采矿三机配套设计.docx
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采矿三机配套设计
前言
综采工作面采煤机，刮板输送机及液压支架的“三机”配套是整套综采设备的核心。
采煤机和刮板输送机的生产能力应满足工作面产量要求，采煤机和液压支架调高范围要适应煤层厚度及变化范围，支架移架速度要跟得上采煤机的牵引速度。
采煤机要依靠刮板输送机导向并在其上移动，刮板输送机依靠液压支架推移液压支架又靠输送机支承而移动，因此，为了实现综采工作面最大生产力和安全生产，采煤机，刮板输送机和液压支架之间在性能，结构，采面空间要求以及“三机”相互联接形式，强度和尺寸等方面，必须相互适应和匹配。
第一章工作面参考资料
一、煤层赋存情况
3301采煤工作面的走向长为300m，倾向长860m（已是煤层的实际倾斜长）倾角为
，煤层坚硬系数为f=2～3。
该煤层为3号煤层，煤层走向为由东向西，煤层平均厚度为4m，煤质中硬。
二、围岩的性质及其对采煤的影响
性质：
煤层顶板无伪顶，直接顶为厚度8.0m的粉砂岩，基本顶厚度为15m厚度的粗砂岩。
老顶初次来压强度为1.44，老顶周期来压步距为1.38。
老顶分类为Ⅱ，直接顶级别为1，实测支护强度为0.59MPa。
煤层底板为中砂岩。
三、地质构造及水文地质情况
该采区地质构造简单，除左右边界有断层外，其它地方都没有，且没有褶曲；采区正常涌水量为
。
四、瓦斯、煤尘和自然发火期情况
采煤工作面瓦斯相对涌出量为
，没有煤与瓦斯突出危险；煤层自然发火期为6个月，煤尘具有爆炸性，没有冲击地压危险性，控制通风速度和煤尘的消除。
第二章机械设备选型
一、采煤机选型原则
1、功能方面
采煤机械主要完成采煤工艺的落煤和装煤这两道工序。
因此，采煤机械的工作机构必须具有足够的落煤和装煤能力、采高能调节、能量消耗少、采落下的煤块度大、截煤过程中产生的煤尘少，能自开缺口等等。
2、适应性方面
采煤机械必须适应给定的煤层厚度、硬度、煤层倾角、围岩条件等等要求。
3、性能方面
采煤机械的性能应当满足工作面设计的要求。
如采煤机械的生产率必须满足工作面产量要求，并具有足够的牵引力和牵引速度；截割速度应满足煤的块度和降低煤尘含量的要求；截深应满足控顶距及支架移动步距的要求等。
4安全及劳动保护方面
采煤机要有喷雾降尘装置和完善的安全保护装置。
如电动机恒功率自动调速、液压自动调速、高低压保护、回零保护、油温保护、冷却水保护等装置；电气设备必须防爆；当煤层倾角较大时，应有安全防滑设施等。
5、经济性和可靠性方面
采煤机械时采煤机械化的关键设备，它的维修费用在吨煤成本中所占比例相当大，因此，采煤机械必须有良好的经济性和可靠性，以保证安全、高效、经济的运行。
6、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。
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。
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。
综上所述，由《综采技术手册》查得此工作面应采用MXA-300/4.5型采煤机。
此采煤机主要技术特征如下表所示。
MXA-300/4.5型采煤机主要技术特征表
技术特征
单位
型号
MXA-300/4.5
采高
2.2～4.45
m
适应煤质硬度
2～4
（或f）
煤层倾角
0～25
（
）
截深
656
mm
滚筒直径
2.0
m
牵引方式
液压，双牵引，无链
牵引力
400
kN
牵引速度
0～8.50
m/min
链条规格
齿销
滚筒中心距
10326
