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13 采 掘 本栏目编辑 李文民 第 40 卷 2012 年第 2 期 作者简介刘旭东，男，1964 年生，高级工程师，主要从事煤 矿机电技术管理工作。 7 m 大采高综采设备 选型配套与应用 刘旭东，夏护国 陕煤集团神南产业发展有限公司 陕西神木 719300 摘要针对陕煤集团红柳林煤矿的具体条件，对综采工作面的主要设备进行了选型计算，根据参数确 定了配套设备型号，并提出了在配套和生产中应注意的问题。 关键词综采设备；大采高；选型；配套 中图分类号TD421.8 文献标志码A 文章编号1001-3954201202-0013-04 Model selection and matching of 7 m caving-height fully-mechanized equipments and application LIU Xudong，XIA Huguo Shennan Industry Development Co., Ltd., Shaanxi Coal large caving-height; model selection; matching 神 府矿区综采工作面配套设备正在向重型化、大 功率、大采高方向发展，6.3 m 厚煤层大采高 综采成套设备的成功应用，为 7 m 重型成套综采设备 的研发积累了设计、制造与生产经验。在此基础上， 为了提高煤炭资源回收率和企业经济效益，陕煤集团 决定在红柳林煤矿 5-2 煤层采用 7 m 综采成套设备一 次采全高，创建年产千万吨以上的综采工作面。 1 设备选型 1.1 工作面参数 1 工作面生产能力 综采工作面设计年产量 1 200 万 t。按照年有效生产时间 320 d，日有效生产时间 16 h 计算，工作面实际平均生产能力为 0.234 万 t/h。结 合神府矿区生产经验，实际平均生产能力约是理论 生产能力的 50[1]，因此要求工作面理论生产能力为 0.468 万 t/h，据此确定工作面理论生产能力为 5 000 t/h。 2 采高 采高主要取决于拟开采煤层的赋存厚 度条件与液压支架所能达到的最大支撑高度。经研究 确定采高为 6.8 m。 3 工作面长度 根据神府矿区矿压显现规律， 随着采高增加，矿压显现强度增强；工作面长度加 大，矿压显现强度也趋于强烈。在总结分析神府矿区 矿压实测数据的基础上，结合拟开采煤层的岩层结构 赋存条件，充分考虑到采高与工作面长度对矿压显现 和采场顶板的影响，借鉴神府矿区大采高综采工作面 的成功经验[2]，采高为 6.8 m 时，确定工作面长度为 300 m。 4 推进长度 在开采设计时，依据盘区布置划 分与地质条件来确定工作面连续推进长度，同时也 要考虑到采煤机、输送机和液压支架等关键设备的 大修周期和使用寿命，并兼顾到综采工作面搬家的 难度、时间及费用等因素。工作面连续推进长度以 4 000～5 000 m 为宜，首采工作面长度为 3 000 m。 1.2 配套设备选型 1.2.1 采煤机选型 采煤机理论生产率[3] 14 第 40 卷 2011 年第 2 期 采 掘 本栏目编辑 李文民 Q＝60hBvρC＝4 789 t/h， 式中h 为工作面煤层平均采高，h＝6.8 m；B 为采 煤机滚筒截深，B＝0.85 m；v 为采煤机截煤时的平 均牵引速度，v＝11 m/min；ρ 为煤的实体密度，ρ＝ 1.35 t/m3；C 为工作面回采率，C＝0.93。 采煤机装机功率 P 可以采用比能法进行计算，即 P＝QHW＝2 490 kW， 式中HW 为采煤机单位能耗，根据经验，HW＝0.52 kW h/t。 根据计算结果，最终确定选用 Eickhoff 公司生产 的 SL1000 型采煤机，其参数如表 1 所列。 表 1 SL1000 型采煤机参数 Tab. 1 Parameters of SL1000 shearer 生产能力 /t h－1 采高 /mm 装机功率 /kW 截割功率 /kW 牵引功率 /kW 牵引速度 /m min-1 滚筒直径 /mm 50006 8002 5901 00015014.53 500 1.2.2 刮板输送机、转载机及破碎机选型 经调研，在用最大刮板输送机为 SGZ1250/3000 型刮板输送机，其最大运输能力为 3 000 t/h，运输能 力不能满足 7 m 采高生产需要。 