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浅析综采工作面刮板输送机设计、选型方法

发表时间：2021/6/29 来源：《基层建设》2021年第6期作者：杨旭光

[导读] 摘要：文章分析了综采工作面基本参数的确定方法，阐述了工作面设备总体配套原则，进而分析了采煤机的基本参数的确定方法，在此基础上明确了刮板输送机设计、选型方法。

        神东煤炭集团陕西神木 719315
        摘要：文章分析了综采工作面基本参数的确定方法，阐述了工作面设备总体配套原则，进而分析了采煤机的基本参数的确定方法，在此基础上明确了刮板输送机设计、选型方法。
        关键词：综采工作面；基本参数；计算；设备；选型；配套
        前言
        综采工作面设备在进行设计和选型前，应当充分了解工作面地质条件，根据采区的地质条件确定采高、生产能力等参数，而不同的参数会影响到综采设备的设计情况，为此文章对综采工作面刮板输送机设计、选型方法展开了研究和探讨。
        一、基本参数的确定
        1、工作面截深
        工作面截深的确定要根据煤层赋存、煤质及顶、底板特征、采煤机功率、刮板机运输能力、液压支架最大行程以及工作面支护方式等因素综合确定。目前我国对于采高大于1.8m、煤质较硬、顶板不太稳定的煤层多采用0.5～0.6m的截深；顶板较稳定、地质构造简单、煤质较软的煤层多采用0.8～1.0m截深。对于薄煤层来说，为提高工作面产量，在顶板较好的情况下，截深的增大有利于产量和生产率的提高。总的说来工作面截深主要取决于顶板的破碎程度、煤质条件（过粘、过硬、夹矸）、瓦斯含量、支护能力等
        2、工作面长度
        工作面长度根据地质（倾角、断层、瓦斯等）、设备、经济性等因素确定。
        工作面长度L的选择可按下述计算进行：

        式中：Q——工作面日产，万t
        H——采高，m；
        γ——煤质容重，取γ=1.37t/m3；
        η——回采率，取η=98%；
        m——工作面日进尺，m，且有m=3n×B。
        式中：n——每班进刀数；
        B——截深，m。
        3、工作面走向长度
        单一工作面走向长度l可按下式进行计算：

        式中：l——工作面走向长度，m；
        Qy——工作面年产，万t；
        L——工作面斜长，m；
        H——采高，m；
        γ——煤质容重，取γ=1.37t/m3；
        η——回采率，取η=98%。
        4、日进度及产量
        ⑴割煤循环作业时间
        采煤机进刀方式采取端部斜切进刀，自开切口，双向割煤，往返为两个循环，往返两个循环的平均数就是每个循环的割煤时间。
        往返一次的循环时间为：

        式中：T——往返一次循环时间，min
        Tx——斜切进刀时间，min
        Th——返回割通时间，min
        Tg——割煤时间，min
        Txd——下端头作业影响时间，min
        Tsd——上端头作业影响时间，min
        L——工作面长度，取132m
        L1——两滚筒回转中心距离，m
        L2——刮板输送机弯曲长度，m
        Vx——斜切进刀速度，m/min
        Vh——返回割通速度，m/min
        Vg——采煤机平均割煤速度，m/min
        ⑵采煤机平均小时割煤量
        Qc=60×H ×B×n×γ
        式中：H——采高，m；
        B——截深，m
        n——每班进刀数，；
        γ——煤质容重，取γ=1.37t/m3；
        ⑶每日割煤刀数

        式中：Kc——采煤机开机率，取75%；
        T2——每日采煤作业时间，h；
        T——割一刀煤时间，min。
        ⑷日进度

        式中：S——工作面日进度，m；
        K——产量不均衡系数，取K=1.1；
        Q——工作面日产量，t；
        L——工作面长度，m；
        H——煤层厚度，m；
        γ——煤体容重，1.37t/m3；
        C——工作面回采率，96%。
        ⑸工作面日生产能力
        工作面日生产能力可按下式计算：

