1任志刚 2郝胜礼3郝庆成
1铁法煤业(集团）有限责任公司物资供应分公司 2铁法煤业(集团）有限责任公司物资供应分公司 3铁法煤业(集团）有限责任公司晓明煤矿
摘要：本文通过对铁煤集团薄煤层综采设备现状的分析，提出了薄煤层智能化工作面综采设备选型配套方案，对提高铁煤集团综采智能化开采设备装备水平，提高现有设备使用率，提质增效，具有深远意义。
关键词：薄煤层；液压支架；运输机；采煤机
晓南矿N1-1406薄煤层智能化工作面，走向21°-36°之间，倾向291°-306°之间，预计储量25万吨，平均采高1.6m。该工作面煤层度较薄，若采用常规综采方式，工人的劳动强度较高且安全生产压力较大。在对设备选型和适应性改造方面进行深入、细致、科学的探讨和研究后，铁煤集团决定采用智能化开采方式。
1 晓南矿N1-1406薄煤层智能化工作面综采设备选型配套
充分借鉴刨煤机工作面和国内其他先进煤矿企业智能化薄煤层工作面设备选型配套的成熟经验，设计了以采煤机记忆截割、液压支架自动跟机及可视化远程监控为基础，以自动化控制软件为核心，实现对综采设备的监测、集中控制和采运负荷平衡的薄煤层智能化工作面综采设备配套方案，减少工作面工人数量，降低工作面工人劳动强度，实现连续、安全、高效开采。
1.1 运转设备配套选型及改进
1.1.1SGZ800/800矮型运输机采用∮34*126*86超扁平链环。降低了中部槽槽体高度，增加了过煤空间。工作面运输机机头、机尾部设计500mm深卧底量，采用 “加高块活连接”方式，在工作面推进时，可以随时调整卧底量高度，保证机头、机尾三角煤割通割透。
1.1.2运输机容量核定
（1）循环产量：180m×1.6m×0.8m×1.65t/m3=380.16吨
其中原，煤的散积容重为1.65t/m3，h-采煤机截深0.8m。
（2）日产量： 380.16×L/ h =1425.6 t
其中，L-平均每天进度4 m。h-采煤机截深0.8m。
（3）输送机上单位长度货载重量的确定
由于运输机承载煤量均匀，货载的最大断面积(图2)为：
F0=F·∮
其中，F0—货载的实际横断面积（㎡），F—货载最大横断面积（㎡）∮—货载的装满系数，一般∮=0.65-0.9,考虑晓南矿N1-1406工作面倾角、煤的硬度、块度和湿度以及刮板输送机溜槽及挡煤板的结构形式等具体情况，取∮=0.80
α-煤在刮板运输机槽内的堆积角，考虑到煤在溜槽中随刮板链运动，并有振动，故α=20-30°，取α=28°
运输机：F=100×800+800×tgα×800×1/2×1/2=165072㎜2=0.1651㎡
F0=δF=0.1156㎡
式中δ-货载的装满系数，一般δ=0.65-0.9，取δ=0.7。
输送机上单位长度货载重量：
运输机：Q=1000 F0γ=103.99（kg）
γ—货载的散积集容重（t/m3）， 煤炭γ=0.9t/m3
运行阻力核算
按运输机水平铺设计算：
1）刮板运输机重段运行阻力Wzh：
运输机：Wzh=(Qω+Q0ω`)L=164.9 KN
Q0—链子及刮板单重：Q0=67.2 kg/m
L—刮板输送机铺设长度（m），工作面长L=180 m。
ω—货载在溜槽中的移动阻力系数，ω=0.6-0.8, 取ω=0.7
ω`—刮板链在溜槽中的移动阻力系数，ω`=0.2-0.35,
取ω`=0.28
2）刮板运输机空段运行阻力Wk：
运输机：Wk= L Q0ω`=33.87 KN
刮板运输机主动链轮牵引力应为：
运输机： W0=1.1(Wzh+Wk)= 218.65 KN
刮板输送机弯曲段及链轮处附加阻力系数为1.1。
电动机功率N01的确定：
运输机： N0=1.2 W0 V/η=426.37 (KW)
式中：备用系数为1.2；V—运输机刮板链运转速度V=1.3 m/s ；η—传动装置效率（包括减速器及联轴装置等）η=0.8-0.83,取η=0.8
对于机械化综采工作面的运输机，其货载的装载长度随着采煤机的移动而变化。当采煤机在运顺机头处未采煤时（即输送机空载运转时），输送机的负荷最小（功率Nmin）。随着采煤机向回顺方向移动，溜槽上装煤长度不断增加，输送机的负荷也随着增大。当采煤
机到达工作面回顺机尾终点时，输送机的电机负荷到达最大值（Nmax）。如图1。
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某一时间t时输送机电机功率为Nt，T为输送机工作循环延续时间。在这种工作情况下输送机电机功率应按等效功率来计算。
运输机：
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式中：Nmax—输送机满负荷时电机的最大功率，Nmax=N0
