1、第一章 綜合機械化采煤成套設備選型采煤機、工作面輸送機、液壓支架等是機械化采煤工作面的主要設備，主要任務是在長壁工作面完成落煤、裝煤、運煤和支護等幾個主要采煤工序。目前我國多采用滾筒式采煤機和刨煤機。綜采成套設備一般由采煤機、刮板輸送機、工作面液壓支架、端頭支護設備、順槽轉載機、破碎機、帶式輸送機、乳化液泵站、液壓安全絞車及配電設備等組成。綜采設備總體配套的目的，首先在于總體配套是單機設計的依據(jù)，要解決成套設備各單機間的能力相互匹配和空間幾何關系的配套；其次在于使成套設備性能與采煤工藝間相互適應，因而總體配套又是采區(qū)設計和采煤工藝設計的依據(jù)。要實現(xiàn)綜合機械化采煤，必須配備成套設備，特別是工作面

2、“三機”“采煤機、刮板輸送機、液壓支架”的配套，對綜合機械化采煤的效果有著至關重要的影響。第一節(jié) 機械化采煤工作面類型的確定與論證機械化采煤工藝包括落煤、裝煤、運輸、支護、處理采空區(qū)。機械化采煤工作面，根據(jù)支護設備形式的不同，分可為普通機械化采煤工作面和綜合機械化采煤工作面，簡稱普采工作面（普采、高檔普采）和綜采工作面。綜采工作面主要設備為大功率雙滾筒采煤機、重型可彎曲刮板輸送機、高性能液壓支架等，綜采工作面機械化程度高、安全、高效，國內已有年產量達1000萬噸的綜采工作面。但它的設備投資大，對煤層厚度、傾角、地質條件有一定要求。普采工作面主要設備為滾筒采煤機、刮板輸送機、金屬摩擦支柱或單體液

3、壓支柱及金屬鉸接頂梁。（采用單體液壓支柱、金屬鉸接頂梁的工作面亦稱高檔普采工作面）。普采工作面設備投資小、在煤層厚度、傾角、地質條件變化較大時，適應性好，但它的機械化程度、安全程度、生產率比綜采低。 當工作面內煤層較厚，煤層傾角變化不大，地質條件比較穩(wěn)定，沒有大的斷層，夾矸等，投資有保證時，應采用綜采工作面，以提高生產能力，安全性和經(jīng)濟效益。否則，可考慮采用普采和高檔普采工作面。第二節(jié) 液壓支架的選型支架的選型應使支護強度與采面礦壓相適應，支架架型結構與煤層賦存條件相適應，支護斷面與通風要求相適應，液壓支架與采煤機、運輸機等設備相匹配。根據(jù)液壓支架根據(jù)對頂板的支護方式和結構特點的不同，支架架型

4、可分為支撐式、掩護式、支撐掩護式三種基本形式。支撐式支架頂梁長、立柱多且垂直支撐、工作阻力大、切頂能力強、通風斷面大、后部有簡單的擋矸裝置，架間不撐緊，對頂板不密封。它適用于穩(wěn)定或堅硬以上直接頂和周期來壓明顯或強烈的老頂條件。掩護式支架有寬大的掩護梁可擋住采空區(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，支護強度不一定小。它適用于不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定直接頂條件。支撐掩護式支架兼有支撐式和掩護式支架結構特點，頂梁較長，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，具有掩護梁架間密封，擋矸掩護性能好。它適用于穩(wěn)定以下各類

5、頂板，有取代支撐式支架的趨勢，但它的結構復雜，重量較大，價格高。一、影響液壓支架選型的因素影響液壓支架選型的因素，主要是礦山地質條件，如頂、底板穩(wěn)定性、煤層厚度、煤層傾角、煤層賦存狀況及瓦斯含量等。其中以煤層厚度及頂、底板穩(wěn)定性影響最大。（一）頂板穩(wěn)定性頂板穩(wěn)定性直接影響支架的架型、支護強度。頂板巖性的不同，決定支架的架型的形式，巖層載荷和頂板的穩(wěn)定性主要影響支架支護強度和頂梁的結構形式。一般講：煤層頂板穩(wěn)固平整，應選用支撐式支架；煤層松軟、頂板破碎煤層，應選用掩護式支架；而煤層頂板堅硬，應選用支撐掩護式支架。（二）底板穩(wěn)定性底板巖石的組成，結構及巖石力學性質是支架選型不可忽視的另一重要條件。

6、底板的穩(wěn)定性，對支架底座影響較大。支架架型選取不當，會使支架陷入底板，使移架困難。根據(jù)我國煤層底板巖石抗壓強度，在選擇支架類型時，可參考表11確定支架架型。表11 不同底板條件下選用的架型巖石松軟粘土巖，頁巖（或松軟煤）較軟粘土巖，頁巖（或煤）一般粘土巖、砂頁巖，砂巖（或煤）抗壓強度（Mpa）2.02.04.0應選架型掩護式支架兩柱支撐掩護式支架掩護式支架支撐掩護式支架支撐式支架（三）煤層厚度煤層厚度主要影響支架支護強度，煤層厚度越大支護強度應越高，煤層厚度大小及變化情況，又決定著支架的結構高度和伸縮范圍。厚度超過2.5m，頂板有水平推力時，應選用抗水平推力強的掩護式或支撐掩護式支架，一般不宜

