陈培阳采煤机选型.docx

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陈培阳采煤机选型

●煤矿设计生产能力为60万吨/年。

●矿井设计服务年限30年。

●煤层情况：

厚2.00~3.00m，平均2.6m，属不稳定局部可采煤层。

●其他煤层为不可采煤层，井田构造简单，总体为一向斜构造，5号煤层顶板位老顶III级，直接顶3类，局部为细砂岩，底板为泥岩、砂质泥岩。

煤层层瓦斯含量低，为低瓦斯矿井，属易自燃煤层，煤尘具有爆炸危险。

●井田内水文地质条件简单，矿井正常涌水量Q

=113m³/h；矿井最大涌水量Q

=208m³/h。

提升方法为主斜井皮带提升运煤，副立井绞车提升罐笼，井口卸载点至井底煤仓斜长：

L=140m，提升垂高253.7m。

井筒倾角：

δ=10°；

回风立井，采用分区式通风

煤矿设计产能为0.6Mt/a，设计服务年限为30年（矿井服务年限按式1.1计算）。

该矿的工作制度为：

年工作日为300d，采用“四六”工作制，每天三班生产，一班检修准备，日净提升时间18h。

煤层绝对瓦斯涌出量为0.46m³/min，相对瓦斯涌出量为0.83m³/t；二氧化碳绝对涌出量为0.53m³/min，二氧化碳相对涌出量为0.95m³/t，为低瓦斯矿井。

矿井正常涌水量2712m³/d，最大涌水量4992m³/d，持续时间70d，涌水为中性，水温为15℃，重度为10006N／m³。

煤层自燃倾向性为自燃。

矿井服务年限按下式计算:

式中：

T—矿井服务年限，a；

—矿井设计可采储量，50.85Mt

A—矿井设计生产能力，0.6Mt/a；

K—储量备用系数，取1.4。

经计算,本矿井服务年限为30a。

根据地质构造，煤层的稳定性及其开采条件，具体分析适用于各种采煤设备的块段及储量，说明采煤方法的选择及其依据

采区开采5号煤层，煤层赋存及开采技术条件如下：

一、5号煤层厚2.00～3.00m，平均2.6m，含0-1层夹矸，结构简单，属不稳定局部可采煤层。

二、煤层倾角一般为10°，属近水平煤层。

三、顶板为泥岩、砂质泥岩，局部为细砂岩，底板为泥岩、砂质泥岩。

井田内5号煤层中部不可采，可采区域大部为高灰煤。

四、煤层瓦斯含量低，为低瓦斯矿井，属于易自燃煤层。

五、井田内水文地质条件简单。

2.1.2采煤方法的选择

根据矿井开拓部署，分析地质钻孔资料，结合矿井采掘设备情况和生产管理水平，设计推荐5号煤采用走向（倾斜）长壁采煤法，综采一次采全高回采工艺，全部垮落法管理顶板。

2.1.3工作面采煤、装煤、运煤方式及设备选型原则

综采工作面的采、装、运、支工序全部采用机械化。

从目前综采的发展趋势，设计安全高效的综采面要求加大工作面的长度，加大截深，选用能切割硬煤的采煤机，提高采煤的截割速度，相应要求提高移架速度，与大运量的重型可弯曲刮板输送机相匹配，加强端头支护，采用长距离顺槽胶带输送机。