在刮板输送机选型时，确定刮板输送机的能力和 采煤机的最大生产能力相当即可。在调研和技术论证 的基础上，与宁夏天地奔牛实业集团有限公司合作开 发了 SGZ1400/4500 型刮板输送机，装机总功率 4 500 kW，槽内宽 1 400 mm，最大运输能力为 5 000 t/h。 刮板输送机运输能力 QC＝3 600AΦγνG＝5 087 t/h， 式中A 为中部槽载煤截面积，A＝1.2 m2；Φ 为装满 系数，Φ＝0.92；γ 为散体煤的密度，t/m3；νG 为刮板 输送机的链速，m/s。 经验算，刮板输送机的运输能力满足需要。 刮板输送机及配套的转载机和破碎机的主要参数 如表 2 所列。 表 2 刮板输送机、转载机和破碎机主要参数 Tab. 2 Main parameters of scraper conveyor, transshipment conveyor and crusher 设备名称 生产能力 /t h-1 电动机功率 /kW 槽内宽 /mm 链速 /m s-1 链条规格 /mm SGZ1400/4500 型刮板输送机 5 00031 5001 4001.656 SZZ1600/700 型转载机 5 5007001 6002.042 PLM6000 型破碎机 6 000700 1.2.3 液压支架选型 支架工作阻力 F 按照充填冒落法计算，即 F＝qS＝16 502 kN， 其中 q＝k M ── kp-1γDq。 式中F 为支架工作阻力，kN；q 为支护强度，kPa；M 为采煤高度，M＝7 m；kp 为顶板岩石的碎涨系数，kp ＝1.30；γ D 为顶板岩石的重力密度，γD＝23 kN/m 3； k 为支架受力不均匀系数，根据红柳林的地质条件，k ＝2.5；S 为支架顶梁面积，S＝12.3 m2。 考虑安全系数，确定支架的工作阻力为 17 000 kN。支架初撑力按照工作阻力的 70 确定。根据支 架工作阻力，确定立柱缸径为 500 mm。 根据煤层厚度，支架采高应达到 6.8 m 以上，考 虑煤层分布、片帮的控制及工作面顶、底板条件等因 素，确定支架最大高度为 7.0 m。 根据支架稳定性和刮板输送机中部槽的匹配性要 求，同时也为了降低比压，确定支架宽度为 2.05 m。 采高越大，煤壁压力越大，片帮越深，同时易引 发架前冒顶，对于工作面的影响越大。根据 6.3 m 支 架使用经验，确定护帮长度为 3.6 m。 根据以上参数，支架选用 ZY17000/32/70D 型两 柱掩护式电液控制支架，具体参数如表 3 所列。 表 3 ZY17000/32/70D 型两柱掩护式电液控制支架主要参数 Tab. 3 Main parameters of ZY17000/32/70D dual-column shield electro-hydraulic support 支架高度/mm3 200～7 000操作方式电液控制 支架宽度/mm1 960～2 210泵站压力/MPa31.5 支架中心距/mm2 050立柱缸径/mm500 支护强度/MPa1.47护帮形式三级护帮 底板尖端比压/MPa2.8～4.5护帮高度/mm3 600 初撑力/kN12 364质量/t69 工作阻力/kN17 000 1.2.4 辅助系统配套选型 根据地质条件和生产能力对工作面主要设备进 行配套选型后，对工作面辅助设备 超前支架、可伸 缩带式输送机、供液和供电设备等 进行配套选型。 选型时尽量减少辅助作业环节，提高集约化程度，同 时，不能因辅助作业环节能力不足而影响采面设备能 力的发挥。 1 乳化液泵站选型 乳化液泵站的输出压力应 满足支架额定工作阻力的需要，并考虑沿程损失，输 出流量应满足工作面液压支架的需要。根据计算，支 架所需最大流量为 1 462 L/min，考虑到安全系数，系 统流量配置为 1 500 L/min。根据流量选用英国 RMI 公司 S500 型乳化液泵，泵的额定流量 500 L/min，配 置 4 泵 2 箱，3 台泵工作，1 台泵备用。 2 供液系统 为保证支架的移架速度，工作 面采用 3 进 3 回环形供液系统，其中工作面机头处 2 路，工作面机尾处 1 路。运输巷和电缆槽内主供 液管为 DN63，主回液管为 DN75，喷雾主供水管为 DN50。