桑根洪 孫傳旗

（山東能源肥城礦業(yè)集團(tuán) 白莊煤礦，山東 肥城 271623）

0 引言

隨著礦井逐步實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化，生產(chǎn)能力逐年提高，綜采設(shè)備也趨于大型化、一體化、智能化。但是由于綜采設(shè)備的型號眾多，在不同的工作面應(yīng)用時(shí)會發(fā)生不配套的情況，嚴(yán)重制約著綜采工作面的發(fā)展，因此非常有必要明確綜采工作面“三機(jī)”配套以及設(shè)備選型原則，提高綜采設(shè)備的廣泛應(yīng)用。

1 綜采工作面“三機(jī)”配套原則

1.1 “三機(jī)”配套幾何尺寸關(guān)系

采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和液壓支架之間橫斷面配套尺寸如圖1 所示。

圖1 液壓支架、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)幾何關(guān)系示意圖

由圖1 可知，輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)形式及附件必須與采煤機(jī)的結(jié)構(gòu)相匹配，其中部槽應(yīng)與液壓支架的推移千斤頂連接裝置的間距和連接結(jié)構(gòu)相匹配。采煤機(jī)的采高范圍與支架的最大和最小結(jié)構(gòu)尺寸相適應(yīng)，而其截深應(yīng)與支架推移步距相適應(yīng)。

1.2 “三機(jī)”性能配套

綜采工作面“三機(jī)”性能應(yīng)相互匹配，否則會相互制約，設(shè)備難以充分發(fā)揮其作用。其主要涉及的內(nèi)容有：

1）采煤機(jī)底托架與輸送機(jī)槽的匹配。

2）采煤機(jī)搖臂與輸送機(jī)頭尾和自開切口的匹配。

3）支架性能與采煤機(jī)牽引速度的匹配。

1.3 “三機(jī)”生產(chǎn)能力配套

工作面小時(shí)生產(chǎn)能力取決于工作面的年產(chǎn)量，采煤機(jī)的生產(chǎn)能力依據(jù)工作面小時(shí)生產(chǎn)能力確定。其它配套設(shè)備的能力都應(yīng)大于采煤機(jī)的生產(chǎn)能力。就“三機(jī)”而言，工作面輸送機(jī)的生產(chǎn)能力應(yīng)大于采煤機(jī)的生產(chǎn)能力，液壓支架的移架速度應(yīng)大于采煤機(jī)的工作速度。

1.4 “三機(jī)”壽命配套

“三機(jī)”壽命配套是指綜采工作面各單機(jī)設(shè)備的大修周期應(yīng)該相互接近。高產(chǎn)高效要求工作面各種設(shè)備，特別是主要設(shè)備必須處于良好的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。如果在工作面生產(chǎn)過程中，設(shè)備交替更換進(jìn)行大修或“帶病”運(yùn)轉(zhuǎn)，則必然影響高產(chǎn)高效的實(shí)現(xiàn)，也會對設(shè)備造成損壞。

2 采煤機(jī)選型原則及主要技術(shù)要求

1）采煤機(jī)能適合的煤層地質(zhì)條件，其主要參數(shù)(采高、截深、功率、牽引方式)的選取要合理，并有較大的適用范圍。

2）采煤機(jī)應(yīng)滿足工作面開采生產(chǎn)能力的要求，其生產(chǎn)能力要大于工作面設(shè)計(jì)能力。

3）采煤機(jī)的技術(shù)性能良好，工作可靠，具有較完善的各種保護(hù)功能，便于使用和維護(hù)。

采煤機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)能力、采高、截深、截割速度、牽引速度、牽引力和功率等參數(shù)在選型時(shí)必須確定。實(shí)際生產(chǎn)能力主要取決于采高、截深、牽引速度以及工作時(shí)間利用系數(shù)。采高由滾筒直徑、調(diào)高形式和搖臂擺角等決定。滾筒直徑是滾筒采煤機(jī)采高的主要調(diào)節(jié)變量，每種采煤機(jī)都有幾種滾筒直徑供選擇，滾筒直徑應(yīng)滿足最大采高及臥底量的要求。截深的選取與煤層厚度、煤質(zhì)軟硬、頂板巖性以及移架步距有關(guān)。截割速度是指滾筒截齒齒尖的圓周切線速度，由截割部傳動比、滾筒轉(zhuǎn)速和滾筒直徑確定，對采煤機(jī)的功率消耗、裝煤效果、煤的塊度和煤塵大小等有直接影響。牽引速度的初選是通過滾筒最大切削厚度和液壓支架移架追機(jī)速度驗(yàn)算確定。牽引力是由外載荷決定的，其影響因素較多，如煤質(zhì)、采高、牽引速度、工作面傾角、機(jī)身自重及導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和摩擦系數(shù)等，沒有準(zhǔn)確的計(jì)算公式，一般取采煤機(jī)電機(jī)功率消耗的10%～25%。滾筒采煤機(jī)電機(jī)功率常用單齒比能耗法或類比法計(jì)算，然后參照生產(chǎn)任務(wù)及煤層硬度等因素確定。

3 支護(hù)設(shè)備選型設(shè)計(jì)

液壓支架是綜合機(jī)械化采煤裝備的關(guān)鍵設(shè)備。液壓支架的功用是：有效地支承和控制工作面頂板，保證工人操作和機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的安全工作空間；隨著工作面推進(jìn)而實(shí)現(xiàn)推移工序的機(jī)械化，并提供足夠的通風(fēng)斷面。