mm
机面高度
1905
mm
卧底量
185
mm
电动机
型号
DMB-300S
功率
300
kW
台数
1
台
电压
1140
V
耗水量/水压
L/min/MPa
喷雾灭尘方式
内外喷雾
控顶距
2342
mm/t
最大不可拆卸件尺寸
3605
1241
450/2.94
mm
总重
48.3
t
设计单位
西安煤矿机械厂
制造厂
西安煤矿机械厂
二、液压支架选型原则
液压支架的选型，其根本目的是使综采设备适用矿井和工作面的条件，投产后能做到高产，并为矿井的集中生产，优化管理和最佳经济效益提供条件，因此必须根据矿井的煤层，地质，技术和设备条件进行选择。
⑴、液压支架架型的选型首先要适合于顶板条件。
根据老顶的级别为Ⅱ级，直接顶级别为1级，定出所需架型为掩护式。
⑵、煤层倾角＜10
时，支架可不设防倒防滑装置。
15
～25
时，排头支护应设防倒防滑装置，工作面中部输送机设防滑装置。
＞25
时排头支架设防盗防滑装置，工作面中部支架设底调千斤顶，工作面中部输送机设防滑装置。
因此此采区倾角平均为10
，故不用设防盗防滑装置。
⑶、当煤层为软煤时，支架最大采高一般≤2.5m，中硬煤时，支架最大采高一般≤3.5m，硬煤时，支架最大采高＜5m。
⑷、在同时允许选用几种支架时，应优先选用价格便宜的支架。
⑸、特殊架型的选择可根据特殊架型中各节的适用条件进行选择。
综合上述，由《综采技术手册》查得此采区应选用ZY3500-25/47型液压支架。
此液压支架主要技术特征表如下表所示。
ZY3500-25/47型液压支架主要技术特征表
项目
单位
标准型号
ZY3500-25/47
旧型号
QY3500-25/47
支架整体性能
高度
2.5～4.7
m
中心距
1.5
m
工作阻力
3500
kN
初撑力
2600
kN
支护强度
676
kN/m
对底板比压
1.6
MPa
长
宽
m
重量
15.5
t
工作压力
31.3
MPa
立柱
型式
双伸缩
缸/柱经
230/200，180/160
mm
行程
1300
mm
工作阻力
1750
kN
初撑力
1300
kN
推移千斤顶
型式
浮动活塞
缸/柱经
160/85
mm
行程
750
mm
推移输送机力
178.7
kN
拉架力
454.6
kN
平衡千斤顶
型式
双作用单伸缩
缸/柱经
160/85
mm
行程
495
mm
推力
2
846
kN
拉力
2
607
kN
侧推千斤顶
型式
双作用单伸缩
缸/柱经
63/40
mm
行程
170
mm
工作阻力
97.7
kN
拉力
58.3
kN
护帮千斤顶
型式
缸/柱经
mm
行程
mm
推力
kN
拉力
kN
前梁千斤顶
型式
双作用单伸缩
缸/柱经
160/85
mm
行程
210
mm
推力
633
kN
拉力
846
kN
配套设备
采煤机
MXA-300/4.5
刮板输送机
SGZ-730/320
三、刮板输送机选型原则
刮板输送机时一种有挠性牵引机构的连续输送机械。
它的牵引机构是刮板链，承载装置是溜槽。
在综采工作面，为了与采煤机、液压支架配合使用，在溜槽的采空区侧设有挡煤板及挡煤底座。
导向管（链牵引采煤机用）、齿条、销轨或埋链（无链牵引采煤机用）。
刮板输送机在综采工作面中起着承载、运煤和采煤机导向以及液压支架推移、支撑等作用。
是整套综采设备的“中坚”，其性能、可靠程度和寿命是综采工作面正常生产和取得良好技术经济效果的重要保证。
工作面输送机选型原则
1、刮板输送机输送能力应大于采煤机的最大生产能力，一般取1.2倍。
2、要根据刮板链的负荷情况，确定链条数目，结合煤质硬度选择链条的结构形式，煤质较硬块度较大时优先选用双边链，煤质较软时可选用单链或双中链。