针对上述要求，对于综采系统设计考虑了以下原则：

①机械设备的选择首先满足技术先进，生产可靠，提高综采设备的开机率，达到安全高效。

同时各设备间要相互配套，保证运输畅通，并增加运输环节的缓冲能力，以期达到采运平衡，最大限度地发挥综采优势。

②为综采工作面创造快速连续开采的条件，加大工作面推进长度，减少搬家次数，并保证快速搬家。

同时做到采准工作快，增大巷道断面特别是顺槽断面，采用掘进机掘进，利用顶板完整，煤层比较坚硬的条件，采用树脂锚杆支护，以提高掘进速度，保证工作面的接替要求。

③对辅助运输系统，要求系统简单、环节少，把工作人员及材料快速方便地运送至工作地点，作为提高工作面生产能力的一个重要因素考虑，并在巷道布置上加以保证。

综采工作面总体配套设计包含以下内容：

①成套设备生产能力、技术参数的配套计算和校核；

②根据设备特点对工作面长度和巷道断面进行参数优化；

③工作面成套设备的合理布置。

由于进口设备价格昂贵，后期维护成本高，而国产设备目前已能够满足厚煤层综采工作面的要求，并且在国内很多矿井得到应用，因此本次设计工作面设备中液压支架（电液控制系统进口）、刮板输送机立足国产，为了满足进度的要求，采煤机也选用国产设备。

2.2采煤机选型

2.2.1采煤机选型原则：

1.适合特定的煤层地质条件，并且采煤机采高、截深、牵引速度等参数选取合理，有较大的适用范围。

2.满足工作面开采生产能力要求，采煤机实际生产能力要大于工作面设计生产能力10%～20%。

3.与液压支架和刮板输送机相匹配。

影响采煤机选型的主要因素是煤层的力学特性，厚度和倾角，工作面生产能力。

采煤机选型

一、采煤机选型

1、滚筒直径的选择

根据目前我国采煤机生产现状及使用情况，设计选用双滚筒采煤机。

双滚筒采煤机滚筒直径应大于最大采高hmax的一半，一般可按D=（0.52～0.6）hmax选取，采高大时取小值，采高小时取大值。

目前双滚筒采煤机的滚筒直径也已经系列化，所以滚筒直径的选取选取和标准直径相近的数值。

D=0.52×2.9=1.508（m）

根据计算，设计取1.6m。

2、截深的选择

截深的选择，受煤层厚度、倾角、顶板稳定性、截割阻抗、及液压支架的推移步距影响。

中厚煤层一般选取0.6m～0.8m，同时考虑到我国生产的采煤机大部分截深在0.6m左右，设计选取截深为0.6m。

3、滚筒转速及截割速度

滚筒转速的选择，直接影响截煤比能耗、装载效果、粉尘大小等。

转速过高，不仅煤尘产生量大，且循环煤增多，转载效率降低，截煤比能耗降低。

根据实践经验，一般认为采煤机滚筒的转速应控制在30～50转/分较为适宜。

设计取45转/分。

滚筒直径为1.6m，转速为45转/分，则可计算出截割速度为3.768米/秒。

4、采煤机在截割时的牵引速度及生产率

采煤机截割时牵引速度的高低，直接决定采煤机的生产效率及所需电机功率，由于滚筒装煤能力，运输机生产效率，支护设备推移速度等因素的影响，采煤机在截割时的牵引速度比空调时低得多，采煤机牵引速度在零到某个值范围内变化，选择截煤机时的牵引速度，要根据下述几个方面因素，综合考虑。

1）根据采煤机最小设计生产率Qmin决定的牵引速度V1,

m/min

式中：

Qmin——采煤机最小设计生产率，260.4t/h，

H——采煤机平均采高，2.65m，

B——采煤机截深，0.6m

γ——煤的容重，1.35t/m3

2）根据截齿最大切削厚度决定的牵引速度V2，

采煤机截割过程中，是滚筒以一定的转速n，同时又以一定的牵引速度V2沿工作面移动，切削厚度呈月牙规律变化，如果滚筒一条截线上安装的截齿数为m，则截齿最大的切削厚度hmax在月牙中部，可用下式求出。

mm

上式中，m一般取3，n根据上面的计算取45转/分。

一般来说，hmax应小于截齿伸出齿座长度的70％，根据国产采煤机的实际情况，取45mm。

则：

m/min

式中：

h’max——截齿在齿座上伸出长度的70％，取45mm。

则：

3）按液压支架的推移速度决定牵引速度V3

一般讲支架的推移速度应大于采煤机的牵引速度较好，这样可保证采煤机安全生产。

截割时牵引速度V应根据上述三方面情况综合分析后确定，其最大值应等于或大于V1，但应小于V2，并与V3协调，使采煤机既能满足工作面生产能力的要求，又可避免齿座或叶片参与截割，并能保证采煤机安全生产。

