機(jī)械化采煤工作面類(lèi)型的確定與論證分析綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u11003機(jī)械化采煤工作面類(lèi)型的確定與論證分析綜述 1290861.1機(jī)械化采煤工作面類(lèi)型的確定與論證 1128161.1.1采掘機(jī)械 1244731.1.2運(yùn)輸和提升機(jī)械 2180591.2液壓支架的選型 276581.3高檔普采工作面單體液壓支柱工作高度、支護(hù)強(qiáng)度及形式的選擇 4247641.4滾筒采煤機(jī)的選擇 541871.4.1滾筒式采煤機(jī)概述 5142551.4.2初選采煤機(jī)及其配套設(shè)備 89741.4.3初選采煤機(jī)主要技術(shù)參數(shù)的校核： 91.1機(jī)械化采煤工作面類(lèi)型的確定與論證采礦是煤礦企業(yè)的核心，安全高效綜合機(jī)械化開(kāi)采是煤礦現(xiàn)代化的標(biāo)志。改進(jìn)工作面綜采設(shè)備的可靠性，提供綜采設(shè)備的生產(chǎn)能力是綜采設(shè)備研發(fā)的關(guān)鍵，因此礦山機(jī)械在煤炭生產(chǎn)中占有非常重要的地位[1]。新中國(guó)自成立以來(lái)，特別是改革開(kāi)放30多年，我國(guó)的礦山在綜合機(jī)械化采煤設(shè)備及大型的掘進(jìn)設(shè)備的使用上越來(lái)越現(xiàn)代化，其中國(guó)有重點(diǎn)煤礦企業(yè)在機(jī)械化使用上大幅增長(zhǎng)，從改革開(kāi)放之初的30%提升到現(xiàn)在的80%以上，采煤過(guò)程中機(jī)械化的大幅使用不僅給煤炭企業(yè)提供了有效發(fā)展，還減輕了工人的的工作強(qiáng)度，保障工人的安全，降低成本的同時(shí)，還迅速提高我國(guó)的煤炭產(chǎn)量，促進(jìn)煤炭行業(yè)的整體發(fā)展。其中礦山機(jī)械類(lèi)型多，應(yīng)用廣，通常主要包括有采掘機(jī)械、運(yùn)輸機(jī)械和提升機(jī)械等。1.1.1采掘機(jī)械采掘機(jī)械根據(jù)作用不同，有以下采煤機(jī)械、掘進(jìn)機(jī)械、裝載機(jī)械和液壓支護(hù)設(shè)備[2]。采煤機(jī)械常用在采煤工作面上，將完成落煤、裝煤機(jī)械化進(jìn)程。常有類(lèi)型：（1）滾筒式采煤機(jī)；（2）連續(xù)采煤機(jī)。掘進(jìn)機(jī)械常用于開(kāi)鑿巷道，根據(jù)巷道中掘進(jìn)方法不同大型掘進(jìn)機(jī)械可分為鑿巖臺(tái)機(jī)和掘進(jìn)機(jī)。裝載機(jī)械是將破落的煤或巖石裝入礦車(chē)或巷道運(yùn)輸機(jī)，達(dá)到機(jī)械化裝載。常見(jiàn)類(lèi)型有：（1）鏟斗裝載機(jī)；（2）耙斗裝載機(jī)。液壓支護(hù)設(shè)備針對(duì)采煤工作面頂板支撐及管理，維護(hù)工作的正?？臻g并保護(hù)采煤區(qū)工作面上的裝備和人員安全。支護(hù)類(lèi)型有：（1）液壓支架；（2）單體支柱。1.1.2運(yùn)輸和提升機(jī)械礦山運(yùn)輸和提升機(jī)械，在運(yùn)輸煤炭、材料、矸石等設(shè)備和工作人員運(yùn)送任務(wù)。