运输机：Nmin—输送机空载时电动机的最小功率，
Nmin =1.1×2Q0Lω`/η=93.13 (KW)
输送机电机容量N01应为：
运输机：N01=1.2Nd=345.43 (KW)
由此可以得出结论，
运输机选用YBSS-400G(BP)型电动机2台，设在运输机头尾两端驱动，电机容量：400×2=800>N01满足要求。
电机容量：400×2=800>N01满足要求。
5.运输机牵引链破断力核定：
运输机 选用Ф34/86*126mm中双链牵引刮板输送机，
应满足刮板链的抗拉安全系数K≥3.5：
K=2Spλ/（1.2Smax）=9.39 >3.5
式中：Sp—一条刮板链子的破断拉力，Sp=1450 KN
λ—双链负荷不均匀系数，对于圆环链λ=0.85
Smax—一条刮板链承担的最大静张力，运输机Smax= W0=218.65 KN
结论：运输机所选用的刮板链均满足强度要求。
1.2采煤机配套选型
选用MG450/1050-WD型电牵引采煤机，该采煤机截割部采用“C字型”布置方式，将电机安装在上邦侧，降低了过机高度，利于受限采高的作业空间。同时，该智能化采煤机具备记忆截割功能，满足了工作面斜切进刀、割三角煤、倒退扫底等工艺需求。
1.3水处理与乳化液泵站配套选型
乳化液泵站选用智能集中供液功能的系统，由矿用隔爆兼本质安全型控制箱、回液过滤站、乳化液泵站变频节能控制系统、高压反冲洗过滤站、乳化液泵站乳化液自动配比装置、矿用软化水装置、进液过滤站组成。系统智能控制，软化水处理装置进行水质净化，去除原水水质中的悬浮物、钙镁离子、硫酸根离子、氯离子等，其出水水质达到乳化油对水质的要求；乳化液泵站乳化液自动配比装置，实现了乳化液浓度3-5%范围内可智能调整、智能控制，完成乳化液泵站无人值守的精准自动配比。
1.4 液压支架配套选型及改进
配套液压支架为ZY5200/08/18D，设计了抬底机构，移架前把底座的前端抬起，便于移架。
1.5 N1-1406薄煤层智能化综采工作面整体设备配套及功能
综上，根据晓南矿N1-1406工作面采场自然条件，设计选用的薄煤层智能化综采工作面配套设备如下：
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配套方案，具有工作面跟机自动化动能和成组控制功能，不仅能够实现工作面邻架及隔架电控的手动操作、邻架电控的自动操作以及采煤机跟机自动喷雾功能。还能够通过工作面液压支架、采煤机、刮板输送机、转载机、破碎机、皮带运输机、乳化液泵站、电力负荷系统的协调联动控制，完成综采工作面生产过程自动化控制功能，极大地提高生产效率。通过对主要生产设备的工况进行实时在线监测，能够及时发现故障隐患，从而提高设备开机率。智能控制系统还能够对工作面的相关信息分类整理，并通过工业环网将数据上传地面分控中心，地面分控中心将数据融合到基于物联网技术的综采设备智能化管理系统，实现数据共享、远程管理和深度利用。
2 经济效益
晓南矿N1-1406薄煤层智能化工作面设备配套成功，相对于以往采用刨煤机开采方式，能够较大提高煤炭资源回收率。经统计核算，资源回收率可提高8%。那么，按产量25万吨、每吨商品末煤售价430元，块煤830元计算，末煤占出煤量30%，块煤占出煤量70%，吨煤成本312.9元/吨计算，增加利润：
产量*（每吨商品煤售价-吨煤成本）*回收率=25万吨*(（830-312.9）*70%+（430-312.9）*30%）*8%=794.2万元通过计算，年增加利润收入794.2万元，工作面出煤量效益相当可观。
3 结束语
本次晓南矿首例N1-1406薄煤层智能化工作面配套的完成，解决了薄煤层装备要求尺寸小、功率大的矛盾性问题，智能化装备技术使得矿工从艰苦危险的环境及高强度体力劳动中解放出来，保护了从业人员安全健康，体现“以人为本、安全发展”，同时释放了装备产能。实现采煤机割煤与液压支架的降、移、升、喷雾及推移刮板输送机和中部槽调斜的协调联动，更准确地控制采煤机的滚筒高度，最大限度的减少割顶、底板岩石，提高煤质和生产效率。
参考文献：
[1].王国法 《高端液压支架及先进技术》【M】 煤炭工业出版社.2010/7/1.
作者简介：
任志刚（1981出生）男，工程师， 2005年毕业于沈阳理工大学机械设计制造及自动化专业，现辽宁物资供应分公司综机设备部副部长。
郝胜礼 (1969 出生),性别:男,高级技师，1987年毕业于铁煤技工学校，现在铁煤集团物资供应分公司综机设备部，负责液压支架管理工作。
郝庆成 (1993 出生),性别:男,2013年毕业于辽北技师学院，现铁煤集团晓明矿维修队矿井维修钳工