7、采用直撐式支架；厚度在2.52.8m（軟煤取下限，硬煤取上限）以上時，支架應帶護幫裝置；當厚度變化較大時，支架應選用調高范圍較大的雙伸縮立柱或帶機械加長桿的單伸縮立柱；若為假頂分層開采，應選用掩護式支架。（四）煤層傾角當傾角大于1015（支撐式支架取下限，掩護式和支撐掩護式支架取上限）時，應選用有防滑裝置的支架；當傾角大于18時，應選用同時帶有防滑、防倒和調架裝置的支架。（五）煤層埋藏穩(wěn)定性對于斷層十分發(fā)育、斷層落差大、煤層厚度變化過大、頂板的允許暴露面積小于58m2、允許暴露時間在20min以下的工作面，暫不宜使用液壓支架。（六）煤層瓦斯含量對瓦斯涌出量大的工作面、若頂板條件容許，應優(yōu)先選用

8、通風斷面大的支撐式或支撐掩護式支架。（七）設備成本在頂板條件容許時，應選用價格便宜的支架。一般支撐式支架最便宜，支撐掩護式支架最貴。但支撐式支架使用性能遠不如掩護式和支撐掩護式支架優(yōu)越。因此，如經(jīng)濟條件許可，應優(yōu)先選用掩護式和支撐掩護式兩種架型。除礦山地質條件外，采礦技術條件，如回采方式，采煤工作面長度，采煤機與刮板輸送機的結構類型、生產環(huán)節(jié)等因素對液壓支架的選型也有一定影響。二、煤層頂板及其分類覆蓋在煤層上的巖石稱為頂板，依次分為偽頂、直接頂和老頂。煤層下的巖層稱為底板。頂板和底板統(tǒng)稱為煤層圍巖。偽頂是緊貼煤層的極易冒落的較薄巖層，暴露后隨即跨落，一般不影響支護設備的使用。直接頂位于偽頂之上

9、（無偽頂時緊貼煤層）的一層或幾層巖層。具有一定的穩(wěn)定性，常在回柱或移架時冒落。直接頂下部2.52m厚的巖層叫直接頂下位巖層，其穩(wěn)定性對液壓支架的選型有決定性的影響。老頂在直接頂上面，一般是厚而堅硬的巖層，常以很大面積懸露在采空區(qū)而不跨落。它的來壓強度影響直接頂?shù)姆€(wěn)定性，對支架的載荷和可縮量都有直接的影響。（一）直接頂?shù)姆诸愇覈鴮⒕弮A斜煤層回采工作面直接頂，根據(jù)其穩(wěn)定程度分為四類：1. 不穩(wěn)定頂板：也稱破碎頂板，這類頂板很易冒落。冒落后巖石能基本充滿采空區(qū)。2. 中等穩(wěn)定頂板：強度較高，但有大量節(jié)理裂隙，局部較完整，冒落后不能充滿采空區(qū)，一般在支護設備前移后隨即冒落。3. 穩(wěn)定頂板：難于冒落，需

10、支架幫助切頂。4. 堅硬頂板：極難于冒落，采后需強制放頂。直接頂分類見表12。表12 直接頂分類類 別指 標1234不穩(wěn)定頂板中等穩(wěn)定頂板穩(wěn)定頂板堅硬頂板主要指標強度指數(shù)D30317071120120無直接頂。厚度在25m以上；巖石單項抗壓強度D6080Mpa；節(jié)理裂隙間距和分層厚度大于1m的整體巖層參考指標直接頂初次跨落步距L1/m8818192525直接頂分類的主要指標是強度指數(shù)D，并參考直接頂初次跨落步距L1來決定。（二）老頂分級老頂位于直接頂之上，頂板分級主要由直接頂厚度h與采高H之比值N來決定，再參考老頂初次來壓步距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

11、開切眼煤壁之間老頂懸露的長度。根據(jù)N 、L2，我國將老頂分為四級（見表13）。表13 老頂分級 分級指標周期來壓顯現(xiàn)不明顯明顯強烈極強烈冒落帶充滿采空區(qū)的程度N和初次來壓步距L2/mN350.3N350.3N35L250N0.3L2 =2550N0.3L250三、液壓支架的選型液壓支架的選型，包括選擇支架的架型，支架的結構參數(shù)和支架強度的確定。（一）架型的選擇液壓支架架型的選擇就是要使液壓支架的結構和性能與工作面的頂、底板條件和地質條件相適應，具體選擇時可按表14進行。表14 適應不同類級頂扳的架型和支護強度老頂級別直接頂類別12312312344架型掩護式掩護式支撐式掩護式支 掩撐掩 護護式