運(yùn)輸提升系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)中占據(jù)重要地位，是煤礦生產(chǎn)的“動(dòng)脈”，根據(jù)設(shè)備安裝的位置不同可分為提升機(jī)械和運(yùn)輸機(jī)械；根據(jù)設(shè)備的動(dòng)作方式不同可分為連續(xù)動(dòng)作式和周期動(dòng)作式運(yùn)輸設(shè)備；根據(jù)用途的不同分為主要和輔助設(shè)備運(yùn)輸。提升機(jī)械用途主要分為礦井和采區(qū)兩種。周期動(dòng)作式的運(yùn)輸機(jī)械，它主要利用提升機(jī)或者絞車(chē)上滾筒的鋼絲繩拉伸容器，用于井筒或巷道內(nèi)往返通行，以完成煤炭、矸石及人員升降等任務(wù)[3]。運(yùn)輸機(jī)械常用在水平或者傾斜的巷道中運(yùn)輸煤炭或者起到輔助作用。連續(xù)動(dòng)作式運(yùn)輸機(jī)械常用于啟動(dòng)設(shè)備，以便連續(xù)地進(jìn)行貨載運(yùn)輸，其類(lèi)型有：（1）輸送機(jī)；（2）無(wú)極繩運(yùn)輸機(jī)械。連續(xù)動(dòng)作式運(yùn)輸設(shè)備是以連續(xù)的方式運(yùn)送貨載。周期動(dòng)作式機(jī)械是以一定的循環(huán)方式周期的運(yùn)送貨載，在運(yùn)輸中需經(jīng)?？刂破溥\(yùn)動(dòng)方向。常有類(lèi)型：（1）電機(jī)車(chē)運(yùn)輸機(jī)械；（2）有極繩運(yùn)輸機(jī)械；（3）單軌吊車(chē)；（4）卡軌車(chē)。1.2液壓支架的選型支架的選型應(yīng)使支護(hù)強(qiáng)度與采面礦壓相適應(yīng)，支架架型結(jié)構(gòu)與煤層賦存條件相適應(yīng)，支護(hù)斷面與通風(fēng)要求相適應(yīng)，液壓支架與采煤機(jī)、運(yùn)輸機(jī)等設(shè)備相匹配。根據(jù)液壓支架根據(jù)對(duì)頂板的支護(hù)方式和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的不同，支架架型可分為支撐式、掩護(hù)式、支撐掩護(hù)式三種基本形式[4]。（1）支撐式支架頂梁長(zhǎng)、立柱多且垂直支撐、工作阻力大、切頂能力強(qiáng)、通風(fēng)斷面大、后部有簡(jiǎn)單的擋矸裝置，架間不撐緊，對(duì)頂板不密封。它適用于穩(wěn)定或堅(jiān)硬以上直接頂和周期來(lái)壓明顯或強(qiáng)烈的老頂條件。（2）掩護(hù)式支架有寬大的掩護(hù)梁可擋住采空區(qū)冒落的矸石，它的頂梁較短，支柱少且傾斜支撐。架間密封，支架工作阻力較小，切頂能力差，但由于頂梁較短控頂面積小，支護(hù)強(qiáng)度不一定小。它適用于不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定直接頂條件。（3）支撐掩護(hù)式支架兼有支撐式和掩護(hù)式支架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，頂梁較長(zhǎng)，立柱較多，呈垂直或傾角較小傾斜支撐，故工作阻力大，切頂能力強(qiáng)，具有掩護(hù)梁架間密封，擋矸掩護(hù)性能好。它適用于穩(wěn)定以下各類(lèi)頂板，有取代支撐式支架的趨勢(shì)，但它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量較大，價(jià)格高。1.2.1煤層頂板及其分類(lèi)覆蓋在煤層上的巖石稱(chēng)為頂板，依次分為偽頂、直接頂和老頂。煤層下的巖層稱(chēng)為底板。頂板和底板統(tǒng)稱(chēng)為煤層圍巖[5]。