综采工作面“三机”配套以及设备选型原则

【摘 要】综采工作面“三机”配套设备的合理选择，关系到综采工作面在生产期间能否实现高产高效，关系到能否创造出最高的经济效益，因此，必须按照“三机”配套原则合理选择综采设备。

【关键词】综采工作面；“三机”配套；设备选型

0 引言

随着矿井逐步实现现代化，生产能力逐年提高，综采设备也趋于大型化、一体化、智能化。但是由于综采设备的型号众多，在不同的工作面应用时会发生不配套的情况，严重制约着综采工作面的发展，因此非常有必要明确综采工作面“三机”配套以及设备选型原则，提高综采设备的广泛应用。

1 综采工作面“三机”配套原则

1.1 “三机”配套几何尺寸关系

采煤机、刮板输送机和液压支架之间横断面配套尺寸如图1所示。

图1 液压支架、采煤机、刮板输送机几何关系示意图

由图1可知，输送机的结构形式及附件必须与采煤机的结构相匹配，其中部槽应与液压支架的推移千斤顶连接装置的间距和连接结构相匹配。采煤机的采高范围与支架的最大和最小结构尺寸相适应，而其截深应与支架推移步距相适应。

1.2 “三机”性能配套

综采工作面“三机”性能应相互匹配，否则会相互制约，设备难以充分发挥其作用。其主要涉及的内容有：

1）采煤机底托架与输送机槽的匹配。

2）采煤机摇臂与输送机头尾和自开切口的匹配。

3）支架性能与采煤机牵引速度的匹配。

1.3 “三机”生产能力配套

工作面小时生产能力取决于工作面的年产量，采煤机的生产能力依据工作面小时生产能力确定。其它配套设备的能力都应大于采煤机的生产能力。就“三机”而言，工作面输送机的生产能力应大于采煤机的生产能力，液压支架的移架速度应大于采煤机的工作速度。

1.4 “三机”寿命配套

“三机”寿命配套是指综采工作面各单机设备的大修周期应该相互接近。高产高效要求工作面各种设备，特别是主要设备必须处于良好的运转状态。如果在工作面生产过程中，设备交替更换进行大修或“带病”运转，则必然影响高产高效的实现，也会对设备造成损坏。

2 采煤机选型原则及主要技术要求

1）采煤机能适合的煤层地质条件，其主要参数（采高、截深、功率、牵引方式）的选取要合理，并有较大的适用范围。

2）采煤机应满足工作面开采生产能力的要求，其生产能力要大于工作面设计能力。

3）采煤机的技术性能良好，工作可靠，具有较完善的各种保护功能，便于使用和维护。

采煤机的实际生产能力、采高、截深、截割速度、牵引速度、牵引力和功率等参数在选型时必须确定。实际生产能力主要取决于采高、截深、牵引速度以及工作时间利用系数。采高由滚筒直径、调高形式和摇臂摆角等决定。滚筒直径是滚筒采煤机采高的主要调节变量，每种采煤机都有几种滚筒直径供选择，滚筒直径应满足最大采高及卧底量的要求。截深的选取与煤层厚度、煤质软硬、顶板岩性以及移架步距有关。截割速度是指滚筒截齿齿尖的圆周切线速度，由截割部传动比、滚筒转速和滚筒直径确定，对采煤机的功率消耗、装煤效果、煤的块度和煤尘大小等有直接影响。牵引速度的初选是通过滚筒最大切削厚度和液压支架移架追机速度验算确定。牵引力是由外载荷决定的，其影响因素较多，如煤质、采高、牵引速度、工作面倾角、机身自重及导向机构的结构和摩擦系数等，没有准确的计算公式，一般取采煤机电机功率消耗的10%～25%。滚筒采煤机电机功率常用单齿比能耗法或类比法计算，然后参照生产任务及煤层硬度等因素确定。

