浅析煤矿综采工作面设备选型配套.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 23 日 作者简介：陈海（1984），男，汉族，湖北武汉人，初级职称，研究方向为煤矿综采设备配套选型。-65-浅析煤矿综采工作面设备选型配套 陈 海 国能神东煤炭集团设备管理中心，陕西 榆林 719315 摘要：摘要：现代经济社会背景下，客观上促进了我国各个行业和各个领域的发展建设，并提出了更大的资源、能源需求量。在我国能源体系中，煤炭是十分重要的组成部分。但同时，煤炭资源的开发利用也存在较大的难度，伴随着风险与挑战。为保证煤炭资源的顺利开发，需要重点做好煤矿综采工作面设备的选型配套。实践中，针对各项关键性资料进行严格测量，保证煤矿综采工作面设备的良好稳定运行，实现我国煤炭行业的良性发展。关键词：关键词：煤矿；综采工作面；设备选型配套 中图分类号：中图分类号：TD163 0 引言 煤矿综采工作面设备是一项综合性设备，在煤矿综采工作面设备中同时涉及到多个方面，包括但不限于液压支架、采煤机、输送机等。同时，这些设备本身也并非孤立存在的，而是存在着彼此之间结构层面的配合与联系，以及功能层面的配合与联系。实践中，组成煤矿综采工作面设备的每一种具体设备，均需要把握好其适用条件。例如，在对液压支架、输送机、采煤机等进行选型时，便会受到煤层各项参数的影响，如倾角参数、厚度参数、局部构造参数等，也会受到底板岩性和顶板岩性的影响，因此我们在确定设备选型配套方案时必须遵循一定的原则，作为设计和决策的准绳，以保证获得比较科学、合理的结果，确保工作面综采设备性能的有效发挥和可靠性。1 我国煤矿综采工作面发展基本现状 建设高产高效矿井是煤炭工业的发展方向，提高矿井机械化水平是发展高产高效的有效途径，设备选型正确先进、配套关系合理是高产高效的必要条件。我国经过近 50 年对煤矿机械化采煤技术的不断探索、引进和高端开发，目前综采工作面主要设备已实现简单高效、安全可靠的设备布局，设备的结构简单化、大功率化、智能化和设备主要部件的免维护化将成为下一步煤矿设备的主要研究方向。2 综采主要设备的选型原则 2.1 效能评价原则 效能评价原则是通过对矿井综采工作面进行综合分析，确定最合理的开采方案并核定工作面的生产能力。由于矿井煤层赋存条件、生产条件、生产工艺的不同，生产效率会存在较大差异。效能评价就是通过对生产工艺的严格分析研究，对工作面生产能力进行综合评价，为设备选型方案形成初步定位，为选型配套工作提供指导性原则。（1）采煤工艺确定；（2）端头支护及超前维护工艺确定；端头支护是工作面管理的重点，端头管理直接影响到工作面生产效率，大部分矿井因端头维护困难、工作量大而严重制约了工作面设备效能的发挥，因此，端头支护方案及超前支护方案的确定是综采设备选型配套的重要因素和重点研究内容。（3）瓦斯涌出量及通风能力的确定；（4）顺槽断面的确定；1）工作面通风能力；2）设备运输尺寸；3）工作面设备选型配套尺寸；4）工作面生产能力；2.2 理论分析计算原则 综采设备选型的第二阶段工作是对设备自身能力和适应性分析计算，以确定设备的主要技术参数及关联尺寸。（1）分析研究开采煤层上覆岩层的岩性结构，各岩层的物理性质，相互之间的作用关系，通过理论计算和数值模拟等手段，确定矿压来压强度，初次来压、周期来压步距；（2）研究开采煤层的生成结构、构造类型、力学中国科技期刊数据库 工业 A-66-性质、层理节理发育程度，计算出截割能耗指数；（3）分析研究煤层底板岩性结构，分析计算直接底的抗压强度，确定底板可承受最大比压；（4）分析开采工艺对围岩的影响，研究计算动压强度，影响范围，预测片帮深度，为支架结构设计提供依据；（5）分析伪顶、直接顶的岩性结构特征，提出顶板管理的基本要求；（6）分析地质构造的特征及特点，研究地质构造对开采所造成的危害程度，并对设备的结构强度提出基本要求。通过以上分析计算确定设备选型配套的定量技术指标。2.3 经验对比原则 经验对比原则是设备选型配套的主要手段，是一种常用的实用性类比方法。它是通过对周边相似条件矿井的综采设备应用效果进行调研，总结分析使用效果、存在的问题、与理论分析计算所选的设备进行对比，是一种很好的设备选型校核方法。能进行相似条件设备选型配套对比的，一次校核后可同时多套订购，但对于新矿区的首套设备选型配套，则应以单套应用并对问题跟踪落实为原则，从而逐步改进和推广。