采煤机选型

二、工作面采煤、装煤、运煤方式及设备选型

（一）设备选型原则和装备标准

根据本井田煤层特点，在工作面主要设备选型时考虑以下原则：

1、技术装备先进、性能稳定、操作简单、维修方便、运行可靠、生产能力大；

2、各设备间需相互适应、能力匹配、运输畅通，不出现“卡脖子”现象；

3、设备选择要和矿井的煤层赋存条件相适应，与矿井规模和工作面生产能力相适应，达到经济效益的最大化；

4、对辅助运输系统，要求系统简单、环节少，工作人员能快速方便地到达工作地点。

本矿井所采煤层为中厚～厚煤层，依照投资合理、效益最大化的开发建设原则，其工作面装备需在充分技术经济比较的情况下，选择国内先进的高产高效、性价比高、安全可靠的采、掘、装、运、支设备。

根据目前国内外高产高效矿井发展趋势看，采煤工艺和技术发展状况的分析，结合本矿井煤层开采技术条件及矿井规模，设计对矿井设备选型考虑全部采用国产设备。

（二）工作面设备选型

1、采煤机

正确选择采煤机是提高采煤工作面生产能力的一项主要任务，对采煤工作面的生产效率、能耗、安全等都具有重要影响，但采煤机选型涉及问题较多，它不仅与煤层的厚度，倾角及煤的物理机械性质、地质条件等有关，还要考虑与支护设备，运输设备之间的配套关系，因此，在选型过程中要考虑诸多方面的因素，经综合分析后再确定。

（1）滚筒的直径

D =αH max

式中：

α——螺旋滚筒装煤效率；对小直径滚筒，α=0.59～0.63；对大直径滚筒，α=0.56～0.59。

H max——采高，计算时取最大采高，3号煤层取3.3m。

则：D =0.56×3.3=1.84m

由于综采工作面双滚筒采煤机一般都是一次采全高，故滚筒直径D应稍大于最大采高之半，即D＞1/2×H max。

目前采煤机滚筒直径已经系列化，分别为0.6m、0.65m、0.7m、0.8m、0.9m、1.0m、1.1m、1.25m、1.4m、1.6m、1.8m、2.0m、2.3m、2.6m。

计算结果要按照滚筒系列化标准进行圆整后，最后确定滚筒直径。根据上述计算参数，并结合采煤机系列化标准，初步确定采煤机滚筒直径为1.80m。

（2）滚筒的截深

截深是指采煤机一次循环的推进量，选择滚筒的截深要与现有的滚筒系列和选定支架等设备配套。为有效地利用煤层的压张效应，现代采煤机的截深都小于1m。截深过小，采煤机生产率受到影响，但加大截深，会使支架的步距加大，顶梁长度和千斤顶行程也要加大；同时也使采煤机电机功率及运输机的输送能力加大。为了顶板管理和劳动组织的方便，截深应略小于液压支架推移千斤顶的行程，这样便于调整支架。因此，要综合权衡利弊，选用合理截深。

目前采煤机的截深有：0.5，0.6，0.7，0.75，0.8，0.9及1.0m 等几种。根据土城矿24采区煤矿生产能力为900kt/a和矿井工作制度（每天四班作业，其中三班出煤，一班准备及检修），初步确定采煤机截深为0.8m。

（3）滚筒的转速

类似滚筒直径一样，现代滚筒采煤机的每种型号都有几种滚筒转速供选择。采煤机滚筒转速的选择要兼顾截煤及装煤两种工艺，以适应不同的煤质情况，目前大部分厂家的采煤机基本都已匹配好的。

滚筒转速的取值：直径为0.5～0.6m 的滚筒转速n=80～120r/min ；直径为1.8～2.0m 的滚筒转速n=30～40r/min 。大直径滚筒选用低档转速，小直径滚筒选用高档转速。为防止碎煤抛过筒缘循环的转速，一般认为滚筒转速为30～50r/min 较适宜，目前滚筒转速有降低的趋势。根据上述所确定的采煤机滚筒直径为2.0m ，设计推荐滚筒转速为30r/min 较合适。

目前常用的截割速度j

V =3～5m/s ，最好在4m/s 左右。j

V 过高将

使煤尘增多，大大降低截齿的寿命。

60000

n

D V j ??=

π

式中：

D ——选定的滚筒直径，2000mm ； n ——选定的滚筒转速，30r/min 。 则：)

/(14.360000

30

200014.3s m V

j

=??=

根据上述验算结果，截割速度为3.14m/s 符合要求。 （4）采煤机生产率

采煤机和其他工作面设备的基本功能就是按照所要求的生产率完成其生产过程。采煤机的生产率取决于矿山地质和矿山技术条件、机器工况和结构参数以及时间利用率等因素。因此采煤机的生产率分别以理论、技术和使用生产率表示。

1）理论生产率

在给定条件下，以最大参数连续运行时的生产率称为理论生产率，理论生产率Q 的计算公式为：

60q Q H B v ρ

=

Q ——理论生产率，t/h ； H ——工作面平均采高，m ； B

——滚筒有效截深，m ；

q

v ——给定条件下可能的最大牵引速度，m/min ； ρ

——煤的密度，一般为1.3～1.4t/m 3。

则：Q=60×2.54×0.8×4×1.35=658t/h

采煤机的理论生产率是确定与其配套设备生产能力的依据，是由工作条件、机器工况和结构参数确定的。在实际工作中，只有与其配套的设备生产能力大于采煤机的生产能力时，采煤机才能达到给定的理论生产率。

