综采工作面设备及其配套.docx
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综采工作面设备及其配套
综采工作面设备及其配套
第一章综采工作面设备
煤炭生产的核心是煤炭的开采。
八十年代中期和九十年代初期,世界上先进产煤国家美国、澳大利亚、德国、英国和南非等在煤矿长壁工作面开采工艺和设备方面进行了一系列卓有成效的改革和技术开发工作,形成了生产能力大、自动化程度高、安全可靠、可使开机率达95%以上、工作面单产和工效成倍提高的成套综采设备。
这些设备体现了新一代综采设备的技术特点,同时也代表长壁综采设备的技术发展方向。
第一节双滚筒采煤机
以电牵引取代了液压牵引,体现了新的设计思路,综合技术水平有了飞跃性提高。
1.采用了多电机横向布置设计方案省去了圆弧锥齿轮,简化了机械传动系统,提高了传动系统的可靠性和传动效率,降低了制造成本,且操作简易安全,维修方便,为大幅度提高采煤机安装功率创造了条件。
2.装机功率大大提高截割功率达2×610kW,牵引功率达2×40~2×100kW,液压泵电机功率达1×40kW或2×30kW,破碎机功率达60~100kW。
各种不同机型的装机总功率已分别达1080kW(EDW-450/1000型),1228kW(SL-500型),1426kW(ELECTRA3000型)和1530kW(6LS-5型)。
总装机功率的增大又为截割牵引速度和生产能力的提高提供了依托。
3.截割牵引速度和生产能力猛增前者一般增至10~15m/min(最高达40m/min),后者则达75t/min,均达到液压牵引采煤机的3~4倍。
4.装备了以微型电子计算机为核心的电控系统采用先进的信息处理和传感技术,对采煤机的运行工况及各种技术参数信息进行采集、处理、显示、存储和传输,并通过编程对采煤机进行全面控制,监测和保护(包括过载、过热、漏电、供水水压和流量、误操作等),以及实现采煤机电气系统的自动调节,截割电机功率自动平衡和机械故障自动查寻诊断等功能。
第二节液压支架
液压支架的技术发展和进步主要体现在采用了电液控制系统和结构强度的改进提高两方面。
一、用电液控制系统取代了手动操作
实现了双向邻架自动顺序控制和成组顺序控制,并能够按照采煤机运行位置和方向实现全工作面液压支架的自动控制。
这样,不仅大大提高了移架速度(一般达6~8s/架,最高的达3s/架),同时也可使支架对煤层顶板的支护经常处于稳定状态,实现带压移架,避免对顶板和支架产生冲击载荷,较好地控制了顶板,减少了顶板事故,又使支架受力平衡,使用寿命延长。
二、结构、强度的改进和提高
在架型方面向掩护式,高支护强度,高工作阻力,大中心距,高稳定性和整架重量轻,寿命长等方向发展。
掩护式液压支架对煤层顶板适应性较强,防止矸石进入工作面的密封性能好,世界上先进采煤国家已普遍使用掩护式液压支架,美国和德国主要采用两柱掩护式液压支架,英国和澳大利亚则较多选用四柱支撑掩护式液压支架。
为了满足中厚煤层一次采全高的需要,支撑高度已增加到4~5m,支护强度一般为0.80~0.95MPa,最大已达1.1Mpa;工作阻力一般为6000~8000kN,最高已达10000kN。
为了改善支撑高度增加后的稳定性,液压支架的宽度(两支架的中心距)已由1.5m增加到1.75m,正向2m发展。
随着支架支撑高度、宽度和工作阻力的加大,对支架的结构设计和钢材的选用也提出了更高要求,目前STE700级以上高强度钢板(屈服极限σS=690MPa,抗拉强度极限σb=700~930MPa)的使用量已超过70%。
支架的结构设计更加合理,样架耐久性加载试验项目齐全,加载循环已超过30000多次,从而获得重量相对轻、强度高、使用寿命长的良好效果。
液压支架技术,特别是其控制技术—电液控制系统的使用和推广,为电牵引采煤机生产能力的充分发挥和工作面产量的大幅度提高奠定了基础,同时也大大减轻了工人劳动强度,改善了安全生产条件。
电液控制系统主要有两种,使用较多较成熟的是电磁先导液控阀组,主要生产厂家有英国国际长壁公司,德国D.B.T公司。
我国煤炭科学研究总院太原分院也研制生产了这种电液阀。
英国原伽立克公司(现并入美国久益公司)生产的微电机电液阀组,在一些矿井也获得了较好的使用效果。
第三节工作面刮板输送机
与采煤机技术和液压支架技术的发展相适应,工作面刮板输送机技术也有了长足发展。
1.普遍采用了十字交叉侧卸式卸载装置具有卸载能力高,底槽回煤少,卸载高度低等特点,为实现大运量,低能耗及采煤机顺利割通工作面创造了条件。
