綜采工作面設(shè)備選型配套理論1

1、2 綜采工作面設(shè)備選型配套2.1 綜采工作面主要設(shè)備概述綜采設(shè)備是指綜合機械化采煤工作面機電設(shè)備的總稱。綜采工作面成套設(shè)備以采面所需設(shè)備為核心，一般情況下，其成套機械和電器設(shè)備布置分別如圖2-1所示。綜采設(shè)備將各種相對獨立的機械合理地組合在一起，在工藝過程中協(xié)調(diào)工作，使采煤工作面的破、裝、運、支全部工序?qū)崿F(xiàn)機械化。綜采設(shè)備包括滾筒采煤機或刨煤機、可彎曲刮板輸送機、液壓支架以及各種供電、供液設(shè)備和其他輔助設(shè)備。圖2-1 滾筒采煤機綜采工作面設(shè)備布置圖1-滾筒采煤機；2-刮板輸送機；3-液壓支架；4-下端頭支架；5-上端頭支架；6-轉(zhuǎn)載機；7-可伸縮膠帶輸送機；8- 配電箱；9-乳化液泵站；10-

2、設(shè)備列車；11-移動變電站；12-噴霧泵站；13-液壓安全絞車；14-集中控制臺工作面主要設(shè)備及功能如下：采煤機 采煤機是完成破煤、裝煤工序的一種機械設(shè)備。當(dāng)前普遍使用的是可調(diào)高的雙滾筒采煤機，它可以騎在可彎曲刮板輸送機上沿工作面穿梭割煤，一般截深為600mm或800mm，最大截深可達1000mm。刮板輸送機 可彎曲刮板輸送機是完成工作面運煤的機械，同時它還作為采煤機械的導(dǎo)軌，以及液壓支架及推移輸送機的支點。液壓支架 液壓支架是以高壓液體為動力，由若干液壓元件（油缸和閥件）與一些金屬結(jié)構(gòu)件組合而成的一種支撐和控制頂板的采煤工作面設(shè)備，用于支護、移架、推移運輸機和管理頂板。端頭支架 端頭支架是用

3、于加強工作面端部（上下出口）頂板支護的液壓支架。排頭支架 排頭（或稱過渡）支架是用于可彎曲刮板輸送機機頭、機尾放置電動機、減速箱和液力偶合器處支護頂板的液壓支架，它比工作面中間架滯后一個步距，頂梁長于中間架一個步距。轉(zhuǎn)載機 轉(zhuǎn)載機是2060m長的刮板輸送機。它一端與工作面輸送機機頭相搭接，另一端騎在可伸縮膠帶輸送機的機尾上，其作用是將刮板輸送機運出的煤炭轉(zhuǎn)移到膠帶輸送機上，它可隨工作面的推進進行整體移動，轉(zhuǎn)載機常配置破碎機?？缮炜s膠帶輸送機 可伸縮膠帶輸送機是工作面運輸巷中的運煤設(shè)備。通過其貯帶裝置，可調(diào)節(jié)輸送機的長度。當(dāng)工作面前進式或后退式回采時，能做到伸長或縮短。乳化液泵站 乳化液泵站是供

4、給液壓支架和其他液壓裝置壓力液的動力設(shè)備。除以上設(shè)備外，上端巷道中還設(shè)有運送設(shè)備和材料的單吊車，或搬運絞車，以及在傾斜角度較大時防止采煤機下滑的液壓安全絞車；下端巷道中設(shè)有供電移動變電站和配電點，以及刮板輸送機和巷道轉(zhuǎn)載機的監(jiān)視、控制、通訊照明的集中控制臺。如上所述，綜采成套設(shè)備主要由采煤機、液壓支架、刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機、破碎機及膠帶輸送機等組成，這些設(shè)備不是孤立的“單機”，而是結(jié)構(gòu)上需要相互配合、功能上需要相互協(xié)調(diào)的有機整體，具有較強的配套要求和較高的可靠性要求。組成綜采成套設(shè)備的每一種機械設(shè)備，都有嚴格限定的適用條件，選型不當(dāng)會導(dǎo)致設(shè)備不配套、生產(chǎn)效率低、經(jīng)濟效益差。因此，設(shè)備的正確選型設(shè)

5、計是充分發(fā)揮其效能，實現(xiàn)綜采工作面高產(chǎn)高效、經(jīng)濟安全運行的前提。2.2 液壓支架選型2.2.1液壓支架結(jié)構(gòu)與類型1液壓支架的結(jié)構(gòu)液壓支架是一種以液壓為動力實現(xiàn)升降，前移等運動，用于支撐和維護頂板，提供安全作業(yè)空間的支護設(shè)備。液壓支架的基本部件包括頂梁、立柱、底座、掩護梁、推移裝置、護幫板等，如圖2-2所示。圖2-2液壓支架結(jié)構(gòu)簡圖1-頂梁；2-立柱；3-底座；4-掩護梁；5-推移裝置；6-護幫裝置；7-活動側(cè)護板；8-連桿2液壓支架的類型液壓支架按照在采煤工作面的安裝位置來劃分，有端頭液壓支架和中間液壓支架兩種。端頭液壓支架簡稱端頭支架，專門安裝在每個采煤工作面的兩端。中間液壓支架是安裝在除工