3、输送机中不槽的结构，一般应选用开底式，封底式一般用于煤层底板较松软的煤层条件。
中部槽宽度尺寸尽可能选用通用尺寸，并应考虑能与采煤机底托架和行走机构尺寸想匹配；中部槽的长度与支架的宽度相匹配，中部槽要与液压支架的推移千斤顶连接装置间距结构相匹配，并能沿垂直和水平方向弯曲，尤其是液压支架的中心距不等于中心槽的长度时应更要注意。
4、在传动装置布置方式、电动机台数和铺设长度方面，通常采用多电机驱动，一般为2～4台。
应优先选用双电机双机头驱动方式。
为了便于采煤机工作，尽量将传动装置布置在采空区一侧。
5、为了配合滚筒采煤机自开切口，应优先选用短机头架和机尾架，中板升角不宜过大以减少通过压链块的能量消耗。
6、为了配合采煤机有链牵引的需要，在机头和机尾部应附设采煤机牵引链的张紧装置及其固定装置。
而与总链牵引的采煤机配套时应附设结构型式相应的齿轮和销轨与采煤机的行走轮齿相啮合。
7、为了防止重型刮板输送机下滑，应在机头、机尾安装防滑锚固装置。
当工作面倾斜角较大时，选用工作面输送机防滑装置。
8、刮板输送机中部槽两侧应附设采煤机滑靴或行走滚轮跑道，为防止采煤机掉道，还应设有导向装置。
综合上述的原则，由《综采技术手册》查得此采区应选用SGZ730/320型刮板输送机。
此刮板输送机主要技术特征表如下表所示。
SGZ730/320型刮板输送机主要技术特征表
项目
单位
型号
SGZ730/320
原型号
SGZ730/320
设计长度
200
m
出厂长度
150
m
输送量
700
t/h
刮板链速
0.93
m/s
链条型式
中双联
电
动
机
型号
YSB-160
功率
2
160
kW
电压等级
660/1140
V
转速
r/min
液力偶合器
型号
TV-562
每台数量
2
台
减
速
器
型号
ZSZ-160
每台数量
2
台
传动比
1：
39.737
单重
1794
kg
刮
板
链
链规格
26
92-C
mm
破断拉力
850
kN
中心距
120
mm
刮板距离
1140
mm
每米重量
57
kg
中部槽
型式
不封底
规格（长
宽
高）
1500
730
222
mm
挡板
规格（长
宽
高）
1480
490
776
mm
开关型号
DQZBH300/1140
机头
卸载方式
侧卸
最大尺寸（长
宽
高）
3533
1750
1200
mm
单件重
8222
kg
采煤机牵引方式
无链牵引
紧链装置
闸盘
机器总重
125
t
四、转载机选型原则
1、转载机的输送能力应与工作面刮板输送机的能力相适应。
为保证采煤工作面正常生产，不使刮板输送机的煤流出现阻塞并能满足在采煤高峰时的最大生产能力和转载机不出现溢煤现象，转载机的输送能力
应稍微大于刮板输送机的输送能力
，即：
＞
转载机生产能力应由下列几方面得到保证：
⑴、刮板链速度
转载机刮板链速度
应高于刮板输送机的链速
，即：
＞
⑵、刮板间距
为了提高运煤效果和刮板链通过爬坡时不致降低输送机，转载机的刮板间距
应小于刮板输送机的刮板间距
，即：
＜
为了便于维护管理，一般转载机溜槽宽度采用与管板输送机相同宽度。
2、转载机布置型式和机尾部结构应与刮板输送机卸煤端结构以及同意巷内的设备布置，操作要求相适应。
3、转载机机头布置及其作业高度，机尾长度均应与巷道受动压后的净断面及其维护条件相适应。
4、转载机零部件应与刮板输送机零部件有最佳的通用性。
综合上述，由《综采技术手册》查得此采区应选用SZZ764/160型转载机。
此转载机主要技术特征表如下表所示。
SZZ764/160型转载机主要技术特征表
项目
单位
型号
SZZ764/160
链条类型
中双链型
出厂长度
37.8
m
输送能力