        式中：Qi——工作面日产量，t；
        N——每日割刀数，；
        L——工作面长度，m；
        H——采高，m；
        B——截深，m；
        γ——实体煤密度，t/m3；
        C——采出率，取0.96；
        K——不均匀系数，取1.05。
        5工作面风量
        实际计算时，应根据采煤工作面最大瓦斯涌出量、工作面温度、工作人员数量以及规程要求的风速等要求，确定风速、需风量等参数。
        二、工作面设备总体配套
        1、生产能力配套
        生产能力配套主要包括工作面产量与设备能力间的匹配、采区推进速度与设备性能间的匹配。
        2、设备几何尺寸配套
        在设备选型的基础上，需优化相关设备搭接形式、啮合、几何尺寸，充分发挥各设备的性能，形成稳定、可靠、协调的有机整体。
        三、采煤机的基本参数确定
        1、滚筒直径
        滚筒直径可按下式计算：
        D＝Hmin－（0.1～0.3）m
        式中：Hmin——最小煤层厚度，m。
        一般来说，滚筒直径应略大于最大采高的二分之一，小于最小采高。对于薄煤层，由于采煤机装煤困难，应尽量选用大直径的滚筒，即滚筒直径略小于工作面煤层平均厚度。
        2、过煤空间尺寸
        根据煤矿安全规程要求，采煤机过煤空间应不低于250mm。
        3、机身高度
        由于存在顶板下沉、底板起伏、煤层起伏等因素，最小采高时，采煤机与支架配套，一般情况下，最小过机空间不小于124mm。
        4、滚筒宽度
        滚筒宽度就是滚筒沿轴向的尺寸，为提高装煤效果，滚筒宽度应稍大于截深，一般应大于30～70mm。
        5、装机功率
        装机功率可按如下公式估算：
        Nf＝Hw×Q
        式中：Hw——采煤机单位能耗，Hw=0.3～1.2kW•h/m3；
        Q——每小时采煤量，m3/h。
        其中采煤机小时割煤量Q可用下式计算：
        Q= 60×H×B×vc
        式中：H——采高，m；
        B——截深，m；
        vc——牵引速度，m/min。
        实际选型时，装机功率要比计算功率要富裕30～50%，按实际装机功率N＝（1.3～1.5）Nf进行选择，以增强采煤机过地质构造时的破岩能。
        6、牵引电机功率
        牵引电机功率可采用下列回归公式进行计算：
        Nq=

        式中：Nq——牵引电机功率，kW；
        k——电机牵引系数，取1.2；
        T——牵引力：
        vc——牵引速度，m/min；
        η——牵引部机械传动总效率，取0.8。
        其中采煤机牵引力T可用下式进行估算：
        T＝11.8×（62.5Nj+2810Hmax-3130Hmin）
        式中：Nj——截割功率，kW；
        Hmax——最大采高，m；
        Hmin——最小采高，m；
        四、工作面输送设备的参数
        1输送能力
        因输送机运行工况复杂，刮板输送机的运输能力应略大于采煤机割煤能力，即

        式中：Qc——采煤机生产能力，t/h，可根据下式进行确定。
        Qc= 60×H×B×γ×vc
        式中：H——采高，m；
        B——截深，m；
        γ——煤密度，取1.37t/m3；
        vc——牵引速度，m/min。
        如前所说，运输机的最大运输能力应满足Qy≥KcKvKyQc=（1.2～1.4）Qc
        式中：Kc——割煤速度不均匀系数，取1.3～1.5；
        Kv——采煤机与输送机同向运动时的修正系数，取1.05；
        Ky——煤层倾角和运输方向系数，取0.9；
        Qy——输送机的最大运输能力，t/h；
        Qc——采煤机的实际生产能力，t/h。
        2输送电机功率
        刮板输送机电机功率的计算：