6、作面端頭以外的采煤工作面上所有位置的支架。液壓支架按其對頂板的支護方式和結(jié)構(gòu)特點的不同，分為支撐式、掩護式和支撐掩護式三種基本架型，目前主要發(fā)展后兩種。（1）支撐式支架在結(jié)構(gòu)上沒有掩護梁，支柱直接通過頂梁對頂板起支撐作用的支架稱為支撐式支架。支撐式支架是出現(xiàn)最早的一種架型，按其結(jié)構(gòu)和動作方式的不同，支撐式支架又分為垛式支架和節(jié)式支架兩種結(jié)構(gòu)型式，支撐式支架的結(jié)構(gòu)特點是：頂梁較長，其長度多在4m左右；而且立柱多，一般46根，且垂直支撐；支架后部設(shè)復(fù)位裝置和擋矸裝置，以平衡水平推力和防止矸石竄入支架的工作空間內(nèi)。支撐式支架的支護性能是：支撐力大，且作用點在支架后部，故切頂性能好；支架的工作空間和通

7、風(fēng)斷面大；對頂板重復(fù)支撐的次數(shù)多，容易把本來完整的頂板壓碎；抗水平載荷的能力差，穩(wěn)定性差；護矸能力差，矸石易竄入工作空間。（a） （b）圖2-3支撐式支架結(jié)構(gòu)圖（a）-四柱垛式支架； （b）- 兩框節(jié)式支架由上可知，支撐式支架由于自身的優(yōu)缺點，造成對頂板的遮蓋率低，抗側(cè)向推力性能差，故不適用于中等穩(wěn)定以下的頂板，它適用于直接頂穩(wěn)定、老頂有明顯或強烈周期來壓，且水平力小的條件。（2）掩護式支架在結(jié)構(gòu)上有掩護梁，單排立柱連接掩護梁或直接支撐頂梁對頂板起支撐作用的稱為掩護式支架。根據(jù)立柱布置和支架結(jié)構(gòu)特點，掩護式支架可分為支掩掩護式支架和支頂掩護式支架。1）支掩掩護式支架指單排立柱支撐在掩護梁上的掩

8、護式液壓支架，該支架有插底和不插底兩種形式。插底式配用專門的下部帶托架的輸送機，支架底座前部較長，伸入輸送機下部，對底板比壓小，是不穩(wěn)定頂板和軟底板工作面的主要架型，如OK型支架，底座插入輸送機下面，故頂梁較短，約1.2m，稱為短頂梁插底式掩護支架。不插底式配用通用型輸送機，如ZYZ型支架，底座與輸送機脫開故頂梁較長，約2m以上，稱為長頂梁不插底式掩護支架，如圖2-4所示。（a）插腿式 （b）非插腿式圖2-4 支掩掩護式支架支撐掩護式支架的特點是：支撐能力大，頂梁受力狀態(tài)好，切頂性能強。具有掩護梁，能有效地將工作空間和采空區(qū)隔開，防止矸石竄入。支架穩(wěn)定性較好，有較大的工作空間，便于通風(fēng)和行人。

9、結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，鋼材用量多，造價高。支撐掩護式支架是在吸收了支撐式和掩護式兩種支架優(yōu)點的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種支架。這種支架以支撐為主，并有掩護作用，可用在破碎頂板、中等穩(wěn)定頂板，穩(wěn)定頂板和松軟底板等條件下均可應(yīng)用。（4）特種液壓支架特種液壓支架是為滿足某些特殊要求而發(fā)展起來的液壓支架，如放頂煤液壓支架、鋪網(wǎng)液壓支架、鋪網(wǎng)放頂煤液壓支架、大傾角液壓支架等，它們在結(jié)構(gòu)型式上仍屬于上述某種基本架型。2.2.2液壓支架主要工作參數(shù)的確定（1）支護強度支架支護強度的確定既要保證對工作面頂板實現(xiàn)有效控制，又要滿足回采工藝的各種要求。其計算公式為： (2-1) (2-2) (2-3)式中 ，頂板荷載，；煤層厚

10、度，；支架頂部煤巖平均容重；煤層平均傾角，°；支架頂板動載荷系數(shù)； 支架和頂板之間附加阻力系數(shù)；頂板煤巖碎脹系數(shù)。（2）工作阻力（額定）支架支護強度確定以后，工作阻力值主要取決于支護頂板的控頂面積。支架控頂面積主要與工作面“三機”配套設(shè)備的斷面縱向尺寸有關(guān)，工作面“三機”配套設(shè)備的斷面縱向尺寸在采煤機、刮板輸送機定型后方能準(zhǔn)確確定。所以，此處確定的是額定工作阻力，待后續(xù)配套確定后再進行修正。 (2-4)式中 首采區(qū)工作面額定支護強度；控頂距，包括支架頂梁長度和梁端距離；支架中心距；支撐效率；主要取決于支架架型，即立柱在不同工作面狀態(tài)的傾斜角度。（3）支架高度先確定最大高度和最小高度，

11、后期再根據(jù)采煤機采高確定。 (2-5) (2-6) (2-7)式中 、煤層最大、最小厚度，。依采煤機采高要求確定“三機”配套的最低支架結(jié)構(gòu)高度： (2-8)式中 支架頂梁厚度；采煤機機身高度+輸送機高度+采煤機底托架高度（自輸送機中部計算起），底托架高度要保證過煤高度；采煤機機身上方的空間高度按便于司機操作及留有頂板下沉量確定。（4）支架的伸縮量和伸縮比根據(jù)支架的伸縮量，可以確定立柱的行程。在工作面采高變化較大時，要用雙伸縮立柱或采用機械加長段。液壓支架最大結(jié)構(gòu)高度與最小結(jié)構(gòu)高度之比稱為伸縮比，即伸縮比K反映了支架對采高變化的適應(yīng)能力，K愈大表示適應(yīng)煤層變化的能力越大。薄煤層中K值為2.53.

