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采煤机选型


二、工作面采煤、装煤、运煤方式及设备选型 工作面采煤、装煤、 (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 =αHmax

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。 Hmax——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×Hmax。 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 V j =3~5m/s,最好在 4m/s 左右。 V j 过高将 使煤尘增多,大大降低截齿的寿命。
Vj =

π ?D?n
60000

式中: D——选定的滚筒直径,2000mm; n——选定的滚筒转速,30r/min。 则: V j =
3.14 × 2000 × 30 = 3.14(m / s ) 60000

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:
Q = 60 HBvq 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;

vq ——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:
Q t = Qk1

式中:
Q ——技术生产率, t / h ;
k1 ——采煤机技术上可能达到的连续工作系数, 一般 k1 = 0.5 ~ 0.7 。

则:Qt=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:
Qm = Qk2

式中:
Qm ——实际生产率, t / h ; k2 ——采煤机在实际工作中的连续工作系数,一般 k2 = 0.6 ~ 0.65 。

则:Qm=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:
Vq′max = (0.7 ? l ? n ? m) / 1000

式中:
Vq′max ——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: Vq′max = (0.7 × 60 × 30 × 3)1000 = 3.8m / min / (6)采煤机功率 1)预计装机功率 采煤机的装机功率:
N0 = 60BH max v qmax H w 3 .6

式中: Hw——采煤机截煤的单位能耗,MJ/m3;一般取Hw=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: N 0 =
60 × 0.8 × 3.4 × 3.8 × 2.3 = 396kW 3 .6

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: Nj=(0.8~0.85)N0=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: Nq=0.9×(0.15~0.2)N0=0.9×0.2×396=72kW 辅助装置功率: Nf=0.1×(0.15~0.2)N0=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= Nj+ Nq+ Nf=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。

表 5-1-1 采煤机技术参数表
项 目 单 位 技 术 参 数 备 注

采煤机型号 装机总功率 适应煤层倾角 采高范围 截 深 m m kW

MG-200/500AWD
487.5 ≤16° 2.0~3.3 0.8 销排式无链电牵引 m/min kN r/min Hz 0~7.7~12.8 580~350 32.7 1.5~84 200×2+40×2+7.5

牵引形式 牵引速度 牵引力 滚筒转速 频率范围

喷雾灭尘方式 滚筒直径 最大卧底量 供电电压 整机质量 m mm V t

内外喷雾 1.8/2.0 300 1140 47


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