大采高开采工作面设备选型及其适应条件分析.docx

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大采高开采工作面设备选型及其适应条件分析

大采高开采工作面设备选型及其适应条件分析

1概述

1.1我国煤炭资源状况我国缓倾斜厚煤层煤炭产量占总产量的40％以上，很多矿区赋存有3.5m～5.0m厚的煤层且均为主采煤层。

大采高综采是对3.5m～5.0m厚的煤层一次采全高。

对于煤层倾角小于3O°的厚煤层、采出的煤炭含矸率低、瓦斯涌出量小等优点；与采高小于3.5m的分层综采相比，具有采面生产能力大和巷道布置简化、回采工效和煤炭资源回收率高、设备搬家倒面次数少和节约假顶材料等优点。

因此，大采高综采是3.5m～5.0m厚煤层综采的主要发展方向之一。

我国厚煤层资源丰富，厚煤层开采在保障煤炭生产供应能力中占有重要地位。

厚煤层高效综采是实现高产高效矿井的主要技术途径之一。

目前我国年产600万～1000万t具有国际领先技术水平的高产高效矿井和综采工作面都是在厚煤层开采条件下实现的。

厚煤层大采高综采成套设备的研制开发包含着一系列的先进技术，技术含量高，研制难度大。

1.2我国大采高综采技术与装备现状

为适应我国煤矿综采机械化的发展，国内综采设备科研设计和制造企业已研制开发出具有较先进技术水平的大功率电牵引采煤机、重型刮板输送机、电液控制强力液压支架和多点驱动大运力带式输送机。

配套设备的生产能力达到1500—2500t／h，在适宜的煤层和矿井条件下，综采工作面可实现年产300万t以上。

目前，天地科技股份有限公司成功研制的MG750／1815一GWD型交流电牵引采煤机，总装机功率达到1815kW；鸡西煤矿机械有限公司研制成功的MG800／2040一WD型电牵引采煤机，总装机功率达到2040kW；西安煤矿机械厂研制成功的MG750／1910一WD型和MG900／2210一WD型交流电牵引采煤机，总装机功率分别达到1910kW和2210kW。

张家口煤矿机械制造公司、西北奔牛集团公司研制成功的SGZ1200／1575型刮板输送机，输送能力最大达到2500t／h，总功率达到l575kW。

我国近期研制成功了ZY8800／26／50型两柱掩护式液压支架、ZZ9900／20／45四柱支撑掩护液压支架。

郑州煤机厂为晋城研制成功ZY9400／28／62型两柱掩护式液压支架，整体结构强度高，调高范围3～6m，支护高度最大可达到6．2m，工作阻力9．4MN，立柱缸径380mm，采用电液控制技术，寿命试验达5万次以上。

我国新研制开发的新型大采高综采装备技术参数已经接近国外先进水平，综采工作面年产能力达到300万t以上。

我国综采设备设计制造、检测虽已有一定基础，但限于目前研究设计、制造水平和国内高强度优质材料供应等基础条件，大采高综采设备仍不能满足厚煤层高产高效综采生产要求，近年来新研制开发的综采设备在技术性能、工作可靠性和使用寿命方面仍和国际先进水平有明显差距。

我国创造综采年产世界纪录的神华、充矿等煤炭企业的高端综采装备目前仍然以引进为主。

1.3大采高综采技术与装备发展趋势

厚煤层一次采全高高效综采技术是世界煤炭井工生产技术主要竞争领域。

随着矿井大规模集中化生产的发展，大功率、高性能的设备是必不可少的。

大采高综采装备的研制要坚持3个方面的发展方向：

装备大型化、配套化、机械化程度高；装备无轨化、液压化、自动化程度高；装备技术性能成熟，可靠性高。

（1）采煤机装机功率提高到2MW左右，其中单台截割功率达到750kW以上，牵引速度提高至25m／min以上，牵引力达800kN以上。

产品元部件的可靠性要有大幅度的提高。

广泛采用新技术工艺，提高检测控制水平，如采煤机自动调高技术、采煤机在工作面位置传输与确定技术、温度控制与检测技术、故障诊断技术、高效灭尘技术等。

（2）带式输送机向大型化、高运输能力、高可靠性方向发展。

长距离、高带速、大运量、大功率是今后发展的必然趋势。

输送机的输送量要提高到3000—4000t／h，带速提高至6m／s，对于可伸缩带式输送机输送长度要加长至6km以上，对于钢绳芯强力带式输送机须加长至5km以上，单机驱动功率要达到1.0～1.5MW，输送带抗拉强度达到6kN／mm（钢绳芯）和3kN／mm（整芯）。

