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1、综采工作面设备配套选型专家系统高产高效矿井建设已成为煤炭行业的发展趋势，工作面高产高效是矿井高产高效的核心， 工作面高产高效的先决条件是综采设备的正确选择和使用。综采工作面设备主要由采煤机、 刮板输送机和液压支架组成，通常称为工作面“三机”，只有通过正确的“三机”配套选型， 才能充分发挥设备的生产效能，搞好工作面设备选型和配套是用好工作面设备的前提。本文结合综采技术，针对设备选型的特点，运用专家系统的理论和方法，以 Visual FoxPro 为工具，设计完成一个能直接应用于煤矿生产实际的综采工作面设备配套选型专家 系统(DHFES)，从而实现工作面设备“单机”和配套选型的科学化、智能化。 1
2、 综采设备配套选型 1.1 液压支架选型 1.1.1 液压支架选型原则支护强度与工作面矿压相适应；支架结构与煤层赋存条件相适应；支护断面与 通风要求相适应。 1.1.2 影响液压支架选型的主要因素顶板(直接顶、老顶)和底板岩性，煤层可采厚度，煤层倾角，煤层瓦斯含量等。 1.1.3 支架性能参数的确定(1)架型根据顶、底板岩性级别来确定。(2)支架最大高度 Hmax 和最小高度 Hmin HmaxMmax0.2 HminMmin(0.250.35) 式中 Mmax、Mmin煤层最大、最小采高,m。(3)支架工作阻力。本文采用折算法来计算顶板载荷，即按老顶岩性和支架最大高度确 定的支架载荷 Q。
3、Qq F103 式中 Q支架载荷，kN；F支架的支护面积，m2；q支架的支护强度，MPa。 1.2 采煤机选型 1.2.1 采煤机选型原则适合特定的煤层地质条件，并且采煤机采高、截深、牵引速度等参数选取合理，有 较大的实用范围；满足工作面开采生产能力要求，采煤机实际生产能力要大于工作面设 计生产能力 10%20%；与液压支架和刮板输送机相匹配。 1.2.2 影响采煤机选型的主要因素煤层的力学特性、厚度和倾角，工作面生产能力。 1.2.3 采煤机性能参数的确定(1)采高。采煤机的采高 Ht 应与煤层厚度 M 的变化范围相适应，由于浮煤和顶板下沉 的影响，工作面的实际高度会在开采过程中变小，为保证
4、采煤机能够正常工作，采高 Ht 与 煤层厚度 M 应保持下列关系 Mmin（1.11.2）Htmin Mmax(0.90.95)Htmax式中 Htmin、Htmax采煤机最小、最大采高，m。(2)截深。截深的选取与煤层厚度，煤层软硬，顶板岩性以及支架移架步距有关， DHFES 系统的截深由用户自己选择。(3)牵引速度。这主要根据工作面设计生产能力来选择式中 Qh工作面小时产量，t/h；Vg采煤机所需牵引速度，m/min；M采高，m；B截深，m；煤容重，t/m3。所选工作面采煤机牵引速度 VVg。(4)装机功率。采煤机需要配备的电动机功率，决定于煤质硬度 f 和煤层开采厚度 M， 装机功率的大
5、小决定采煤机在具体条件下可能达到的生产率。 N160BMVHw3.6 N23000.6F0.9V3 式中 N1、N2电动机功率，kW；Hw能耗系数，按 1.14.4 选取；F煤质硬度系数。 1.3 刮板输送机选型 1.3.1 刮板输送机选型原则刮板输送机的运输能力应大于采煤机最大生产能力，一般取 1.2 倍；要根据刮板 链的负荷确定链条数目，结合煤质硬度选择链子结构型式；应优先选用双电机双机头驱 动方式；应优先选用短机头和短机尾；应满足采煤机的配合要求。 1.3.2 刮板输送机参数的确定(1)工作面输送机运输能力的确定。工作面刮板工作面刮板输送机必备的运输能力 Qb1，Qb2，可 用如下计算式
6、分别计算 Qb160KcKyKsQh 式中 Kc采煤机与输送机的相对修正系数 KcVg（VgVn） ，Vg、Vn 分别为输送 机链速和割煤速度，它们方向相同时，式中取“-”号，相反取“+”号；Ky输送机的装载不均匀系数，取 1.51.6； Ks考虑煤层倾角及运输方向的系数，煤炭下运时，倾角10，Ks1.3，倾角10时， Ks1.5；上运时，倾角10，Ks0.9，倾角10时，Ks0.7。另外根据工作面生产能力确定的输送机能力：式中 Qa工作面年产量，t/a；d年工作日，一般为 300 d；f能力富裕系数；h日工作时间，h；K开机率。则刮板输送机必备的运输能力 QbmaxQb1，Qb2所选刮板输送