偽頂是緊貼煤層的極易冒落的較薄巖層，暴露后隨即跨落，一般不影響支護(hù)設(shè)備的使用。直接頂位于偽頂之上（無(wú)偽頂時(shí)緊貼煤層）的一層或幾層巖層，具有一定的穩(wěn)定性，常在回柱或移架時(shí)冒落。直接頂下部2.5～2m厚的巖層叫直接頂下位巖層，其穩(wěn)定性對(duì)液壓支架的選型有決定性的影響。老頂在直接頂上面，一般是厚而堅(jiān)硬的巖層，常以很大面積懸露在采空區(qū)而不跨落，它的來(lái)壓強(qiáng)度影響直接頂?shù)姆€(wěn)定性，對(duì)支架的載荷和可縮量都有直接的影響。直接頂分類(lèi)的主要指標(biāo)是強(qiáng)度指數(shù)D，并參考直接頂初次跨落步距L1來(lái)決定[6]。老頂位于直接頂之上，頂板分級(jí)主要由直接頂厚度∑h與采高H之比值N來(lái)決定，再參考老頂初次來(lái)壓步距L2，N的意義是指冒落帶充滿采空區(qū)的程度，L2是指工作面初次切頂線到開(kāi)切眼煤壁之間老頂懸露的長(zhǎng)度。根據(jù)N、L2，我國(guó)將老頂分為四級(jí)（見(jiàn)表1.1）。表1.1老頂分級(jí)分級(jí)指標(biāo)ⅠⅡⅢⅣ周期來(lái)壓顯現(xiàn)不明顯明顯強(qiáng)烈極強(qiáng)烈冒落帶充滿采空區(qū)的程度N和初次來(lái)壓步距L2/mN＞3～50.3＜N≤3～50.3＜N≤3～5L2＞50N≤0.3L2=25～50N≤0.3，L2＞50其中單體液壓支柱柱排距1.0m，切頂墩柱布置在最后一排柱子之間，柱距3.0m；運(yùn)輸機(jī)頭、運(yùn)輸機(jī)尾要超前處理1.0m，傾斜長(zhǎng)度2m，支護(hù)采用最小控頂距四組對(duì)柱22支護(hù),最大控頂距時(shí)221支護(hù)，柱距1.0m，排距1.0m。工作面刮板運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾必須打好兩棵壓柱。轉(zhuǎn)載機(jī)尾后使用切頂墩柱，不需打壓柱，但要蓋好護(hù)板[7]。對(duì)于工作面頂板管理，支護(hù)范圍從切頂排到煤壁向外20m，支雙排與巷道煤幫相距不大于0.3m，工作面運(yùn)輸機(jī)頭、機(jī)尾最外部支柱與巷道內(nèi)超前支柱相距不大于1.0m，超前支護(hù)柱距為1.0m。中巷超前煤壁至切頂排加支一排，上巷、中巷、下巷超前支護(hù)切頂排支柱要保持與工作面切頂排對(duì)齊，中巷超前支護(hù)切頂排支柱（或切頂支架）要保持與滯后工作面的切頂排對(duì)齊。巷道在超前支護(hù)20m范圍內(nèi)，遇頂板破碎或二合頂扶棚支護(hù)。工作面過(guò)配電峒室加支均布6棵單體支柱；巷道遇到絞車(chē)窩和車(chē)場(chǎng)斷面增大時(shí)，超前支護(hù)加支一排，柱距1.0米。工作面中巷轉(zhuǎn)載輸送機(jī)機(jī)尾采用SQD－3200型切頂支架支護(hù)頂板，該支架隨轉(zhuǎn)載機(jī)自移。一字型叢柱：軌道巷切頂排每循環(huán)四棵單體叢柱。要求支柱必須穿鞋，同排支柱用2#鋼絲繩利用繩卡穿在一起，初撐力不低于90KN。超前支護(hù)范圍內(nèi)的巷道高度不得低于1.6m。如圖1.1所示。圖1.1工作面支護(hù)系統(tǒng)示意圖1.3高檔普采工作面單體液壓支柱工作高度、支護(hù)強(qiáng)度及形式的選擇工作面試驗(yàn)ZDB2400-06-12A型薄煤層液壓支架，該液壓支架具有支護(hù)效果好，較大程度上減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，和液壓支柱相比，工人作業(yè)地點(diǎn)更安全。