2.4 设备尺寸模拟配套原则 设备尺寸模拟配套是在设备生产能力评估、技术参数确定之后进行设备订购中的重要技术工作步骤。一般是通过电脑及专业软件对预选定设备进行集中尺寸校核，这一过程也称作设备间尺寸配套。设备尺寸模拟配套直接关系到各设备本身的关键尺寸；关系到工作面设备的协作配合；关系到工作面及顺槽的设计与布置；关系到工作面的管路、电缆、照明、人行通道、端头与中部过渡布置；关系到采煤机在完成各个工艺过程中能否有效实现安全、可靠完成采煤工艺质量目标。如果说综采设备方案选择技术参数确定是关键环节，那么设备尺寸模拟配套将是重要环节，设备尺寸模拟配套的成功与否，直接影响到设备服务周期的应用效果；是保证生产安全、提高生产效能、降低劳动强度、节能降耗的重要环节，是技术管理中不可忽视的重要一环。（1）确定采煤机与刮板机之间的配合尺寸，（2）确定采煤机与液压支架的配合尺寸（3）确定刮板机与液压支架的配合尺寸（4）确定液压支架相互配合尺寸 2.5 样架优化设计布置原则 液压支架样架优化设计，是设备配套的最后一道关口，是对模拟配套之后的一次实物校核。通过有经验的管理人员与设计人员共同配合完成，详细确定设备细节结构、附件位置布置、方向、管线走向与长度。设备起吊、搬运、工作面回撤对结构的要求。为全套设备的大规模制造作最后的校核与优化。2.6 坚持互换性原则 设备选型配套，应广义地对待和分析。不论是一个矿井还是一个矿区，都应该统筹考虑中长期企业规划和矿井接续安排，都应坚持设备选型配套的互换性原则。互换的意义在于能减少设备配件的储备数量、降低资金投入、方便配件管理、减化维修流程、提高设备利用率，也是优化设备管理的重要途径。在设备不能完全进行互换的条件下，也应坚持尽可能部件互换，努力提高部件的互换率。3 综采主要设备选型的配套设计流程 综采工作面是煤矿的生产核心，制定科学合理、高产高效、经济环保的采掘规划和设备选型方案是衡量现代化矿井的重要指标。工作面参数设计：（1）工作面长度确定 制约工作面布置长度的因素主要有：地质因素：工作面断层或褶曲过多，不宜布置较长的工作面；生产能力因素：综合核定井下排水系统、供电系统、井下运输系统、采掘工作面、通风系统、瓦斯抽采系统和地面生产系统的能力，确定工作面布置长度；装备因素：装备的技术更新也是制约工作面长度的主要因素，主要是三机的运输距离，目前普遍维持在 240-300m,薄煤层最长可铺设 400-430m。适当增加工作面长度，虽然在一定程度上可减少矿务工程量，提高工作面产量和效率，但对应的也提高了采掘面的装备投入，矿压显现明显，增加了设备可靠性和安全性的不稳定因素，因此必须综合考虑，合理选择。中国科技期刊数据库 工业 A-67-（2）推进长度确定 合理确定采煤工作面推进长度，要充分考虑工作面的煤层地质条件及技术上的先进性、合理性，因地制宜地进行优化。增大工作面推进长度可以减少工作面搬家次数和时间，提高煤炭回收率，但同时需考虑到设备的大修周期及巷道维护和运输成本增加。（3）巷道布置及断面尺寸确定 工作面巷道断面尺寸的增加将大幅度提高巷道掘进成本，因此，在满足要求的前提下，尽可能减小巷道断面尺寸。通风要求：巷道断面必需满足工作面通风排瓦斯的要求，根据煤层瓦斯相对及绝对涌出量，可以计算出单位时间通风需求。按照 煤矿安全规程 要求，采煤工作面风速不应超过 4m/s，从而可以计算出巷道断面尺寸。采煤要求：采煤机到达机头机尾时，采煤机滚筒必需将煤墙割透，并在底板留不小于50mm的卧底量。设备布置要求：根据运输设备外形尺寸及采煤机卧底量要求确定运输设备的安装位置，设备最宽点距煤壁正帮的安全距离不小于 300mm，设备最高点距离巷道顶板的最小安全距离不小于 400mm。行人要求：设备与巷道副帮之间行人空间不小于 700mm。（4）工艺参数确定 采高确定 1）一次采全高工作面的采高一般应与煤层厚度一致，以最大限度地提高回采率和煤质为原则。2）放顶煤工作面机采高度的确定应根据具体条件，考虑合理采放比和设备投入等因素。循环进度的确定 一次采全高工作面的循环进度主要考虑采煤机的截深，放顶煤开采工作面的循环进度考虑采煤机截深和放煤步距。（5）生产能力计算 工作面的生产能力与采煤机截深、牵引速度及设备开机率有关。国产综采工作面装备经过近十几年的发展，技术水平及可靠性都得到了很大的提高，采煤机的牵引速度可以达到 68m/min，综采工作面的开机率基本已达到 70%以上。