立柱选用流量为 1 000 L/min 的液控单向阀， 以提高升柱速度，该阀具有快速回液功能。运输巷供 水管路设有清水过滤站，工作面进、回液管路均设有 15 采 掘 本栏目编辑 李文民 第 40 卷 2012 年第 2 期 高压过滤站，以保证乳化液的清洁度。 3 端头支架的选型 端头支架按适应综采工作 面地质条件、巷道尺寸、配套设备及方便使用的原则 配套。为了提高煤炭资源回收率，工作面两端过渡段 采用一次台阶式过渡，在机头机尾过渡架和端头架之 间各布置 1 台特殊端头支架，型号为 ZYT17000/32/ 70D，支架宽度 2 250 mm。根据运输巷尺寸，确定端 头支架型号为 ZYT17000/26/50D。 4 超前支架的选型 工作面运输巷和回风巷断 面均为矩型，运输巷宽 6 m，高 4.2 m；回风巷宽 5.4 m，高 4.2 m。为提高巷道支护强度和支护效率，采 用超前支架进行支护。运输巷采用 ZTC4000/29/45 型超前液压支架，支架跨骑在转载机机尾落地段和破 碎机之间，依靠固定在破碎机底座上的 2 个油缸进行 移架。回风巷采用 ZTC16000/29/45 型超前液压支架 组，由 4 台独立支架依靠推移千斤顶相互联接组成， 支护长度 22 m。回风巷超前支架直线式排列，交替迈 步前移。两列支架底座中间可以行人及运输设备。 5 可伸缩带式输送机选型 按照生产能力和工 作面刮板输送机最大设计生产能力相当进行配套，选 用 DSJ160/3500 型可伸缩带式输送机，采用变频控 制。 6 供电系统 矿用隔爆型移动变电站和组合开 关的型号与数量按实际负荷容量、负荷分配及电压等 级等选取；采煤机、刮板输送机、转载机和破碎机 电压为 3 300 V，选用 2 台 KBSGZY-5000/10k/3.45 型移动变电站供电；乳化液泵站和喷雾泵站电压为 1 140 V，选用 1 台 KBSGZY-2000/10/1.2 型移动变 电站供电；绞车、排水、照明及通信等辅助设备选用 1 台 KBSGZY-500/10/0.69 型移动变电站供电。选用 2 台 3 300 V 6 回路组合开关和 1 台 1 140 V 12 回路 组合开关对工作面所有设备进行控制。 1.3 设备选型结果 工作面主要配套设备如表 4 所列。 表 4 工作面主要配套设备明细 Tab. 4 Main matching equipments on working face 设备名称型号数量 采煤机SL10001 台 中部架ZY17000/32/70D140 架 过渡支架ZYG17000/32/70D2 架 特殊端头支架ZYT17000/32/70D2 架 端头支架ZYT17000/26/50D6 架 刮板输送机SGZ1400/45001 台 转载机SZZ1600/7001 台 破碎机PLM60001 台 乳化液泵站S5001 套 喷雾泵站S3001 套 2 设备的合理配套 综采设备的合理配套是复杂的系统工程，必须满 足生产能力、设备性能、安全和工作方便等多方面要 求。 1 刮板输送机的结构形式和附件必须和采煤机 的结构相匹配。采煤机采用销轨式电牵引，配刮板输 送机节距为 172 mm 的锻造销排。 2 液压支架的移架速度应与采煤机的牵引速度相 适应。支架的移架时间≤10 s，移架速度≥12.3 m/min， 大于采煤机的牵引速度 11 m/s。 3 乳化液泵站输出压力与流量应满足液压支架 初撑力及其动作速度要求。 4 刮板输送机的中部槽应与液压支架的推移千 斤顶联接装置的间距和联接结构相匹配。 5 采煤机的采高范围与支架的最大和最小结构 尺寸相适应，而截深应与支架推移步距相适应。 6 为防止移架后支架前柱与电缆相碰和采煤机 司机的人身安全，前柱与电缆槽之间必须留有间隙， 间隙为 770 mm。 7 为防止滚筒切割顶梁，梁端距为 860 mm，采 煤机仰采 5 时梁端距为 193 mm。 8 推移千斤顶行程应比采煤机截深大 100～200 mm。 9 为使煤流顺利通过采煤机底托架，机身过煤 高度为 1 430 mm。 10 为防止滚筒切割铲煤板，滚筒与铲煤板之间 的间隙为 390 mm。 11 为了保证采煤机割透底煤，防止刮板输送机 上仰，采煤机下切深度为 527～682 mm。 3 注意事项 工作面三机大修期的过煤量均超过了 1 200 万 t/a，能够保证矿井一年正常生产。