12、0，中厚煤層中K應(yīng)不小于1.41.6。兩柱掩護支架K可達3.0，支撐掩護支架K可達2.02.5。（5）初撐力支架的初撐力是指在泵站工作壓力作用下，支架全部立柱升起，頂梁與頂板接緊時支架對頂板的支撐力。初撐力的作用是減緩頂板的早期下沉速度，增加頂板的穩(wěn)定性，使支架盡快進入恒阻狀態(tài)。選取初撐力時應(yīng)考慮的以下幾點：1）直接頂頂板中等穩(wěn)定以下，支架的初撐力一般應(yīng)為工作阻力的70%80%。2）機道上方的頂板穩(wěn)定性較好時，適當(dāng)?shù)捻敯逑鲁劣欣跍p少頂板在采空區(qū)懸頂，故初撐力不宜過高，但不應(yīng)低于工作阻力的55%。3）對于基本頂來壓強烈的工作面，為避免頂板大面積懸頂垮落時沖擊負荷損壞機械設(shè)備，初撐力應(yīng)適當(dāng)加大，

13、一般不低于工作阻力的75%。4）當(dāng)支架用于厚煤層的下分層時，若初撐力太小，在移架時容易形成大量的網(wǎng)兜而難于控頂，初撐力一般取采高的23倍的巖石重力。（7）裝配要求由于底板截割不平，輸送機產(chǎn)生偏斜，為了避免采煤機滾筒截割到頂梁，支架梁端與煤壁應(yīng)留有無支護的間隙梁端距，約為200400。煤層薄時取小值，厚時取大值，從前柱到梁端的長度上應(yīng)為： (2-9)式中 支架前柱到煤壁的無立柱空間（前邊有計算）；截深，即采煤機滾筒的寬度；支架梁端與煤壁應(yīng)留有的無支護的間隙梁端距；立柱斜置產(chǎn)生的水平增距，它可按立柱最大高度的投影計算。從支護性能講，梁端距越小，頂板覆蓋率越大，但頂梁前部長度要加大，因而合適的梁端距

14、要根據(jù)具體條件確定。支架的寬度應(yīng)與中部槽長度一致，推移千斤頂?shù)男谐套詈脩?yīng)大于截深。（8）放煤步距放頂煤是綜放工藝中的最關(guān)鍵的工序，約60%的煤由支架的放煤口放出。開始放煤必須達到一個放煤步距。放煤步距的大小決定著回采率和煤炭質(zhì)量，放煤步距選擇偏大時，頂煤落入采空區(qū)，丟煤量大；放煤步距太小時，放不出煤，且采空區(qū)矸石大量涌入放煤口，影響煤質(zhì)。由多次現(xiàn)場經(jīng)驗得知，采煤機截深為0.6時為兩刀一放；截深為0.8和1.0時為一刀一放。放煤步距要與支架放煤口的縱向尺寸的水平投影一致；與采煤機截深成整數(shù)倍關(guān)系可以是1.2、0.8、1.0，實踐證明合理的放煤步距為1左右。2.2.3液壓支架適用條件前已述及，液壓

15、支架架型的選擇，主要取決于液壓支架的力學(xué)特性能否適應(yīng)礦井的頂?shù)装鍡l件和地質(zhì)條件。具體選擇可根據(jù)原煤炭部（81）煤科字第429號文件關(guān)于試用緩傾斜煤層工作面頂板分類來選取，架型選擇過程如下：1采場頂板分類（1）基本頂分級采場支架的選型和支架參數(shù)的選擇由基本頂級別確定，基本頂級別按基本頂來壓強弱來劃分?；卷攣韷簭娙跞Q于冒落帶巖石對采空區(qū)充滿程度N（直接頂厚度與采高M的比值）及基本頂來壓步距L，見表2-1。表2-1 基本頂來壓強度分級表分級基本頂來壓顯現(xiàn)不明顯明顯強烈極強烈指標(biāo)N 350.3N 35L = 25500.3N 35,L50；N 0.3,L=2550N 0.3L50表2-2 直接頂穩(wěn)

16、定性分類 類別指標(biāo)不穩(wěn)定頂板中穩(wěn)定頂板穩(wěn)定頂板堅硬頂板主要指標(biāo)強度指標(biāo)D30317071100120無直接頂。巖層厚度在25mm以上，Rc6080Mpa，l和h1m參考指標(biāo)直接頂初次垮落步距l(xiāng)/m89181925252支架適用條件（1）掩護式支架適用條件在我國，掩護式支架多用于頂板比較破碎的工作面，通常適用于基本頂來壓強度較低（動載系數(shù)KD < 1.5），周期來壓步距較為穩(wěn)定，頂板比較破碎，頂板壓力較小，底板比較堅硬，采高較大，但不易片幫的煤層。為擴大掩護式支架的使用范圍，可通過提高支架初撐力和切頂能力，改進并完善梁端支護和防片幫裝置，借此提高對基本頂來壓的適應(yīng)能力，改善梁端支護，防止煤

17、壁片幫。從礦壓特點看，掩護式支架使用效果良好的條件見表2-5。表2-5 使用效果良好的掩護支架一般使用條件架型基本頂來壓呈現(xiàn)動載系數(shù)頂板穩(wěn)定程度頂板下沉系數(shù)/采高/m短托梁緩和1.2破碎30約2.7柱支頂梁明顯1.21.5較穩(wěn)定254.0*頂板下沉系數(shù)是每米采高每米推進度的頂板下沉量有關(guān)的說明如下：計算液壓支架支護強度時的支護面積應(yīng)為：支架中心距×（頂梁長度+移架后的端面距）。表中括號內(nèi)數(shù)字系掩護支架頂梁上的支護強度，設(shè)計和選用時應(yīng)根據(jù)括號內(nèi)數(shù)字除以支撐效率，即為所需的支架總阻力。表中所列的支護強度根據(jù)各礦實際可允許±5%的波動范圍。表中支護強度欄內(nèi)的1.3，1.6和2為基

