第11章 采煤工作面机械配套性能

第十一章 采煤工作面机械配套性能

采煤工作面中，采煤机、刮板输送机和支护设备（液压支架或单体柱与顶梁）等组成一个称为采煤机组的有机整体来实现采煤工艺的各个工序，它们在工作能力和结构尺寸上的配套关系，直接影响到采煤工艺的顺利实施和设备能力的充分发挥。因此，为了正确地选择采煤机组各种设备的形式，不仅要看它们各自能否满足采煤工艺的要求，同时要注意它们之间的配套性能。

第一节 滚筒采煤机的选型

一、滚筒采煤机的适用条件

(1)滚筒采煤机对煤层地质条件的适应性较强，可用来开采不同硬度的缓倾斜煤层；随着无链牵引采煤机的广泛应用，目前已可开采倾角达80º的急倾斜煤层。

(2)中等功率的采煤机最适于开采截割阻抗为180 N/mm—240

N/mm(截割阻抗是指切割单位厚度煤体所对应的截割阻力)的中硬煤层；大功率采煤机则可开采中硬以上的粘结性煤层（截割阻抗为240

N/mm—360 N/mm）。

(3)采高是滚筒采煤机选型的主要依据。对于采高0.55 m—0.9 m的煤层，一般宜选用爬底板采煤机；采高0.8 m—1.2m以上的煤层应使用骑溜子采煤机；对于采高1.1 m—1.9 m的普采工作面，一般选用单滚筒采煤机；对于采高1.2 m—2.5 m的普采工作面，可选用单滚筒或双滚筒采煤机。综采工作面必须选用双滚筒采煤机。

(4)采煤机的装机功率应根据采高确定。表11—1中的功率范围值，可根据煤质硬度确定，下限适用于软煤，上限适用于硬煤。 (5)电牵引采煤机由于具有液压牵引采煤机所不具备的许多优点以及功率大、牵引快等特点成为采煤机的换代产品，对于高产高效综采工作面，应成为首选机种。

国产主要类型采煤机的适用范围如图11一1所示。

一6 1.52?3}火二、滚筒采煤机的参数选择

（一）生产率

采煤机的生产率分为理论生产率、技术生产率和实际生产率。

1．理论生产率

理论生产率是指采煤机在给定条件下以最大可能的工作参数连续运行得到的生产率，也称为最大生产率。一般采煤机技术特征中给出的生产率（生产能力）就是理论生产率，它的计算公式如下：

qHBvQ601 （11—1）

式中1Q—理论生产率，t/h；

H—采高，m；

B—截深，m；

qv —给定条件下最大可能的牵引速度，m/min ；

—实体煤密度，＝1.3 3mt一1.4 3mt。

2．技术生产率 技术生产率是考虑了采煤机必须完成的辅助作业时间（检查机器、换截齿、开缺口空行程等）和消除故障时间后得到的生产率。

3．实际生产率

实际生产率是进一步考虑了采煤机以外的各种因素所造成的停机时间后得到的生产率。

这些因素是由于工作面组织工作和其他配套设备所存在的问题引起的，如输送机和液压支架工作能力不适应或故障、工作面事故、供电系统故障等。

显然，由于采煤机自身以及外界各种因素造成的停机时间使采煤机的实际生产率低于理论生产率较多。为了提高实际生产率，从采煤机自身方面看，就是要合理地提高牵引速度，减少辅助作业时间，加强机器的检查保养，不出或少出故障，提高采煤机的开机率；从工作面组织和技术管理方面看，就是要使配套设备的工作能力满足采煤机的要求，采煤工艺的各工序间要协调好，杜绝工作面事故，尽量减少设备故障等。

采煤机的实际生产率必须满足工作面产量计划的要求。

（二）截深

目前我国多数采煤机的截深在0.6 m左右。在薄煤层中，由于牵引速度不能太快，，为了提高生产率，采煤机截深可加大到0.75 m—1.0 m；现代的电牵引采煤机，为了使其生产率满足高产高效的要求，截深普遍达到了0.8 m—1.0 m，少数甚至可达1.2 m，当然这需要大的装机功率配合。

