综采工作面的设备配套浅析

宋永刚，黄东风，刘成宏，张松林

(三一重型装备有限公司， 辽宁沈阳 110024)

综采工作面的设备配套浅析

宋永刚，黄东风，刘成宏，张松林

(三一重型装备有限公司， 辽宁沈阳 110024)

介绍了综采工作面的设备配套流程，并根据配套流程阐述了液压支架、采煤机和刮板输送机的选型原则与几何配套过程，同时给出了综采工作面设备的配套实例，为综采工作面的设备配套提供了参考。

综采工作面;综采设备;选型原则;几何配套

综合机械化采煤是指采煤工作面全部生产过程，包括破煤、装煤、运煤、支护等全部机械化［1］。综采工作面布置形式如图1所示。采煤过程中液压支架是用来支撑和控制工作面顶板，同时兼顾前移和推进工作面输送机，采煤机骑在输送机上，工作时沿刮板输送机铺设的工作面往复运动实现落煤、装煤和运煤;并通过破碎机破碎大块块煤，转载机运煤到皮带机，即所谓的综合机械化采煤。高产高效的综合机械化采煤关键是选型设备配套合理，这样才能充分发挥设备的生产效能，搞好工作面设备选型和配套是用好工作面设备的前提。

图1 综采工作面

1 选型原则

综采工作面的机械化配套的概念是以液压支架、采煤机和刮板输送机为核心的综采工作面设备的选型配套，即通常说的“三机”配套［2，3］;配套流程如图2所示，首先根据煤矿的地质条件确定采煤工艺、工作面的年产量等参数，然后确定液压支架型号，根据采煤工作面的煤质硬度、煤层厚度和年产量来选择采煤机型号，其次确定刮板输送机型号，最后确定顺槽设备和乳化液泵站等设备的型号;所选设备进行配套，若选型不合理，则重新确定工作面产量，重新进行设备选型配套，直到配套合理。

图2 综采工作面配套流程

1.1 液压支架的选型原则

液压支架不仅是综采工作面的支护设备，还担负综采工作面的前移推进工作，液压支架必须具备升、降、推、移4个基本动作。液压支架的选型基本依据是顶底板条件、煤层厚度等。

(1)根据直接顶板的稳定性来确定液压支架的基本类型，即确定液压支架为掩护式液压支架、支撑式液压支架或支撑掩护式液压支架。

(2)根据煤层厚度及其变化情况决定液压支架的支撑高度和变化范围，液压支架的最大支护高度Hmax和最小高度Hmin计算如下:

式中:Mmax——煤层最大厚度，m;

Mmin——煤层最小厚度，m。

(3)液压支架的支撑强度q应该满足工作面支护强度要求，选型的液压支架的支撑强度应满足下式要求:

式中:k——作用于支架上的顶板岩石厚度系数，中厚煤层取6～8;

H——最大厚度，m;

R——岩石密度，一般取 2.3 t/m3。

(4)液压支架的宽度应该和刮板输送机的中部槽宽度相适应，以便更好地完成拉架和推移的功能;同样移架步距应该与采煤机截深相适应，保证采煤机截割深度;液压支架的推移速度应该与采煤机的牵引速度相适应，以保证采空区被迅速支护。

1.2 采煤机的选型原则

采煤机的选型应考虑煤层厚度、采煤工艺、煤质硬度和工作面生产能力的要求，以及配套的刮板输送机和液压支架的要求。

(1)采煤机适用于开采煤层硬度f＜4的缓倾斜及急倾斜煤层;对于f=1.8～2.5的中硬度煤层，可选择小功率采煤机;对于粘性煤及f=2.5～4的中硬度以上煤层，应采用大功率采煤机。

(2)采煤机的采高应该满足煤层厚度变化的要求，并有一定的富余，以便适应煤层的起伏。

(3)采煤机的采煤能力应大于工作面的计划生产能力，以保证工作面产量。采煤机的生产能力计算公式如下:

式中:K1——与采煤机的可靠性和完备性有关，一般取 0.5～0.7;

K2——考虑工作过程中所有配套类型的停机时间，如处理刮板输送机故障、支架故障或处理顶底板事故等，一般取0.6～0.65;

H——工作面截割高度，m;

B——截割深度，m;

V——牵引速度，m/min;

ρ——煤的实体密度，1.3～1.4 t/m3。

1.3 刮板输送机的选型原则

刮板输送机是以刮板链为牵引构件和多节中部槽为支撑机构的采煤工作面运输机械，输送机选型应该保证工作面运输要求。

(1)刮板输送机的运输能力应大于采煤机采煤能力。为保证片帮、冒顶发生时，刮板输送机仍能正常工作，其输送能力一般为采煤机采煤能力的1.2倍。刮板输送机的输送能力按下式计算:

式中:Q——刮板输送机的运输能力，t/h;

A——刮板输送机荷载断面积，m2;

v——刮板输送机链速度，m/s;

ρ——货载的密度，t/m3;

φ——货载装满系数，根据工作条件不同选取，一般为 0.65～0.9。

(2)刮板输送机设计长度应大于工作面宽度，即刮板输送机的设计长度要大于实际铺设长度，避免工作面过长而出现输送机过载或拉不动等现象。

(3)为实现工作面的自开缺口，要求工作面的刮板输送机机头和机尾应尽量长度短和高度低，机头机尾处过渡槽设计变线。

1.4 其它综采设备的配套

综采工作面配套设备中还包括转载机、破碎机、乳化液泵站和移动变电站等，这些设备的选取对综采工作面的性能也有较大影响。转载机的运输能力应大于刮板输送运输能力，一般选1.2倍;且转载机链速大于输送机链速，保证输送机上运来的煤全部被运走，防止输送机拉回煤;破碎机的破碎能力也应该与转载机输送能力相适应，保证运输的大块煤被粉碎;乳化液泵站的流量应该适应工作面液压支架的需求，保证支架的正常工作;移动变电站的容量应该大于工作面电器设备的总用电量并有一定的裕度，保证各用电设备的正常运行。

2 “三机”的几何配套

根据工作面的采高、煤质硬度和年产量确定液压支架、采煤机和刮板输送机的基本型号以后，还要对“三机”进行几何配套，以避免在采煤过程中出现三者之间的干涉;综采工作面的几何配套主要为综采工作面的中部断面配套。三机配套时需注意的参数主要有卧底量、铲间距、过煤高度、梁端距等，其配套图和主要参数见图3。

图3 中部断面配套示意

(1)卧底量(W)。卧底量W是采煤机摇臂下摆至最低极限位置时，采煤机滚筒的下端点与刮板输送机的中部槽底面之间的距离。卧底量的大小主要影响工作面在机头、机尾处的三角煤情况，保证采煤机的自开缺口。较大的卧底量对于底板起伏不平的适应能力较强。一般在允许情况下，采煤机卧底量选取应尽量大一点，卧底量W应在300 mm以上。

(2)采高(H)。综采工作面采高H主要依据煤层厚度和采煤工艺来确定，对于一次采全高，采高应选取为煤层厚度的0.9倍;对于放顶煤工艺，首先确定工作面采高与放顶煤厚度，即采放比，采放比一般选取小于1∶3，然后根据工作面采高确定高H值。

(3)梁端距(L)。梁端距即支架顶梁前端距煤壁的距离，是综采工作面的几何配套时的重要配套参数。过大的梁端距容易造成支架顶梁前端煤壁的片帮、冒顶;过小的梁端距易造成采煤机滚筒和支架顶梁作业时干涉，尤其在刮板输送机的机头机尾处。梁端距的选取主要依据煤质硬度、底板沿工作面起伏状况和采高等确定，一般在煤质硬、底板起伏小和采高大时，梁端距可以选大一点，否则梁端距应该选小一点，梁端距L选取一般在350 mm左右。