综上所述，采煤机的牵引速度取V＝4m/min

采煤机的牵引速度确定后，则采煤机的生产率Q为

Q＝60·H·B·V·γt/h

将上述确定的直带入公式求得采煤机的生产率为

Q＝60×2.65×0.6×4×1.35＝515.16（t/h）

5、采煤机所需电机功率

由于采煤机在截割和装载过程中，受到很多因素的影响，所需电机功率大小，很难用理论方法精确计算，常采用类比法或比能耗法来估算。

采用比能耗法估算电机功率，是根据采煤机生产率和比能耗（截割单位体积煤所消耗电功率）试验资料来确定。

如果比能耗确定适当，计算值就比较合理。

本设计煤层截割阻抗为AX＝260N/mm，根据下述公式可求得采煤机截割时的比能耗HωX

式中：

HωX——煤层截割比能耗，kW·h/t，

AX——煤层截割阻抗，260N/mm，

A——基准煤截割阻抗，取190N/mm，

HωB——基准煤比能耗，通过插入法计算知，当牵引速度为5.5m/min时，基准煤比能耗为0.39kW·h/t。

则：

由于本设计采煤机为双滚筒采煤机，所以后滚筒的截割比能耗

可由下式求得。

式中：

K3——后滚筒工作条件系数，根据采煤机割煤方式，取0.8。

则：

采煤机所需电机功率为：

式中：

K1——功率利用系数，采煤机用一台电机驱动，取1，

K2——功率水平系数，查表取0.95（牵引速度调节方式为自动调节，电机最大转矩和额定转矩的比值取2.2～2.4）

则：

由于国内采煤机的功率均以系列化，根据计算数值就近选取，设计选采煤机的功率为300kW。

6、采煤机牵引力

根据采煤机电动机的功率，可直接查表求得采煤机的牵引力。

查表：

采煤机牵引力250～300kN。

二、初选采煤机及其配套设备

根据采高，滚筒直径，截深，生产率，电机功率，牵引力及牵引速度，初步选择采煤机型号为MLS3H-340，查阅煤炭科学院等编制的采煤机械化成套设备参考资料一览表，确定选用ZC5-ZY35成套设备。