12、 式支撐式支撐掩護式支撐掩護式支 掩撐掩 護護式 式支 掩撐掩 護護式 式采高2.5m時用支撐式采高2.5m時用支撐掩護式支護強度/Mpa采高/m10.31.30.31.60.320.3應結合深孔爆破、軟化頂板等措施處理采空區(qū)20.35（0.25）1.30.35（0.25）1.60.3520.3530.45（0.35）1.30.45（0.35）1.60.4520.4540.55（0.45）1.30.55（0.45）1.60.5520.55單體支柱支護強度/Mpa采高/m10.151.30.151.60.15按采空區(qū)處理方法確定20.251.30.251.60.2530.351.30.351.6

13、0.35注：（1）括號內的數(shù)字是掩護式支架的支護強度。設計或選用支架，允許有5%的波動； （2）1.3、1.6和2分別為、級老頂比級老頂?shù)脑鰤罕稊?shù)，級老頂由于地質條件變化大，只給出了最小值2，具體數(shù)值應根據(jù)實際頂板情況確定；（3）表中的采高是指最大采高，具體采高下的支護強度可用插值法計算；（4）單體液壓支柱的支護密度，可用表中的支護強度除以工作阻力計算。（二）液壓支架結構參數(shù)的確定液壓支架的結構參數(shù)，主要指液壓支架的結構高度和伸縮比。在選擇液壓支架時要求其結構高度應能適應采高的要求，可根據(jù)煤層厚度（或采高）和采區(qū)范圍內地質條件的變化等因素來確定。其選擇的原則是：在最大采高時，液壓支架應能“頂?shù)?/p>

14、住”，在最小采高時，支架能“過得去”。支架的最大結構高度Hmax和最小結構高度Hmin可由下面經(jīng)驗公式計算：Hmax=hmax+a m （11）Hmin=hmin-s2-b-c m （12）式中 hmax煤層最大采高，m； Hmin 煤層最小采高，m； a偽頂?shù)暮穸?，考慮偽頂冒落后支架仍能支撐頂板，一般取a=0.20.3m；中厚煤層取小值，厚煤層取大值，薄煤層適當減小； s2頂板最大下沉量（一般取支架后排立柱處頂板的下沉量?？山梃b鄰近工作面的觀測資料選?。话闳2=0.10.2m，級老頂取大值，級老頂取小值； b 移架時支架的最小可縮量，一般取b=0.05m； c 支架頂梁上存留的浮煤和碎

15、矸石厚度，一般取c=0.05支架的最大、最小高度系列如表15所示。表15 液壓支架的最大、最小高度系列Hmax /m1.21.31.51.72.02.22.52.8Hmin /m0.50.60.70.81.01.21.31.4Hmax /m3.23.53.84.24.54.75.05.3Hmin /m1.61.71.82.02.22.52.83.2液壓支架的伸縮比K定義為支架最大支撐高度和支架最小支撐高度的比值，K值的大小反映支架對采高變化的適應能力。KHmax/Hmin采用單伸縮立柱的支架，K一般為1.6左右，最大可達1.8；帶機械加長桿的單伸縮立柱，一般為2.2左右，最大可達2.5；對于使

16、用雙伸縮立柱的支架，一般為2.5左右，薄煤層支架可達3。（三）支架支護強度的確定支架支護強度是液壓支架的一個重要參數(shù)，它是支架工作時單位支護面積上的支撐力?？捎上铝蟹椒ù_定。1.按經(jīng)驗公式估算：q=KHR10-2 Mpa （13）式中 K頂板的巖石厚度系數(shù)，一般取48；頂板條件較好、周期來壓不明顯時，取低值，否則取高值；日本取5，英國取57，前蘇聯(lián)取69，我國中厚煤層取68； H最大采高，m； R頂板巖石的密度，一般取為2.5 t /m3。2.直接查表選取根據(jù)頂板條件和煤層厚度，直接由表14中選取。對上述兩種方法得出的結果，選取大值。（四）選擇液壓支架型號由上面確定的支架架型和計算出的支架最大

17、、最小結構高度以及支護強度等參數(shù)，可從液壓支架產品目錄中選擇合適液壓支架的型號，列出支架規(guī)格和主要技術參數(shù)表。也可通過表112確定支架型號。第三節(jié) 高檔普采工作面單體液壓支柱工作高度、支護強度及形式的選擇高檔普采工作面采用單體液壓支柱作為工作面支護設備，單體液壓支柱需選擇支柱型式，并進行參數(shù)計算。一、支柱最大工作高度Hmax及最小工作高度Hmin的計算Hmax=hmax-c m （14）Hmin=hmin-s-c-a m (15)式中 hmax ，hmin煤層的最大、最小采高； c 頂梁高度，c=0.096 ，m； s 最大控頂距處，頂板下沉量，可參閱液壓支架方法選取。 a支柱卸載高度，取0.