1100
t/h
刮板链速
1.28
m/s
与刮板输送机有效重叠宽度
12.4
m
爬坡性能
爬坡角度
12
（
）
爬坡长度
5500
mm
爬坡高度
1930
mm
机头最大断面尺寸
距地面最大高度
1736.5
mm
最大宽度
1982
mm
溜槽中心距电机中心距
846
mm
链轮中心距地面高度
1302.5
mm
机身断面尺寸
中部槽规格（长
宽
高）
1500
764
222
mm
是否封底
水平架
桥段
封底
水平落
地段
封底
装挡板后宽
水平架
桥段
894
mm
水平落
地段
1126
mm
挡板高度
水平架
桥段
578
mm
水平落
地段
1200
mm
刮板链
圆环链规格
2-Φ26
92
mm
最小破断负荷
2
850
mm
中心距
100
mm
刮板间距
920
mm
每米质量
57.1
kg/m
减速器
速比
23.48
小链轮组件连接方式
花链插入
每台数量
1
电动机
型号
KBY-160
功率
160
kW
转速
1475
r/min
电压
1140
V
液力偶合器
型号
YL-560
每台数量
1
行走部
全长
3085
mm
导料槽前端至链轮中心距
1670
mm
最大轨距
1362
mm
行走方式
骑带式输送机
配用破碎机型号
PCM132
配用磁力开关型号
QZBH-200/1140
总质量
32.6
t
五、破碎机选型原则
1、施工周期：
施工周期较长，碎石料用量相对集中的工程，拟选用固定式联合破碎筛分设备，而对于施工周期较短，碎石料用量相对分散的工程，拟选用移动式联合破碎筛分设备。
2、石料规格：
石料规格尺寸较大，可选用颚式破碎机一级破碎；当石料规格尺寸较严，需要由一定级配的石料组成，则需要选用联合破碎筛分设备：
如由颚式破碎机和圆锥破碎机或反击式、锤式破碎机组成的联合破碎设备及由一定尺寸规格的筛分设备配套。
3、石料性质：
当破碎硬质或中硬质石料，应选用颚式破碎设备作为一级破碎设备，当破碎中硬或软质石料时，可直接选用圆锥、反击或锤式破碎机。
综合上述，由《综采技术手册》查得此采区应选用LPS-1000型破碎机。
此破碎机主要技术特征如下表所示。
LPS-1000型破碎机主要技术特征表
项目
单位
型号
LPS-1000
结构特点
轮式连续
过煤能力
1000
t/h
破碎能力
1000
t/h
进料口宽度
900
mm
进料口高度
800
mm
出口粒度
150300
mm
电动机
型号
YSB-110
YB2805-4-75B35
功率
110
75+75
电压
1140
660/1140
配套转载机型号
SZD（Z）-730/160
SZD（Z）-764/160
外形尺寸（长
宽
高）
4500
1970
1820
mm
质量
14
t
出产厂家
西北一厂
第三章配套关系
一、工作面“三机”几何尺寸配套
从安全角度出发，支架前柱到煤壁的无立柱空间宽度F应愈大愈好，它的尺寸组成如下式
F=B+E+G+x
式中：
B——截深，即采煤机滚筒的宽度；
E——煤壁与铲煤板之间的空隙距离，为了防止采煤机在输送机弯曲段工作时滚筒切割铲煤板，E=100～200mm;
x——立柱斜置关生水平增距，它可由立柱最大高度计算出来；
G——输送机宽度，其组成为G=f+S+a+b；
f——铲煤板的宽度，一般为150～240mm；
S——输送机中部槽宽度，由输送机型号决定；
a——电缆槽和导向槽宽度，通常为360mm；
b——前柱与电缆槽之间的距离，为了避免输送机倾斜时挤坏电缆并保证司机的操作安全，通常此距离大于200～400mm；
由于底板截割不平，输送机产生偏斜，为了避免采煤机滚筒截割到底梁，支架梁段与煤壁应留有间隙D为无支护带，此处间隙约为200～400mm，煤层薄时取最小值，煤层厚时取最大值。
