陈培阳采煤机选型

1煤矿设计生产能力为60万吨/年。矿井设计服务年限30年。煤层情况：厚2.00~3.00m，平均2.6m，属不稳定局部可采煤层。其他煤层为不可采煤层，井田构造简单，总体为一向斜构造，5号煤层顶板位老顶III级，直接顶3类，局部为细砂岩，底板为泥岩、砂质泥岩。煤层层瓦斯含量低，为低瓦斯矿井，属易自燃煤层，煤尘具有爆炸危险。井田内水文地质条件简单，矿井正常涌水量QH=113m³/h；矿井最大涌水量Qm=208m³/h。提升方法为主斜井皮带提升运煤，副立井绞车提升罐笼，井口卸载点至井底煤仓斜长：L=140m，提升垂高253.7m。井筒倾角：δ=10°；回风立井，采用分区式通风煤矿设计产能为0.6Mt/a，设计服务年限为30年（矿井服务年限按式1.1计算）。该矿的工作制度为：年工作日为300d，采用“四六”工作制，每天三班生产，一班检修准备，日净提升时间18h。煤层绝对瓦斯涌出量为0.46m³/min，相对瓦斯涌出量为0.83m³/t；二氧化碳绝对涌出量为0.53m³/min，二氧化碳相对涌出量为0.95m³/t，为低瓦斯矿井。矿井正常涌水量2712m³/d，最大涌水量4992m³/d，持续时间70d，涌水为中性，水温为15℃，重度为10006N／m³。煤层自燃倾向性为自燃。矿井服务年限按下式计算:kZTAK=式中：T—矿井服务年限，a；zK—矿井设计可采储量，50.85MtA—矿井设计生产能力，0.6Mt/a；K—储量备用系数，取1.4。经计算,本矿井服务年限为30a。根据地质构造，煤层的稳定性及其开采条件，具体分析适用于各种采煤设备的块段及储量，2说明采煤方法的选择及其依据采区开采5号煤层，煤层赋存及开采技术条件如下：一、5号煤层厚2.00～3.00m，平均2.6m，含0-1层夹矸，结构简单，属不稳定局部可采煤层。二、煤层倾角一般为10°，属近水平煤层。三、顶板为泥岩、砂质泥岩，局部为细砂岩，底板为泥岩、砂质泥岩。井田内5号煤层中部不可采，可采区域大部为高灰煤。四、煤层瓦斯含量低，为低瓦斯矿井，属于易自燃煤层。五、井田内水文地质条件简单。2.1.2采煤方法的选择根据矿井开拓部署，分析地质钻孔资料，结合矿井采掘设备情况和生产管理水平，设计推荐5号煤采用走向（倾斜）长壁采煤法，综采一次采全高回采工艺，全部垮落法管理顶板。2.1.3工作面采煤、装煤、运煤方式及设备选型原则综采工作面的采、装、运、支工序全部采用机械化。从目前综采的发展趋势，设计安全高效的综采面要求加大工作面的长度，加大截深，选用能切割硬煤的采煤机，提高采煤的截割速度，相应要求提高移架速度，与大运量的重型可弯曲刮板输送机相匹配，加强端头支护，采用长距离顺槽胶带输送机。针对上述要求，对于综采系统设计考虑了以下原则：①机械设备的选择首先满足技术先进，生产可靠，提高综采设备的开机率，达到安全高效。同时各设备间要相互配套，保证运输畅通，并增加运输环节的缓冲能力，以期达到采运平衡，最大限度地发挥综采优势。②为综采工作面创造快速连续开采的条件，加大工作面推进长度，减少搬家次数，并保证快速搬家。同时做到采准工作快，增大巷道断面特别是顺槽断面，采用掘进机掘进，利用顶板完整，煤层比较坚硬的条件，采用树脂锚杆支护，以提高掘进速度，保证工作面的接替要求。③对辅助运输系统，要求系统简单、环节少，把工作人员及材料快速方便地运送至工3作地点，作为提高工作面生产能力的一个重要因素考虑，并在巷道布置上加以保证。综采工作面总体配套设计包含以下内容：①成套设备生产能力、技术参数的配套计算和校核；②根据设备特点对工作面长度和巷道断面进行参数优化；③工作面成套设备的合理布置。由于进口设备价格昂贵，后期维护成本高，而国产设备目前已能够满足厚煤层综采工作面的要求，并且在国内很多矿井得到应用，因此本次设计工作面设备中液压支架(电液控制系统进口)、刮板输送机立足国产，为了满足进度的要求，采煤机也选用国产设备。