7、机额定运输能力 QQb，则符合要求。(2)工作面刮板工作面刮板输送机长度的确定。输送机的铺设长度铺设长度要能够达到工作面长度，即工作 面上只铺设 1 台输送机，所以所选输送机的出厂长度工作面长度的值时，符合要求。(3)工作面输送机功率的确定。工作面输送机的重段、空段阻力 W1 与 W2 为W1q0L（f1cossin）qL（f2cossin） W2qL(f2cos sin ) 式中 W1、W2重段、空段阻力，kN；q0刮板输送机每米刮板链的重量，kg/m；q每米刮板输送机负荷，qQb3.6 V，V 为链速(m/s)；L刮板输送机的铺设长度铺设长度，m；f1煤与刮板之间的摩擦因数，取 0.7；f
8、2金属板之间的摩擦因数，取 0.4；输送机的倾斜坡度。刮板输送机运行所需的最大最小功率 N1 和 N2 为 N1KaK0（W1W2）V102Kd N2KbqLVcos 102Kd 式中 Ka、Kb功率备用系数，分别取 1.15、1.20；Kd传动效率，取 0.83；K0刮板弯曲段阻力因数，可取 1.12。刮板输送机所需的电机功率 Ns 为(1) 式中 Np刮板输送机电机必备功率，kW；Kp电机容量备用因数，可取 0.72。 1.4 “三机”配套选型 1.4.1 “三机”几何关系配套从安全的角度出发，支架前柱到煤壁的无立柱空间愈小愈好。 1.4.2 “三机”性能配套主要解决各设备性能间互相制约的
9、问题，从而充分发挥设备性能，以满足生产的需要。1.4.3 “三机”生产能力配套工作面生产能力取决于采煤机落煤能力，而工作面输送机、液压支架和其它设备的生 产能力都要大于采煤机的生产能力。综采工作面的生产能力，可按下列程序计算：(1)确定综采工作面所需的生产能力。工作面所需的小时生产能力可按下式计算式中 k生产不均衡因数，可取 1.11.25；Qd工作面日产量，t/d；s时间利用系数，目前一般为 0.30.5。(2)采煤机可实现的生产能力。可按下式计算： Qs60V1HB 式中 Qs采煤机可实现的生产能力，t/h；V1采煤机牵引速度，m/min；H平均采高，m。(3)刮板输送机可实现的生产能力。
10、可按下式计算： Qc3600FV2 式中 Qc刮板输送机可实现的生产能力，t/h；F溜槽货载截面积，m2；装满因数，一般为 0.650.90；装载的松散容重，t/m3；V2刮板机链速，m/s。各单机可实现的生产能力与工作面生产能力的关系应满足： QcQsQh 1.5 DHFES 的设计和使用本文采用 Visual FoxPro 为开发工具，设计完成了双高工作面专家系统(Doubles High Face Expert System)，简称 DHFES。系统的工作过程是：系统以静态数据库的形式将工作面的自然条件特征如煤层厚度、 倾角等，工作面参数如设计生产能力，工作面长度，以及“三机”的具体型号
11、、技术特征等 贮存起来；系统从静态数据库中取出工作面的相应数据，运用知识库中的规则，按一定 的推理方式进行“三机”选型推理，其中间结果以动态数据库形式贮存起来，根据需要可随 时取出；系统经过推理搜索得到若干种适合工作面条件的“三机”设备，最后系统将进行 “三机”配套方案的确定；按一定顺序和形式输出 DHFES 确定的“三机”配套方案，提供给 用户。DHFES 系统应用“事实结论”的正向推理方法，运用深度优先的控制策略，其推理 过程如图 1 所示。图 1 DHFES 推理过程 DHFES 系统的功能结构可分为四大部分：系统管理；基础数据录入；设备选型推理； 帮助。 DHFES 系统设备选型和配套一体化，通过实例研究表明可以实现综采工作面设备配套选型 科学化、系统化、智能化，并为其他条件下综采设备的选型和配套提供有益经验。DHFES 系统将数据库和专家系统有机地集成运用，扩展了各自的功能和应用范围，将 参数定量化，大大提高了系统的推理速度和效率，系统以工作面编号为中心线索，推进过 程始终围绕此线索进行。DHFES 系统将知识库和推理机分开，有利于推理机系统的相对稳定性和知识库的维护 与更新。系统具有实现工作面单机选型和设备配套选型的功能，是专家系统在综采工作面 设备选型方面应用的一种新的尝试。
