智能化综采工作面的设备选型

智能化综采工作面的设备选型

摘要：简单介绍了屯兰矿智能化工作面综采设备的配套选型问题，包括液压支架选型、采煤机的选型、工作面刮板运输机的选型、刮板转载机和破碎机的选型、可伸缩胶带输送机的选型及乳化液泵和喷雾泵的选型。

关键词：智能化综采工作面；

屯兰矿是山西焦煤西山煤矿总公司所属的一对矿井，原设计年生产能力４００万ｔ。屯兰矿井虽然煤炭资源丰富，煤质优良，但同时受到各种自然灾害的严重威胁：一是矿井瓦斯涌出量大，属高瓦斯矿井；二是矿井水文地质条件极为复杂，可采煤层全区带压开采，最大受压达５．５７ＭＰａ，是矿井安全生产的潜在威胁；三是顶板破碎，屯兰矿顶板为三级复合顶板。

为了建设高效安全矿井，进一步增强市场竞争能力，屯兰矿建设了１２２０９智能化工作面，使屯兰矿原煤产量突破了５００万ｔ大关。１２２０９工作面地面标高１０８５ｍ～１２１８ｍ，工作面煤层底板标高６９５ｍ～７３０ｍ，工作面主采２＃煤层，煤层厚度稳定，厚约４．３ｍ，整体呈单斜构造，倾向南东，倾角１°～８°，顶板情况：伪顶０．５ｍ，黑色泥岩，抗压强度差，直接顶０ｍ～２．５ｍ，灰色细砂岩，质地较硬，老顶５．７ｍ，粉砂岩，灰白色细砂岩，硅质胶结，底板为５．３ｍ，深灰色粉砂岩与细砂岩。工作面设计长度为１５９ｍ，采高４．７ｍ，截深８００ｍｍ，煤层倾角为４°～５°，年产３００万ｔ。

工作面综采设备的配套和选型直接关系到工作面综采设备的有效发挥和可靠性，关系工作面年产目标的实现。笔者在此简单介绍一下屯兰矿智能化工作面综采设备的配套选型。１液压支架的选型，实践表明，大采高开采的基本顶初次来压强度随采高的增加而明显增强。基本顶周期来压步距随采高的增加而减少，周期来压强度增加，但一般小于初次来压强度。因此，大采高支架应具有较高的支护强度和工作阻力，应能承受顶板的冲击载荷。另一方面，随着采高的增加，煤壁压力增加，片帮加剧，同时易引发冒顶。因此，大采高支架应有完善的护帮装置和超前支护装置，支架顶端应有较大的支撑力。支架的选型应符合围岩的要求，满足配套和生产的要求。以往采矿专家一般认为掩护式支架对不稳定和中等稳定顶板适应性较好，掩护式支架顶梁前端支护力大但切顶能力较差；支撑掩护式支架适用于稳定顶板和坚硬顶板，支架切顶性能强，因此，支撑掩护式支架适用于顶板来压强度大、直接顶稳定性强的工作面。随着对综采工作面支护和支架与围岩相互作用关系的不断深入研究，对架型的认识不断深化。新的研究认为四柱支架由于四个立柱不可能同时受力，并且实际使用中往往发生前后立柱受力不均现象，四柱支架的支护效率实际低于掩护式支架的支护效率。此外，大缸径立柱及提底座机构的应用极大地扩大了掩护式支架的应用范围，从而改变了人们过去的对掩护式支架的认识。目前，两柱式掩护支架已经成为液压支架发展的方向，美国、澳大利亚、德国和南非等主要产煤国家已全部使用两柱掩护式支架，我国一些新建大型现代化矿井也普遍采用掩护式支架，在不同地质条件下使用取得成功。
由于两柱掩护式支架的稳定性，使其在大采高开采中应用范围不断扩大。而且由于采高较大，支架的稳定性成为急需解决的难题，所以现在的大采高两柱掩护式支架开始向大中心距方向发展。采用１．７５ｍ，２．０ｍ的中心距后，不但可以大大提高支架的稳定性，而且可以减少支架数量，简化电液控制系统，降低设备投入成本，提高移架速度和整体设备的可靠性。
另一方面，提高液压支架的工作阻力也是大采高液压支架的发展方向。较高的液压支架初撑力和工作阻力可以减少顶板对前方煤壁的超前支撑压力，从而避免煤壁的破碎，有利于防止工作面的片帮、冒顶及其引发的各种矿压显现规律，是大采高工作面得以实现高产、高效、高安全的保证。
根据屯兰煤矿顶板条件，考虑国内外高产高效矿井的成功经验和发展方向，配备大流量控制系统或电液控制系统，以实现快速移架，选用两柱掩护式支架更为有利，因此本方案拟选用两柱掩护式液压支架。
液压支架的基本选型原则应使支架的支护强度与综采工作面煤层赋存的地质条件及煤层顶板的矿压显现强度相适应，同