18、08，m；二、單體液壓支柱工作阻力及支護密度單體液壓支柱工作阻力：隨油缸直徑及支撐高度不同，其額定工作阻力有250KN/柱，300KN/柱及350KN/柱，具體參數(shù)可查閱有關資料。支護密度：根據(jù)表14單體液壓支柱的支護強度（表14采高為最大采高，實際采高與表14采高不同時，可用插值法算出實際采高下的支護強度）除以支柱工作阻力可求出每平方米所需支柱數(shù)。三、單體液壓支柱形式及鉸接頂梁的選擇根據(jù)供液方式不同液壓支柱可分為內注式和外注式。外注式結構簡單，重量和制造成本比內注式低，伸縮比大，但須配備液壓泵和供液管路，宜用于中厚煤層中。內注式重量大，制造成本高，但不需配備液壓泵和供液管路，靈活性大，在薄煤

19、層中使用比較方便。單體液壓支柱鉸接頂梁長度，應按采煤機截深整數(shù)倍選取，以便頂板的管理。第四節(jié) 滾筒采煤機的選擇正確選擇和使用采煤機是提高采煤工作面生產能力的基本保證，對采煤工作面的生產效率、能耗、安全等都具有重要影響。采煤機選型涉及問題較多，目前還缺乏一套完善的計算方法，它不僅與煤層的厚度、傾角及煤的物理機械性能、地質條件等有關，還要考慮與支護設備、運輸設備之間的配套關系。因此，在選型過程中要考慮多方面因素，綜合分析后確定。一、采煤機選型的方法和原則（一）根據(jù)煤的堅硬度選型滾筒式采煤機知用于開采堅硬度系數(shù)f4的緩傾斜及急傾斜煤層，對于f1.82.5的中等硬度的煤層，可采用中等功率的采煤機，對于

20、粘性煤及f=2.54的中硬以上的煤層，應采用大功率采煤機。（二）根據(jù)煤層厚度選型采煤機的最小采高、最大采高、過煤高度、過機高度等都取決于煤層厚度。煤層厚度可根據(jù)技術要求分為三類：1.薄煤層：煤層厚度小于1.3m。最小采高在0.650.8m時，只能采用爬底板式采煤機；最小采高在0.750.90m時，可選用騎溜式采煤機。2.中厚煤層：煤層厚度為1.33.5m。開采這類煤層在技術上比較成熟，根據(jù)煤的堅硬度等因素，可選擇中等功率的或大功率的采煤機，如MG340、MAX300/3.5、MG300W（2300）、MG200W（2200）等機型。3.厚煤層：煤層厚度在3.5m以上。由于大采高液壓支架及采煤、

21、運輸設備的出現(xiàn)，厚煤層大采高一次采全高綜采工作面取得了較好的經(jīng)濟指標。適用于大采高的采煤機應具有調斜功能，以適應大采高綜采工作面地質及開采條件的變化以及俯采、仰采的要求，此外由于落煤塊度較大，采煤機和輸送機應有大塊煤機械破碎裝置，以保證采煤機和輸送機的正常工作。適用于大采高一次采全高的采煤機有MXA300/4.5型、MXA600/4.5型、MG300WG（600）型、AM500型等采煤機，最大采高可達4.5m。分層開采時，采高應控制在2.53.5m范圍內，以獲得較好的效益，采煤機可按中厚煤層條件并根據(jù)分層開采的特點選型。二、采煤機主要技術參數(shù)的確定采煤機的主要參數(shù)規(guī)定了采煤機的適用范圍和主要技

22、術性能。它們既是設計采煤機的主要依據(jù)，又是成套設備選型的依據(jù)。（一）滾筒直徑的選擇滾筒直徑大些對裝煤有利，但不宜過大，并應滿足采高的要求。雙滾筒采煤機滾筒直徑應大于最大采高Hmax的一半，一般可按D=（0.520.6）hmax選取，采高大時取小值，采高小時取大值。單滾筒采煤機滾筒直徑選擇時，為了防止?jié)L筒在頂板下沉時被夾住而截割巖石，直徑D=Hmin -（0.10.2）采煤機的滾筒已經(jīng)系列化，可選用與計算值相近的標準滾筒，以降低制造成本。（二）截深的選擇采煤機截割機構（如滾筒）切入煤壁的深度稱為截深。它決定工作面每次推進的步距，是決定采煤機裝機功率和生產率的主要因素，也是與配套支護設備有關的一個

23、重要參數(shù)。截深與采高有一定關系。在薄煤層中，由于工作條件困難，采煤機牽引速度受到限制，為了保證適當?shù)纳a率，宜用較大的截深（可達0.81.0m）；采高很大時煤層容易片幫，頂板施加給支護設備的載荷也大，此時限制工作面生產率的主要因素是運輸能力。因此，為了改善頂板支護條件和避免輸送機上煤的溢出，宜用較小的截深，厚煤層截深可取0.5m左右。目前，已有運輸能力3500t/h的工作面刮板輸送機，運輸能力對中厚煤層截深的限制已較小。中厚煤層截深可取0.60.8m，若頂板穩(wěn)定，截割阻抗小可適當加大。國產中厚以上采煤機多用的截深為0.6（0.63）m，薄煤層為1.0m左右。采煤機截深與支護設備的推移步距應相適