2.中部槽结构尺寸和强度大幅度提高采用了铸焊结合,封底开检查窗中部槽,中板和封底板厚度分别为40mm和30mm,最厚已达60mm和35mm。
中部槽内宽普遍加大到1000mm,最大达1332mm。
中部槽长度已加长到了1.75m,有向2.0m发展的趋势,中部槽高度也增至345mm。
由于中板普遍采用了高强度、高耐磨合金钢(如ARQ360、St75Mn,HARDOX400及NM360等合金钢),象征中部槽使用寿命的过煤量已保证达到600万t,实际已超过1200万t(原煤)。
中部槽槽间联接强度普遍达到3000kN(单侧)。
3.链条技术取得长足进步链条尺寸不断加大,强度不断提高,并发展了新型链条。
刮板链多选用双中链,链环直径一般为Φ34mm~Φ38mm,最大达Φ60mm。
同时出现了紧凑链等新型链条,使同一尺寸的链条强度几乎提高了一个档次。
链条强度、寿命和可靠性的大幅度提高,为实现大运距,大运量创造了条件。
4.适当地提高链速不仅有利于减小链条运行阻力系数,同时在槽宽一定的条件下,也有利于提高输送机输送量。
目前,刮板输送机链速普遍达1.2m/s,有的达1.4m/s,最高的已达1.8m/s。
5.装机功率随着刮板输送机输送长度的迅速增加,运量大幅度提高,链条越来越重,其装机功率亦不断增大。
一般,装机功率已普遍达2×525kW~2×700kW,最大的已达4×800kW(德国弗里德里斯—海因利希/莱茵兰特矿装备的由DBT公司生产的PF4/1132型中双链输送机)。
6.驱动技术和链条自动张紧技术普遍采用双速电机+限矩离合器+行星减速箱驱动装置,以缩小机头、机尾部体积。
已有部分采用微机控制的水介质调速型液力偶合器(DTPL-2WS型,用量已接近300台,最大传递功率达1000kW)和CST可控传输装置,(DBT公司生产的WBCST45型装置,用在PF4/1132型输送机上,该装置的传递功率为800kW)。
普遍采用了液压紧链技术、改善了紧链操作的可靠性和安全性;采用了机尾自动伸缩张紧装置,改善了链条工作状况,提高了链条寿命和工作可靠性。
第四节转载机和破碎机
向大生产率、大功率、重型化和高强度方向发展。
转载机装机功率一般达200~300kW,最大达525kW,破碎机装机功率为200~250kW。
转载机链速已超过1.4m/s,最高达2.2m/s;转载机输送量一般为刮板输送机的1.2倍左右。
普遍采用整体自移技术,实现了快速自移。
与带式输送机的搭接采用了马蒂尔达装置,实现了带式输送机机尾的快速自移,改善了二者的搭接状况和带式输送机的工作状态等。
第五节可伸缩带式输送机
工作面运输巷,普遍选用长距离、大运量、大功率的可伸缩带式输送机,以保证大煤流的运输畅通。
可伸缩带式输送机正向单点多电动机、可控驱动和监测监控保护系统齐全、自动化程度高的方向发展。
可伸缩带式输送机的铺设长度逐步增大到2000~3000m,最长的已超过5000m;运输能力一般为2000~3000t/h,最大已超过5000t/h;输送带宽度一般为1.2~1.4m,最宽已达2.1m;带式输送机的装机总功率一般为2×400kW或3×315kW,最大为3×750kW。
随着带式输送机运距、运量和装机功率的增大,为了避免起动和停机过程中较大的加减速度对输送带和输送机的运行及寿命的影响,普通采取合理控制起动加速度的方法,达到平稳起动和停机的效果,实现软起动、软停车。
目前广泛应用的可控装置主要为调速型液力偶合器传动系统和CST可控传输系统,其它类型的可控软起动系统也正在研制和试用中。
由于可伸缩带式输送机运输距离很长,因而监测、监控和安全保护系统非常重要。
目前已广泛应用了自动顺序开停机,全机分段通讯和紧急停机;并配备了防胶带跑偏、打滑、断裂、堵塞和自动洒水降尘等装置,滚筒和主要轴承的温度监测系统,驱动装置的油位、油温监测系统,烟雾报警及消防灭火装置,输送带纵向撕裂及接头强度监控系统等。
以上监测监控系统和驱动电动机的功率平衡及软起动系统等,均通过微型电子计算机进行数据采集、处理、显示、存储、传输,形成一套包括故障寻查和诊断功能的完整的自动监测监控系统,从而使带式输送机技术产生了质的飞跃。
第六节工作面供电设备
工作面电气设备采用了高电压、大容量的干式变压器和组合式自动调节控制开关等。
主要电动机的供电电压等级已由1140V上升到3.3KV或4.16KV,有的甚至达到5KV。
移动变电站容量一般为2×1500KVA+1×1250KVA,最大为2×2500KVA+1×1500KVA。
