綜采工作面的“三機(jī)”是指采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī),是綜采工作面的主要設(shè)備。其選型首先必須考慮配套關(guān)系,選型正確先進(jìn)、配套關(guān)系合理是提高綜采工作面生產(chǎn)能力、實現(xiàn)高產(chǎn)高效的必要條件。(1)采煤機(jī)能適合的煤層地質(zhì)條件,其主要參數(shù)(采高、截深、功率、牽引方式)的選取要合理,并有較大的適用范圍。(2)采煤機(jī)應(yīng)滿足工作面開采生產(chǎn)能力的要求,其生產(chǎn)能力要大于工作面設(shè)計能力。(3)采煤機(jī)的技術(shù)性能良好,工作可靠,具有較完善的各種保護(hù)功能,便于使用和維護(hù)。采煤機(jī)的實際生產(chǎn)能力、采高、截深、截割速度、牽引速度、牽引力和功率等參數(shù)在選型時必須確定。實際生產(chǎn)能力主要取決于采高、截深、牽引速度以及工作時間利用系數(shù)。采高由滾筒直徑、調(diào)高形式和搖臂擺角等決定。滾筒直徑是滾筒采煤機(jī)采高的主要調(diào)節(jié)變量,每種采煤機(jī)都有幾種滾筒直徑供選擇,滾筒直徑應(yīng)滿足最大采高及臥底量的要求。截深的選取與煤層厚度、煤質(zhì)軟硬、頂板巖性以及移架步距有關(guān)。截割速度是指滾筒截齒齒尖的圓周切線速度,由截割部傳動比、滾筒轉(zhuǎn)速和滾筒直徑確定,對采煤機(jī)的功率消耗、裝煤效果、煤的塊度和煤塵大小等有直接影響。牽引速度的初選是通過滾筒最大切削厚度和液壓支架移架追機(jī)速度驗算確定。牽引力是由外載荷決定的,其影響因素較多,如煤質(zhì)、采高、牽引速度、工作面傾角、機(jī)身自重及導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和摩擦系數(shù)等,沒有準(zhǔn)確的計算公式,一般取采煤機(jī)電機(jī)功率消耗的10%~25%。滾筒采煤機(jī)電機(jī)功率常用單齒比能耗法或類比法計算,然后參照生產(chǎn)任務(wù)及煤層硬度等因素確定。(1)液壓支架的選型就是要確定支架類型(支撐式、掩護(hù)式、支撐掩護(hù)式)、支護(hù)阻力(初撐力和額定工作阻力)、支護(hù)強(qiáng)度與底板比壓以及支架的結(jié)構(gòu)參數(shù)(立柱數(shù)目、最大最小高度、頂梁和底座的尺寸及相對位置等)及閥組性能和操作方式等。(2)選型依據(jù)是礦井采區(qū)、綜采工作面地質(zhì)說明書。在選型之前,必須將所采工作面的煤層、頂?shù)装寮安蓞^(qū)的地質(zhì)條件全部查清。然后依據(jù)不同類級頂板選取架型。最后依據(jù)選型內(nèi)容結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)有液壓支架的主要技術(shù)性能直接選定架型及其參數(shù)所對應(yīng)的支架型號。(1)刮板輸送機(jī)的輸送能力應(yīng)大于采煤機(jī)的最大生產(chǎn)能力,一般取1.2倍。(2)要根據(jù)刮板鏈的質(zhì)量情況確定鏈條數(shù)目,結(jié)合煤質(zhì)硬度選擇鏈子結(jié)構(gòu)型式。(3)應(yīng)優(yōu)先選用雙電機(jī)雙機(jī)頭驅(qū)動方式。(4)應(yīng)優(yōu)先選用短機(jī)頭和短機(jī)尾。(5)應(yīng)滿足采煤機(jī)的配合要求,如在機(jī)頭機(jī)尾安裝張緊、防滑裝置,靠煤壁一側(cè)設(shè)鏟煤板,靠采空區(qū)一側(cè)附設(shè)電纜槽等。在選型時要確定的刮板輸送機(jī)的參數(shù)主要包括輸送能力、電機(jī)功率和刮板鏈強(qiáng)度等。輸送能力要大于采煤機(jī)生產(chǎn)能力并有一定備用能力。電機(jī)功率主要根據(jù)工作面傾角、鋪設(shè)長度及輸送量的大小等條件確定。刮板鏈的強(qiáng)度應(yīng)按惡劣工況和滿載工況進(jìn)行驗算。2 “三機(jī)”的合理配套從采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)的選型原則中看到,綜采設(shè)備的合理配套是很復(fù)雜的系統(tǒng)工程。2.1 滿足生產(chǎn)能力要求采煤機(jī)生產(chǎn)能力要與綜采工作面的生產(chǎn)任務(wù)相適應(yīng),工作面刮板輸送機(jī)的輸送能力應(yīng)大于采煤機(jī)的生產(chǎn)能力,液壓支架的移架速度應(yīng)與采煤機(jī)的牽引速度相適應(yīng),而乳化液泵站輸出壓力與流量應(yīng)滿足液壓支架初撐力及其動作速度要求。