18、本頂分級的增壓系數(shù)，即、級來壓強度與級來壓強度的增壓比值，是根據(jù)同類型頂板統(tǒng)計分析所得。級頂板由于地質(zhì)條件變化較大，故只給出最低值2，一般可以根據(jù)實際情況確定其適宜值。表中采高系指最大采高，具體采高的支護強度可根據(jù)表內(nèi)值用插值法確定。充填法和厚煤層的下分層工作面的支護強度可以根據(jù)實際情況自行確定。（2）支撐掩護式支架適用條件支撐掩護式支架較掩護式支架優(yōu)點是：適應(yīng)基本頂來壓能力強（KD >1.5）；由于實際初撐力和支護強度高，支護效率高、效果好；頂梁尾部支撐能力大，切頂能力強，有利于控制堅硬頂板；底座前端比壓小，適于松軟底板。其不足之處主要是由于頂梁較長，前端支撐能力略低于掩護式支架。從礦

19、壓特點看，支撐掩護式支架適用條件比掩護式支架寬。支撐掩護式支架可適于至級基本頂、2至4類直接頂板（表2-6）。（3）支撐式支架適用條件支撐式支架僅適用于基本頂來壓強度大，而水平推力小的穩(wěn)定或堅硬頂板，如表表2-6。表2-6 各類頂板使用支架架型及支護強度基本頂級別直接頂級別12312312344液壓支架型掩護掩護支撐掩護掩護或支撐掩護支撐支撐掩護支撐掩護支撐或支撐掩護支撐或支撐掩護支撐（采高小于2.5m）或支撐掩護（采高大于2.5m）液壓支架支護強度/（kN·m-2）采高1m采高2m采高3m采高4m300350（250）450（350）550（450）1.3×3001.3&

20、#215;350（250）1.3×450（350）1.3×550（450）1.6×3001.6×3501.6×4501.6×5502×3002×3502×4502×550應(yīng)結(jié)合深孔爆破、軟化頂板等措施處理采空區(qū)注：（1）表中括號內(nèi)數(shù)字系掩護式支架頂梁上的支護強度。（2）1.3、1.6、2為增壓系數(shù)。（3）表中采高為最大采高。2.2.4放頂煤液壓支架特點及其適應(yīng)性分析對于放頂煤綜采，液壓支架是綜放設(shè)備的核心，也是在所有配套設(shè)備中能明顯區(qū)別于普通綜采設(shè)備且具有本質(zhì)特征的唯一特殊類型設(shè)備，深入研究放頂

21、煤液壓支架的特點及其適應(yīng)性，以便更好地選型和設(shè)計，無疑是十分重要的。放頂煤液壓支架的分類按與液壓支架配套的輸送機的臺數(shù)，放頂煤液壓支架可分類如下：按放煤口位置，放頂煤液壓支架可分類如下：2.2.5液壓支架選型原則液壓支架的選型，其根本目的是使綜采設(shè)備適應(yīng)礦井和工作面的條件，投產(chǎn)后能做到高產(chǎn)、高效、安全，并為礦井的集中生產(chǎn)、優(yōu)化管理和最佳經(jīng)濟效益提供條件，因此必須根據(jù)礦井的煤層、地質(zhì)、技術(shù)和設(shè)備條件進行選擇。（1）支架結(jié)構(gòu)應(yīng)與煤層賦存條件相適應(yīng)。一般情況下可根據(jù)頂板的級別查表2-6直接選出架型。（2）支護強度應(yīng)與工作面礦壓相適應(yīng)。支架的初撐力和工作阻力要適應(yīng)直接頂和基本頂巖層移動產(chǎn)生的壓力，將空

22、頂區(qū)的頂?shù)装逡平靠刂频阶钚〕潭取＃?）支護斷面應(yīng)與通風(fēng)要求相適應(yīng)，保證有足夠的風(fēng)量通過，而且風(fēng)速不得超過煤礦安全規(guī)程的有關(guān)規(guī)定。對瓦斯涌出量大的工作面，應(yīng)優(yōu)先選用通風(fēng)面積大的支撐式或支撐掩護式支架。（4）當(dāng)煤層厚度超過1. 5m，頂板有側(cè)向推力或水平推力時，應(yīng)選用抗扭能力強的支架，一般不宜選用支撐式支架。（5）當(dāng)煤層厚度達到2.52.8m以上時，需要選擇有護幫裝置的掩護式或支撐掩護式支架。煤層厚度變化大時，應(yīng)選擇調(diào)高范圍較大的掩護式雙伸縮立柱的支架。（6）應(yīng)使支架對底板的比壓不超過底板允許的抗壓強度。在底板較軟條件下，應(yīng)選用有抬底裝置的支架或插腿掩護式支架。（7）液壓支架應(yīng)與采煤機、刮板輸送

23、機等設(shè)備相匹配。支架的寬度應(yīng)與刮板輸送機中部槽長度相一致，推移千斤頂?shù)男谐虘?yīng)較采煤機截深大100200mm，支架沿工作面的移架速度應(yīng)能跟上采煤機的工作牽引速度，移架速度還應(yīng)滿足生產(chǎn)指標(biāo)的要求，支架的梁端距應(yīng)為350mm左右。（8）在同時允許選用幾種架型時，應(yīng)優(yōu)先選用價格便宜的支架。（9）斷層十分發(fā)育，煤層變化過大，頂板的允許暴露面積在58m2，時間在20min以上時，暫不宜采用綜采。2.2.6 型號示例各類型支架的技術(shù)特征如表2-72-10所示。35表2-7 支撐式液壓支架技術(shù)特征支架型號支架型式支撐高度（m）適用條件工作阻力（KN）初撐力（KN）操作方式外形尺寸（長×寬×