这样，从前柱到梁端的长度L应为：
L=F-B-D-x
根据上列尺寸配套计算，对长顶梁支架，此长度最小也需要2m左右
在空间高度上，支架安全配套高度H为
H=A+C+t
式中：
t——在采煤机上部的支架、顶梁厚度。
A——采煤机身高度，输送机高度和采煤机底托架高度h（自输送机中部槽计算起）之和。
但底托架高度要保证过煤高度E＞250～300mm；
C——安全高度，一般不小于200～300mm
二、“三机”配套关系如下图所示
“三机”配套关系图
第四章“三机”配套性能说明
一、“三机”配套性能配套的要求
工作面“三机”性能配套，主要解决采、支、运这三种设备性能间的相互配合，避免运转时相互制约问题，以充分发挥设备性能的效用，最大程度的满足综采生产能力的要求，为此需要通过逐一对照液压支架，采煤机和刮板输送机各自的功能和性能进行研究调整和局部改进，使他们之间的性能能够安全匹配和相适应。
二、“三机”性能上的配套
⑴、采煤机自开切口的摇臂长度与刮板输送机机头、机尾的长度相适应。
⑵、采煤机卧底深度与刮板输送机机头、机尾高度相适应。
⑶、采煤机底托架的形式、规格参数与刮板输送机的中部槽及其铲煤板、挡煤板的导向方向与其强度相适应。
⑷、采煤机的牵引机构、行走机构与刮板输送机间的联系个啮合方式及其强度相适应。
⑸、液压支架的底座和推移装置与输送机的机头、机尾和中部槽的链接及其运用方式，他们间的连接位置以及性能强度相适应。
⑹、液压支架的移架速度与采煤机割煤速度相适应。
⑺、刮板输送机、液压支架的防滑性能与煤层的倾角大小相适应。
⑻、刮板输送机与转载机的联接应满足相互间移动和转动的要求。
⑼、采煤机的采高与液压支架的高度相适应。
⑽、采煤机截深与液压支架步距相适应。
“三机”的合理配套从采煤机、液压支架、刮板输送机的选型原则中看到,综采设备的合理配套是很复杂的系统工程。
满足生产能力要求采煤机生产能力要与综采工作面的生产任务相适应,工作面刮板输送机的输送能力应大于采煤机的生产能力,液压支架的移架速度应与采煤机的牵引速度相适应,而乳化液泵站输出压力与流量应满足液压支架初撑力及其动作速度要求。
后记
实际工作中如何做到选型正确先进配套合理依据上述“三机”的选型原则及配套关系的分析可以看到,其选型工作是一项复杂的系统工程,涉及地质学、岩石力学、采矿学、机电和机制等多门学科,同时又是提高综采工作面矿井效率和效益的前提所在。
目前的选型设计还是以“经验类比”为主,虽然基本上能够满足生产需要,但在某些环节上还存在着严重的不合理现象。
如移架循环时间长,不能满足采煤机牵引速度的要求;有些选型设计参数是符合要求的,但在实际使用中无法达到或实现。
如液压支架初撑比一般为0.5～0.8,而实际应用中仅为0.25～0.4。
这说明,综采工作面“三机”配套不能停留在简单的“经验类比”上,而应开发研制综采设备选型的专家系统,避免在选型设计中受决策者个人偏见或感情色彩的影响。
同时还要对系统中的主要环节进行动态优化设计,使其设计参数与实际运行参数得到统一。
需要说明的是:
上述各种配套关系不是唯一的。
也就是说,采煤机、液压支架、刮板输送机的选型完全可以用性能和能力相似的同类产品所代替。
高产高效综采工作面的三机选型应从实际出发,因地制宜,具备什么档次的开采条件,就选用相应档次的配套设备。
新建矿和旧矿井的改造还应区别对待,现有设备的充分利用也是不可忽视的问题。
综采发展的原则不是要增加综采工作面数量,而是应该提高综采工作面单产,减少辅助作业环节,提高集中生产化的程度。
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