2.2 滿足設(shè)備性能要求輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)形式及附件必須與采煤機(jī)的結(jié)構(gòu)相匹配,如采煤機(jī)的牽引機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、底托架及滑靴的結(jié)構(gòu),電纜及水管的拖移方法以及是否連鎖控制等。輸送機(jī)的中部槽應(yīng)與液壓支架的推移千斤頂連接裝置的間距和連接結(jié)構(gòu)相匹配。采煤機(jī)的采高范圍與支架的最大和最小結(jié)構(gòu)尺寸相適應(yīng),而其截深應(yīng)與支架推移步距相適應(yīng)。其計算公式為: E———鏟煤板空距,規(guī)定為50~100 mm;(1)從安全角度出發(fā),工作面無立柱空間愈小愈好。(2)為防止移架后支架前柱與電纜相碰和采煤機(jī)司機(jī)的人身安全,前柱與電纜槽之間必須留有間隙X=150~240 mm。(3)梁端距T一般為150~300 mm,用來防止?jié)L筒切割頂梁。(4)推移千斤頂行程應(yīng)比采煤機(jī)截深大100~200 mm。(5)保證過煤高度C>250~300 mm,以便煤流順利從底托架下通過。(6)過煤空間Y最小值為90 mm至200~250mm之間,前者適于底板清理良好及采煤機(jī)機(jī)身短的場合。此外,當(dāng)煤層傾角大于160°時(大采高支架工作面傾角大于10°),輸送機(jī)必須設(shè)置防滑錨固裝置,而支架必須帶防倒防滑及調(diào)架裝置。3 實際工作中如何做到選型正確先進(jìn)配套合理依據(jù)上述“三機(jī)”的選型原則及配套關(guān)系的分析可以看到,其選型工作是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程,涉及地質(zhì)學(xué)、巖石力學(xué)、采礦學(xué)、機(jī)電和機(jī)制等多門學(xué)科,同時又是提高綜采工作面礦井效率和效益的前提所在。目前的選型設(shè)計還是以“經(jīng)驗類比”為主,雖然基本上能夠滿足生產(chǎn)需要,但在某些環(huán)節(jié)上還存在著嚴(yán)重的不合理現(xiàn)象。如移架循環(huán)時間長,不能滿足采煤機(jī)牽引速度的要求;有些選型設(shè)計參數(shù)是符合要求的,但在實際使用中無法達(dá)到或?qū)崿F(xiàn)。如液壓支架初撐比一般為0.5~0.8,而實際應(yīng)用中僅為0.25~0.4。這說明,綜采工作面“三機(jī)”配套不能停留在簡單的“經(jīng)驗類比”上,而應(yīng)開發(fā)研制綜采設(shè)備選型的專家系統(tǒng),避免在選型設(shè)計中受決策者個人偏見或感情色彩的影響。同時還要對系統(tǒng)中的主要環(huán)節(jié)進(jìn)行動態(tài)優(yōu)化設(shè)計,使其設(shè)計參數(shù)與實際運行參數(shù)得到統(tǒng)一。現(xiàn)行國內(nèi)外高產(chǎn)高效綜采工作面裝備能力的配比關(guān)系主要是:刮板輸送機(jī)與采煤機(jī)的功率配比應(yīng)為1∶1,最好為1.2~1.4∶1,這樣才能把輸送機(jī)的事故減少到最低限度。綜采設(shè)備的能力應(yīng)以工作面生產(chǎn)能力為基礎(chǔ),采煤機(jī)、工作面刮板輸送機(jī)、運輸巷可伸縮帶式輸送機(jī)的生產(chǎn)能力一般按工作面生產(chǎn)能力分別乘以系數(shù)1.2,1.3,1.4來確定。需要說明的是:上述各種配套關(guān)系不是唯一的。也就是說,采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)的選型完全可以用性能和能力相似的同類產(chǎn)品所代替。而在實際生產(chǎn)中,即使采用相同綜采設(shè)備的不同工作面或不同礦井,其實際生產(chǎn)能力和全員效率可能有較大差距,這主要是由于礦井的開采條件、組織管理水平存在著客觀的差距。如果客觀條件不具備,即使選擇生產(chǎn)能力很高的配套設(shè)備,也遠(yuǎn)不能達(dá)到提高生產(chǎn)能力的目的。高產(chǎn)高效綜采工作面的三機(jī)選型應(yīng)從實際出發(fā),因地制宜,具備什么檔次的開采條件,就選用相應(yīng)檔次的配套設(shè)備。新建礦和舊礦井的改造還應(yīng)區(qū)別對待,現(xiàn)有設(shè)備的充分利用也是不可忽視的問題。綜采發(fā)展的原則不是要增加綜采工作面數(shù)量,而是應(yīng)該提高綜采工作面單產(chǎn),減少輔助作業(yè)環(huán)節(jié),提高集中生產(chǎn)化的程度。
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