綜采工作面的設備配套淺析

宋永剛，黃東風，劉成宏，張松林

(三一重型裝備有限公司， 遼寧沈陽 110024)

綜采工作面的設備配套淺析

宋永剛，黃東風，劉成宏，張松林

(三一重型裝備有限公司， 遼寧沈陽 110024)

介紹了綜采工作面的設備配套流程，并根據配套流程闡述了液壓支架、采煤機和刮板輸送機的選型原則與幾何配套過程，同時給出了綜采工作面設備的配套實例，為綜采工作面的設備配套提供了參考。

綜采工作面;綜采設備;選型原則;幾何配套

綜合機械化采煤是指采煤工作面全部生產過程，包括破煤、裝煤、運煤、支護等全部機械化［1］。綜采工作面布置形式如圖1所示。采煤過程中液壓支架是用來支撐和控制工作面頂板，同時兼顧前移和推進工作面輸送機，采煤機騎在輸送機上，工作時沿刮板輸送機鋪設的工作面往復運動實現落煤、裝煤和運煤;并通過破碎機破碎大塊塊煤，轉載機運煤到皮帶機，即所謂的綜合機械化采煤。高產高效的綜合機械化采煤關鍵是選型設備配套合理，這樣才能充分發揮設備的生產效能，搞好工作面設備選型和配套是用好工作面設備的前提。

圖1 綜采工作面

1 選型原則

綜采工作面的機械化配套的概念是以液壓支架、采煤機和刮板輸送機為核心的綜采工作面設備的選型配套，即通常說的“三機”配套［2，3］;配套流程如圖2所示，首先根據煤礦的地質條件確定采煤工藝、工作面的年產量等參數，然后確定液壓支架型號，根據采煤工作面的煤質硬度、煤層厚度和年產量來選擇采煤機型號，其次確定刮板輸送機型號，最后確定順槽設備和乳化液泵站等設備的型號;所選設備進行配套，若選型不合理，則重新確定工作面產量，重新進行設備選型配套，直到配套合理。

圖2 綜采工作面配套流程

1.1 液壓支架的選型原則

液壓支架不僅是綜采工作面的支護設備，還擔負綜采工作面的前移推進工作，液壓支架必須具備升、降、推、移4個基本動作。液壓支架的選型基本依據是頂底板條件、煤層厚度等。

(1)根據直接頂板的穩定性來確定液壓支架的基本類型，即確定液壓支架為掩護式液壓支架、支撐式液壓支架或支撐掩護式液壓支架。

(2)根據煤層厚度及其變化情況決定液壓支架的支撐高度和變化范圍，液壓支架的最大支護高度Hmax和最小高度Hmin計算如下:

式中:Mmax——煤層最大厚度，m;

Mmin——煤層最小厚度，m。

(3)液壓支架的支撐強度q應該滿足工作面支護強度要求，選型的液壓支架的支撐強度應滿足下式要求:

式中:k——作用于支架上的頂板巖石厚度系數，中厚煤層取6～8;

H——最大厚度，m;

R——巖石密度，一般取 2.3 t/m3。

(4)液壓支架的寬度應該和刮板輸送機的中部槽寬度相適應，以便更好地完成拉架和推移的功能;同樣移架步距應該與采煤機截深相適應，保證采煤機截割深度;液壓支架的推移速度應該與采煤機的牽引速度相適應，以保證采空區被迅速支護。

1.2 采煤機的選型原則

采煤機的選型應考慮煤層厚度、采煤工藝、煤質硬度和工作面生產能力的要求，以及配套的刮板輸送機和液壓支架的要求。

(1)采煤機適用于開采煤層硬度f＜4的緩傾斜及急傾斜煤層;對于f=1.8～2.5的中硬度煤層，可選擇小功率采煤機;對于粘性煤及f=2.5～4的中硬度以上煤層，應采用大功率采煤機。

(2)采煤機的采高應該滿足煤層厚度變化的要求，并有一定的富余，以便適應煤層的起伏。

(3)采煤機的采煤能力應大于工作面的計劃生產能力，以保證工作面產量。采煤機的生產能力計算公式如下:

式中:K1——與采煤機的可靠性和完備性有關，一般取 0.5～0.7;

K2——考慮工作過程中所有配套類型的停機時間，如處理刮板輸送機故障、支架故障或處理頂底板事故等，一般取0.6～0.65;

H——工作面截割高度，m;

B——截割深度，m;

V——牽引速度，m/min;

ρ——煤的實體密度，1.3～1.4 t/m3。

1.3 刮板輸送機的選型原則

刮板輸送機是以刮板鏈為牽引構件和多節中部槽為支撐機構的采煤工作面運輸機械，輸送機選型應該保證工作面運輸要求。

(1)刮板輸送機的運輸能力應大于采煤機采煤能力。為保證片幫、冒頂發生時，刮板輸送機仍能正常工作，其輸送能力一般為采煤機采煤能力的1.2倍。刮板輸送機的輸送能力按下式計算:

式中:Q——刮板輸送機的運輸能力，t/h;

A——刮板輸送機荷載斷面積，m2;

v——刮板輸送機鏈速度，m/s;

ρ——貨載的密度，t/m3;

φ——貨載裝滿系數，根據工作條件不同選取，一般為 0.65～0.9。

(2)刮板輸送機設計長度應大于工作面寬度，即刮板輸送機的設計長度要大于實際鋪設長度，避免工作面過長而出現輸送機過載或拉不動等現象。

(3)為實現工作面的自開缺口，要求工作面的刮板輸送機機頭和機尾應盡量長度短和高度低，機頭機尾處過渡槽設計變線。

1.4 其它綜采設備的配套

綜采工作面配套設備中還包括轉載機、破碎機、乳化液泵站和移動變電站等，這些設備的選取對綜采工作面的性能也有較大影響。轉載機的運輸能力應大于刮板輸送運輸能力，一般選1.2倍;且轉載機鏈速大于輸送機鏈速，保證輸送機上運來的煤全部被運走，防止輸送機拉回煤;破碎機的破碎能力也應該與轉載機輸送能力相適應，保證運輸的大塊煤被粉碎;乳化液泵站的流量應該適應工作面液壓支架的需求，保證支架的正常工作;移動變電站的容量應該大于工作面電器設備的總用電量并有一定的裕度，保證各用電設備的正常運行。

2 “三機”的幾何配套

根據工作面的采高、煤質硬度和年產量確定液壓支架、采煤機和刮板輸送機的基本型號以后，還要對“三機”進行幾何配套，以避免在采煤過程中出現三者之間的干涉;綜采工作面的幾何配套主要為綜采工作面的中部斷面配套。三機配套時需注意的參數主要有臥底量、鏟間距、過煤高度、梁端距等，其配套圖和主要參數見圖3。

圖3 中部斷面配套示意

(1)臥底量(W)。臥底量W是采煤機搖臂下擺至最低極限位置時，采煤機滾筒的下端點與刮板輸送機的中部槽底面之間的距離。臥底量的大小主要影響工作面在機頭、機尾處的三角煤情況，保證采煤機的自開缺口。較大的臥底量對于底板起伏不平的適應能力較強。一般在允許情況下，采煤機臥底量選取應盡量大一點，臥底量W應在300 mm以上。

(2)采高(H)。綜采工作面采高H主要依據煤層厚度和采煤工藝來確定，對于一次采全高，采高應選取為煤層厚度的0.9倍;對于放頂煤工藝，首先確定工作面采高與放頂煤厚度，即采放比，采放比一般選取小于1∶3，然后根據工作面采高確定高H值。

(3)梁端距(L)。梁端距即支架頂梁前端距煤壁的距離，是綜采工作面的幾何配套時的重要配套參數。過大的梁端距容易造成支架頂梁前端煤壁的片幫、冒頂;過小的梁端距易造成采煤機滾筒和支架頂梁作業時干涉，尤其在刮板輸送機的機頭機尾處。梁端距的選取主要依據煤質硬度、底板沿工作面起伏狀況和采高等確定，一般在煤質硬、底板起伏小和采高大時，梁端距可以選大一點，否則梁端距應該選小一點，梁端距L選取一般在350 mm左右。