工作面采用單體液壓支柱、墩柱、1.8m“π”型鋼梁、和木板棚支護(hù)頂板。工作面支護(hù)選用DZ12、DZ10、DZ08和DZ06型單體液壓支柱和SQD-1200型雙伸縮墩柱[8]，巷道超前支護(hù)選用DZG-2200、DZG-2500型單體液壓支柱，支柱型號(hào)、數(shù)量見(jiàn)表1.2。表1.2支護(hù)設(shè)備型號(hào)及數(shù)量表支柱型號(hào)DZ12-30/100DZ10-30/100DZ08-30/100DZ06-30/100SQD-1200DZG-2200DZG-25001.8mπ鋼梁數(shù)量2001800200200802005070(注表中數(shù)量已含備用量)1.4滾筒采煤機(jī)的選擇1.4.1滾筒式采煤機(jī)概述滾筒式采煤機(jī)目前主要有單滾筒和雙滾筒兩大類(lèi)型。普通機(jī)械化采煤工作面，高檔普通機(jī)械化采煤工作面，大多采用搖臂調(diào)高的單滾筒采煤機(jī)或雙滾筒采煤機(jī)，而綜合機(jī)械化采煤工作面均采用雙滾筒采煤機(jī)。滾筒式采煤機(jī)類(lèi)型較多，但其基本組成部分大體相同[9-12]。一般由電動(dòng)機(jī)、截割部、牽引部以及附屬裝置等部分組成。采煤機(jī)性能參數(shù)的計(jì)算與決定：（1）滾筒直徑滾筒直徑大些對(duì)裝煤有利，但不宜過(guò)大，應(yīng)滿足采高的要求。為滿足生產(chǎn)能力的需求，估選雙滾筒采煤機(jī)。雙滾筒采煤機(jī)滾筒直徑應(yīng)大于采高h(yuǎn)max的一半，一般可按D=（0.56～0.6)hmax選取，采高大時(shí)取小值，采高小時(shí)取大值。因此，D=0.56，hmax=2.22m式中：D-采煤機(jī)滾筒直徑0.56m，hmax-工作面采高2.22m。（2）截深滾筒截深是采煤機(jī)工作機(jī)構(gòu)截入煤壁的深度，是影響采煤機(jī)裝煤功率及生產(chǎn)率的主要因素。決定截深時(shí)應(yīng)充分考慮煤層的壓張效應(yīng)，截割阻抗（截齒截割單位切屑厚度所對(duì)應(yīng)的截割阻力）大小，煤層厚度、傾角、頂板穩(wěn)定性及采煤機(jī)穩(wěn)定性等。另外，為了管理頂板方便，截深應(yīng)等于液壓支架的推移步距。中厚煤層截深可取0.6～0.8m，若頂板穩(wěn)定，截割阻抗小可適當(dāng)加大。厚煤層為了減輕煤壁片幫，減輕液壓支架載荷和避免煤從運(yùn)輸機(jī)溢出，截深宜小，可取0.5米左右。薄煤層由于工人行走困難，牽引速度比較低。為了保證大的生產(chǎn)率截深可取0.8～1m。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)采煤機(jī)，為了制造方便，大部分截深在0.6m左右，薄煤層為1m左右。因該工作面為中厚煤層，煤層頂板較穩(wěn)定，截割阻抗力A為260NT/mm，煤層頌角為22°，估選取截深為0.6m為宜。（3）滾筒轉(zhuǎn)速及截深速度：滾筒轉(zhuǎn)速一般認(rèn)為滾筒轉(zhuǎn)速在30～50轉(zhuǎn)/分較為適宜。估選取滾筒轉(zhuǎn)速為50轉(zhuǎn)/分。轉(zhuǎn)速及滾筒直徑確定后，截齒截割速度也就定了，一般控制在4米/秒左右較好。（4）采煤機(jī)最小設(shè)計(jì)生產(chǎn)率：采煤機(jī)在采煤過(guò)程中，由于處理故障，檢查和更換刀具，日常維修，等候支護(hù)，處理片幫等，經(jīng)常出現(xiàn)停頓，采煤機(jī)實(shí)際生產(chǎn)率比設(shè)計(jì)的理論生產(chǎn)率小的多，為了表明這引起因素的影響，可用效開(kāi)動(dòng)率表示。