24、應，以便于管理頂板。采煤機截深應略小于液壓支架的推移步距（與截深0.6（0.63）m相適應的支架推移千斤頂行程一般為0.7m），以保證采煤機每開采一個截深后液壓支架可以推進一個步距。當用單體支柱支護頂板時，金屬頂梁的長度應是采煤機截深的整數(shù)倍。（三）滾筒轉速及截割速度滾筒上截齒齒尖的切線速度稱為截割速度。截割速度取決于滾筒直徑和滾筒轉速。滾筒轉速對截煤比能耗、裝載效果、粉塵大小都有很大影響。實踐表明，滾筒轉速過高，循環(huán)煤會增多，裝載效率降低，裝煤效果不好。所以，滾筒轉速出現(xiàn)降低趨勢，如英國AM500、美國JOY公司7LS6型采煤機，滾筒轉速分別為21.2r/min和26r/min。新型采煤機直

25、徑2.0m左右的滾筒轉速多為2540r/min左右，直徑小于1.0m的滾筒轉速可增大到60100r/min。轉速及滾筒直徑確定后，截齒截割速度也就定了，截割速度一般控制在4m/s左右較好。（四）采煤機最小設計生產率采煤機在采煤過程中，由于處理故障、檢查和更換刀具、日常維修、等候支護、處理片幫等，經(jīng)常出現(xiàn)停頓，采煤機實際生產率比設計的理論生產率小很多，為了表明這些因素的影響，可用有效開機率表示。有效開機率是指采煤機在一天或一班內有效工作時間與一天或一班占有時間的比值，它綜合反映了設備可靠性，選型及組織管理水平，工人技術熟練程度等，德國高產工作面有效開動率可達51%，前蘇聯(lián)高產綜采工作面可達50%

26、，我國根據(jù)有些典型工作面的推算大約在0.150.35之間，一般可取0.20。隨著綜采設備制造水平的提高、工人的技術水平及企業(yè)管理水平的提高，我國有效開機率應逐步提高。當采煤工作面生產能力已定，其每小時的平均產量就是所需采煤機的最小實際生產率，考慮到有效開動率，則采煤機按工作面生產能力要求的最小設計生產率Qmin為 t/h (16)式中 w 采煤工作面的日平均產量，t/h。上式有效開機率取0.2，充分考慮使采煤機有增產潛力，當有效開機率能進一步提高，采煤機仍有富裕能力，使工作面生產能力得到提高。（五）采煤機截割時的牽引速度及生產率采煤機截割時牽引速度的高低，直接決定采煤機的生產率及所需電機功率，

27、由于滾筒裝煤能力，運輸機生產率，支護設備推移速度等因素的影響，采煤機在截割時的牽引速度比空載調動時低得多。采煤機的牽引速度可在零到最大速度范圍內調節(jié)，選擇截割時的牽引速度，要根據(jù)下述幾方面因素，綜合考慮。1.根據(jù)采煤機最小設計生產率Qmin決定的牽引速度V1 m/min (17)式中 Qmin 采煤機最小設計生產率，t/h； H 采煤機平均采高，m； B 采煤機截深，m； 煤的實體密度，一般為1.31.4 t /m3，可取1.35 t /m3。 2.按截齒最大切削厚度決定的牽引速度V2采煤機截割過程，滾筒以一定的轉速n轉動，同時采煤機又以一定的牽引速度V沿工作面移動，切削厚度呈月牙規(guī)律變化。截

28、齒最大的切削厚度bmax在月牙型中部，可用下式計算 mm (18)式中 V采煤機的牽引速度，m/min； m 滾筒一條截線上安裝的截齒數(shù)； n 滾筒的轉速，r/min。從式(18)可知，當n、m決定后，bmax與牽引速度V成正比，V越大bmax越大，當bmax大于齒座上截齒伸出的長度，使齒座及螺旋葉片也參與截割，則截割阻力及功率劇增，同時齒座磨損嚴重。為了避免上述情況的發(fā)生，一般要求截齒的最大切削厚度應小于截齒伸出齒座長度的70%，按上述要求采煤機的牽引速度V2 m/min (19)式中 0.7bmax采煤機截齒在齒座上伸出的長度的70%（mm），國產徑向截齒大約為4455mm；切向截齒大約為

29、4152mm；煤堅固性系數(shù)f及截割阻抗大時取小值。 3.按液壓支架推移速度決定牽引速度V3 一般支架的推移速度稍大于采煤機的牽引速度較好，這樣可保證采煤機安全生產。截割時牽引速度V，應根據(jù)上述三方面情況綜合分析后確定，其最大值應等于或大于V1，但應小于V2，并與V3相協(xié)調，使采煤機既能滿足工作面生產能力的要求，又可避免齒座或葉片參與截割，并能保證采煤機的安全生產。采煤機截割牽引速度V決定后，采煤機的生產率Q為 t/h (110)式中符號意義同前。（六）采煤機所需裝機功率采煤機裝機功率的大約85%用于截煤和裝煤，用于牽引的功率只有一小部分，小型采煤機用一臺或兩臺電機共同驅動截割部和牽引部，以下計