采煤机主要部件 大修期的过煤量为 600～800 万 t/a，不能完成一个 1 000 万 t 工作面的全部产量，因此，采煤机的滚筒、 摇臂及牵引机构等部件在完成一个工作面的开采过程 中需要更换。 现使用的采高为 6.3 m 的支架，普遍存在片帮问 题。采高增大为 7 m 后，会产生较严重的片帮现象。 尽管 7 m 综采工作面配套设备在设计时尽可能考虑到 了防片帮问题，但作业人员在生产中的安全防护问题 依然是重点，要防止片帮煤对人身造成伤害。 采高为 7 m 的工作面如果发生支架倾倒、咬架或 冒顶事故，处理难度非常大，甚至导致工作面长时间 停产，因此在生产中一定要采取及时带压跟机拉架和 打护帮板等措施，保证支架接顶严密，尽量减少顶板 和煤壁暴露时间，防止片帮和冒顶的发生。 16 第 40 卷 2011 年第 2 期 采 掘 本栏目编辑 李文民 神府矿区煤层埋藏浅，采空区地表沉降明显，裂 隙直达地面。7 m 综采工作面一旦发生架前冒顶，就 可能导致工作面溃沙或雨季地表水倒灌，因此要提前 做好防沙防水工作。 工作面设备具备了超大规模生产能力，不等于矿 井就具备了同样的能力，需要从井下到地面，从洗选 到装车，整个矿井生产系统都具备与之匹配的超大规 模生产能力，才能发挥设备效能。 4 结语 以往在综采工作面设备选型时，采煤机、刮板 输送机及运输巷可伸缩带式输送机的生产能力一般按 工作面理论生产能力分别乘以系数 1.2、1.3、1.4 来 确定[4]。这是基于薄煤层和中厚煤层综采工作面设备 单机生产能力较小的情况下，为保证煤炭顺利运出得 出的经验。但对于 5 m 以上厚煤层和 7 m 以上种特厚 煤层综采工作面的设备选型来说，该经验并不合适。 从神府矿区设备选型和生产经验看来，对于厚煤层和 特厚煤层综采工作面，成套设备的理论生产能力按照 工作面实际生产能力的 2 倍来选型是比较合理的，而 且工作面设备生产能力相互匹配即可满足生产需要。 一次采全高综采成套设备于 2011 年 6 月安装在 红柳林煤矿 25202 综采工作面。大功率采煤机、刮板 输送机和大采高液压支架配套，可使工作面的年生产 能力达到千万吨以上，资源回采率提高 10 以上。 7 m 特大采高综采工作面配套设备的研发，把我 国特厚煤层开采技术与装备提升到了世界先进水平， 对我国特厚煤层一次采全高综采技术的发展将产生重 要而深远的影响。 参 考 文 献 [1] 牛旭原. 6.3 m 重型成套综采设备技术应用创新 [J]. 陕西煤 炭，2009464-66. [2] 林光侨. 7 m 一次采全高综采工作面设备配套浅析 [J]. 煤矿开 采，2010，15229-31. [3] 雷亚军，罗 文. 1 200 万 t/a 综采工作面设备选型研究 [J]. 煤 炭工程，200775-7. [4] 刘振洲，王瑞贤，于海忠，等. 综采工作面“三机”正确选型 及合理配套的探讨 [J]. 煤矿安全，2006136-38. □ 收稿日期2011-09-15 修订日期2011-10-17 乳化炸药装药机螺旋叶片 数控铣削参数优化研究 陈之林1, 2 1中南大学软件学院 湖南长沙 410083 2淮北职业技术学院 摘要针对粉状乳化炸药装药机的螺旋叶片，建立数控铣削参数化模型，研究用遗传算法对参数进行 了优化选择和自动拾取，并对优化结果进行了验证，优化后的加工方法提高了产品质量和效率。 关键词炸药装药机；螺旋叶片；数控铣削；工艺参数；优化研究 中图分类号TH165.1 文献标志码A 文章编号1001-3954201202-0016-04 Study on NC milling parameters optimization of spiral vane in emulsifi ed explosive charger CHEN Zhilin1, 2 1School of Software, Central South University, Changsha 410083, Hunan, China 2Huaibei Vocational Technical College 基金项目科技部科研院所技术开发研究专项资金项目 2001ZX08 作者简介陈之林，男，1963 年生，硕士，副教授，高级工程师，主要研究方向为矿山机械、民爆机械及数控技术。