2）技术生产率

考虑根据循环图表而进行的辅助工作，如更换截齿、开切口、检查机器和排除故障所花费时间后的生产率称为技术生产率，技术生产率Q 的计算公式为：

1Q Q k t =

式中：

Q

——技术生产率，/t h ；

1k ——采煤机技术上可能达到的连续工作系数，一般1k =0.5~0.7

。

则：Q t =658×0.7=461t/h 3）实际生产率

实际使用中，考虑了工作中发生的所有类型的停机状况，如处理输送机和支架的故障、处理顶底板事故等。使用生产率可由下列公式计算：

2m Q Q k =

式中：

m

Q ——实际生产率，/t h ；

2k ——采煤机在实际工作中的连续工作系数，一般2k =0.6~0.65。

则：Q m =658×0.65=428t/h （5）采煤机允许的最大牵引速度

牵引速度是采煤机的一个重要参数，牵引速度直接决定了机器的生产能力。装机容量、移架速度、输送机生产能力等因素又限制了牵引速度的增长；从另一方面讲，牵引速度加大后，切屑厚度过大将导致齿座挤压煤体，造成截割阻力的急剧上升。

随着装机容量的加大，采煤机牵引速度已达8～13m/min ，国外有的采煤机牵引速度高达15～20m/min 。然而增加装机容量，加大牵引速度，并不是增加工作面生产能力的唯一途径，综合机械化采煤是一个复杂的生产过程，除了需要解决和改进技术和装备上的问题外，尚需改进管理上存在的问题，其中首要的问题是提高采煤机的开机率。统计资料表明，即使年产百万吨的综采工作面，其生产班的平均开机率也不足50%，而全国的平均水平仅为其一半，足见改进管理的潜力是很大的。

采煤机最大牵引速度用下式计算：

max

q V '=1000/)7.0(m n l ??? 式中：

max

q V '——牵引速度，m/min ；

n ——滚筒转速，r/min ； m

——每条截线上的齿数，一般取1～3；

l ——滚筒的齿长若未知，可近似取刀型截齿l

=65～100mm ；镐型

截齿l =60～80mm 。

则：max

q V '

=min

/8.31000

/330607.0(m =???）

（6）采煤机功率 1）预计装机功率 采煤机的装机功率：

6

.3v BH

60N w

max

0max H q =

式中：

H w ——采煤机截煤的单位能耗，MJ/m 3；一般取H w =1.1～4.4，硬煤及韧性煤取上限，软煤及脆性煤取下限。本次设计取2.3。

则：W

3966

.33

.28.34.38.060N

k =????=

2）截割功率

采煤机工作机构消耗的功率一般占装机功率的80%～85%；故采煤机截割功率：

N j =（0.8～0.85）N 0=0.85×396=336kW 3）牵引和辅助功率

牵引和辅助装置消耗装机功率的15%～20%，其中，牵引系统消耗的功率占到90%以上，故采煤机牵引功率：

N q =0.9×（0.15～0.2）N 0=0.9×0.2×396=72kW 辅助装置功率：

N f =0.1×（0.15～0.2）N 0=0.1×0.2×396=8.0kW 4）装机功率

上述计算结果，要按采煤机配备电动机的标准功率进行圆整。则采煤机实际装机功率：

N= N j + N q + N f =322+68+7.5=416kW

采煤机的装机容量是由生产能力决定的，生产能力为500～700 t/h 时，装机容量约600～750 kW 。国外一些采煤机的生产能力已达到1500～2000 t/h ，其装机容量也高达1100～1500 kW 。

采煤机的生产能力正比于采高，因此也可以根据采高估计装机容量的大小。对于硬煤，装机功率应加大一倍。

（7）采煤机牵引力

采煤机的牵引力与装机容量关系密切，装机功率150kW 时，牵引力为160～180kN ；装机容量300kW 时，牵引力达250～300kN 。牵引力与牵引机构的刚度系数、采煤机的质量、摩擦系数、牵引速度、截

割阻力及载荷的不均衡性、机道形状等因素有关，很难精确计算，一般用经验公式确定。

P=（1.1～1.3）N

式中：

P——牵引力，kN；

N——采煤机装机容量，kW。

则：P=1.1×416=458kN

根据上述计算结果，确定采煤机的主要参数如下：总装机功率500kW，截深不小于800mm，采高2.0～3.5m（换滚筒），生产能力不小于900kt/a，牵引方式为销排式无链电牵引，牵引力不小于400kN，额定电压1140Ⅴ。

经调查，初步选用目前国内使用的相对较为可靠的MG-200/500AWD型无链电牵引采煤机。该采煤机为多电机横向布置，机载式交流变频调速，链轮销轨式无链牵引，其供电电压为1140V。控制系统采用可编程控制器及DTC变频器，监测系统采用工业控制计算机，是目前综采工作面高产高效的一种常用机型。

采煤机主要技术参数见表5-1-1。