3.1 影響支護(hù)設(shè)備選型的因素

選擇架型時(shí)，還要考慮下列因素。

3.1.1 煤層厚度

煤層厚度不但直接影響到支架的高度和工作阻力，而且還影響到支架的穩(wěn)定性。當(dāng)厚度超過2.5m 的煤層、頂板有側(cè)向推力時(shí)，一般不宜采用支承式支架。煤層厚度大于2.5～2.8 m 時(shí)，應(yīng)選用抗水平推力強(qiáng)且?guī)ёo(hù)幫裝置的掩護(hù)式或支承掩護(hù)式支架。當(dāng)煤層厚度變化較大時(shí)，應(yīng)選用調(diào)高范圍放大的掩護(hù)式或雙伸縮立柱支架。

3.1.2 煤層傾角

煤層傾角主要影響支架的穩(wěn)定性，傾角大時(shí)易發(fā)生傾倒、下滑等現(xiàn)象。當(dāng)煤層傾角大于10°～15°時(shí)，應(yīng)設(shè)防滑和調(diào)架裝置，當(dāng)傾角超過18°時(shí)，應(yīng)同時(shí)具有防滑放倒裝置。

3.1.3 底板性質(zhì)

底板承受支架的全部載荷，對支架的底座影響較大，底板的軟硬和平整性，基本上決定了支架底座的結(jié)構(gòu)和支撐面積。選型時(shí)，要演算底座對底板的接觸比壓，其值要小于底板的允許比壓（對于砂巖底板，允許比壓為1.96～2.16MPa，軟底板為0.98MPa 左右）。

3.1.4 瓦斯涌出量

對于瓦斯涌出量大的工作面，支架的通風(fēng)斷面應(yīng)滿足通風(fēng)的要求，選型時(shí)要進(jìn)行驗(yàn)算。

3.1.5 地質(zhì)構(gòu)造

地址構(gòu)造十分復(fù)雜，斷層十分發(fā)育，煤層厚度變化又較大，頂板允許暴露面積和時(shí)間分別在5～8m2和20 分鐘以下時(shí)，暫不宜采用液壓支架。

3.1.6 設(shè)備成本

能同時(shí)選用幾種架型時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用價(jià)格便宜的支架。在相同條件下支撐式支架質(zhì)量最小，造價(jià)也最便宜，而支撐掩護(hù)式支架則質(zhì)量最大，價(jià)格最貴。

3.1.7 特種支架

對特定的開采要求，應(yīng)選用相應(yīng)的特種液壓支架，如放頂煤支架，鋪網(wǎng)支架等。

3.2 支護(hù)設(shè)備選型原則

（1）液壓支架的選型就是要確定支架類型(支撐式、掩護(hù)式、支撐掩護(hù)式)、支護(hù)阻力(初撐力和額定工作阻力)、支護(hù)強(qiáng)度與底板比壓以及支架的結(jié)構(gòu)參數(shù)(立柱數(shù)目 最大最小高度、頂梁和底座韻尺寸及相對位置等)及閥組性能和操作方式等。

（2）選型依據(jù)是礦井采區(qū)、綜采工作面地質(zhì)說明書。在選型之前，必須將所采工作面的煤層、頂?shù)装寮安蓞^(qū)的地質(zhì)條件全部查清。然后依據(jù)不同類級頂板選取架型。最后依據(jù)選型內(nèi)容結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)有液壓支架的主要技術(shù)性能直接選定架型及其參數(shù)所對應(yīng)的支架型號。

4 刮板輸送機(jī)選型原則

（1）刮板輸送機(jī)的輸送能力應(yīng)大于采煤機(jī)的最大生產(chǎn)能力，一般取1.2 倍。

（2）要根據(jù)刮板鏈的質(zhì)量情況確定鏈條數(shù)目，結(jié)合煤質(zhì)硬度選擇鏈子結(jié)構(gòu)型式。

（3）應(yīng)優(yōu)先選用雙電機(jī)雙機(jī)頭驅(qū)動方式。

（4）應(yīng)優(yōu)先選用短機(jī)頭和短機(jī)尾。

（5）應(yīng)滿足采煤機(jī)的配合要求，如在機(jī)頭機(jī)尾安裝張緊、防滑裝置，靠煤壁一側(cè)設(shè)鏟煤板，靠采空區(qū)一側(cè)附設(shè)電纜槽等。

在選型時(shí)要確定的刮板輸送機(jī)的參數(shù)主要包括輸送能力、電機(jī)功率和刮板鏈強(qiáng)度等。輸送能力要大于采煤機(jī)生產(chǎn)能力并有一定備用能力。電機(jī)功率主要根據(jù)工作面傾角、鋪設(shè)長度及輸送量的大小等條件確定。刮板鏈的強(qiáng)度應(yīng)按惡劣工況和滿載工況進(jìn)行驗(yàn)算。

［1］王啟文，李炳文，黃嘉興.采掘機(jī)械與支護(hù)設(shè)備[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2006（4）.

［2］陳維健，齊秀麗，肖林京.礦山運(yùn)輸與提升設(shè)備[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2007.

［3］李貴軒，李曉豁.采煤機(jī)械設(shè)計(jì)[M].沈陽：遼寧大學(xué)出版社，1994.

［4］丁紹南.采煤工作面液壓支架設(shè)計(jì)[M].北京：世界圖書出版公司，1992.