（三）滚筒直径

滚简直径是指滚筒截齿齿尖处的直径。单滚筒采煤机一次采全高或薄煤层双滚筒采煤机的滚筒直径mHD)3.0~1.0(min。(minH为最小采高)；中厚煤层使用的单滚筒采煤机的滚筒直径max)6.0~55.0(HD

(maxH为最大采高）；双滚筒采煤机的滚筒直径应略大于最大采高之半。

（四）机面高度与底托架高度

机面高度是指从工作面底板表面至采煤机上表面的高度。一种采煤机型往往有几种不同的机面高度（靠使用不同高度的底托架及输送机槽获得），以适应在采高范围内不同高度工作时的要求，因此选型时要特别注意，并向厂家说明。

如图11—2所示，已知最大采高时，可用下面的公式计算出相应的机面高度和底托架高度。

)2sin(2maxmaxDLhHA （11-2）

式中A—机面高度，m；

maxH—最大采高，m； h—电动机高度，m；

L—摇臂长度，m；

maxa—摇臂向上最大摆角；

D—滚筒直径，m。

)2sin2(maxmaxSDLhHhSAU (11—3)

式中U—低托架高度，m；

S—输送机槽槽帮高度，m。

采煤机的机面高度应保证在最小采高时的过机高度（采煤机机面到支架顶梁的间距）不小于100 mm—250 mm。

确定底托架高度后，应核算是否能保证必要的过煤高度C。一般，在中厚煤层中应达到mmmmC300~250；在薄煤层中应达到mmmmC300~200。用于高产高效工作面的采煤机由于其生产能力很大，顺利过煤成为突出的问题，过煤空间断面成为反映采煤机能力的重要参数，一般可达226.0~5.0mm。

（五）牵引速度

牵引速度是决定采煤机生产率和装机功率的重要参数。目前，一般采煤机的最大牵引速度在10 m/min以下。实际工作中，如使用采煤机的自动调速系统，则可以预先给定较高的牵引速度，运行中由自动调速系统调节牵引速度，但应注意输送机的运煤能力和移架速度是否跟得上。如不使用自动调速系统，司机则根据工作面条件（煤质硬度、是否含夹石及所含的程度、倾斜工作面的运行方向等）以及工序间的配合情况选择合适的牵引速度，这在很大程度上决定于司机的责任心和技术熟练程度。

用于高产高效工作面的采煤机，为了满足高生产率的要求，其牵引速度已有大幅度的提高。

（六）截割速度（或滚筒转速）

有的采煤机可以变换2—3种滚筒转速，应根据不同煤质时使用的牵引速度选用。使用大直径滚筒时，为了减小截割速度，应采用较低的滚筒速度。 （七）装机功率

采煤机的装机功率是所有电动机功率的总和，它是反映采煤机综合能力的重要参数。液压牵引采煤机一般有单电动机和双电动机的组合，在采煤机适用范围内，可根据工作面条件选用。例如，采高较小、煤质较软、含研较少以及倾角不大时使用单电动机，反之使用双电动机。电牵引采煤机除牵引电动机外，还有截割部电动机，其装机功率多在500 kW以上，最大可达1500 kW，以适应高产高效工作面的要求。

第二节 支护设备的选型

一、液压支架的架型选择

由于直接顶和老顶的级、类不同，对液压支架的架型和支护强度提出了不同要求，表11—2列出了各种顶板适用的架型以及不同采高时要求的支护强度，可供选择时参考。

选型应考虑的其他因素有：

(1)采高：中厚或中厚以上的煤层，不宜使用稳定性差的支撑式支架，应选用带护帮装置的掩护式或支撑掩护式支架，特别是大吨位掩护式支架有较强的适应性，发展前景看好。工作面采高变化大时，最好选用双伸缩立柱液压支架。