(4)行人空間(X)。行人空間是指液壓支架和刮板輸送機之間必須預留的、用于人員通過并對工作面進行維護的空間;對于兩立柱支架，行人空間為刮板輸送機電纜架與液壓支架立柱之間的距離;對于四立柱液壓支架，行人空間為兩組立柱之間的距離;在配套允許的情況下，行人空間應盡量選取大一點，一般應該大于600 mm。

(5)過煤高度(G)。過煤高度為刮板輸送機的中板的上面距采煤機機身的下面之間的距離;過煤高度是在保證一定的過煤截面的同時還能讓大塊煤和矸石通過;在煤質硬時，過煤高度應該選取大一點;反之應該取小一點。過煤高度G一般取300～800 mm之間。

(6)中心距(Z)。中心距即采煤機中心和刮板輸送機中心的水平距離。中心距的大小影響采煤機沿刮板輸送機行走時的橫向穩定性，在滿足配套的情況下，中心距取值應該盡量小，中心距Z一般取值小于100 mm。

(7)鏟間距(C)。鏟間距即采煤機滾筒距刮板輸送機鏟板之間的距離。鏟間距的選取應該合理，過小的鏟間距會造成采煤機滾筒與刮板輸送機鏟板的干涉;過大的鏟間距會影響采煤機的裝煤效果，造成資源浪費。在滿足配套的情況下，鏟間距C應盡量取得小一點，鏟間距一般為100～250 mm。

(8)其它。采煤機的機身與刮板輸送機的中部槽銷軌座間隙J1取值范圍30～50 mm;采煤機支撐滑靴與刮板輸送機鏟板槽幫的距離J2取值范圍30～50 mm。

3 應用實例

根據以上設備選型及配套原則，對內蒙古神華棋盤井煤礦9號煤層1102工作面進行綜采設備配套。工作面煤層厚度2.6～3.5 m，煤質硬度 f≤3，煤層傾角1.5°，工作面地板以泥、沙巖為主，工作面走向230 m，根據棋盤井的地質條件和綜采工作面的發展經驗，確定工作面年產量250萬t。

根據工作面煤層厚度和頂底板條件，選擇液壓支架ZY6000/20/40D，支架支撐高度2～4 m，工作阻力6000 kN，支架寬度1.4 m，移架距離0.8 m。

根據工作面煤層厚度和工作面年產量，選擇采煤機型號MG500/1180－WD，采高范圍2～4 m，適應煤層硬度f≤5，截割深度0.8 m，滾筒直徑2 m，牽引速度0～12 m/min，裝機總功率1180 kW，采煤能力1200 t/h。

根據工作面寬度和采煤機生產能力，選擇SGZ900/1050型刮板輸送機(設計長度250 m，鏈速1.35 m/s，運輸能力 1800 t/h)，SZZ900/315 型轉載機(鏈速1.8 m/s，運輸能力 2000 t/h)，PLM2000 型破碎機(破碎能力2000 t/h)，并配置皮帶機自移裝置。

4 結論

通過以上分析可見，綜采工作面的設備配套，應該首先根據工作面煤層厚度、年產量等參數依次確定液壓支架、采煤機和刮板輸送機等設備的型號;在設備基本型號確定后進行設備的幾何配套。通過對內蒙神華棋盤井煤礦9號煤層1102工作面的綜采配套，設備運行正常，滿足了工作面的生產要求。

［1］ 朱永站，等.綜采機械化采煤工藝淺析［J］.煤礦機械，2005，(9):44－46.

［2］ 任靜松.綜采工作面設備幾何配套探討［J］.機械研究與應用，2010，(3):127－128.

［3］ 王啟廣，等.綜采工作面設備的選型與配套原則探討［J］.礦山機械，2009，37(17):4－7.

2011－07－12)

宋永剛(1980－)，男，河北邢臺人，碩士，從事刨煤機和刮板機的設計工作，Email:syonggang@163.com。