2-4采煤机选型设计

第四章采煤机技术参数及其选型第一节采煤机主要技术参数采煤机的主要技术参数规定了采煤机的适用范围和主要技术性能，它们既是设计采煤机的主要依据，又是综合机械化采煤工作面成套设备选型的依据。

一、截齿受力截齿截割煤岩的载荷是随机的，具有平稳随机函数的性质。截割阻力和推进阻力的分布函数和分布密度属Г分布，侧向力属于正态分布。螺旋滚筒的载荷谱也是随机的，当同时截割的截齿数np≥8时，总载荷属正态分布。截割阻力、推进阻力、侧向力的数学期望值（均值）、方差、相关系数和变差系数，都可按概率统计方法进行分析。第一节采煤机主要技术参数单齿截割阻力公式都从Z=Ah最基本公式出发，然后考虑各种影响因素，乘以影响系数。1．截齿上的切割力(或截割阻力)Z当截齿为锐齿时当截齿为钝齿时

Z—磨钝截齿的截割力，N；Z0—锐利截齿的截割力，N；A—截割阻抗，/mm；h—截齿切削深度，cm；b—截齿切削宽度，cm；B—煤岩脆性程度指数；θ—截齿安装角，(o)；t—设计截线距，cm；t0—最佳截线距，cm；S—截齿尖磨损断面在截割平面上的投影面积，cm2；f—截割阻力系数，f=0.38～0.42(切削深度大时取大值)；K1—截齿截角的影响系数，可查表；K2—截齿配置方式的影响系数，顺序式取1，棋盘式取1.2。2．截齿上的径向力(推进阻力)Y锐利截齿的径向力(0.5～0.7)Z0N截齿磨钝后的径向力NK—作用在锐利截齿上的推进阻力与截割阻力的比值。对采煤机来说，一般取K=0.5～0.7，切屑厚度大、煤的脆性程度高时取小值；K3—平均接触应力对单向抗压强度的比值，K3=0.8～1.5；σy—煤的单向抗压强度，MPa；Sd—截齿磨损面积，按截齿磨损表面在截割平面的投影面积计，mm2。第一节采煤机主要技术参数截齿在截割过程中受切削断面形状、刀具形状及被破碎煤岩的均匀性等影响，作用在截齿两侧的力存在差异，可以表示为截割阻力、切屑厚度和切削宽度等的函数，即作用在截齿上的侧向力X0为截齿顺序式排列时：截齿棋盘式排列时：第一节采煤机主要技术参数

二、滚筒受力有了单个截齿的负荷，滚筒的平均负荷就可叠加得到。以前滚筒为例，第i个截齿所受到的截割阻力、推进阻力和侧向力分别为Zi、Yi、Xi，而Rx、Ry、Rz分别表示滚筒所有参加截割的截齿受力沿x、y、z坐标轴的分力之和第一节采煤机主要技术参数滚筒截割阻力矩滚筒截割消耗功率滚筒截割比能耗

第一节采煤机主要技术参数

三、截割高度采煤机工作时在工作面底板以上形成空间的高度称为截割高度。采煤机的截割高度应与煤层厚度的变化范围相适应。第一节采煤机主要技术参数采煤机说明书中的“截割高度”，往往是滚筒的工作高度，而不是真正的截割高度。考虑到顶底板上的浮煤和顶板下沉的影响，工作面实际截割高度要减小，一般比煤层厚度Ht小0.1～0.3m。为保证采煤机正常工作，截割高度H范围为Hmax=(0.9～0.95)HtmaxHmin=(1.1～1.2)Htmin

下切深度是滚筒处于最低工作高度时，滚筒截割到工作面输送机中部槽底以下的深度，要求一定的下切深度以适应工作面调斜时割平底板，或采煤机截割到输送机机头和机尾时能割掉过渡槽的三角煤。