24、高）（mm）支架中心距（mm）支護強度（mm）對底板最大比壓（MPa）泵站工作壓力（MPa）安全閥開啟壓力（MPa）支架移架步距（mm）支架重量（t）生產(chǎn)廠家煤層厚度（m）煤層傾角（°）頂板老頂（級）直接頂（類）ZD1600/7/13（HZZC）支撐式0.71.321569.65593400×900×70012000.3651.0414.72.43ZD4000/9/17（TZIB）支撐式0.911.715392442363200×1256×171515000.7393.644.1810.23.7ZD2400/13/22（BZZC）支撐式1.32

25、.24523546023798×1040×150012000.512.0710.24.18表2-8 掩護式液壓支架技術(shù)特征支架型號支架型式支撐高度（m）適用條件工作阻力（KN）初撐力（KN）操作方式外形尺寸（長×寬×高）（mm）支架中心距（mm）支護強度（mm）對底板最大比壓（MPa）泵站工作壓力（MPa）安全閥開啟壓力（MPa）支架移架步距（mm）支架重量（t）生產(chǎn)廠家煤層厚度（m）煤層傾角（°）頂板老頂（級）直接頂（類）BY300 11/28掩護式1.12.81.32.830、1、2300016322014鄰架4833×1420&

26、#215;110015000.551.172.4831.543.36009.24北京煤機廠ZY2400/10/26掩護式1.02.602.425224001256鄰架4850×1430×100015000.452.562038.17008.5平陽機械廠ZY3200/13/32掩護式1.33.23.035232002400鄰架5000×1400×130015000.612.5631.4427009.5平陽機械廠ZY6400/09/20D（電液控制）掩護式0.92.054005056電液控制長×寬=5430×144015000.7730.

27、992.531.539.8600北京煤礦機械廠表2-9 支撐掩護式液壓支架技術(shù)特征支架型號支架型式支撐高度（m）適用條件工作阻力（KN）初撐力（KN）操作方式外形尺寸（長×寬×高）（mm）支架中心距（mm）支護強度（mm）對底板最大比壓（MPa）泵站工作壓力（MPa）安全閥開啟壓力（MPa）支架移架步距（mm）支架重量（t）生產(chǎn)廠家煤層厚度（m）煤層傾角（°）頂板老頂（級）直接頂（類）ZZ4000/17/35支撐掩護式1.73.52.13.525、240001884鄰架5673×1420×170015000.782.152531.8470010

28、.5平陽機械廠ZZ3600/23/47(B)支撐掩護式2.34.71556005000鄰架6100×1500（長×寬）0.9831.570019.5北京煤機廠ZZS5600-14/28支撐掩護式1.42.81.62.620356004810先導(dǎo)鄰架5830×1450×140015000.730.982.924.528.570090017.4重慶慶江機械廠ZZ6000/25/50支撐掩護式2.55.02060005643本架長×寬=6000×143015000.890.970.8731.470021.518北京煤礦機械廠ZZS5600A

29、/14/28支撐掩護式2.81.41.52.71556004800鄰架先導(dǎo)5830×1450×14000.982.931.517.3天地公司ZZ7200/20.5/32支撐掩護式2.053.23.0152372005216鄰架3625×1420×20501.034.3531.443.375017平陽機械廠表2-10 放頂煤液壓支架技術(shù)特征支架型號支架型式支撐高度（m）適用條件工作阻力（KN）初撐力（KN）操作方式外形尺寸（長×寬×高）（mm）支架中心距（mm）支護強度（mm）對底板最大比壓（MPa）泵站工作壓力（MPa）安全閥開啟壓力

30、（MPa）支架移架步距（mm）支架重量（t）生產(chǎn)廠煤層厚度（m）煤層傾角（°）頂板老頂（級）直接頂（類）ZFS2800/15/281.552.8514152280020002700×1430×15000.5111.161.331.3610鄭州煤機廠ZFS4800-16/26B支撐掩護式1.62.63548003985本架6012×1420×160015000.911.2931.560018.39北京煤機廠ZFD5600/24/321.63.2中厚151、2257818975210×1434×16001.0081.1131.3

31、615.2鄭州煤機廠ZFS6200/18/35低位放頂煤1.83.56.0102062005232本架鄰架15000.80.861.931.521.695北京煤礦機械廠（已用于兗礦集團）ZF3700/17/28支撐式放頂煤1.72.8412370031960.690.701.111.3天地公司ZF4800/17/28H大插板放頂煤1.72.8515480039460.720.730.516.5天地公司2.3 采煤機選型理論2.3.1采煤機結(jié)構(gòu)與類型在綜采工作面使用的采煤機械，一般分為兩大類，一類是刨煤機，一類是滾筒采煤機。1刨煤機（1）刨煤機工作原理刨煤機是以刨頭為工作機構(gòu)，采用刨削方式破煤的

32、采煤機械。刨煤機可用在長壁采煤工作面，實現(xiàn)破煤、裝煤和運煤。裝有刨刀的刨頭，在無極圓環(huán)鏈即刨鏈牽引下，沿著安裝在采煤工作面可彎曲刮板輸送機的中部槽上的導(dǎo)軌運行，刨刀刨削煤壁將煤刨落，刨落的煤在刨頭犁形斜面的作用下被裝入輸送機送出采煤工作面。（2）刨煤機結(jié)構(gòu)如圖2-8所示為滑行脫鉤刨煤機示意圖。（3）刨煤機類型刨煤機類型很多，按照刨煤方式，可分為靜力刨煤機、動力刨煤機和動靜結(jié)合刨煤機三種形式。靜力刨煤機刨頭不帶動力，靠刨鏈牽引截割煤層；動力刨煤機刨頭帶有動力，靠沖擊或水射流等方法截割煤層；動靜結(jié)合刨煤機是在靜力刨煤機的基礎(chǔ)上，通過某種方式使刨刀帶有動力、靠沖擊煤壁實現(xiàn)截割煤層。圖2-8 滑行脫鉤