还要不断开发研究新的技术和元部件，如高性能可控软起动技术、动态分析与监控技术、高效贮带装置、快速自移机尾、高速托辊等，使带式输送机的性能得到进一步提高。

（3）研制大采高强力液压支架，对其架型参数、结构适应性、设计方法、高强材料、配套元部件和制造工艺等关键技术进行攻关，解决电液控制系统与支架配套适应性问题，全面提升国产液压支架技术水平，使其主要性能和可靠性指标达到国外同类产品的先进水平，实现高端液压支架国产化。

（4）发展工作面生产工艺优化与自动控制技术。

自动化控制是世界高产高效工作面的基本特征和主要发展方向之一。

针对4—6m厚煤层赋存条件和高产高效开采要求，研究综采工作面作业方式和配套工艺，研制液压支架的自动化控制系统，提高移架速度，优化采煤机作业方式和采煤机自动控制方式，开发与生产工艺相适应的工作面设备全自动控制系统，提高综采工作面的全面自动化水平。

2大采高开采工作面的设备选型与配套

下面结合寺河矿长壁大采高与配套的实际经验进行说明。

寺河矿是国家计委批准的“九五”重点建设项目之一，是由晋城无烟煤矿业集团有限责任公司投资建设的特大型矿井，设计年产原煤400万t。

通过充分调研国内几个大型矿井和国外高产高效矿井大采高综采设备及其使用情况，根据寺河矿井条件，经过选型计算，拟采用长壁大采高综采，装备世界先进水平的大功率高可靠性设备，以加大开采强度，提高规模效益，建设新型的高产高效现代化矿井。

2.1综采工作面设备的选型配套原则

从高产高效、一井一面、集中生产的综采发展趋势要求出发，增大工作面设计长度，加大截深，选用能切割硬煤的大功率采煤机组，提高割煤速度，相应地提高液压支架的移架速度，与大运量、高强度的工作面输送机的相匹配，运输巷道也必须采用长距离、大运量的带式输送机。

从设备技术性能要求出发，所选综采机械设备必须是技术先进、性能优良、可靠性高，同时各设备间要相互配套性好，保持采运平衡，最大限度地发挥综采优势。

2.2采煤机的选取

寺河矿井设计以一个长壁综采工作面和2个连采工作面保证年产400万t的生产能力。

考虑一定的富裕系数，综采工作面日产量应在11000t以上。

根据日产量要求，平均日循环数应为8个。

据有关资料统计，国外高产高效工作面开机率一般在70％以上，最高达95％。

国内高产高效工作面一般在40％～45％。

取开机率为55％，确定采煤机的牵引速度为4.88m／min，工作面的最大牵引速度应为6.83m／min。

采煤机的实际截煤速度应达到6～7m／min，空载时要求其速度不小于12m／min，以减少辅助工作时间。

采煤机的功率1477.4～1723.6kW，厚煤层大采高采煤机总功率一般应在1700～1800kW。

寺河矿区煤质较硬，煤层普氏系数f=4左右。

工作面超前压力显现较明显，在采煤过程中易出现片帮现象。

结合工作面地质情况，选用德国艾柯夫公司的Sl5oo型交流电牵引采煤机，采煤机的具体技术参数如下：

生产能力／t·h-1（以12m／min牵引时）4000最小采高／m2.7最大采高／m5.2滚筒直径／mm2700滚筒截深／mm865卧底量／mm640切割硬度l0截割功率／kW2×750冷却方式水冷牵引方式齿轨式无链交流电牵引牵引速度／m·min-10～31．8牵引力／kN734牵引功率／kw2×90液压泵电机功率／kw35总装机功率／kw（不包括破碎机）1715质量／t88