第一节采煤机主要技术参数

四、截深采煤机滚筒切入煤壁的深度称为截深，与滚筒宽度相适应。截深决定着工作面每次推进的步距，是决定采煤机装机功率和生产率的主要因素，也是与支护设备配套的一个重要参数。截深与截割高度关系很大。截割高度较小，工人行走艰难，采煤机牵引速度受到限制，为保证适当生产率，宜用较大截深。反之，截割高度很大时煤层容易片帮，顶板施加给支护设备的载荷大，此时限制生产率的主要因素是运输能力。第一节采煤机主要技术参数截深选择还要考虑煤层的压张效应。当被截割煤体处于压张区内时，截割功率明显下降。一般压张深度为煤层厚度的0.4～1.0倍。脆性煤取大值，韧性煤取小值。截深为煤层厚度的1/3时，截割阻力比未被压张煤的截割阻力小1/3～1/2。为充分利用煤层压张效应，中厚煤层截深一般取0.6m左右。大功率电牵引采煤机向大截深方向发展，0.9m左右，部分截深达1.2m。

加大截深目的：提高生产率，减少液压支架的移架次数。但加大截深造成工作面空顶距加大→提高移架速度和牵引速度，并做到及时支护。当用单体支柱支护顶板时，金属顶梁的长度应是采煤机截深的整数倍。第一节采煤机主要技术参数

五、截割速度滚筒上截齿齿尖的切线速度称为截割速度。截割速度决定于滚筒直径和滚筒转速。为减小滚筒截割时产生的粉尘，提高块煤率，出现滚筒低速化的趋势。滚筒转速对滚筒截割和装载过程的影响都比较大，但是对粉尘生成和截齿使用寿命影响较大的是截割速度而不是滚筒转速。若采煤机滚筒以转速n旋转，同时以行走速度vq向前推进，截齿切下的煤屑呈月牙形，其厚度从0～hmax变化第一节采煤机主要技术参数平均切屑厚度h可根据截齿截割的面积等于滚筒转一圈时间内的推进面积来确定求极值，得φu=0.74π或截割高度为0.84D时，平均切屑厚度达极大值，为2.28hmax/π。当滚筒直径和转速已知时，滚筒截割速度为大多数中厚煤层采煤机滚筒转速在30～40r/min范围内较宜。厚煤层采煤机滚筒直径大于1800～2000mm时，转速可低至20～30r/min。当截割速度超过3m/s时，截齿摩擦发火的可能性增加，所以厚煤层采煤机降低滚筒转速尤为重要。对于薄煤层采煤机的小直径滚筒来说，由于叶片高度低，滚筒内的运煤空间小，必须加大滚筒转速，以保证采煤机的生产率。小直径滚筒转速可达80～120r/min。第一节采煤机主要技术参数

六、牵引（行走）速度牵引（行走）速度是采煤机沿工作面移动的速度，它与截割电动机功率、牵引电动机功率、采煤机生产率的关系都近似成正比。在采煤过程中，需要根据被破落煤的截割阻抗和工况条件的变化，经常调整牵引速度的大小。牵引速度的上限受电动机功率、装煤能力、液压支架移架速度、输送机运输能力等限制。牵引速度是影响采煤机生产率的最主要参数。牵引速度有两种，一种是截割时的牵引速度，一种是调动时的牵引速度。前者由于截割阻力是随机的，变化较大，需通过对牵引速度的调节来控制电动机的功率变化范围和大小，通过自动调速使电动机功率经常保持近似恒定或防止过载；后者为减少调动时间，增加截割时间，速度较高。第一节采煤机主要技术参数采煤机平均牵引速度是反映工作面生产状况的主要参数，可以将采煤机平均牵引速度作为工作面设备能力选型计算的基本参数。采煤机平均落煤能力为Qm—采煤机平均落煤能力，t/h；Q—工作面平均日产量，t/d；J—采煤机截深，m；H—平均截割高度，m；ρ—煤体质量密度，t/m3；C—工作面采出率，%；L—工作面长度，m；Ls—刮板输送机弯曲段长度，m；Lm—采煤机两滚筒中心距，m；Td—采煤机反向时间，min；K—采煤机平均日开机率。第一节采煤机主要技术参数根据平均落煤能力，计算采煤机截割时的平均速度为在工作面采煤过程中，采煤机实际落煤量和割煤速度是一个随机变量，且其服从正态分布规律。液压牵引采煤机截割时的牵引速度一般为5～6m/min，电牵引采煤机截割时的牵引速度一般都可达到10～12m/min，最高牵引速度已达54.5m/min。第一节采煤机主要技术参数