(4)行人空间(X)。行人空间是指液压支架和刮板输送机之间必须预留的、用于人员通过并对工作面进行维护的空间;对于两立柱支架，行人空间为刮板输送机电缆架与液压支架立柱之间的距离;对于四立柱液压支架，行人空间为两组立柱之间的距离;在配套允许的情况下，行人空间应尽量选取大一点，一般应该大于600 mm。

(5)过煤高度(G)。过煤高度为刮板输送机的中板的上面距采煤机机身的下面之间的距离;过煤高度是在保证一定的过煤截面的同时还能让大块煤和矸石通过;在煤质硬时，过煤高度应该选取大一点;反之应该取小一点。过煤高度G一般取300～800 mm之间。

(6)中心距(Z)。中心距即采煤机中心和刮板输送机中心的水平距离。中心距的大小影响采煤机沿刮板输送机行走时的横向稳定性，在满足配套的情况下，中心距取值应该尽量小，中心距Z一般取值小于100 mm。

(7)铲间距(C)。铲间距即采煤机滚筒距刮板输送机铲板之间的距离。铲间距的选取应该合理，过小的铲间距会造成采煤机滚筒与刮板输送机铲板的干涉;过大的铲间距会影响采煤机的装煤效果，造成资源浪费。在满足配套的情况下，铲间距C应尽量取得小一点，铲间距一般为100～250 mm。

(8)其它。采煤机的机身与刮板输送机的中部槽销轨座间隙J1取值范围30～50 mm;采煤机支撑滑靴与刮板输送机铲板槽帮的距离J2取值范围30～50 mm。

3 应用实例

根据以上设备选型及配套原则，对内蒙古神华棋盘井煤矿9号煤层1102工作面进行综采设备配套。工作面煤层厚度2.6～3.5 m，煤质硬度 f≤3，煤层倾角1.5°，工作面地板以泥、沙岩为主，工作面走向230 m，根据棋盘井的地质条件和综采工作面的发展经验，确定工作面年产量250万t。

根据工作面煤层厚度和顶底板条件，选择液压支架ZY6000/20/40D，支架支撑高度2～4 m，工作阻力6000 kN，支架宽度1.4 m，移架距离0.8 m。

根据工作面煤层厚度和工作面年产量，选择采煤机型号MG500/1180－WD，采高范围2～4 m，适应煤层硬度f≤5，截割深度0.8 m，滚筒直径2 m，牵引速度0～12 m/min，装机总功率1180 kW，采煤能力1200 t/h。

根据工作面宽度和采煤机生产能力，选择SGZ900/1050型刮板输送机(设计长度250 m，链速1.35 m/s，运输能力 1800 t/h)，SZZ900/315 型转载机(链速1.8 m/s，运输能力 2000 t/h)，PLM2000 型破碎机(破碎能力2000 t/h)，并配置皮带机自移装置。

4 结论

通过以上分析可见，综采工作面的设备配套，应该首先根据工作面煤层厚度、年产量等参数依次确定液压支架、采煤机和刮板输送机等设备的型号;在设备基本型号确定后进行设备的几何配套。通过对内蒙神华棋盘井煤矿9号煤层1102工作面的综采配套，设备运行正常，满足了工作面的生产要求。

［1］ 朱永站，等.综采机械化采煤工艺浅析［J］.煤矿机械，2005，(9):44－46.

［2］ 任静松.综采工作面设备几何配套探讨［J］.机械研究与应用，2010，(3):127－128.

［3］ 王启广，等.综采工作面设备的选型与配套原则探讨［J］.矿山机械，2009，37(17):4－7.

2011－07－12)

宋永刚(1980－)，男，河北邢台人，硕士，从事刨煤机和刮板机的设计工作，Email:syonggang@163.com。