30、算可用來確定總的裝機功率。大型電牽引采煤機由多臺電動機分別驅動兩個截割部、牽引部、破碎機構等部分，以下計算用來確定截割部電機的功率。由于采煤機在截割和裝載過程中，受到很多因素的影響，所需電機功率的大小，很難用理論方法精確計算，常用類比法或比能耗法來估算。采用比能耗法估算電機功率，是根據(jù)采煤機生產率和比能耗（截割單位體積煤所消耗的功率）實驗資料來確定，如果比能耗確定適當，計算值就比較合理。取截割阻抗A=180200N/mm的煤為基準煤，當采煤機以不同的牽引速度截割時，包括牽引部及輔助液壓系統(tǒng)在內，其比能耗的估算值如表16所示。表16 螺旋滾筒采煤機比能耗HB牽引速度（m/min）23456HB（

31、Kwh/t）0.500.440.420,400.38如果截割的煤層，其截割阻抗不同上述基準值，可按公式(111)計算比能耗值 Kwh/t (111)式中 Ax被截割煤層的截割阻抗，國內還缺乏這方面的資料，可參考表17資料決定，我國根據(jù)堅固性系數(shù)f將煤分為：軟煤（f1.5），中硬煤（f=1.53），硬煤（f3）； HB基準煤的比能耗，參考表16。表17 截割阻抗A煤層截割阻抗A (N/mm)磨蝕性系數(shù)P(mm/km)堅硬夾雜物含量(%)脆韌性采煤機械選型級別類別(脆性煤層)一級1類(極軟)601201000脆性采高小于1.5m時優(yōu)先選用刨煤機只含軟夾矸2類(軟)100200含軟的泥質頁巖夾矸細碎

32、硬夾雜物含量0.5%韌性3類(中硬)120180脆性(脆性韌性煤層)二級4類(超中硬)180240200300細碎硬夾雜物含量1%韌性滾筒采煤機60120120180細碎硬夾雜物含量2.5%脆性5類(硬)180240300400細碎硬夾雜物含量2.5%韌性脆性240300(脆性煤層)三級6類(極硬)240360400500砂質頁巖砂巖或結團硬夾雜物含量2.5%斷面積1000cm3的大塊夾雜物含量2.5%5%韌性需先爆破或注高壓水把煤層松動后，才能選用滾筒采煤機1802407類(特硬)不論600硬夾矸和大塊結團夾雜物含量810%單滾筒采煤機所需電機功率 KW （112）式中 Q采煤機生產率，t/

33、h； K1功率利用系數(shù)，用一臺電機驅動時取1，兩臺電機分別驅動時取0.8 K2功率水平系數(shù)，與牽引速度調節(jié)方式，電機過載能力等因素有關，可按表18選取，過載能力是指電動機最大轉矩Mmax與額定轉矩MN比值。表18 功率水平系數(shù)電機過載能力Mmax/MN牽引速度調節(jié)方式自動調速人工調速2.02.20.90.82.22.40.950.852.42.610.9雙滾筒采煤機，前滾筒與后滾筒截割條件不同，前滾筒截割時,煤層只有面向采空區(qū)一個自由面，后滾筒截割時，前滾筒已截割出第二個自由面，若以表示表示前滾筒截割比能耗，后滾筒截割比能耗為 （113）式中 后滾筒工作條件系數(shù)，可由表19選取表19 后滾筒工

34、作條件系數(shù)滾筒轉向后滾筒開采煤層部位下部上部向著前滾筒截割自由面0.80.7逆著前滾筒截割自由面1.00.9如果滾筒直徑按最大采高60%選取時，雙滾筒采煤機所需電機功率為 KW （114）如果滾筒直徑不按60%最大采高選取，則系數(shù)應作相應改變。 采用一臺電動機驅動時，采煤機可按上式計算結果選用適當電機，兩臺電機驅動時每臺電機功率可按上式計算值的一半考慮。 國內生產的采煤機電機功率已系列化，有100、150、170、（1702）、200、300、（3002）等，大功率電牽引采煤機截割部單電機功率已達900KW，牽引電機功率達2120KW,功率最大的的電牽引采煤機最大裝機功率已達2550KW。（七