有效開(kāi)動(dòng)率是指采煤機(jī)在一天或一班內(nèi)有效工作時(shí)間與一天或一班占有時(shí)間的比值，它綜合反映了設(shè)備可靠性，選型及組織管理水平，工人技術(shù)熟練程度等。我國(guó)根據(jù)有些典型工作面的推算大約在0.15～0.35之間，一般可取0.2。當(dāng)采煤工作面生產(chǎn)能力已定，其每小時(shí)的平均產(chǎn)量就是所需采煤機(jī)的最小實(shí)際生產(chǎn)率，考慮到有效開(kāi)動(dòng)率，則采煤機(jī)按工作面生產(chǎn)能力要求的最小設(shè)計(jì)生產(chǎn)率Qmin為Qmin=W/(24×0.2)=2666/(24×0.2)=555噸/時(shí)式中：W--采煤工作面的日平均產(chǎn)量，噸/日,80萬(wàn)噸/300天（5）采煤機(jī)截割時(shí)的牽引速度及生產(chǎn)率：采煤機(jī)截割時(shí)牽引速度的高低，直接決定采煤機(jī)的生產(chǎn)率及所需電機(jī)功率，由于滾筒裝煤能力，運(yùn)輸機(jī)生產(chǎn)率，支護(hù)設(shè)備推移速度等因素的影響，采煤機(jī)在截害時(shí)的牽引速度比空調(diào)時(shí)低的多。采煤機(jī)牽引速度在零到某個(gè)范圍內(nèi)變化，選擇截割時(shí)的牽引速度，要根據(jù)下述幾方面因素，綜合考慮：①根據(jù)采煤機(jī)最小設(shè)計(jì)生產(chǎn)率Qmin決定的牽引速度V1V1=Qmin/(80·H·B·r)=555/(80×3.7×0.6×1.35)=2.314≈2.3m/min式中：Qmin--采煤機(jī)最小設(shè)計(jì)生產(chǎn)率，t/h；H--采煤機(jī)平均采高，m；B--采煤機(jī)截深，m；r--煤的容重，1.35t/m2。②按截齒最大切屑厚度決定的牽引速度V2采煤機(jī)截割過(guò)程，是滾筒以一定的轉(zhuǎn)速n，同時(shí)又以一定的牽引速度V沿工作面移動(dòng)，切屑厚度呈月牙規(guī)律變化，如果滾筒一條截線上安裝的截齒數(shù)為m，則截齒最大的切屑厚度hmax在月牙形中部，可用下式求出hmax=100V/（m·n)mm從上式可知當(dāng)n、m決定后，hmax與牽引速度V成正比，V越大hmax越大，當(dāng)hmax大于齒座上截齒伸出的長(zhǎng)度，使齒座及螺旋葉片也參與截割，則截割阻力及功率劇增，齒座受到磨損。為了避免以上情況的發(fā)生，一般要求截齒的最大切屑厚度應(yīng)小于截齒伸出齒座長(zhǎng)度的70%，按上述要求，采煤機(jī)的牽引速度為V2V2=(m·n·h'max)/1000=(2×50×50)/1000=5m/min式中：h'max--截齒在齒座上伸出長(zhǎng)度的70%（mm）國(guó)產(chǎn)徑向截齒，大約為44～55mm。本文中取50mm。③按液壓支架推移速度決定牽引V3一般講支架的推移速度應(yīng)大于采煤機(jī)的牽引速度較好，這樣可保證采煤機(jī)安全生產(chǎn)。截割時(shí)牽引速度V，根據(jù)上述三個(gè)方面情況綜合分析后確定，其最大值應(yīng)等于或大于V1，但應(yīng)小于V2，并與V3相協(xié)調(diào)，使采煤機(jī)既能滿足工作面生產(chǎn)能力的要求，又可避免齒座或葉片參與截割，并能保證采煤機(jī)安全生產(chǎn)。估選采煤機(jī)的牽引速度V為4米/分。