薄煤层综采配套设备的研究与应用分析

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1、薄煤层综采配套设备的 研究与应用,枣庄矿业（集团）有限责任公司第一机械厂 二五年十月十九日,1 绪论 2 薄煤层综采配套设备的选型 3 薄煤层综采配套设备方案的确定 4 应用情况 5 工作面矿压观测情况 6 综采设备性能分析 7 经济效益分析 8 结语,1 绪论,我国薄煤层分布广泛，储量丰富。目前，已探明薄煤层可采储量约为61.5亿吨，约占全国煤炭储量的20%。全国国有重点煤矿薄煤层储量为25.29亿吨。其中，95个重点煤炭集团公司，有80个公司455处矿井都赋存有薄煤层，薄煤层储量占可采储量的17.67%。一些省区薄煤层储量比重也很大，如四川省占60%，山东省占54%，黑龙江省占51%，贵州

2、省占37%，其他产煤省份如山西、内蒙、河北、吉林等也有丰富的薄和较薄煤层资源分布，薄煤层可采储量分布广泛，可持续开采 周期长，将成为矿井主采煤层。 长期以来，由于薄煤层开采高度低，工作面作业空间狭窄，工人劳动强度大，特别是煤层埋藏深，地质条件复杂，断层多，矿压大，造成薄煤层开采经济效益低下。同时，我国薄煤层开采工艺和技术装备较为落后，致使大量薄煤层煤炭资源处于搁置状态，缩短了矿井服务期限。特别是各矿区在投产初期从提高经济效益出发，优先开采中厚煤层和厚煤层，造成生产接续和资源平衡开采之间的矛盾日益突出。 为实现薄煤层综合机械化开采，提高煤炭资源的利用率，我厂经过深入细致地调研和论证，决定进行薄煤

3、层综采配套设 备的研究与应用。,2 薄煤层综采配套设备的选型,2.1 采煤机的选型,综采工作面生产以采煤机割煤为中心，因此采煤机的选型是综采设备选型配套的首要问题。采煤机平均割煤速度是反映工作面生产状况的主要参数，所以可以将采煤机平均割煤速度作为工作面设备能力选型配套计算的基本参数。,（1）采煤机平均落煤能力和割煤速度,根据工作面生产能力要求，确定采煤机的平均落煤能力，当工作面采用端部斜切进刀双向割煤时，采煤机的平均落煤能力为： Qm 60Q（L+2Ls+Lm）/ 1440KCL3TdQr /BH Qm采煤机平均落煤能力，t/h Qr工作面平均日产量，Q=2000t/d B 采煤机截深，m H

4、 平均采高，m 煤体容重，=1.4t/m3 C 工作面采煤机割煤采出率，C=0.90 L 工作面长度，m Ls 刮板输送机弯曲段长度，m Lm采煤机两滚筒中心距，m Td采煤机返向时间，min K 采煤机平均日开机率，m,根据平均落煤能力要求计算采煤机平均割煤速度：,Vc= Qm /60BH 式中，Vc采煤机平均割煤速度，m/min,（2）采煤机最大割煤速度和 装机功率,在工作面采煤过程中，采煤机的实际落煤量和割煤速度是一个随机值，并服从正态分布规律，用概率统计理论确定达到平均落煤能力要求的采煤机最大落煤量Qmax和最大割煤速度Vcmax为： QmaxKcQm （2-6） VcmaxKcVc

5、式中： Kc采煤机割煤速度不均匀系数，其值为 Kc=1+ Uac /Vc Ua标准正态分布关于的上侧分位数 c割煤速度标准差，m/min,在选择采煤机时，除满足式（2-4）外，采煤机牵引速度还应满足： VkVcmax (2-7) 式中，Vk采煤机牵引速度，m/min。 装机功率是衡量采煤机生产能力及破煤能力的综合性参数，选择采煤机的装机功率取决于煤层硬度、采高、割煤速度及工作机构，常用比能法进行计算，即： Nmax=60BHVcmaxHwKn (2-8) 式中： Nmax采煤机最大装机功率，kW Kn 富裕系数 Hw 采煤机单位能耗，kW.h/t。 其他符号同前。,经多方分析对比，本着创新、发

