綜採工作面的「三機」是指採煤機、液壓支架、刮板輸送機,是綜採工作面的主要裝置。其選型首先必須考慮配套關係,選型正確先進、配套關係合理是提高綜採工作面生產能力、實現高產高效的必要條件。1「三機」的選型原則
1.1採煤機的選型原則(1)採煤機能適合的煤層地質條件,其主要引數(採高、截深、功率、牽引方式)的選取要合理,並有較大的適用範圍。
(2)採煤機應滿足工作面開採生產能力的要求,其生產能力要大於工作面設計能力。(3)採煤機的技術效能良好,工作可靠,具有較完善的各種保護功能,便於使用和維護。
採煤機的實際生產能力、採高、截深、截割速度、牽引速度、牽引力和功率等引數在選型時必須確定。
實際生產能力主要取決於採高、截深、牽引速度以及工作時間利用係數。採高由滾筒直徑、調高形式和搖臂擺角等決定。滾筒直徑是滾筒採煤機採高的主要調節變數,每種採煤機都有幾種滾筒直徑供選擇,滾筒直徑應滿足最大採高及臥底量的要求。
截深的選取與煤層厚度、煤質軟硬、頂板岩性以及移架步距有關。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、滾筒轉速和滾筒直徑確定,對採煤機的功率消耗、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、採高、牽引速度、工作面傾角、機身自重及導向機構的結構和摩擦係數等,沒有準確的計算公式,一般取採煤機電機功率消耗的10%~25%。滾筒採煤機電機功率常用單齒比能耗法或模擬法計算,然後參照生產任務及煤層硬度等因素確定。
1.2液壓支架的選型原則
(1)液壓支架的選型就是要確定支架型別(支撐式、掩護式、支撐掩護式)、支護阻力(初撐力和額定工作阻力)、支護強度與底板比壓以及支架的結構引數(立柱數目、最大最小高度、頂樑和底座的尺寸及相對位置等)及閥組效能和操作方式等。
(2)選型依據是礦井採區、綜採工作面地質說明書。在選型之前,必須將所採工作面的煤層、頂底板及採區的地質條件全部查清。然後依據不同類級頂板選取架型。
最後依據選型內容結合國內現有液壓支架的主要技術效能直接選定架型及其引數所對應的支架型號。1.3刮板輸送機的選型原則
(1)刮板輸送機的輸送能力應大於採煤機的最大生產能力,一般取1.2倍。
(2)要根據刮板鏈的質量情況確定鏈條數目,結合煤質硬度選擇鍊子結構型式。(3)應優先選用雙電機雙機頭驅動方式。(4)應優先選用短機頭和短機尾。
(5)應滿足採煤機的配合要求,如在機頭機尾安裝張緊、防滑裝置,靠煤壁一側設鏟煤板,靠採空區一側附設電纜槽等。在選型時要確定的刮板輸送機的引數主要包括輸送能力、電機功率和刮板鏈強度等。輸送能力要大於採煤機生產能力並有一定備用能力。
電機功率主要根據工作面傾角、鋪設長度及輸送量的大小等條件確定。刮板鏈的強度應按惡劣工況和滿載工況進行驗算。
2「三機」的合理配套從採煤機、液壓支架、刮板輸送機的選型原則中看到,綜採裝置的合理配套是很複雜的系統工程。
2.1滿足生產能力要求採煤機生產能力要與綜採工作面的生產任務相適應,工作面刮板輸送機的輸送能力應大於採煤機的生產能力,液壓支架的移架速度應與採煤機的牽引速度相適應,而乳化液幫浦站輸出壓力與流量應滿足液壓支架初撐力及其動作速度要求。
2.2滿足裝置效能要求輸送機的結構形式及附件必須與採煤機的結構相匹配,如採煤機的牽
引機構、行走機構、底托架及滑靴的結構,電纜及水管的拖移方法以及是否連鎖控制等。輸送機的中部槽應與液壓支架的推移千斤頂連線裝置的間距和連線結構相匹配。採煤機的採高範圍與支架的最大和最小結構尺寸相適應,而其截深應與支架推移步距相適應。
其計算公式為:
r=b+e+w+x+d/2(1)
式中r———無立柱空間寬度,mm;b———截深,mm;
e———鏟煤板空距,規定為50~100 mm;w———輸送機寬度,mm;
x———前柱與電纜槽間距,mm;d———前柱外徑,mm。w=f+g+j+v(2)
式中f———鏟煤板寬度,150~240 mm;g———中部槽寬度,mm;j———導向槽寬度,mm;v———電纜槽寬度,mm。2.3滿足
安全和工作方便要求
(1)從安全角度出發,工作面無立柱空間愈小愈好。
(2)為防止移架後支架前柱與電纜相碰和採煤機司機的人身安全,前柱與電纜槽之間必須留有間隙x=150~240 mm。
(3)樑端距t一般為150~300 mm,用來防止滾筒切割頂樑。(4)推移千斤頂行程應比採煤機截深大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,前者適於底板清理良好及採煤機機身短的場合。
此外,當煤層傾角大於160°時(大採高支架工作面傾角大於10°),輸送機必須設定防滑錨固裝置,而支架必須帶防倒防滑及調架裝置。
3實際工作中如何做到選型正確先進配套合理依據上述「三機」的選型原則及配套關係的分析可以看到,其選型工作是一項複雜的系統工程,涉及地質學、岩石力學、採礦學、機電和機制等多門學科,同時又是提高綜採工作面礦井效率和效益的前提所在。目前的選型設計還是以「經驗模擬」為主,雖然基本上能夠滿足生產需要,但在某些環節上還存在著嚴重的不合理現象。如移架迴圈時間長,不能滿足採煤機牽引速度的要求;有些選型設計引數是符合要求的,但在實際使用中無法達到或實現。
如液壓支架初撐比一般為0.5~0.8,而實際應用中僅為0.
25~0.4。這說明,綜採工作面「三機」配套不能停留在簡單的「經驗模擬」上,而應開發研製綜採裝置選型的專家系統,避免在選型設計中受決策者個人偏見或感**彩的影響。
同時還要對系統中的主要環節進行動態優化設計,使其設計引數與實際執行引數得到統一。現行國內外高產高效綜採工作面裝備能力的配比關係主要是:刮板輸送機與採煤機的功率配比應為1∶1,最好為1.
2~1.4∶1,這樣才能把輸送機的事故減少到最低限度。綜採裝置的能力應以工作面生產能力為基礎,採煤機、工作面刮板輸送機、運輸巷可伸縮帶式輸送機的生產能力一般按工作面生產能力分別乘以係數1.
2,1.3,1.4來確定。
需要說明的是:上述各種配套關係不是唯一的。也就是說,採煤機、液壓支架、刮板輸送機的選型完全可以用效能和能力相似的同類產品所代替。
而在實際生產中,即使採用相同綜採裝置的不同工作面或不同礦井,其實際生產能力和全員效率可能有較大差距,這主要是由於礦井的開採條件、組織管理水平存在著客
觀的差距。如果客觀條件不具備,即使選擇生產能力很高的配套裝置,也遠不能達到提高生產能力的目的。高產高效綜採工作面的三機選型應從實際出發,因地制宜,具備什麼檔次的開採條件,就選用相應檔次的配套裝置。
新建礦和舊礦井的改造還應區別對待,現有裝置的充分利用也是不可忽視的問題。綜採發展的原則不是要增加綜採工作面數量,而是應該提高綜採工作面單產,減少輔助作業環節,提高集中生產化的程度。
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