2.2采煤机选型2.2.1采煤机选型原则：1.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，有较大的适用范围。2.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%。3.与液压支架和刮板输送机相匹配。影响采煤机选型的主要因素是煤层的力学特性，厚度和倾角，工作面生产能力。采煤机选型一、采煤机选型1、滚筒直径的选择根据目前我国采煤机生产现状及使用情况，设计选用双滚筒采煤机。双滚筒采煤机滚筒直径应大于最大采高hmax的一半，一般可按D=（0.52～0.6）hmax选取，采高大时取小值，采高小时取大值。目前双滚筒采煤机的滚筒直径也已经系列化，所以滚筒直径的选取选取和标准直径相近的数值。D=0.52×2.9=1.508(m)根据计算，设计取1.6m。42、截深的选择截深的选择，受煤层厚度、倾角、顶板稳定性、截割阻抗、及液压支架的推移步距影响。中厚煤层一般选取0.6m～0.8m，同时考虑到我国生产的采煤机大部分截深在0.6m左右，设计选取截深为0.6m。3、滚筒转速及截割速度滚筒转速的选择，直接影响截煤比能耗、装载效果、粉尘大小等。转速过高，不仅煤尘产生量大，且循环煤增多，转载效率降低，截煤比能耗降低。根据实践经验，一般认为采煤机滚筒的转速应控制在30～50转/分较为适宜。设计取45转/分。滚筒直径为1.6m，转速为45转/分，则可计算出截割速度为3.768米/秒。4、采煤机在截割时的牵引速度及生产率采煤机截割时牵引速度的高低，直接决定采煤机的生产效率及所需电机功率，由于滚筒装煤能力，运输机生产效率，支护设备推移速度等因素的影响，采煤机在截割时的牵引速度比空调时低得多，采煤机牵引速度在零到某个值范围内变化，选择截煤机时的牵引速度，要根据下述几个方面因素，综合考虑。1）根据采煤机最小设计生产率Qmin决定的牵引速度V1,···60min1BHQVm/min式中：Qmin——采煤机最小设计生产率，260.4t/h，H——采煤机平均采高，2.65m，B——采煤机截深，0.6mγ——煤的容重，1.35t/m3min)/(02.235.16.065.2604.260···60min1mBHQV2）根据截齿最大切削厚度决定的牵引速度V2，采煤机截割过程中，是滚筒以一定的转速n，同时又以一定的牵引速度V2沿工作面移动，切削厚度呈月牙规律变化，如果滚筒一条截线上安装的5截齿数为m，则截齿最大的切削厚度hmax在月牙中部，可用下式求出。n10002maxmVhmm上式中，m一般取3，n根据上面的计算取45转/分。一般来说，hmax应小于截齿伸出齿座长度的70％，根据国产采煤机的实际情况，取45mm。则：1000nmax2hmVm/min式中：h’max——截齿在齿座上伸出长度的70％，取45mm。则：min)/(075.61000454531000nmax2mhmV3）按液压支架的推移速度决定牵引速度V3一般讲支架的推移速度应大于采煤机的牵引速度较好，这样可保证采煤机安全生产。截割时牵引速度V应根据上述三方面情况综合分析后确定，其最大值应等于或大于V1，但应小于V2，并与V3协调，使采煤机既能满足工作面生产能力的要求，又可避免齿座或叶片参与截割，并能保证采煤机安全生产。综上所述，采煤机的牵引速度取V＝4m/min采煤机的牵引速度确定后，则采煤机的生产率Q为Q＝60·H·B·V·γt/h将上述确定的直带入公式求得采煤机的生产率为Q＝60×2.65×0.6×4×1.35＝515.16（t/h）5、采煤机所需电机功率由于采煤机在截割和装载过程中，受到很多因素的影响，所需电机功率大小，很难用理论方法精确计算，常采用类比法或比能耗法来估算。采用比能耗法估算电机功率，是根据采煤机生产率和比能耗（截割单位体积煤所消耗电功率）试验资料来确定。如果比能耗确定适当，计算值就比较合理。