6、展、有所提高的原则，在选用薄煤层液压牵引采煤机的基础上，我厂与辽源煤矿机械厂联合生产了MG270/330-BWD1型薄煤层电牵引采煤机。 2.1.1 MG270/330-BWD1型薄煤层电牵引采煤机主要性能指标见表1、表2,附图2-1。,MG270/330-BWD1型采煤机主要性能指标 表1,2.1.2 MG270/330-B,MG270/330-BWD1型采煤机主要性能指标 表2,附图2-1,2.1.2 MG270/330-BWD1型薄煤层电牵引采煤机技术特征,（1）采用多电机驱动，截割电机横向布置在摇臂上，摇臂与机身通过销轴铰接，无动力传递，取消了螺旋伞齿轮等复杂结构。 （2）单摇臂双电机

7、驱动,截割功率大,解决了薄煤层采煤机功率小的缺点。 （3）切割反力，调高油缸支撑反力与牵引反力均由牵引减速箱体承受， 可靠性高。 （4）主机身分三段，取消底托架结构，采用高强螺柱与高强度螺母 接，简单可靠，拆装方便。 （5）采用交流变频调速技术,实现牵引速度无级调速,电牵引效率高, 牵引力大并有反逆转超速功能。 （6）变频部分放顺槽内，使机身电控箱简化，缩短了机身长度，便于维 护，提高了薄煤层采煤机的适应性。 （7）主电机、牵引电机均可横向抽出，维修方便。 （8）各种操纵开关，控制按钮，显示装置均设在老塘侧,操作安全方便。 （9）机器中间手把和按钮操纵，两端按钮控制和离机遥控多种控制，操 纵方

8、便。 （10）机器实际工况有屏幕显示，可充分发挥机器的效率。 （11）电气系统设有过热及过流保护装置,2.2 液压支架的选型,液压支架是综合机械化采煤工作面主要装备之一,它与采煤机、刮板输送机配套使用,起着管理顶板、隔离围岩，维护作业空间，与刮板输送机配套能自行前移，推进采煤工作面连续作业。结合工作面地质构造,选用合理的回采工艺，装备可靠、先进的液压支架，可有效地提高工效、增加产量、降低成本、减少损耗。在改善工作面劳动条件、有效地保护采煤工作面设备和人身安全的同时,可获得很高的经济效益 。,（1）支架选型应考虑：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

9、；推移连接装置与采煤机、刮 板输送机等设备相匹配。 支护强度 顶板所需的支护强度取决于顶板的等级和煤层厚度，可按经验公式确定，即： q=10-5K1H （2-9） 式中： q 支护强度，Mpa K1作用于支架上的顶板岩层厚度系数 岩石容量，t/m3 H 平均采高，m,支架工作阻力和初撑力,支架工作阻力实际上是反映支架在工作过程中所需承受的顶板载荷，计算公式为： PqF /=103q（b+c）（B+K）/ 式中： p支架工作阻力，KN b顶梁长度，m c梁端距，m B顶梁宽度，m K支架间距，m 支撑效率 其他符号同前。,初撑力大小对支架的支护性能和成本都有很大影响，较大的初撑力能使支架较快达到

10、工作阻力，减慢顶板的早期下沉速度，增加顶板的稳定性，但对乳化液泵站和液压元件的耐压要求也将提高。一般初撑力可按下式确定： p0=（0.60.8）p （2-11） 式中，p0支架初撑力，KN。,支架调高范围及伸缩比,支架最大结构高度和最小结构高度分别为 Hmax=Mmax+S1 （2-12） Hmin=Mmin-S2 （2-13） 式中： Hmax 、Hmin支架最大、最小结构高度，m Mmax 、Mmin煤层最大、最小采高，m S1伪顶冒落的最小厚度，m S2顶板周期来压时支架最大下沉量，移架高度等之和，m 支架伸缩比反映支架对煤层厚度变化的适应能力，其值为： Ks= Hmax/Hmin 式中