时支架底座对底板比压也要与煤层底板的抗压强度相适应。
根据以上原则及条件，我矿选用ＺＹ８０００/２．５/５．０型液压支架。ＺＹ８０００/２．５/５．０型掩护式液压支架有如下特点：一是该支架吸收了国内外掩护式液压支架的优点，具有适应性高、可靠性高、结构紧凑、支护能力大，操作方便、移架速度快等特点。二是支架采用参数优化设计，经过动态干涉检查、运动仿真模拟，具有较高的机械性能。三是支架设计满足ＭＴ３１２/０００标准。四是支护能力强，两根直径为

３２０ mm缸径立柱，工作阻力达到８０００ｋＮ。五是采用整体顶梁，结构简单，可靠性好，为改善接顶效果，顶梁前端上翘５０ mm。顶梁前后比约为２．８。六是采用一级护帮形式，一级护帮板通过四连杆机构与一级护帮千斤顶相连，既可以护帮，也可以翻转挑起临时支护顶板。七是采用双前、后连杆，后连杆为整体结构，提高了支架的抗扭能力和稳定性。八是选用单个缸径直径为２００ mm的平衡千斤顶，增大平衡力矩，增强支架适应能力。九是推移机构为长推杆箱形结构，推移千斤顶倒装，结构可靠，适应性好，移架力大，可实现快速移架。十是底座过桥后面设有抬底座装置。该装置结构简单可靠，装卸方便，可将底座前端抬起１００ mm～１５０ mm，移架时，可以操作抬底千斤顶把底座前端抬起，以利支架前移，提高移架速度。十一是支架底座为底分式刚性底座，底座前部用桥连接，后部用箱形结构连接，底座底板分为左右两块，中间部位畅开，有利于浮煤排出及抬底座。十二是支架具有双行人通道，有利于安全生产。十三是顶梁、掩护梁配有单侧可活动侧护板，支架密封性好，适应性强。十四是支架液压系统采用ＰＭ３１型电液控制系统。
２采煤机的选型
２．１选型原则
综采工作面生产能力主要取决于采煤机落煤能力，它与采煤机最大割煤牵引速度、无故障割煤时间、最大截深、最大采高、煤的容量有关。无帮障割煤时间取决于综采成套设备的可靠性、煤层赋存条件、回采工艺及作业方式等。而设备可靠性在很大程度上决定于装机功率和机械的性能。因此，采煤机选型应依据煤层赋存条件和工作面参数，生产能力能够达到综采工作面设计年产３００万ｔ的要求，并满足与刮板输送机、液压支架相配套。
当采高与截深一定时，工作面生产能力即取决于采煤机的牵引速度或装机功率。因此，选择采煤机时，根据采高、截深、牵引速度和功率进行选型，同时采煤机应能满足并实现工作面两端斜切进刀自开缺口的要求，优先选用电牵引采煤机。
２．２选型及特点
２．２．１采煤机滚筒的选择
根据工作面采高４．７ｍ，以及考虑将来要开采５ｍ左右煤层，大采高煤层要求采煤机选择双滚筒，可以双向采煤，也可以自开缺口。滚筒直径一般为采高的０．５５～０．６倍，取滚筒直径Ｄ＝２５００ mm，可满足工作面正常生产之需要。
２．２．２采煤机牵引速度的选择
根据煤层地质条件及生产技术条件，并增加设备的可靠性，以及备有一定的功率富裕度，选取采煤机牵引速度。依照计算，工作面长度不小于１５０ｍ时，要实现预定产量，保证４０％～５０％的开机率，采煤机的牵引速度不小于４ｍ/ｍｉｎ～６ｍ/ｍｉｎ，采煤机选用的牵引速度应为９ｍ/ｍｉｎ～１２ｍ/ｍｉｎ。
采煤机的发展趋势是以电牵引逐步取代液压牵引，向多电机、大功率、机电一体化方向发展，既提高了截割牵引速度和截深，大幅度提高单产，又增加了运行可靠性，且操作简易、安全、维修方便。
根据以上原则初步推荐ＭＧ５００/１２００—３．３Ｄ型交流变频电牵引采煤机，其主要参数：总功率１２００ kＷ，滚筒直径２２００ mm，采高范围２．２ｍ～４．５ｍ，适应倾角≤１６°，下切深度４００ mm，截深８００ mm，截割电机功率２×５００ｋＷ，牵引电机２×５５ｋＷ，泵站电机２０ｋＷ，牵引速度７５０ｍ/ｍｉｎ～５０ｍ/ｍｉｎ，供电电压３３００ V。
３工作面刮板运输机的选型
选择刮板输送机的主要原则是以综采面最大生产能力为基数，保证综采面运煤能力和运输设备的可靠性和耐用性，兼顾设备启动、保护和控制性能。主要有以下几个方面：
一是输送量与采煤机最大生产能力相适应，并且有一定备用能力。在运输能力相同情况下选用槽宽小的机型。
二是结合煤质硬度、块度、运量选择结构形式（单链、双边链、双中链等），煤质较硬、块度较大时优先选用双边链；煤质较软时可选用单链或双中心链。
三是输送机溜槽的结构选择铸焊结合高强度溜槽，一般优先选用封底式。封底式阻力小，主要用于底板较松软条件。
四是电机功率大小及台数应根据采面倾角、输送机铺设长度及输送量大小而定。输送机铺设长度可根据刮板输送机技术特征、输送量、链速和采面倾角等因素确定。
五是为了配合滚筒采煤机自开切口，应优先选用短机头和短机尾，但机头架和机尾架中板的升角不宜过大，以减少通过压链块时的能耗。
根据以上原则，我矿选择了ＳＧＺ９００/２