本设计煤层截割阻抗为AX＝260N/mm，根据下述公式可求得采煤机截割时的比能耗HωX6BXXHAAH式中：HωX——煤层截割比能耗，kW·h/t，AX——煤层截割阻抗，260N/mm，A——基准煤截割阻抗，取190N/mm，HωB——基准煤比能耗，通过插入法计算知，当牵引速度为5.5m/min时，基准煤比能耗为0.39kW·h/t。则：)/(53.039.0190260thkWHAAHBXX由于本设计采煤机为双滚筒采煤机，所以后滚筒的截割比能耗XH可由下式求得。XXHKH3式中：K3——后滚筒工作条件系数，根据采煤机割煤方式，取0.8。则：)/hkW(427.053.08.03tHKHXX采煤机所需电机功率为：)4.06.0(21XXHHKKQN式中：K1——功率利用系数，采煤机用一台电机驱动，取1，K2——功率水平系数，查表取0.95(牵引速度调节方式为自动调节，电机最大转矩和额定转矩的比值取2.2～2.4)则：）kW(4.186)616.04.053.06.0(95.0195.643N由于国内采煤机的功率均以系列化，根据计算数值就近选取，设计选采煤机的功率为300kW。6、采煤机牵引力根据采煤机电动机的功率，可直接查表求得采煤机的牵引力。查表：采煤机牵引力250～300kN。二、初选采煤机及其配套设备根据采高，滚筒直径，截深，生产率，电机功率，牵引力及牵引速度，初步选择采煤机型号为MLS3H-340，查阅煤炭科学院等编制的采煤机械化7成套设备参考资料一览表，确定选用ZC5-ZY35成套设备。但其刮板机的运输能力偏小，设计选取电机功率为320kW。且其机电设备选型大部分为国家淘汰产品，本次设计根据实际进行了适当调整。设备选型配套情况见下表。表1ZC5－ZY35成套设备表型号规格单位数量工作面液压支架ZY-35架100采煤机MLS3H-340台1刮板输送机SGZ-764/320台1单体液压支柱DZ25根20顺槽转载机SZB730/110台1带式输送机DSP－1080/1000台1破碎机PCM－110台1乳化液泵XRB2B－80/200台2乳化液泵箱XRXTA台1喷雾泵站XPB－250/55台2液压安全绞车YAJ－13台1端头端头液压支架D1ZY－35组2单体液压支柱DZ25根40金属铰接顶梁HDJA根50电器设备移动变电站KSGZY－630/1.14台2KSGZY－315/0.69台1台1高压电缆连接器AGKB30－200/6000个8馈电开关BKD9-400/1140F台2BKD9-200/690F台2磁力启动器QJZ-2×120/1140型台1BQD10－80ZD／1140型台1BQD10－200ZND／1140型台1BQD10－200ZND／1140型台1QJZ-2×200/1140型台1QJZ-2×200/1140型台1BQD10－120ZD／1140型台1BQD10－120ZD／1140型台1BQD10－80ZND／660型台1BQD10－80ZND／660型台1BQD10－80ZND／660型台18BQD10－80ZD／660型台1煤电钻变压器综合装置BZ80－2.5台1KSGZ－4/0.66台1矿用照明灯具KBY－622×6W套50KBY－15W个50电缆UYPJ-3.6/6-3×25+3×16m2800UYP-0.38/0.66-3×35+1×10m150UYP-0.38/0.66-3×95+1×25m550UYP-0.38/0.66-3×25+1×10m300UYP-0.38/0.66-3×35+1×16m180UYP-0.66/1.14-3×70+1×16m420UCP-0.66/1.14-3×70+1×16+3×6m121YC－500/3×4＋1×4(mm2)m250YC－500/3×10＋1×6(mm2)m1000采煤机主要技术参数见表2。表-2采煤机主要技术参数表型号高度（m）质量（kg）电机高度（m）减速箱高度（m）摇臂长度（m）摆角范围（°）ML