35、）牽引力采煤機的牽引力主要取決于煤質、采高、牽引速度、煤層傾角、機器質量、導向裝置結構及摩擦力等，精確計算很困難，鏈牽引采煤機的牽引力F（KN）可按裝機功率N(KW)近似計算，其關系為 KN 也可參考采煤機技術特征表參數(shù)類比確定。三、初選采煤機及其配套設備根據(jù)采高、滾筒直徑、截深、生產率、電機功率、牽引力及牽引速度等初選采煤機。然后和初選的支護設備一起，查閱有關單位編制的采煤機械化成套設備參考資料一覽表,或參閱附表110，或參考設備廠家推薦設備配套資料，選擇運輸機。采煤機械化成套設備參考資料一覽表可供設備選型時參考，用戶也可按實際情況自行組裝配套。采煤機初選決定后，通過產品說明書等有關資料得到

36、采煤機高度、質量、電機或減速箱高度、搖臂長度、擺角范圍等尺寸。應在設計說明書中列表說明初選采煤機主要技術參數(shù)。四、初選采煤機主要技術參數(shù)的校核圖1-1 滾筒式采煤機采高與機器尺寸關系（一）最大采高的校核 m （115）式中 A采煤機高度（機身上平面至底板之距離），m； h采煤機截割部減速箱高度，一般等于電機高度，m； L搖臂長度（搖臂擺動中心到滾筒中心距離），m； 搖臂向上擺動最大角度； D滾筒直徑，m； 上式計算結果，應滿足工作面最大采高要求，如不適應可改換滾筒直徑、底托架高度或搖臂長度，擺角范圍來調整，但調整時應考慮機身下有必要的過煤高度，不影響運輸機的煤流從采煤機的機身下通過，對中厚煤層

37、過煤高度應大于250300mm，對薄煤層應大于200240mm。如果工作面最大采高hmax及滾筒直徑D已確定，采煤機高度A及所需底托架高度U可由下式計算 m （116） m （117）式中 S 運輸機槽幫高度，m；采用不同高度的底托架可使采煤機得到不同的機面高度及采高范圍。（二）最小采高的校核采煤工作面最小采高hmin應大于采煤機高度A、支架鉸接頂梁高度h1、過機高度h2（頂梁與采煤機機身上平面之間的距離）三項尺寸之和，即采煤機與支護設備應能通過煤層變薄帶，滾筒不截割巖石。 m （118）式中 h2 過機高度不應小于0.10.25m，機身短，浮煤清掃干凈取小值。（三）臥底量校核最大臥底量Kma

38、x為 m （119）式中搖臂向下擺動最大角度；采煤機臥底量一般為90300mm，以適應底板起伏不平和能截割運輸機機頭處三角煤等。（四）采煤機最大截割速度的校核運輸機、采煤機、液壓支架在結構性能之間有相應的配套要求。運輸機的運輸能力一般應略大于采煤機的生產率，以便把煤及時運走，不出現(xiàn)堆積現(xiàn)象。可把運輸機的運輸能力看成是采煤機的最大生產率，此時采煤機截割時的最大牽引速度V為 m/min （120）式中 運輸機的運輸能力，t/h； H平均采高，m； B采煤機截深，m 煤的實體密度，=1.35 t/m3；上述計算的V值應大于前面決定的截割牽引速度V值。（五）牽引阻力的估算采煤機移動時必須克服的牽引阻力

39、T為T = K1 G + f G(cos- K2 + 2 K3 )G sin KN （121）式中f 摩擦系數(shù)，取決于采煤機導向機構表面狀況和濕度及采煤機運動速度等，平均可取0.18； 工作面傾角，； G 采機自身重量， kN ； K1 經(jīng)驗系數(shù)，估算時可取K1 = 0.60.8 ； K2估算系數(shù)，初步估算時可取K2 = 00.2 ； K3 側面導向反力對牽引阻力的影響系數(shù)，主要取決于牽引鏈或無鏈牽引軌道的位置及煤層傾角大小。當在采空區(qū)側布置，工作面傾角為0時，取K3=0.040.05；工作面傾角為35時，K3=0.050.10；當在煤壁側布置，工作面傾角為0時，取K3=0.120.19；工作

40、面傾角為35時，取K3= 0.150.21。 上式最后一項，當向上牽引時取正號，向下牽引時取負號。上述幾項計算應和采煤機的性能參數(shù)接近并滿足工作面的基本要求。第三節(jié) 采煤機、支護設備、刮板輸送機配套關系圖通過計算或參考有關圖冊資料，給出采煤機、支護設備、及輸送機配套關系圖。采煤機、支護設備、及輸送機組成的綜采設備，有嚴格的配套要求。各單項設備的先進性能，只有在搞好配套關系的基礎上才能充分發(fā)揮出來。如果所選各單項設備合理，但與配套設備表中推薦的配套設備又不吻合，可按實際情況自行改裝和組合。采煤機、刮板輸送機和液壓支架之間橫斷面配套尺寸如圖12所示圖1-2 綜采工作面設備配套的橫斷面從頂板管理角度