2.3工作面可弯曲刮板输送机的选取

采煤机的实际生产能力比理论生产能力低得多，特别是受设备开机率和和液压支架移架速度、刮板机生产能力等影响和高瓦斯矿井瓦斯涌出量及通风条件制约，牵引速度必然受限制。

因此刮板输送机输送能力应达到2500t／h。

根据要求选择德国DBT公司PF4／1132工作面刮板输送机及转载机，其主要技术参数如下：

运输能力／t·h-12500电机功率／kw2×700供电电压／V3300中部槽尺寸／mm×mm×mm1750×988×284链条尺寸／mmΦ42×146传输控制CST可控传输，内置式机尾链张紧行程／mm500链形式双中链链中心距／mm165链速／m·s-11.28刮板间距／mm876卸载方式交叉侧卸冷却方式水冷主机质量／t550输送机的CST的驱动控制有半自动和全自动2种方式，由一台PROTEC电脑连接到每一台驱动部，用于控制安装在减速器内的CST离合器，并监测压力、温度、转速、油位等参数，CST在电脑控制下在15s内软起动。

在全自动方式下，可通过小型控制站监视电机功率等，实现载荷均匀分布和卡链过载保护等，遇冲击载荷时离合器分离。

数据扫描器能处理l7种不同的电子信息，并可在主电脑上查找到这些信息，具有故障诊断功能。

输送机机尾链的液压自动张紧控制，由带有微处理器的PM4系统控制。

通过输入电机电流、紧链千斤顶行程、千斤顶单向阀的压力，通过软件控制算法来控制液压缸，自动调节链的张紧。

2.4转载机与破碎机的选取转载机应具有高强度且与带式输送机尾能够整体自移，因此，选择DBT公司PF4／1332转载机，技术参数如下：

运输能力／t·h-12750电机功率／kw315供电电V1140中部槽尺寸／mm×mm×mm1500×1188×284链速／m·s-11.54链中心距／mm330链条规格／mmΦ34×126刮板间距/mm756长度／m27.5主机质量／t（不包括破碎机）72冷却方式水冷配套机尾MATILDA带式输送机机尾有效推移行程／m3.5长度／m11.6宽度／m2.9行走机尾质量／t20根据晋城煤作为煤化工能源的要求，块率要高，因此要选用滚筒形式为截齿式，截齿（座）强度高、数量少，以减少块率损失，悬垂高度可调节，溜槽底板应具有足够强度。

根据这些需求，选择DBT公司的WB1418破碎机，技术参数如下：

运输能力／t·h-13000供电电/V1140功率／kw315破碎形式截齿式可截割煤硬度8入料口尺寸／mm×mm1700×900出料块度／mm×mm250×450喷雾方式喷水式破碎轮锤顶圆直径／mml460破碎腔中板厚／mm60质量／t（不包括电机）l9破碎机带有湿式除尘装置，由22kW液压马达驱动轴向通风机，可实现程序控制，起动破碎机前先开起集尘装置保证集尘效果。

2.5液压支架的选取

（1）液压支架是综采工作面最重要的设备之一，从目前世界先进采煤国家长壁工作面中的液压支架看，液压支架基本以掩护式为主，约占全部架型的96％，且有向两柱式发展的明显趋势。

美国1994年有80个长壁工作面，使用两柱掩护式支架73套，占91.25％，是美国长壁工作面使用的主要架型，支架工作阻力大部分在7000～8000kN，最大的两柱掩护式支架工作阻力达到9800kN。

寺河矿井煤层赋存条件及顶底板条件与美国相类似，借鉴国外生产高产高效工作面经验，结合我国架型选择要求，工作面液压支架采用掩护式。

支架的顶梁要求采用整体钢性结构。

不使用铰接顶梁，支架在要求的工作高度下应能保证支架的整体稳定性，应设护帮板，前探梁带一级护帮板，支架底座采用带有提座千斤顶的刚性底座。

（2）操作方式的选择液压支架技术的重大突破当属电液控制系统，采用了电子控制的先导阀，先进可靠的压力和位移传感技术，灵活自由编程的微处理技术和红外遥感技术等现代科技成果，可实现成组移架、推溜，使液压支架的动作自动连续进行，移架速度提高，移架循环时间可达到6～8S。

支架的电