基于8.5 m特厚煤層采煤機的設計研究

丁志勇，趙 敏

(山西能源學院，山西 晉中 030600)

神東煤炭集團上灣煤礦四盤區(qū)1-2#煤層厚度5.35～9.6 m，平均厚度8.8 m，煤層埋藏普遍較淺，煤質(zhì)中硬且韌性大。該工作面屬于近水平煤層，為提高綜采工作面的生產(chǎn)效率和煤炭回收率，選擇一次采全高的開采方式。目前，世界上最大一次采全高的工作面為7 m，采煤機滾筒直徑為3.5 m，針對8.5 m以上的煤層，迄今為止世界上還沒有可借鑒的一次采7 m以上特厚煤層的經(jīng)驗，因此，采煤機整體參數(shù)的選取成為綜采工作面能否成功達產(chǎn)的關(guān)鍵，下面根據(jù)該工作面的具體條件對采煤機每個部件的主要參數(shù)[1]進行計算，并得出相應的結(jié)果。

1 總裝機功率及功率分布計算

已知條件：綜采工作面長度L=300 m；工作面設計產(chǎn)量Qa=1.6 Mt/a；工作面走向長度5 439 m；全年有效工作天數(shù)d=330 d；斜切進刀長度I≈50 m；平均割煤高度Hg=8.5 m；截割深度B=0.865 m；實體煤容重γ=1.34 t/m3；采煤機有效開機率k=80%；工作面采煤機割煤回收率Cg=95%；采煤機截割一刀的時間(包括斜切進刀時間)Td=60 min.

1.1 裝機功率的測算

1) 工作面平均日產(chǎn)量Qa(t/d).

2) 工作面采煤機所需平均落煤能力Qm(t/h).

3) 采煤機所需的平均割煤速度Vc(m/min).

4) 采煤機所需的最大落煤能力Qmax(t/h).

Qmax=kc·Qm=5 944.01 t/h

式中：

kc—采煤機割煤不均衡系數(shù)，取1.4.

5) 采煤機割煤所需的最大牽引速度Vmax(m/min).

Vmax=kc·Vc=10.05 m/min

6) 估算采煤機總裝機功率N(kW).

N=60·kb·B·Hg·Vmax·Hw=3 170 kW

式中：

kb—備用系數(shù)，取1.3；

Hw—采煤機割煤單位能耗，按我國大部分測量統(tǒng)計，Hw=0.35～0.55 kW·h/m3，因神東的煤韌性較大，取0.55 kW·h/m3.

1.2 功率分布計算

1) 所需的截割電機功率Nj(kW).

根據(jù)實際經(jīng)驗，截割功率一般占總功率的80%[2]左右，計算得：

Nzj=N×80%=2 560 kW

因采煤機左右截割部各用一個電機，所以單個截割電機的功率為：

所以根據(jù)標準電機的功率，將采煤機單個截割電機功率圓整為1 250 kW.

2) 所需的牽引電機功率Nq(kW).

根據(jù)實際情況牽引功率一般占總裝機功率的15%～20%[3]，故牽引電機的功率為：Nzq=N·15%=480 kW.

因采煤機采用左右牽引方式，所以單個牽引電機的功率為：

所以將采煤機單個牽引電機功率圓整為250 kW，根據(jù)工作面傾角的大小選擇牽引功率的大小。

3) 泵站功率Nb(kW).

a) 方法一：采用單泵站供液方式，泵站功率一般占總裝機功率減去總截割功率之差的10%～15%，故泵站電機的功率為：Nb=(N-Nzj)×10%=70 kW

b) 方法二：依據(jù)搖臂調(diào)高速度的需要，再根據(jù)選定泵的流量Qe(等于泵的排量p.r/mL×泵的轉(zhuǎn)速n)和額定壓力Pe計算后確定：

式中：

η—泵的效率，kW.

所以將采煤機泵站電機功率初定為70 kW.

4) 破碎功率Np(kW).

根據(jù)設計經(jīng)驗，破碎功率一般占總裝機功率的8%，則破碎電機的功率為：

NP=N·8%=256 kW

所以將采煤機破碎電機功率圓整為250 kW.

若工作面片幫多且大，需適當將功率加大。

5) 確定總裝機功率No(kW).