(2)煤层倾角：倾角大于15º时，液压支架必须采取防倒防滑措施。

(3)底板强度：支架对底板的接触比压应小于底板的抗压强度，底板软时，应考虑使用提腿移步支架。

(4)瓦斯含量：瓦斯涌出量大的工作面应考虑支架的通风断面能否满足要求。

(5)地质构造：断层发育、煤层厚度变化过大、顶板允许暴露面积和时间分别为225~3mm和20 min以下时，目前暂不宜使用液压支架。

(6)对于特殊开采要求，应选用特殊支架，如厚煤层分层开采时需选用铺网支架，冒落法开采时需选用放顶煤支架，工作面端头需选用端头支架等。

二、液压支架和单体液压支柱参数的确定

（一）支护强度和工作阻力

支护强度是反映液压支架支撑能力的参数，可根据工作面条件和所选架型由表11一2查出，也可按下面的公式估算：

gkHq （11—4）

式中q—支护强度，2mKN； k—顶板岩石厚度因数，对于中厚煤层一般取k =6-8；

H—采高，m；

—顶板岩石密度，一般33.2mt；

g—重力加速度，28.9smg

确定支护强度后，按下面的公式计算支架工作阻力：

qAFZ （11—5）

式中ZF—支架的工作阻力，kN；

q—支护强度，2mKN；

A— 支架的支护面积，2m。

有一种观点认为，支架制造费用主要决定于支撑高度，而与工作阻力关系不大，因此使用高工作阻力的支架是有利的，如在美国的长壁采煤工作面中，工作阻力6000 kN以下的支架很少使用，支架的最大工作阻力已达近10000 kN 。

使用单体支柱时，可根据确定的支护强度（表11一2)和单体支柱的工作阻力求出支护密度作为工作面支护布置的依据。即

dFqm （11-16）

式中m—支护密度，根／2m；

q—支护强度，kN/2m；

dF—单体支柱的工作阻力，kN。

（二）初撑力

由液压支架的工作特性曲线可知，较大的初撑力能使支架较快进入恒阻阶段，从而有利于防止直接顶过早离层破碎，因此，提高初撑力有利于控制顶板。我国近年来设计制造的支架，初撑力普遍达到工作阻力的80％以上。使用单体液压支柱时，煤矿安全规程规定，初撑力不得小于50 kN。

（三）支架高度

支架结构高度由适用的最大采高和最小采高决定，可参阅公式（9—6）和公式（9—7）。

（四）支架中心距与宽度

支架中心距应与输送机一节溜槽的长度札适应，一般为1.2 m—1.5 m。为了降低对工作面的投入，国外有加大支架宽度的趋势，如1.75 m和2m宽度的支架已投入使用。

（五）顶梁长度

顶梁长度与支架的结构形式、支护方式、输送机宽度和采煤机的结构尺寸有关，选支架时，应校核这些关系间的尺寸是否合适。

1．直接撑顶掩护式支架的顶梁长度

如图11一3所示，直接撑顶掩护式支架的顶梁长度应满足下面的公式：

221bcGdybbl (11—7)

式中l—顶梁长度，mm；

1b—顶梁柱窝至梁前端长度，mm；

2b—顶梁柱窝至梁后端长度，mm；

—输送机铲煤板至煤壁的距离，一般为50 mm—100 mm；

y—包括铲煤板在内的输送机宽度，mm；

G—顶梁柱窝投影至底座前端距离，mm；

d—输送机至底座前端距离，mm；

c—梁端距，一般取250 mm—350 mm，最大不超过400 mm。

2．支撑掩护式支架的顶梁长度

支撑掩护式支架在工作面的尺寸关系如图11一4所示，其前排柱顶梁柱窝至梁前端的长度应满足下面的公式：

cHadybtan1 (11—8)

式中1b—前排柱顶梁柱窝至梁前端的长度，mm；

H—支架高度，mm；

—支架前排柱倾角；其他符号意义同前。

当预先选定支架型号和输送机型号并确定支护方式后，可根据上面两个公式来验算梁端距是否满足要求。