11、，Ks支架伸缩比,移架速度,支架移架速度Vz可按下式估算 Vz= QbA /KxQi 式中： Qb 泵站流量，l/min Qi一架支架全部立柱和千斤顶同时动作所需的液体容积，l A 支架中心距，m Kx泄露损失系数 为保证高产高效工作面采煤机连续割煤,整个工作面的移架速度不应小于采煤机连续割一刀平均割煤速度.即要求： VzKzcVc （2-16） 式中，Kzc采支速度比,考虑首采工作面地质、地压等方面的因素，结合枣庄矿业集团公司使用ZY2400/17/30二柱掩护式支架的成功经验，经计算分析，薄煤层综采工作面的支架强度应不低于0.4Mpa。结合设计支架、采煤机、输送机三机配套布置图，由支护强度

12、和支护面积，推算出支架工作阻力应为2400KN。采用掩护式、无前探梁、平衡千斤顶结构，其工作阻力2400KN，初撑力2185KN，支护强度0.410.46Mpa，对底板比压1.05Mpa，能够满足地质条件要求，支架宽度14301600mm，中心距1.5m，支架最低高度时长约4.2m，支架升降高度为0.92.0m，能满足工作面采高要求。因此，选用ZY2400/09/20型掩护式液压支架。,液压支架的技术参数 表2,附图2-2,2.2.2 ZY2400/09/20型掩护式液压 支架技术特征,ZY2400/09/20型掩护式液压支架是在支架与围岩的相互作用机理、支架在受载条件下的力学特征、冲击载荷对

13、支架的作用效应和内力计算方法的基础上，结合地质及矿压特点，采用现代设计理论和CAD技术成果，对支架四连杆机构进行运动分析寻优 和强度设计。,ZY2400/09/20型掩护式液压支架特点： （1）架型采用整体顶梁，二柱掩护式，满足了大伸缩的要求，适应采高1.11.8m薄煤层机械化开采。支架的整体构造采用了“人机工程学”的原理，结构紧凑，操作方便。 （2）支架总体结构参数优化，梁端距变化小，顶梁前部较薄，保证了配套设备和行人具有充裕的空间。 （3）对支架结构件材料进行了升级换代，采用了Q460、Q550高强度结构钢板取代16Mn，减轻了支架重量，减小了支架体积。满足了薄煤层综采工作面三机配套的要求

14、。 （4）采用封底底座，减小了底座比压，增大了底座刚 度、强度。 （5）推移机构设计为短推杆正装浮动活塞式千斤顶，保证了支架具有足够的刚度、强度和移架力。 （6）液压系统管路布置采用了悬挂软连接的方法，解决了薄煤层液压支架管路布置的难题。 （7）顶梁、掩护梁弹簧套筒改为导向杆装置，提高了顶梁侧护板、掩护梁侧护板导向装置的强度和可靠性。,2.3 刮板输送机的选型,（1）主要参数计算,输送能力计算 选择工作面刮板输送机的主要原则是保证采煤机的落煤能力，即大于满足工作面生产能力要求的采煤机中最大落煤能力。 选择工作面刮板输送机的输送能力应满足： QqKvKyKcQm （2-17） 式中： Qq刮板输

15、送机的输送能力，t/h Kv考虑采煤机与刮板输送机同向运行时的修正系数 Ky考虑运输方向及倾角的修正系数 Kc割煤速度的不均匀系数,运行阻力计算 重段和空段运行阻力可按下式计算： Wzk=（qw+q0w0）Lgcos（q0+q）Lgsin Wk=q0Lg（w0cos sin） （2-18） 式中： Wzk重段阻力 Wk 空段阻力 q 工作槽内单位长度上的货载质量，q= Qg/3.6V，kg/m Qg 输送能力，t/h q0 刮板链单位长度质量，kg/m 煤层倾角 w0 刮板链在溜槽中的运行阻力系数 v 链速，m/s w 货载在溜槽中的运行阻力系数 “、 ”向上运输用上面符号，向下运输用下面符号。,电动机的拖动力计算,F= P103Y/V （2-19） 式中： P功率2160KW Y传动效率 V传动速度1.1m/s 液力偶合器Y1=0.95 减 速 器Y2=0.90 齿轮联轴器Y3=0.99 链 轮 组件Y4=0.95 链 传 动Y5=0.96 Y=Y1Y2Y3Y4Y5=0.772 F=3200.771/1.1=265KW,链条的最大预张力计算,F=L/2（q