通過一系列的計算，結(jié)合選用電機的功率標準，確定出采煤機的總裝機功率為：總截割電機功率、總牽引電機功率、泵站電機功率和破碎電機功率之和：

No=2×1 250+2×250+70+250=3 320 kW

2 牽引部參數(shù)確定

1) 已知條件。

牽引電機功率P=250 kW

轉(zhuǎn)速n=0～1 485～3 500 r/min

牽引速度Vmax=11 m/min，調(diào)動速度Vk=22 m/min

驅(qū)動輪分度圓直徑D=550 mm=0.55 m

傳動效率η=0.7

2) 實際最大牽引力∑F0.

因采煤機是雙牽引，所以理論總牽引力為∑F=2×1 363=2 726 kN

實際最大牽引力∑F0=∑F·η=2 736×0.7=1 915 kN

式中：

η—牽引部的傳動效率，取0.7.

3) 牽引傳動比iq.

牽引傳動比為牽引電機轉(zhuǎn)速和驅(qū)動轉(zhuǎn)速之比：

3 滾筒參數(shù)的確定

3.1 截割滾筒D(m)

根據(jù)配套要求，一般直徑小于1.6 m的滾筒，為提高裝煤效果取0.2 m；直徑大于1.6 m的滾筒取0.1 m.

3.2 截割滾筒最低和最高轉(zhuǎn)速n(r/min)

割煤時的牽引速度：Vmax=11 m/min

滾筒同一截線上的截齒數(shù)m=6(因神東的煤中硬且韌性大的煤層，所以采用一線六齒的布置方式)

截齒外伸長度，lp=0.1 m

1) 滾筒最低轉(zhuǎn)速：

2) 滾筒的最高轉(zhuǎn)速按割煤過程中沒過截齒高度的70%計算：

根據(jù)計算結(jié)果，設計時滾筒轉(zhuǎn)速應在18.3～26.19 r/min選取。

3.3 滾筒的線速度Vj(m/s)

滾筒的線速度指滾筒上截齒齒尖的切線速度。

根據(jù)計算結(jié)果，設計時滾筒的線速度取值應考慮煤的崩落和粉塵的大小。

3.4 截深B(m)

為了保證頂板管理和頂板壓張力的作用，滾筒的截深取B=0.865 m

3.5 注意事項

在滾筒設計時，為了減小斜切進刀的阻力，端盤應開漏煤口，端盤齒要布置合理；滾筒筒轂和葉片應采用高強板，在保證強度和剛度的情況下盡量減少滾筒的重量，以便調(diào)整采煤機的重心位置。

4 搖臂參數(shù)的確定

4.1 已知條件

截割電機功率Nj=1 250 kW

電機轉(zhuǎn)速n=0～1 485 r/min

滾筒最低轉(zhuǎn)速nmin=18.3 r/min

滾筒最高轉(zhuǎn)速nmax=26.19 r/min

4.2 傳動比的計算

搖臂傳動比為截割電機轉(zhuǎn)速和滾筒轉(zhuǎn)速之比

根據(jù)煤質(zhì)硬度、滾筒大小、滾筒線速度等參數(shù)確定滾筒轉(zhuǎn)速，即可確定傳動比；為適應不同的地質(zhì)條件，采用更換配對齒輪的齒數(shù)改變傳動比，以適應不同煤質(zhì)的需要。

4.3 搖臂傳遞的理論扭矩T(N·m)

5 選型結(jié)果

根據(jù)以上的選型計算，該采煤機的主要參數(shù)確定見表1.

表1 采煤機的主要參數(shù)表

6 結(jié) 論

基于神東煤炭集團上灣煤礦的地質(zhì)條件和技術(shù)參數(shù),通過一系列的設計選型，得到電牽引采煤機型號為MG1250/3320-WD.科學合理的匹配采煤機的功率，是滿足綜采工作面實際生產(chǎn)需要的關(guān)鍵。要進一步完成該電牽引采煤機的精確設計，還需要對上灣煤礦四盤區(qū)1-2#煤層進行取樣分析，最終微調(diào)確定電牽引采煤機功率，以實現(xiàn)一井一面年產(chǎn)1 600萬t的目標。

參 考 文 獻

[1] 尹玉臣，高 瑩. 采煤機選型設計參數(shù)優(yōu)化計算[J]．煤礦機械，2008，29(12)：17.

[2] 陳 貴，常聚才. 大功率采煤機的選型計算及應用[J]. 煤礦機械，2011(2)：4.

[3] 馬 濤，蘇 俊，丁志勇. MG150/375-W采煤機的選型設計及其應用[J]. 煤礦機械，2015(1)：199.