺设长度可根据刮板输送机技术特征、输送量、链速和工作面倾角等因素确定。3“三机”支持原则3.1采煤机生产能力的选取工作面生产能力取决于采煤机落煤能力,而刮板输送机、液压支架及平巷转载机、可伸缩带式输送机等设备能力都要大于采煤机的生产能力,通常按富余20%考虑。要保证工作面高产,刮板输送机输送能力就要大于采煤机的落煤能力,液压支架移架速度就得满足采煤机高产快速运行的要求。1)采煤机生产能力的选择原则。采煤机的生产能力的选定是依据工作面的年产量及小时生产能力确定,是综采工作面达到高产高效生产能力的最主要的设备。采煤机的生产能力:式中Q———采煤机小时生产能力,t/h;υq———采煤机平均牵引速度,m/min;2)刮板输送机生产能力。工作面刮板输送机生产能力的选择原则是应保证采煤机采落的煤全部被运走,并留有一定的备用能力以满足工作面出现片帮、过载等特殊情况下的运输能力。刮板输送机运输能力:式中Q———刮板输送机运输能力,t/h;A———中部槽装载断面积,m2;3)液压支架生产能力的选择原则。由于工作生产条件比较复杂,为保证工作面采煤机连续截煤,整个工作面支架的追机速度应大于采煤机连续截煤的平均截煤牵引速度。若工作面支架依次移动,支架向工作面推进方向的移架速度:式中Vj———移架速度,m/min;B———采煤机截深,m;t———移一架支架的时间,min。支架沿工作面的追机速度:式中Vz———支架沿工作面的追机速度,m/min;经推导可得VZ=kυg式中k———不均衡系数,一般取k=1.17～1.22。3.2改进前的改型设计性能配套主要解决各设备性能间互相协调与制约的问题,从而充分发挥设备性能,以满足生产的需要。如我局裴沟矿使用的大采高成套综采设备MXA—300/4.5型采煤机与SGZC—730/320型刮板输送机配套,原输送机机尾长度大于采煤机摇臂长度,为了实现采煤机割煤达到输送机机尾底座端部的采煤工艺要求,对该型输送机进行了偏转机构改型设计,取得良好效果。又如大采高支架当前若尚未配备大流量阀,所需移架时间20～25s,只有将采煤机牵引速度控制在3.5～4.0m/min时,性能才相适应。如要提高牵引速度,就须改进供液系统的性能,以提高移架速度。3.3无立柱空间宽度采煤机、刮板输送机和液压支架间的配套尺寸关系如图2所示。从安全角度出发,支架前柱到煤壁的无立柱空间宽度F愈小愈好,它的尺寸组成为式中F———支架前柱到煤壁的无立柱空间宽度,m;B———截深,即采煤机滚筒的宽度,mm;e———煤壁与铲煤板之间的空隙距离,为了防止采煤机在输送机弯曲段工作时滚筒切割铲煤板,此空隙距离e=100～200mm;x———立柱斜置产生的水平增距,它可按立柱最大高度的投影计算,mm;f———铲煤板宽度,一般取150～240mm;s———中部槽宽度(主要由输送机生产率确定,该尺寸已标准化),mm;a———导向槽及电缆槽宽度,mm;b———支架前柱距底座前端距离,mm。3.4采煤机、刮板整体使放煤回收的标准过高寿命配套是指各种设备大修周期从理论上讲应当相接近,否则在工作面生产过程中交替地更换设备进行大修,或设备“带病”运转,将对工作面的正常生产和对设备造成极大的影响或损坏。寿命配套性的核算,目前尚无一个统一的标准。一般情况,对液压支架通常以使用时间来衡量,对采煤机常用连续割煤长度或采煤量来衡量,而对刮板输送机是常用过煤量来衡量。这样没有一个统一的标准来衡量不同设备的大修周期,也就无法对设备提出寿命配套的要求。为此,需有一个简化的标准,如按我国目前设备设计制造水平和采煤工作面生产水平,综采主要设备寿命配套(即设备大修周期)可按产煤量100万t以上来要求。在配套过程中,发现某种设备不能满足生产所需要的寿命时,应找出解决的措施,以实现寿命上的配套要求。通常我国液压支架在工作面生产1～2a后(设备较新时一般为2a)上井大修,则相应的采煤机、刮板输送机可同时大修。随着大功率、高强度综采设备出现,综采工作面单产比目前普通综采平均高出3～4倍以上,则各设备的寿命配套也必须同步适应,如美国综采面主要设备要求连续生产600～700万t不出大的问题。3.5现场操作的一般要求1)采煤机在输送机上运行干涉计算。配套采煤机在输送机弯曲段和头尾过渡段上运行不应与输送机发生运动干涉,通过计算确定采煤机机身与输送机挡板间隙(一般不小于30～50mm),采煤机滑靴与铲煤板间隙(一般也应不小于30～50mm),采煤机截割滚筒与铲煤板距离等。2)采煤机自开缺口切通核算。为使采煤机切通煤壁,要求输送机机头尾两端短而低,必要时安装在输送机上的采煤机行走牵引销轨要向煤壁侧变线设计,以确保采煤机截割滚筒在输送两端有50～100mm卧底量。同时采煤机可加大摇臂长度,以确保采煤机滚筒截透煤壁。3)布架核算。综采工作面输送机还与支架配套工作,因而在输送机总体设计时还要考虑支护对输送机的配套要求,希望输送机横向宽度要尽可能小,以减小支护空顶距。这就要求输送机头尾两处平行布置的驱动装置体积要小,与机架联接要紧凑,总体布架要核算支架空顶距。4)为适应工作面倾角变化,采煤机、支架、刮板输送机应设有防滑装置。5)刮板机牵引销轨应满足采煤机牵引力要求。刮板机推移耳强度应与支架的拉架力相匹配。3.6支护设备的选择在煤层较厚、煤的块度过大时,工作面或转载机上应设置破碎装置。设备配套还应考虑端头支护、转载机、带式输送机、喷雾泵、乳化液泵等的选择,同时还应考虑工作面与平巷的联接方式、巷道断面及布置、通风要求等问题。必须综合考虑采煤、通风、矿压等各种因素,才能正确选择配套设备,达到高效率、高产量、安全生产和降低成本的目的。4综采设备的配套综合机械化采煤是将工作面的落煤、装煤、运煤、支护的各个环节有机地联系在一起,使各个环节实现机械化的过程。各设备之间的合理匹配,将使单产和效率显著提高,劳动条件将有很大改善。因此