七、牵引（行走）力牵引（行走）力是驱动采煤机行走的力。牵引力取决于煤质硬度、截高、牵引速度、煤层倾角、机器质量以及导向装置的结构和摩擦系数等因素。由于影响因素太多，目前还没有准确的计算方式。采煤机理论牵引力为k—采煤机移动时，在导向部分产生的附加阻力系数，一般取k＝1.3～1.5；m—采煤机质量，kg；g—重力加速度；α—煤层倾角，(o)；f—摩擦因数。采煤机骑输送机工作时，f=0.18～0.25；爬底板工作时，f=0.3～0.4；Fq—滚筒上截齿的总平均牵引阻力。第一节采煤机主要技术参数由于截齿的总平均牵引阻力Fq的影响因素太多，理论与实际会有较大的出入，因而影响计算的准确性。目前在设计中均采用经验总结数据如类比方法简单迅速地确定牵引力与功率。综合国内外采煤机的技术参数，一般牵引力为机器重力的1.2～1.5倍，下限适用于缓倾斜中厚煤层工作面或薄煤层工作面，上限适于倾角较大或煤层较厚的工作面。第一节采煤机主要技术参数

八、装机功率装机功率包括截割电动机、行走电动机、破碎机电动机、液压泵电动机、喷雾泵电动机等所有电动机功率的总和。装机功率越大，采煤机适应的煤层越坚硬，生产率也越高。装机功率P与比能耗Hw和理论生产率Qt有关

P=Qt

Hw

P—装机功率，kW；

Qt—采煤机理论生产率，t/h；

Hw—采煤比能耗，kWh/t。第一节采煤机主要技术参数JOY公司采煤机截割部消耗的功率，按比能耗计算γ—煤的实体密度，取1.3～1.4t/m3；η——截割部传动效率，取0.8～0.85；HW—比能耗，0.2～0.4kWh/t，中硬煤取0.25，坚硬煤取0.35，4LS和6LS采煤机取0.3。比能耗越小，截割功率和牵引功率越小，装机功率也越小。比能耗与牵引速度近似成反比，呈双曲线关系，牵引速度增大到一定值时，比能耗最小，块煤率也更高，煤尘更少，生产率也更高，称为最佳截割性能。第一节采煤机主要技术参数

九、生产率理论生产率指在额定工况和最大参数条件下工作的生产率。Qt=60HJvqρt/hH—工作面平均截割高度，m；J—截深，m；vq—采煤机截煤时的最大牵引速度，m/min；ρ—煤的实体密度，ρ=1.3～1.4t/m3，一般取1.35t/m3。采煤机的实际生产率比理论生产率低得多，特别是采煤机的可靠性对生产率影响更为突出。采煤机的生产率主要取决于采煤机的牵引速度，生产率与牵引速度成正比。牵引速度的快慢，受到很多方面的影响，如液压支架移架速度、输送机的生产率等，同时还受瓦斯涌出量和通风条件的制约。第一节采煤机主要技术参数技术生产率：考虑到采煤机进行必要的辅助工作，如调动机器、更换截齿、开切口、检查机器和排除故障等所占用时间后的生产率Q=k1

Qtt/h

k1—与采煤机技术上的可靠性和完备性有关的系数，一般为0.5～0.7。实际生产率：实际使用中考虑了工作中发生的所有类型的停机时间，如处理输送机和支架的故障、处理顶底板事故等，得到的生产率。Qm=k2Qt/h

k2—采煤机在实际工作中的连续工作系数，一般0.6～0.65。第一节采煤机主要技术参数第二节采煤机选型综采工作面设备包括滚筒采煤机、可弯曲刮板输送机、液压支架以及各种供电、供液设备和其他辅助设备。综采工作面生产以采煤机割煤为中心，因此采煤机的选型是综采设备选型配套的首要问题。