但其刮板机的运输能力偏小，设计选取电机功率为320kW。

且其机电设备选型大部分为国家淘汰产品，本次设计根据实际进行了适当调整。

设备选型配套情况见下表。

表1ZC5－ZY35成套设备表

型号规格

单位

数量

工

作

面

液压支架

ZY-35

架

100

采煤机

MLS3H-340

台

1

刮板输送机

SGZ-764/320

台

1

单体液压支柱

DZ25

根

20

顺

槽

转载机

SZB730/110

台

1

带式输送机

DSP－1080/1000

台

1

破碎机

PCM－110

台

1

乳化液泵

XRB2B－80/200

台

2

乳化液泵箱

XRXTA

台

1

喷雾泵站

XPB－250/55

台

2

液压安全绞车

YAJ－13

台

1

端

头

端头液压支架

D1ZY－35

组

2

单体液压支柱

DZ25

根

40

金属铰接顶梁

HDJA

根

50

电

器

设

备

移动变电站

KSGZY－630/1.14

台

2

KSGZY－315/0.69

台

1

台

1

高压电缆连接器

AGKB30－200/6000

个

8

馈电开关

BKD9-400/1140F

台

2

BKD9-200/690F

台

2

磁力启动器

QJZ-2×120/1140型

台

1

BQD10－80ZD／1140型

台

1

BQD10－200ZND／1140型

台

1

BQD10－200ZND／1140型

台

1

QJZ-2×200/1140型

台

1

QJZ-2×200/1140型

台

1

BQD10－120ZD／1140型

台

1

BQD10－120ZD／1140型

台

1

BQD10－80ZND／660型

台

1

BQD10－80ZND／660型

台

1

BQD10－80ZND／660型

台

1

BQD10－80ZD／660型

台

1

煤电钻变压器综合装置

BZ80－2.5

台

1

KSGZ－4/0.66

台

1

矿用照明灯具

KBY－622×6W

套

50

KBY－15W

个

50

电缆

UYPJ-3.6/6-3×25+3×16

m

2800

UYP-0.38/0.66-3×35+1×10

m

150

UYP-0.38/0.66-3×95+1×25

m

550

UYP-0.38/0.66-3×25+1×10

m

300

UYP-0.38/0.66-3×35+1×16

m

180

UYP-0.66/1.14-3×70+1×16

m

420

UCP-0.66/1.14-3×70+1×16+3×6

m

121

YC－500/3×4＋1×4（mm2）

m

250

YC－500/3×10＋1×6（mm2）

m

1000

采煤机主要技术参数见表2。

表-2采煤机主要技术参数表

型号

高度（m）

质量（kg）

电机高度（m）

减速箱高度（m）

摇臂长度（m）

摆角范围（°）

MLS3H-340

2～3.2

30000

0.6

0.6

1.19

65°～17°

三、初选采煤机主要技术参数的校核

1、最大采高的校核

本设计最大采高hmax为2.9m，滚筒直径D为1.6m，采煤机高度A及所需底托架高度B可由下式计算：

A＝hmax＋

B＝hmax－

式中：

A——采煤机高度，m

hmax——工作面最大采高，2.9m

H——采煤机截割部减速箱高度，一般等于电机高度，0.6m

L——摇臂长度，1.19m

αmax——摇臂向上摆动最大角度60°，

D——滚筒直径，1.6m

S——运输机槽帮高度，0.220m

则：

A＝2.9＋

＝1.37（m）

B＝2.9－

2、最小采高的校核

采煤工作面最小采高hmin应大于采煤机高度A，支架顶梁高度h1，过机高度h2，（顶梁与采煤机机身上平面之间的距离）三项之和，即采煤机与支护设备应能通过煤层变薄带，滚筒不割岩石。

hmin＞A＋h1＋h2

式中：

h1——支架顶梁高度，0.33m

h2——过机高度，不应小于0.1～0.25m，取0.15m，

则：

hmin＞1.37＋0.033＋0.15=1.533m

工作面最小采高2.4m，选型满足最小采高的要求。

3、卧底量校核

最大卧底量Kmax按下式计算：

Kmax＝A－

式中，βmax——摇臂向下摆动最大角度，20°

Kmax＝1.6－

=0.16（m）

采煤机卧底量一般为90～300mm，最大卧底量为0.16m，满足要求。

4、采煤机最大截割速度的校核

运输机、采煤机、液压支架在结构性能之间有相应的配套要求。

运输机的生产能力一般应略大于采煤机的生产率，以便把煤及时运走，不出现堆煤现象。

根据此原则，可把运输机的运输能力看成采煤机的最大生产率，此时采煤机截割的最大牵引速度

为：

式中：

——运输机的运输能力，800t/h

H——平均采高，2.65m

B——采煤机截深，0.6m

γ——煤的实体容重，1.35t/m3

则：

设计选取得截割牵引速度为4m/min，计算值大于选取值，满足要求。

5、采煤机牵引力的估算

采煤机移动时必须克服的牵引阻力T为：

T＝K2G＋fD（cosα－K2＋2K3）±Gsinα

式中：

f——摩擦系数，取平均值0.18

K1——经验系数，取0.7

K2——估算系数，取0.2

K3——侧面导向反力对牵引阻力影响系数，导向板在采空区侧布置，煤层倾角倾角为6°，取0.402

最后一项，当向上牵引时，取正号，向下牵引时，取负号。

6、采煤机、支护设备、输送机配套关系图

采煤机、输送机、支护设备均已系列化，选取设备时，应根据计算参数选择相近参数的设备。

本次设计根据计算选择综采成套设备ZC5－ZY35,并根据设计的实际情况进行了适当的修改。

工作面设备配套关系图见附图。