采煤機(jī)截割牽引速度V決定后，采煤機(jī)的生產(chǎn)率Q為Q=60·H·B·V·r=80×3.7×0.6×4×1.35=959.04t/h式中符號(hào)意義同前。（6）采煤機(jī)所需電機(jī)功率由于采煤機(jī)在截割和裝載過(guò)程中，受到很多因素的影響，所需電機(jī)功率大小，很難用理論方法精確計(jì)算，常采用類(lèi)比法或比能耗法來(lái)估算。采用比能耗法估算電機(jī)功率，是根據(jù)采煤面生產(chǎn)率和比能耗實(shí)驗(yàn)資料來(lái)確定，如果比能耗確定合適，計(jì)算值就比較合理。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)采煤機(jī)電機(jī)功率已系列化，有以下幾種：100、150、170、（170×2）、200、300、（300×2）千瓦。該采煤機(jī)所需的電機(jī)功率選取為300千瓦。（7）索引力采煤機(jī)的牽引力主要取決于煤質(zhì)、采高、牽引速度、煤層頌角、機(jī)器質(zhì)量、導(dǎo)向裝置結(jié)構(gòu)及磨擦力等，精確計(jì)算也很困難。根據(jù)《畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》表2-9可查得該采煤機(jī)的牽引力為300千牛為宜。1.4.2初選采煤機(jī)及其配套設(shè)備根據(jù)采高、滾筒直徑、截深、生產(chǎn)率、電機(jī)功率、牽引力及牽引速度等初選采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)等配套設(shè)備型號(hào)為ZC8-ZY35型，如下表1.3所示。表1.3初選采煤機(jī)主要技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目型號(hào)采高滾筒直徑截深滾筒轉(zhuǎn)速截深速度生產(chǎn)率牽引速度電機(jī)功率牽引力參數(shù)MXA-300/3.53m1.8m0.6m50轉(zhuǎn)/分4m/s583.2t/h4m/min300kw300KN1.4.3初選采煤機(jī)主要技術(shù)參數(shù)的校核：（1）最大采高h(yuǎn)max的校核hmax=A-H/2+Lsinamax+D/2=1.605-0.6/2+1.6×sin62.5+1.8/2=4.225m式中：A--采煤機(jī)高度（機(jī)身上平面至底板之距離），米；H--采煤機(jī)截割部減速箱高度，一般等于電機(jī)高度，米；L--搖臂長(zhǎng)度（搖臂擺動(dòng)中心至滾筒中心距離），米；amax--搖臂向上擺動(dòng)最大角度；D--滾筒直徑，m。上式計(jì)算結(jié)果表明，最大采高滿足采高的要求。（2）最小采高的校核hmin>A+h1+h2>1.605+0.6+0.4=2.605>2.5m式中：h1--支架頂梁高度，米；h2--過(guò)機(jī)高度，一般不應(yīng)小于0.1～0.25m，取0.4m。上式計(jì)算結(jié)果表明，最小采高滿足要求。（3）臥底量校核Kmax=A-H/2-sin?max-D/2=1.605-0.6-sin-17.5-1.8/2=0.195m=195mm式中：Kmax--采煤機(jī)最大臥底量，毫米；?max--搖臂向下擺動(dòng)最大角度，度。上式計(jì)算結(jié)果表明，最大臥底量在規(guī)定值之內(nèi)（一般為90mm～300mm，以適應(yīng)底板起伏不平和能截割運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭處三角煤帶），滿足要求。