        式中：η——传动装置效率，取η=0.9；
        K——电机备用功率系数，一般K=1.15～1.3，取K=1.15；
        K1——刮板链绕过链轮时的附加阻力系数，取K1=1.1；
        K2——中部槽弯曲附加阻力系数，取K2=1.1；
        L——输送机铺设长度，m；
        β——工作面倾角，°；
        f1——刮板链在中部槽中运行阻力系数，f1=0.25～0.35，取f1=0.3；
        f2——煤在中部槽中运行阻力系数，f2=0.6～0.8，取f2=0.7；
        q0——刮板链每米重，kg/m；
        q——每米中部槽煤量；q按下式计算（式中vl链速，m/s）：

   ；
        3结构形式
        3.1驱动部布置形式
        驱动部推荐选用机头、机尾一台平行驱动部的形式，对于交叉侧卸式的刮板输送机可选用机头一平行一垂直，机尾一台平行驱动部的布置形式。
        机尾布置垂直驱动部影响切割三角煤，也不利于适应工作面长度变化。
        端卸机头布置垂直驱动部影响转载机运量。
        3.2刮板链形式
        目前常用的有单链、边双链、中双链三种形式。
        ⑴边双链结构
        该结构是目前使用最多的结构形式。其特点是能适应各种不同煤质条件，使用范围较广。但是明显在存在着两链受力不均现象，刮板易歪斜，弯曲性能差等缺点，新生产的大功率刮板输送机已很少采用这种型式。
        ⑵单链结构
        这种结构的主要特点是：①结构简单、事故少；②不存在链子受力不均现象，运行平衡；③磨擦阻力小；④溜槽利用率高；⑤弯曲性能好。但是由于只有一根链，运输能力有所限制。
        ⑶中双链结构
        与边双链相比，这种结构型式链子受力较均匀，弯曲性能较好，使用效果也较好。
        中双链具有边双链和中单链输送机的大部分优点，可适应不同断面的中部槽。因此，绝大部分刮板机选择中双链形式。
        3.3槽帮形式
        中部槽采用整体锻造槽帮。中部槽铲板、挡板材料选用优质合金铸钢。
        3.4机头架形式
        机头架采用箱形焊接结构，前开口结构，要能较容易的维护和拆装轴组。
        3.5机尾形式
        采用液压自动张紧机尾，可使链条处于最佳张力状态。
        3.6卸载方式
        刮板输送机和转载机的连接方式可分为交叉侧卸式和端卸式。
        4转载机、破碎机选型
        4.1选型原则
        ⑴顺槽转载机的运输能力应大于输送机15～30%。
        ⑵转载机的溜槽全部采用整体箱型组焊结构。
        ⑶转载机机头搭接自移机尾的铰接座（高度可选择），搭接处的最大高度要小于巷道高度，避免干涉；转载机起坡段的长度要进行合理的设计。
        ⑷机头结构紧凑，适于布置在低矮的运输巷道内；转载机起桥段采用铰接形式机头高度可调；
        ⑸破碎机与转载机的能力相匹配。破碎机要设计有一定数量的垫块，用来调节破碎锤的高度，设计时可采用液压油缸升降的形式，便于增减垫块。顺槽配套超前支架时，破碎机要加装连接耳座，保证与超前支架完好连接。
        结束语
        由上可知，进行综采工作面相关设备的设计、选型时，首先要分析采区地质条件，根据采高、风量、产量等参数进行计算分析，综合采区的实际情况进行设计选型，进而确定综采工作面设备的最优配套方案。
        参考文献：
        [1]董博. 煤矿综采工作面"三机"设备选型与配套分析[J]. 矿业装备，2020，No.113（05）：163-164.
        [2]王启广，等．综采工作面设备的选型配套原则探讨[J]．矿山机械，2009，37（17）：4—7．
        [3]李臣武. 宏达矿12701综采工作面"三机"配套选型[J]. 机械工程与自动化，2020（4）.
        [4]钱虹凌. 沙曲矿4901综采工作面设备选型研究[J]. 设备管理与维修，2020，No.485（23）：34-35.