×５２５刮板输送机，其运输能力为２０００ｔ/ｍ，装机功率为２×２５ｋＷ，配套电压为１８１０ V。
４刮板转载机和破碎机的选型
其选型原则如下：一是转载机的运输能力应大于工作面输送机的能力，它的溜槽宽度或链速一般应于大于工作面输送机。二是转载机的机型，即机头传动装置及电动机和溜槽类型及刮板链类型，应尽量与工作面输送机一致，以便于日常维修及配件管理。三是转载机头搭接胶带输送机的连接装置，应与胶带输送机机尾结构以及搭接重叠长度相匹配，搭接处的最大高度要适应运压后的支护高度，转载机高架段中部槽的长度，既要满足转载机前移重叠长度的要求，又要考虑工作面采后超前动压对巷道顶移近量的作用大小。巷道易底鼓变形时，采用不直接骑在输送机机尾导轨上，而选用跨接在两侧的专用地轨上。四是破碎机与转载机的能力协调适应。
根据以上原则，我矿选择了ＳＺＺ９００/３１５型转载机，其输送量为２２００ｔ/ｈ，装机功率为３１５ kＷ，电压为１１４０Ｖ。
同时选用了ＰＣＭ２００型破碎机，其外型尺寸为３５４０ mm×１９４１ mm×１７３６ mm，破碎能力为２２００ｔ/ｈ，装机功率为２００ kＷ。
５可伸缩胶带输送机的选型
其选型原则如下：一是胶带输送机带宽和带速及其传动力功率的选择，必须大于转载机的运输能力。二是胶带输送机的单机许可铺设长度要与综采面的推进长度相适应，尽量减少铺设输送机的台数。三是选型要考虑巷道顶板和底板的条件，对于无淋水或底板无渗透水、底下析无底鼓的巷道，选用Ｈ架型落地式可伸缩胶带输送机，否则选用绳架吊挂式。四是选抗静电阻燃高强度胶带。五是输送机应有较好的启动和工况监测控性能。
根据以上原则，我矿选择了ＤＳＪ１２００/３×３１５型可伸缩胶带输送机，其输送能力为１８００ｔ/ｈ，输送带宽度为１２００  mm，运行速度为３．５ｍ/ｓ，电机功率为３×３１５ｋＷ。
６乳化液泵和喷雾泵的选型
我矿选用了ＢＲＷ—３１５/３１．５型乳化液泵，其公称流量为３１５Ｌ/ｍｉｎ，电压等级为１１４０Ｖ，电动机功率为２００ｋＷ，重量为４．８ｔ。
我矿选用了ＸＰＢ３．５/６．３型喷雾泵，其公称压力为６．３ＭＰａ，公称流量为３１５Ｌ/ｍｉｎ，电压等级为１１４０Ｖ，电动机功率为４５ｋＷ，外形尺寸为２５００ｍｍ×８９０ｍｍ×９５０ｍｍ。
矿井还进行了５００万ｔ生产能力改造：通风方面增加了风井，使通风系统更加完善可靠，能力更加充足；运输方面，完成了主斜井皮带软启动控制改造和增加了选大矸系统，提高了运输能力及可靠性；瓦斯治理方面，正在采用国债对瓦斯抽放补套工程进行施工，将进一步提高矿井瓦斯抽放总量，矿井瓦斯抽放率预计可达到３５％～４０％；矿自筹资金用于矿井信息化建设的项目——工业自动化控制系统和人员动态管理系统也投入运行，增强了矿井的救灾、抗灾能力；选煤厂对浮选系统和快速装车系统进行改造，保证了浮选系统生产能力与主洗系统相匹配。
（责任编辑：胡建平）
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第一作者简介：高贵林，男，１９６６年９月生，１９８８年毕业于山西省大同煤校，助理工程师，西山焦煤集团屯兰矿三采区，山西省古交市

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