41、出發(fā)，支架前柱到煤壁的無立柱空間寬度F越小越好，它的尺寸組成為 F=B+e+G+x m （122）式中 B 截深，即采煤機滾筒的寬度，m； e 滾筒后壁與鏟煤板之間的距離，以防采煤機在輸送機彎曲段工作時滾筒切割鏟煤板，一般e100200mm； x 柱斜置產生的水平增距，它可按立柱最大高度的投影計算； G 輸送機寬度，mm；其組成：Gf+s+a+b； f 為鏟煤板的寬度，一般為150240mm； S 為輸送機中部槽的寬度； a 為電纜槽和導向槽的寬度，通常為360mm； b 前柱與電纜槽之間的距離，為了避免輸送機傾斜時而擠壞電纜，并保證司機的操作安全，此距離應大于200400mm。由于底板截割不

42、平，輸送機產生偏斜，為了避免采煤機滾筒截割到頂粱，支架粱端與煤壁應留有無支護的間隙D(即端面距或空頂距)，此間隙約為200400mm煤層薄時取小值，厚時取大值。 則支架前柱到梁端的頂梁懸臂長度L應為 L=F-B-D-x m （123）在空間高度上，支架最小高度H可表示為： H=A+C+t m （124）式中 t 支架頂梁厚度，mm； A 采煤機機身高度，mm；輸送機高度和采煤機底托架高度h（自輸送機中部計算起）之和，但底托架高度要保證過煤高度E250300mm； C采煤機機身上方的空間高度，mm；此高度一是考慮便于采煤機司機觀測和操作，二是考慮頂板下沉后不影響采煤機順利通過。綜采“三機”配套的

43、匹配方案見表110。某礦近水平中厚煤層成套設備使用的配套實例：一、煤層自然條件（一）煤層賦存條件煤層傾角28；煤層平均厚度2.49m，變化在0.95 3.43m之間；煤層內有一層夾矸，泥巖厚330mm；煤質為煙煤；節(jié)理發(fā)育，煤較軟；密度為1.52t/m3。偽頂為泥巖，厚0.35m；直接頂為細砂巖、泥巖、煤互層，厚度5.12m；老頂為細砂巖，泥巖和灰?guī)r，厚度5.53m；底板為泥巖，厚度1.38m。直接頂初次跨落步距為13.6m，老頂初次及周期來壓步距分別為22.7和16.1m，老頂初次和周期來壓強度分別為1.29和1.26。實測支護強度為0.288MPa。頂板分類為級。（二）礦山地質條件開采深度

44、為175360m，地質構造簡單，無斷裂構造，瓦斯含量大，有瓦斯突出危險，煤層可自然發(fā)火，煤塵有爆炸危險，采空區(qū)積水等。 二、生產條件 工作面長度146m，采區(qū)長度1238m，平均采高2.49m，截深0.6m，梁端距277345mm。三、綜采設備配套“三機”配套：ZYQ1800/14/32型液壓支架，MLS2P170型滾筒采煤機，SGW180型刮板輸送機，如圖13 所示。順槽內主要設備及其布置，SDZ75型轉載機，XRB2B型乳化液泵。主要配套電氣設備：KSGZY 500/6型移動變電站及8SN2或PB26型饋電開關。四、設備使用效果該配套設備在使用中平均月產48189t，最高月產達83739t

45、。表1-10 綜采“三機”配套的匹配方案架型編號液壓支架滾筒采煤機刮板輸送機原型號標準型號原型號標準型號原型號標準型號支撐式薄煤層1ZH8150ZD1500/14/24HLS3PH170MG170G1SGD630/180SGD630/1802HB4150ZD1600/14/24BM100BM1100SGB630/60SGB630/603BC28006.3/12ZD2800/6/12MGZ75PFMG275PFSGBF630/220SGBF630/220經(jīng)濟型P2000kN4BY20006/15ZY2000/6/15BM100BM1100SGB630/80SGB630/805ZYQ1600/12

46、/26ZY1600/12/26QMLS3PH170MG170G1SGD630/180SGD630/1806QY2000/10/26ZY2000/10/26MLS3PH170MG170G1SGD630/180SGD630/1807ZYQ1700/14/30ZY1700/14/30QMLS3PH170MG170G1SGD630/180SGD630/1808QY20014/30ZY2000/14/31MLS3P170MG1701SGD630/180SGD630/1809ZYQ1800/14/32ZYX1800/14/32QMLS3PH170MG170G1SGD630/180SGD630/180掩護式

47、支架一般型P3.5m23ZYB3200/20/37ZY3200/20/37（B）EDW600EDW600SGB764/264SGB754/26424QY32020/38ZY3200/20/38MXA300/4.5MXA300/4.5SGZ730/320WSGZ730/32025BYD320023/ZY3200/23/45MXA300/4.5MXA300/4.5SGZ730/320WSGZ730/32026QY35023/45ZY3500/23/45MXA600/4.5MXA600/4.5SGZ764/264SGZ764/26427RY34025/47ZY3400/25/47MXA300/4.3RMXA300/4.3RSGZR764/264SGZ764/264A28QY350025/47AZY3500/25/47（A）MXA300/4.5MXA300/4.5SGZ730/320SGZ730/32029BY360025/50