4 综采主要设备的选型标准 4.1 液压支架 第一，在对液压支架进行选型配套时，需要重点关注其支护的强度，并保证液压支架的支护强度能够契合采场的压力。同时，一并关注工作阻力与初撑力，确保其能够有效适应顶板动压，然后在对顶底板的移近量进行控制。最后，则是需要关注支架的具体支护方式，确保支架的支护方式能够同煤层直接顶的破碎程度相互契合。第二，对支架的底座进行分析考量，在支架底座分析考量中，将其与底板抗比压的强度进行分析，保证二者适应性。具体来看，便需要确定底板的允许比压强度，然后使支架对底板的比压强度能够小于这一数值。（1）适应工作面地质条件；（2）能满足工作面生产能力的需要；（3）设备的主要技术参数相匹配；（4）设备结构性能相适应；（5）设备配套能力与矿井运输、通风系统相适应；（6）优先选用高强度、高可靠性设备，提高整个工作面的可靠性。4.2 采煤机 采煤机选型应依据煤层赋存条件和工作面参数，生产能力能够达到工作面设计能力的要求，并满足与刮板运输机、液压支架相配套。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。（1）采煤机滚筒直径确定 要求采煤机选择双滚筒，可以双向采煤，也可以自开缺口。滚筒直径一般为最大采高的0.550.6倍。（2）采煤机牵引速度确定 工作面进刀方式一般采取端部斜切进刀双向割煤方式。采煤机的牵引速度必需满足工作面产量的要求，并与液压支架循环动作相协调。（3）采煤机功率确定 采煤机的截割功率与工作面采高、煤层结构、煤质硬度等因素有关，一般采用理论计算与经验对比相结合的方式确定。采煤机实际装机功率的确定方法是在截割功率的基础上增加 3050%，以增强采煤机过地质构造时的破岩能力，既实际功率=（1.31.5）截中国科技期刊数据库 工业 A-68-割功率。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，即提高了截割牵引速度和截深，大幅度提高单产，又增强了运行可靠行，且操作简易、安全、维修方便。4.3 刮板运输机（转载输送机）输送机的选型原则主要为适配采煤机最大生产能力和满足工作面铺设长度要求，兼顾可靠性、经济性、通用性。分别有以下几点：（1）输送能力在满足采煤机最大生产能力的前提下还需留有一定备用能力，以应对大面积片帮、冒顶等特殊工况条件下的运输要求；（2）结合矿井盘区的设计、煤质的硬度、夹矸、运量等情况，合理选择运输机的结构型式和链条形式，（如：端卸式、交叉侧卸式、单链、双边链、双中链等）。（3）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。（4）转载机运输能力应大于工作面输送机的运输能力，它的溜槽宽度和链速一般应大于工作面输送机宽度和链速。（5）转载机的机型即机头传动装置及电动机和溜槽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。（6）破碎机与转载机的能力协调适应。（7）转载机机头搭接处的最大高度必须满足顺槽动压后的支护高度，同时自移机尾的推移长度需满足 3个正常推移步距的要求。5 结束语 综上所述，综采工作面设备选型配套是矿井设计与技术管理的主要内容，是技术工作的核心所在，因此，矿井综采设备能否科学合理选型配套，会直接影响到矿井的安全生产和经济效益；综采工作面设备选型配套也是一项复杂的系统工程，在一定的生产条件下每种设备都必须正常、合理协调运转，才能充分有效发挥各种设备的有效性能，才能满足工作面生产条件，才能实现工作面生产目标，才能高效安全生产，促进我国煤炭行业的持续稳定发展。参考文献 1韩正民,孙健.沙坪煤矿近距离多煤层综采工作面设备选型配套研究J.煤炭与化工,2021,44(S1):7-11+14.2裴志毅,卫容芳,崔卫锋.梁北煤矿厚煤层综采工作面设备选型与配套研究J.煤矿机械,2012,33(08):47-49.3刘庆高.煤矿综采工作面“三机”设备配套选型与计算J.装备制造技术,2014(03):32-33+36.4辛亮.煤矿综采工作面设备配套选型系统的设计J.机械管理开发,2018,33(08):20-21+207.5邹传坤.煤矿综采工作面“三机”设备选型及配套探讨J.科技与创新,2017(14):124-125.6王达三.煤矿综采工作面设备配套选型系统的设计J.江西化工,2019(05):137-139.