33、刨煤機示意圖1-刨頭；2-滑行板；3-輸送機；4-調(diào)斜千斤頂；5-刨鏈；6-導(dǎo)護鏈裝置2滾筒采煤機各種類型采煤機的分類方式、特點及適用范圍見表2-11。表2-11 滾筒采煤機的分類方式、特點及適用范圍分類方式采煤機類型特點及適用范圍按滾筒數(shù)單滾筒采煤機機身較短，重量較輕，自開切口性能較差，適宜在高檔普采及較薄煤層工作面中使用雙滾筒采煤機調(diào)高范圍大，生產(chǎn)效率高，適用范圍廣按煤層厚度厚煤層采煤機采高大于3.5m的采煤機，機身幾何尺寸大，調(diào)高范圍大中厚煤層采煤機采髙為1.33.5m的采煤機，機身幾何尺寸較大，調(diào)高范圍較大薄煤層采煤機采高小于1.3m的采煤機，機身幾何尺寸較小，調(diào)高范圍小按電動機布置方

34、式單（雙）電動機軸向（縱向）平行煤壁布置采煤機機身較長，電動機功率既用作截割動力，也用于牽引傳動，功率分配合理，電控系統(tǒng)簡單多電動機垂直（橫向）煤壁布置采煤機機身較短，主電動機與牽引電動機分開設(shè)置，檢修方便，電控系統(tǒng)較復(fù)雜按調(diào)高方式固定滾筒式采煤機靠機身上的液壓缸調(diào)高，調(diào)高范圍小搖臂調(diào)高式采煤機調(diào)高范圍大，臥底量大，裝煤效果好機身搖臂調(diào)高式采煤機機身短而窄，穩(wěn)定性好，但自開切口性能差，臥底量較小，適應(yīng)煤層起伏變化小，頂板條件差等特殊地質(zhì)原因按機身設(shè)置方式騎輸送機采煤機適用范圍廣，裝煤效果好，適用于1.14.5m的中厚或中厚以上煤層工作面爬底板采煤機適用于0.550.9m的薄或極薄煤層工作面按牽

35、引控制方式機械牽引采煤機元件單一，維護檢修方便液壓牽引采煤機控制、操作簡便，功能齊全，適用范圍廣電牽引采煤機控制、操作簡便、傳動效率高。適用于各種地質(zhì)條件工作面按牽引方式鋼絲繩牽引采煤機牽引力較小，一般適用于中小型礦井的普采工作面錨鏈連牽引采煤機中等牽引力，安全性差，適用于中厚煤層工作面無鏈牽引采煤機工作平穩(wěn)、安全，結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)傾斜煤層開采按使用煤層條件緩傾斜煤層采煤機設(shè)有特殊的防滑裝置，適用于傾角5°以下的煤層工作面傾斜煤層采煤機牽引力較大，具有特殊設(shè)計的制動裝置，與無鏈牽引機構(gòu)相配，適用于傾斜煤層工作面急傾斜煤層采煤機牽引力較大，有特殊的工作機構(gòu)與牽引導(dǎo)向裝置，適用于急傾斜煤層

36、工作面按工作面布置方式長壁采煤機機身較長，適用于長壁工作面短璧采煤機機身短，適用于短壁工作面前進式開采，連續(xù)采煤機是典型機型按牽引機構(gòu)設(shè)置方式內(nèi)牽引采煤機結(jié)構(gòu)緊湊，操作安全外牽引采煤機機身長度短，維修方便按滾筒布置形式滾筒平行于煤壁（水平滾筒）切割的采煤機可自開切口，調(diào)高方便，通用型采煤機都屬這一類滾筒垂直于煤壁（垂直滾筒或立滾筒）切割的采煤機可沿煤層層理切割，截割力小，塊度大，但調(diào)高困難，俄羅斯有此機型2.3.2采煤機主要工作參數(shù)的確定采煤機的工作參數(shù)規(guī)定了滾筒采煤機的適用范圍和主要技術(shù)性能，它們既是設(shè)計采煤機的主要依據(jù)，又是綜采成套設(shè)備選型的依據(jù)。滾筒采煤機主要工作參數(shù)如下：（1）采煤機采

37、高采煤機的實際開采高度稱為采高。采高的概念不同于煤層厚度，分層開采厚煤層或有頂煤冒落，或有底煤殘留時，煤層厚度就大于采高；反之，在薄煤層中，由于截割頂板或底板，采高也可能大于煤層厚度?？紤]煤層厚度的變化、頂板下沉和浮煤等會使工作面高度縮小，因此煤層（或分層）厚度不宜超過采煤機最大采高的90%95%；不宜小于采煤機最小采高的110%120%。采高對確定采煤機整體結(jié)構(gòu)有決定性影響，它既規(guī)定了采煤機適用的煤層厚度，也是與支護設(shè)備配套的一個重要參數(shù)。雙滾筒采煤機的采高范圍主要決定于滾筒的直徑，但也與采煤機的某些結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，如機身高度、搖臂長度及其擺動角度范圍等。對于雙滾筒采煤機，其最大采高一般不超過

38、滾筒直徑的兩倍。雙滾筒采煤機的采高范圍計算如圖2-15所示采煤機的采高Ht應(yīng)與煤層厚度M的變化范圍相適應(yīng)，由于浮煤和頂板下沉的影響，工作面的實際高度會在開采過程中變小，為保證采煤機能夠正常工作，采高Ht與煤層厚度M應(yīng)保持下列關(guān)系： (2-11)或 (2-12) (2-13)或 (2-14)式中 、采煤機最小、最大采高，。根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，國內(nèi)放頂煤基本保持在2.33.2m。另外采煤機采高和放煤高度的采放比要處于合理范圍，一般是1:11:3。當(dāng)煤層厚度較大時，可提高采高，反之降低采高。對于一定直徑的滾筒，采煤機的采高范圍是一定的。如果需要在較大范圍內(nèi)改變采高，則必須改變滾筒的直徑，必要時還需相應(yīng)改變