一、选型原则

(1)适合特定的煤层地质条件，并且采煤机截割高度、截深、功率及行走方式等主要参数选取合理，有较大的使用范围。(2)满足工作面开采生产能力的要求，采煤机实际生产能力要大于工作面的设计生产能力。(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。二、采煤机选型的影响因素主要影响因素内容煤层赋存和开采条件煤层厚度、煤层倾角、煤层硬度、煤层结构、地质构造及其成因、顶底板岩性、煤的层理及节理发育情况，以及水文地质、瓦斯含量等采煤工艺采煤高度、工作面生产能力、工作面长度与走向长度、采煤的方法与步骤等采煤机与其他设备配套关系采煤机的行走方式应与工作面刮板输送机的结构形式协调一致，与液压支架满足尺寸配套要求1.根据煤的坚硬度选型采煤机适于开采坚固性系数f<4的缓倾斜及急倾斜煤层。对f=1.8～2.5的中硬煤层，可采用中等功率的采煤机，对黏性煤以及f=2.5～4的中硬以上的煤层，应采用大功率采煤机。坚固性系数f只反映煤体破碎的难易程度，不能完全反映采煤机滚筒上截齿的受力大小，有些国家采用截割阻抗A表示煤体抗机械破碎的能力。截割阻抗标志着煤岩的力学特征，当A=30～180kN/m时，可采用刨煤机和中小功率的采煤机；当A=180～300kN/m时，脆性煤可用滑行刨煤机，其他用中等功率的采煤机；当A>300kN/m时，个别脆性煤可用滑行刨煤机，一般用大功率的采煤机。第二节采煤机选型

2.根据煤层厚度选型(1)极薄煤层煤层厚度小于0.8m。最小截高在0.65～0.8m时，只能采用爬底板采煤机。(2)薄煤层煤层厚度0.8～1.3m。最小截高在0.75～0.90m时，可选用骑槽式采煤机。(3)中厚煤层煤层厚度为1.3～3.5m。选择中等功率或大功率的采煤机。(4)厚煤层煤层厚度在3.5m以上。大采高液压支架及采煤、运输设备的出现，厚煤层一次采全高综采工作面取得了较好的经济效益。适应于大截高的采煤机应具有调斜功能，以适应大采高综采工作面地质及开采条件的变化；由于落煤块度较大，采煤机和输送机应有大块煤破碎装置，以保证采煤机和输送机的正常工作。

3．根据煤层倾角选型按倾角分近水平煤层(<8°)，缓倾斜煤层(8°～25°)、中斜煤层(25°～45°)和急斜煤层(>45°)。煤层倾角的大小是采煤机牵引方式选择的一个重要因素。倾角越大，牵引力也越大，防滑问题也突出。骑溜槽或以溜槽支承导向的爬底板采煤机在倾角较大时还应考虑防滑问题。当工作面倾角大于15o时，应使用制动器或安全绞车作为防滑装置。原则上链牵引采煤机只能在≤15o倾角的条件下使用，当倾角>15o时必需设置防滑安全装置，但也只能在倾角≤25o时使用。轮轨啮合式采煤机因牵引力大，可用在倾角≤55o的条件下。但应指出，一般轮轨式液压行走采煤机，只能用在倾角≤35o的条件下，只有在牵引力大并设置有可靠的制动防滑装置的情况下，才允许在倾角35o～55o条件下使用。轮轨式电牵引采煤机则分为几种情况：变压变频的交流电牵引采煤机，因下行时靠摩擦耗能制动，目前还只能在倾角≤15o时使用；他励直流电牵引采煤机，因可实现四象限运行，采煤机下行时电动机可实现再生发电制动，所以可以用在倾角为45o～55o的条件下；而串励直流电牵引采煤机，因不能实现四象限运行，只能在倾角≤30o条件下工作。从安全角度考虑，除极薄煤层外，在小倾角工作面也应选用轮轨式行走方式。