綜采面設備配套選型研究

綜采面設備配套選型研究

綜合開采設備是指綜合機械化開采工作面的機電設備的總稱。綜采設備是將各種相對獨立的機械合理地組合在一起,在工藝過程中協(xié)調(diào)工作,使采煤工作面的落煤、裝煤、運煤、支護和處理采空區(qū)全部工序?qū)崿F(xiàn)機械化。綜采設備一般都是成套配置的,主要包括采煤機、刮板輸送機和液壓支架(簡稱“三機”)。就目前國內(nèi)而言,還沒有一家企業(yè)有能力實現(xiàn)綜采設備的整體供貨。這樣造成我國綜采設備配套形式多種多樣,國產(chǎn)設備和進口設備交叉使用,更使綜采工作面設備配套多種多樣。為了實現(xiàn)綜采工作面最大生產(chǎn)能力和安全生產(chǎn),采煤機、刮板輸送機和液壓支架之間在性能參數(shù)、結構參數(shù)、工作面空間尺寸以及相互連接部分的形式、強度和尺寸等方面,必須互相匹配,保證適用,才能充分發(fā)揮設備效能,實現(xiàn)高產(chǎn)高效,安全生產(chǎn)。1工作面設備選型綜采設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、普通機械化采煤和綜合機械化采煤,其設備的選型取決于工作面的生產(chǎn)能力,在工作面“三機”選型中,液壓支架是核心。綜采面設備配套的程序和方法見圖1。2“三機”選拔原則2.1支護結構與設備選型1)支護強度應與工作面礦壓相適應。支架的初撐力和工作阻力要適應直接頂和基本頂巖層移動產(chǎn)生的壓力,將空頂區(qū)的頂?shù)装逡平靠刂频阶钚〕潭取?)支架結構應與煤層賦存條件相適應。3)支護斷面應與通風要求相適應,保證有足夠的風量通過,而且風速不得超過《煤礦安全規(guī)程》的有關規(guī)定。4)液壓支架應與采煤機、刮板輸送機等設備相匹配。支架的寬度應與刮板輸送機中部槽長度相一致,推移千斤頂?shù)男谐虘炔擅簷C截深大100～200mm,支架沿工作面的移架速度應能跟上采煤機的工作牽引速度,移架速度還應滿足生產(chǎn)指標的要求,支架的梁端距應為350mm左右。2.2采煤機適用范圍1)適合特定的煤層地質(zhì)條件,并且采煤機采高、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)滿足工作面開采生產(chǎn)能力要求,采煤機實際生產(chǎn)能力要大于工作面設計生產(chǎn)能力;滿足與刮板輸送機和液壓支架的匹配要求。3)采煤機技術性能良好,工作可靠性高,各種保護功能完善。4)采煤機使用、檢修、維護方便。2.3不均衡系數(shù)的確定1)刮板輸送機應能保證工作面落煤生產(chǎn)能力的需要,選擇刮板輸送機應以工作面最大生產(chǎn)能力乘以1.2的不均衡系數(shù)作為基數(shù)。2)結構型式一般與采煤機相配套,輸送機槽的結構應與工作面底板條件相適應,并應考慮能與采煤機底托架和行走機構尺寸相匹配。3)輸送機鋪設長度可根據(jù)刮板輸送機技術特征、輸送量、鏈速和工作面傾角等因素確定。3“三機”支持原則3.1采煤機生產(chǎn)能力的選取工作面生產(chǎn)能力取決于采煤機落煤能力,而刮板輸送機、液壓支架及平巷轉(zhuǎn)載機、可伸縮帶式輸送機等設備能力都要大于采煤機的生產(chǎn)能力,通常按富余20%考慮。要保證工作面高產(chǎn),刮板輸送機輸送能力就要大于采煤機的落煤能力,液壓支架移架速度就得滿足采煤機高產(chǎn)快速運行的要求。1)采煤機生產(chǎn)能力的選擇原則。采煤機的生產(chǎn)能力的選定是依據(jù)工作面的年產(chǎn)量及小時生產(chǎn)能力確定,是綜采工作面達到高產(chǎn)高效生產(chǎn)能力的最主要的設備。采煤機的生產(chǎn)能力:式中Q———采煤機小時生產(chǎn)能力,t/h;υq———采煤機平均牽引速度,m/min;2)刮板輸送機生產(chǎn)能力。工作面刮板輸送機生產(chǎn)能力的選擇原則是應保證采煤機采落的煤全部被運走,并留有一定的備用能力以滿足工作面出現(xiàn)片幫、過載等特殊情況下的運輸能力。刮板輸送機運輸能力:式中Q———刮板輸送機運輸能力,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)條件比較復雜,為保證工作面采煤機連續(xù)截煤,整個工作面支架的追機速度應大于采煤機連續(xù)截煤的平均截煤牽引速度。若工作面支架依次移動,支架向工作面推進方向的移架速度:式中Vj———移架速度,m/min;B———采煤機截深,m;t———移一架支架的時間,min。支架沿工作面的追機速度:式中Vz———支架沿工作面的追機速度,m/min;經(jīng)推導可得VZ=kυg式中k———不均衡系數(shù),一般取k=1.17～1.22。