3 支护设备选型设计

液压支架是综合机械化采煤装备的关键设备。液压支架的功用是：有效地支承和控制工作面顶板，保证工人操作和机器运转的安全工作空间；随着工作面推进而实现推移工序的机械化，并提供足够的通风断面。

3.1 影响支护设备选型的因素

选择架型时，还要考虑下列因素。

3.1.1 煤层厚度

煤层厚度不但直接影响到支架的高度和工作阻力，而且还影响到支架的稳定性。当厚度超过2.5m的煤层、顶板有侧向推力时，一般不宜采用支承式支架。煤层厚度大于 2.5～2.8 m时，应选用抗水平推力强且带护帮装置的掩护式或支承掩护式支架。当煤层厚度变化较大时，应选用调高范围放大的掩护式或双伸缩立柱支架。

3.1.2 煤层倾角

煤层倾角主要影响支架的稳定性，倾角大时易发生倾倒、下滑等现象。当煤层倾角大于10°～15°时，应设防滑和调架装置，当倾角超过18°时，应同时具有防滑放倒装置。

3.1.3 底板性质

底板承受支架的全部载荷，对支架的底座影响较大，底板的软硬和平整性，基本上决定了支架底座的结构和支撑面积。选型时，要演算底座对底板的接触比压，其值要小于底板的允许比压（对于砂岩底板，允许比压为1.96～2.16MPa，软底板为0.98MPa左右）。

3.1.4 瓦斯涌出量

对于瓦斯涌出量大的工作面，支架的通风断面应满足通风的要求，选型时要进行验算。

3.1.5 地质构造

地址构造十分复杂，断层十分发育，煤层厚度变化又较大，顶板允许暴露面积和时间分别在5～8m2和20分钟以下时，暂不宜采用液压支架。

3.1.6 设备成本

能同时选用几种架型时，应优先选用价格便宜的支架。在相同条件下支撑式支架质量最小，造价也最便宜，而支撑掩护式支架则质量最大，价格最贵。3.1.7 特种支架

对特定的开采要求，应选用相应的特种液压支架，如放顶煤支架，铺网支架等。

3.2 支护设备选型原则

（1）液压支架的选型就是要确定支架类型（支撑式、掩护式、支撑掩护式）、支护阻力（初撑力和额定工作阻力）、支护强度与底板比压以及支架的结构参数（立柱数目 最大最小高度、顶梁和底座韵尺寸及相对位置等）及阀组性能和操作方式等。

（2）选型依据是矿井采区、综采工作面地质说明书。在选型之前，必须将所采工作面的煤层、顶底板及采区的地质条件全部查清。然后依据不同类级顶板选取架型。最后依据选型内容结合国内现有液压支架的主要技术性能直接选定架型及其参数所对应的支架型号。

4 刮板输送机选型原则

（1）刮板输送机的输送能力应大于采煤机的最大生产能力，一般取1.2倍。

（2）要根据刮板链的质量情况确定链条数目，结合煤质硬度选择链子结构型式。

（3）应优先选用双电机双机头驱动方式。

（4）应优先选用短机头和短机尾。

（5）应满足采煤机的配合要求，如在机头机尾安装张紧、防滑装置，靠煤壁一侧设铲煤板，靠采空区一侧附设电缆槽等。

在选型时要确定的刮板输送机的参数主要包括输送能力、电机功率和刮板链强度等。输送能力要大于采煤机生产能力并有一定备用能力。电机功率主要根据工作面倾角、铺设长度及输送量的大小等条件确定。刮板链的强度应按恶劣工况和满载工况进行验算。

【参考文献】

[1]王启文，李炳文，黄嘉兴.采掘机械与支护设备[M].徐州：中国矿业大学出版社，2006（4）.

[2]陈维健，齐秀丽，肖林京.矿山运输与提升设备[M].徐州：中国矿业大学出版社，2007.

[3]李贵轩，李晓豁.采煤机械设计[M].沈阳：辽宁大学出版社，1994.

[4]丁绍南.采煤工作面液压支架设计[M].北京：世界图书出版公司，1992.