39、機身的高度（即改變底托架的高度）和改變搖臂長度及其擺角范圍。 其中：A- 機身上部距底板的距離；C-機身箱體厚度；L- 搖臂回轉(zhuǎn)中心到滾筒軸心的長度；- 搖臂相對機身水平向上擺動的最大角度；- 搖臂相對機身水平向下擺動的最大角度；D- 滾簡直徑圖2-15雙滾筒采煤機的采高范圍在選用采煤機時，為了滿足采高的要求，需要合理地選擇滾筒直徑和機身高度。（2）采煤機滾筒截深B采煤機截割機構(gòu)（如滾筒）每次切入煤體內(nèi)的深度B稱為截深。它決定工作面每次推進的步距，是決定采煤機裝機功率和生產(chǎn)率的主要因素，也是支護設(shè)備配套的一個重要參數(shù)。截深的選取與煤層厚度M，煤層軟硬，頂板巖性以及支架移架步距有關(guān)。截深一般小于

40、1，加大截深可提高采煤機的生產(chǎn)率，但會使工作面無立柱空間寬度和液壓支架的步距加大。目前多數(shù)采煤機采用0.6截深，大功率采煤機可取到0.75左右，在薄煤層中由于工作條件差，牽引速度不能太大，為了達到高的生產(chǎn)率，在頂板條件允許時，可將截深加到0.751.0。在厚煤層中受輸送機生產(chǎn)率的限制，可適當(dāng)減小到0.5，這對縮小控頂距、避免冒頂和片幫事故也有好處。（3）采煤機設(shè)計生產(chǎn)率采煤機的設(shè)計生產(chǎn)率可按下式計算： (2-15)式中 采煤機的平均采高，；滾筒的有效截深，；給定條件下采煤機最大可能的牽引速度，；煤的實體密度，常取。在采煤過程中，會由于處理故障、日常維護、支護頂板、處理片幫等許多情況而出現(xiàn)停頓，

41、采煤機的實際生產(chǎn)率比設(shè)計生產(chǎn)率低很多，而上邊僅僅是設(shè)計生產(chǎn)率。所以要注意，為了滿足工作面開采實際生產(chǎn)能力要求，采煤機實際生產(chǎn)能力要大于工作面設(shè)計生產(chǎn)能力10%20%。（4）采煤機牽引速度（進刀方式一般采用端部斜切進刀雙向割煤方式）采煤機截煤時，牽引速度越高，單位時間內(nèi)的產(chǎn)煤量越大，但電動機的負荷和牽引力也相應(yīng)增大。為使?fàn)恳俣扰c電動機負荷相適應(yīng)，牽引速度應(yīng)能隨截割阻力的變化而變化。當(dāng)截割阻力變小時，應(yīng)加快牽引，以獲得較大的切屑厚度，增加產(chǎn)量；當(dāng)截割阻力變大時，則應(yīng)降速牽引，以減小切屑厚度，防止電動機過載，保證機器正常工作。為此，牽引速度應(yīng)是無級的，至少是多級的，并且能隨截割阻力的變化自動調(diào)速。

42、目前，雙滾筒采煤機的最大截割牽引速度可達1012m/min；有的采煤機最大牽引速度高達1820m/min。截煤時，牽引速度一般不超過56m/min，而較大的牽引速度只用于調(diào)動機器和裝煤。選擇工作牽引速度時，首先應(yīng)考慮采煤機的生產(chǎn)能力應(yīng)與采區(qū)運輸設(shè)備的運輸能力相適應(yīng)，以便使采下的煤能順利地運出去；此外，還應(yīng)考慮采煤機的負荷，以免機器過載。根據(jù)工作面設(shè)計生產(chǎn)能力來選擇： (2-16)則牽引速度vq（單位：m/min）公式為 (2-17)式中采煤機采高，；采煤機截深，；煤的實體密度，常取。另外，選擇牽引速度時還應(yīng)考慮滾筒截齒的最大切削厚度。對于一定的滾筒轉(zhuǎn)速和允許的截齒切削厚度，可用下面公式求出允許

43、的工作牽引速度 (2-18)式中采煤機允許的截割切屑厚度，mm；滾筒每一截線上的截齒數(shù)；滾筒轉(zhuǎn)速。假如滾筒轉(zhuǎn)速n=50r/min，每一截線上的截齒數(shù)m=2，允許的切削厚度t=50mm，則允許的工作牽引速度為：匹配關(guān)系約束，參照表2-12。表2-12 采煤機牽引速度和液壓支架移架速度匹配關(guān)系表采煤機牽引速度/ 6 7 8 9 10 11 12 13 14支架單架移架時間/ 13.6 11.6 10.0 9.0 8.2 7.5 7.0 6.3 5.8（5）割煤速度所謂割煤速度，也叫截割速度，是指滾筒截齒齒尖的圓周切線速度，截割速度決定于截割部傳動比、滾筒轉(zhuǎn)速和滾筒直徑，對采煤機的功率消耗、裝煤效果