3.2改進前的改型設計性能配套主要解決各設備性能間互相協(xié)調(diào)與制約的問題,從而充分發(fā)揮設備性能,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備MXA—300/4.5型采煤機與SGZC—730/320型刮板輸送機配套,原輸送機機尾長度大于采煤機搖臂長度,為了實現(xiàn)采煤機割煤達到輸送機機尾底座端部的采煤工藝要求,對該型輸送機進行了偏轉(zhuǎn)機構改型設計,取得良好效果。又如大采高支架當前若尚未配備大流量閥,所需移架時間20～25s,只有將采煤機牽引速度控制在3.5～4.0m/min時,性能才相適應。如要提高牽引速度,就須改進供液系統(tǒng)的性能,以提高移架速度。3.3無立柱空間寬度采煤機、刮板輸送機和液壓支架間的配套尺寸關系如圖2所示。從安全角度出發(fā),支架前柱到煤壁的無立柱空間寬度F愈小愈好,它的尺寸組成為式中F———支架前柱到煤壁的無立柱空間寬度,m;B———截深,即采煤機滾筒的寬度,mm;e———煤壁與鏟煤板之間的空隙距離,為了防止采煤機在輸送機彎曲段工作時滾筒切割鏟煤板,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(主要由輸送機生產(chǎn)率確定,該尺寸已標準化),mm;a———導向槽及電纜槽寬度,mm;b———支架前柱距底座前端距離,mm。3.4采煤機、刮板整體使放煤回收的標準過高壽命配套是指各種設備大修周期從理論上講應當相接近,否則在工作面生產(chǎn)過程中交替地更換設備進行大修,或設備“帶病”運轉(zhuǎn),將對工作面的正常生產(chǎn)和對設備造成極大的影響或損壞。壽命配套性的核算,目前尚無一個統(tǒng)一的標準。一般情況,對液壓支架通常以使用時間來衡量,對采煤機常用連續(xù)割煤長度或采煤量來衡量,而對刮板輸送機是常用過煤量來衡量。這樣沒有一個統(tǒng)一的標準來衡量不同設備的大修周期,也就無法對設備提出壽命配套的要求。為此,需有一個簡化的標準,如按我國目前設備設計制造水平和采煤工作面生產(chǎn)水平,綜采主要設備壽命配套(即設備大修周期)可按產(chǎn)煤量100萬t以上來要求。在配套過程中,發(fā)現(xiàn)某種設備不能滿足生產(chǎn)所需要的壽命時,應找出解決的措施,以實現(xiàn)壽命上的配套要求。通常我國液壓支架在工作面生產(chǎn)1～2a后(設備較新時一般為2a)上井大修,則相應的采煤機、刮板輸送機可同時大修。隨著大功率、高強度綜采設備出現(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,則各設備的壽命配套也必須同步適應,如美國綜采面主要設備要求連續(xù)生產(chǎn)600～700萬t不出大的問題。3.5現(xiàn)場操作的一般要求1)采煤機在輸送機上運行干涉計算。配套采煤機在輸送機彎曲段和頭尾過渡段上運行不應與輸送機發(fā)生運動干涉,通過計算確定采煤機機身與輸送機擋板間隙(一般不小于30～50mm),采煤機滑靴與鏟煤板間隙(一般也應不小于30～50mm),采煤機截割滾筒與鏟煤板距離等。2)采煤機自開缺口切通核算。為使采煤機切通煤壁,要求輸送機機頭尾兩端短而低,必要時安裝在輸送機上的采煤機行走牽引銷軌要向煤壁側(cè)變線設計,以確保采煤機截割滾筒在輸送兩端有50～100mm臥底量。同時采煤機可加大搖臂長度,以確保采煤機滾筒截透煤壁。3)布架核算。綜采工作面輸送機還與支架配套工作,因而在輸送機總體設計時還要考慮支護對輸送機的配套要求,希望輸送機橫向?qū)挾纫M可能小,以減小支護空頂距。這就要求輸送機頭尾兩處平行布置的驅(qū)動裝置體積要小,與機架聯(lián)接要緊湊,總體布架要核算支架空頂距。4)為適應工作面傾角變化,采煤機、支架、刮板輸送機應設有防滑裝置。5)刮板機牽引銷軌應滿足采煤機牽引力要求。刮板機推移耳強度應與支架的拉架力相匹配。3.6支護設備的選擇在煤層較厚、煤的塊度過大時,工作面或轉(zhuǎn)載機上應設置破碎裝置。設備配套還應考慮端頭支護、轉(zhuǎn)載機、帶式輸送機、噴霧泵、乳化液泵等的選擇,同時還應考慮工作面與平巷的聯(lián)接方式、巷道斷面及布置、通風要求等問題。必須綜合考慮采煤、通風、礦壓等各種因素,才能正確選擇配套設備,達到高效率、高產(chǎn)量、安全生產(chǎn)和降低成本的目的。4綜采設備的配套綜合機械化采煤是將工作面的落煤、裝煤、運煤、支護的各個環(huán)節(jié)有機地聯(lián)系在一起,使各個環(huán)節(jié)實現(xiàn)機械化的過程。各設備之間的合理匹配,將使單產(chǎn)和效率顯著提高,勞動條件將有很大改善。因此