44、、煤的塊度和煤塵大小等有直接影響。為了減少滾筒截割時產(chǎn)生的細煤和粉塵、增多大塊煤，應(yīng)降低滾筒轉(zhuǎn)速。滾筒轉(zhuǎn)速對滾筒截割和裝載過程的影響都比較大，但是對粉塵生成和截齒使用壽命影響較大的是截割速度而不是滾筒轉(zhuǎn)速。目前，滾筒采煤機的截割速度一般為3.55.0m/s，少數(shù)機型只有2.0m/s左右。滾筒轉(zhuǎn)速是設(shè)計截割部的一項重要參數(shù)，新型采煤機直徑2.0m左右的滾筒轉(zhuǎn)速多為2540r/min左右，直徑小于1.0m的滾筒轉(zhuǎn)速可高達80r/min。滿足工作面生產(chǎn)能力要求的采煤機平均割煤速度（）公式為： (2-19)式中 工作面長度，；刮板輸送機彎曲段長度，；采煤機兩滾筒中心距，；采煤機平均日開機率；采煤機割煤

45、回采率；采煤機采高，；頂煤回收率；放頂煤區(qū)段長度，；頂煤厚度，；工作面單產(chǎn)，；采煤機方向運行時間，。（6）裝機功率采煤機所裝備電動機的總功率，稱為裝機功率。裝機功率越大，采煤機可采越堅硬的煤層，生產(chǎn)能力也越高。原煤炭工業(yè)部部頒標(biāo)準(zhǔn)MT4-1984規(guī)定，采煤機電動功率系列為：100，150，170，200，300和375kW，目前有牽引采煤機裝機功率已增大至10002000kW，甚至更大。滾筒采煤機總消耗功率包括截煤功率、裝煤功率和牽引功率三部分。對于雙滾筒采煤機總功消耗功率為： (2-20)滾筒截煤時消耗的功率（單位：kW）為 (2-21)式中滾筒總平均截割阻力，N；截割速度，m/s；截割部總

46、傳動效率。滾筒裝煤功率（單位：kW）為 (2-22)式中滾筒裝煤阻力，N。牽引部的功率消耗（單位：kW）為 (2-23)式中采煤機的總牽引阻力，N；牽引部總效率。式（2-20）等式右邊各項均受牽引速度的影響，所以該式可改寫成如下形式 (2-24)式中采煤機空載消耗功率，其值取決于工作機構(gòu)的形式、結(jié)構(gòu)和傳動效率；系數(shù)，取決于煤的性質(zhì)及壓張程度、截割工況及截割參數(shù)、截齒幾何形狀及磨損程度等因素。上式表明，采煤機的功率消耗與牽引速度成正比，并且在其他條件不變時，煤質(zhì)愈硬，直線的斜率愈大。 比能耗是指采煤機每采落噸煤時所消耗的功，計算方法如下： Hw= 式中：Pj采煤機截割功率, KW Pq采煤機牽引

47、功率, KW Pt調(diào)高系統(tǒng)的功率, KW Vq牽引速度 , m/s Ht采高, m B截割深度, m r滾筒的半徑, m工程上，一般采用單位比能耗法來確定采煤機的消耗功率（單位：kW），即： (2-25)式中H 采高，m；Hw 采煤單位能耗（比能耗），MJ/m3，它是一個綜合性指標(biāo)，一方面它反映采煤機技術(shù)完善程度，另一方面又反映開采煤層的力學(xué)性質(zhì)，煤質(zhì)越堅硬，比能耗越高。考慮到功率儲備，采煤機的裝機功率（單位：kW）一般為式中1.21.3功率儲備系數(shù)。（7）滾筒的選擇要求采用雙滾筒，可以雙向采煤也可以自開缺口，滾筒直徑一般為采高的0.550.6倍。（8）機面高度機面高度是采煤機的重要參數(shù)，根據(jù)

48、采煤機采高范圍不同，采煤機一般有幾種不同的機面高度，都采用不同的底托架及輸送機獲得。 (2-26) (2-27)式中機面高度；電動機高度；搖臂長度；、搖臂向上最大、最小傾角；、搖臂向下最大、最小傾角；采煤機滾筒直徑。（9）臥底量為適應(yīng)底板起伏不平時采煤機割煤，臥底量一般取。也可根據(jù)機面高度來確定。最大臥底量： (2-28)最小臥底量： (2-29)式中參數(shù)和機面高度公式中的參數(shù)相同。2.3.3采煤機的適用條件（1）刨煤機采煤工藝特點及適用條件刨煤機的特點是：采煤截深?。ㄒ话銥?15cm），牽引速度高（20120m/min），功率較?。ㄒ话銥?00120kW）；只刨落煤壁壓酥區(qū)表層，故刨落單位煤

49、量能耗少；刨落煤的塊度大，煤粉及煤塵量少，勞動條件好；刨煤機結(jié)構(gòu)簡單可靠，便于維修；司機不必跟機作業(yè)，可在平行內(nèi)操作，故操作方便；刨頭的截割高度在刨頭運行過程中不能調(diào)節(jié)。刨煤機的適用條件是：煤層厚度在2m以下，傾角小于25°，最好小于15°。煤質(zhì)為軟和中硬以下（f < 1.8），可選用拖鉤刨；中硬及中硬以上（f = 2.43）應(yīng)選用滑行刨；硬煤及特粘性煤不宜用刨煤機。最好頂板不粘頂煤，若輕度粘頂，可人工處理；要求煤層中硫化鐵塊度小、含量低或分布位置不影響刨煤機刨煤；夾石層厚度大于200m不宜用刨煤機。中等穩(wěn)定以下頂板可用液壓支架及時支護，要求底板平整，沒有底鼓或超過7°10°傾角的起伏不平；拖鉤刨要求底板為中等硬度，不宜用于軟底板，否則刨刀容易“啃底”；底板屬泥巖、粘土砂巖等軟底板應(yīng)用滑行刨。煤層沿走向及傾斜方向無大的斷層及褶曲現(xiàn)象；小斷層落差小于0.30.5m