一次电压6~10KV,二次电压一般为1.1~3.3KV,也有1.1~4.16KV或1.1~5KV等。
各类设备均装备有功能齐全的工况参数监控系统,正向半自动化和自动化方向发展。
第二章综采工作面设备配套
第一节工作面中部设备配套关系
所谓工作面中部,这里是指与工作面输送机标准中部槽部分对应的工作面区段。
工作面中部设备配套关系一般都以采煤机、工作面输送机和液压支架三者的配套横断面,即通常所说的中部配套断面于以表达。
如图1-1所示,工作面中部配套断面既涉及到三种设备间的配套关系和尺寸,同时也涉及到设备相对于工作面煤壁的布置位置关系。
1.采煤机与液压支架的配套关系
采煤机与液压支架之间无相互直接连接关系,但却有两个相互位置关系需要于以重视。
第一个关系是采煤机机身最高点与对应处液压支架顶梁下面的关系。
采煤机沿工作面往返割煤时,其机身要在支架顶梁下通过,此时,应保证二者在正常工作状态下不产生干涉,为达此要求,通常,二者间沿高度方向的距离应保持在0.2m左右。
采煤机与液压支架的另一个相互位置尺寸是采煤机截割滚筒侧面到支架前梁端部的距离。
此距离过小,将可能导致割顶梁事故;过大,将会增大支架梁端距及控顶距,不利于采煤机机道处的顶板管理。
采煤机滚筒与支架前梁端部间的距离等于支架梁端距减去滚筒宽度与截深的差值。
这一距离可通过计算采煤机、输送机、液压支架三者的配套尺寸链予以精确确定。
通常,该距离应比采煤机滚筒向支架方向偏摆5°~6°时的距离大50~60mm,否则,便需通过加大支架梁端距于以调整。
为便于进行计算,在设备选型阶段,就应充分掌握图1-3-1中所示各尺寸。
考虑到采高变化时,液压支架梁端距也随之变化,因此,为提高计算的准确度,还应掌握支架梁端距随采高变化的规律及具体数值。
计算应依据实际梁端距进行。
2.采煤机与输送机的配套关系
采煤机与输送机的配套应确保采煤机能有效履行其功能,在输送机上畅行无阻,在任何情况下都不得出现干涉、掉道等现象,同时还应保证采煤机的横向稳定性,并便于司机操作。
另外,采煤机和输送机的配套位置还应保证采煤机机身下具有尽量大的过煤断面等。
采煤机与输送机的关键配套尺寸见图1-2,(神东煤炭责任有限公司活鸡兔矿引进JOY公司6LS-5采煤机和长壁输送机配套断面)。
图中表示二者配套后应保证的尺寸和间隙,其中:
h0——齿轮—销轨式无链牵引导轨柱销中心高;
δр1——采煤机牵引轮侧机身与输送机底挡板间的间隙;
δр2——采煤机机身与输送机挡板间的间隙;
δр3——工作面煤壁侧输送机槽帮与采煤机行走滑靴间的间隙;
Sc——采煤机滚筒与输送机铲板间的距离;
C——采煤机机身下过煤高度。
以上各尺寸和间隙,除h0外,均需进行检验和校核,并且应在采煤机通过输送机弯曲段状态进行检验。
检验时还需注意采煤机拖缆中心是否与输送机电缆槽中心对齐。
图1-2中其余未标注字母的各尺寸分别表示采煤机或输送机的结构尺寸。
这些尺寸中一部分是确定采煤机和输送机配套关系或输送机与液压支架配套关系所需原始尺寸,一部分则表示采煤机或输送机结构特征尺寸及内部组装定位尺寸,所有这些尺寸均需于以标注。
三、输送机与液压支架的配套关系
输送机通过挡板侧槽帮上的推移耳板和耳孔与十字头及液压支架推移机构(推杆)连接,以实现推移输送机和拉移支架,保证成套设备循环推进的功能。
输送机与液压支架的配套应重点注意两个问题,其一为下部配套,即推移耳板处的配套问题,推移耳板应具有足够的强度,并应大于十字头的强度,这是一个基本原则。
推移耳孔的推溜中心和拉架中心高应仔细选定,以保证推移输送机时,其铲板处于最佳状态(既不出现漂溜,又不出现扎底现象,并具有最小推移阻力),拉架时不会出现支架底座前端扎底现象,两种耳孔中心的高度应分别根据工作面底板性质和支架推移机构回转中心高确定,推移耳板处还应该保证在推拉两种状态下,十字头不与输送机推移耳板突出部或槽帮凸出部干涉。
支架底座前端不与输送机槽帮干涉;输送机液压支架配套的另一个问题,即上部问题是应保证拉架后支架前桥与输送机电缆槽间具有合理间隙,该间隙可按输送机电缆槽向支架方向倾斜5°~6°仍不与支架前桥干涉而于以确定,该间隙与电缆槽及支架前桥高度均有关。
上部配套的另一尺寸是支架前的行人通道宽度,一般情况下,该尺寸不应小于500mm,对于薄煤层综采工作面拉架后的人行通道宽度应不小于500mm。
中部配套断面表示工作面三种设备的基本配套关系,同时也表示了三种设备的布置位置。
以上只分别介绍了采煤机与输送机、采煤机与液压支架、输送机与液压支架的配套关系和尺寸。
实际上,工作面中部设备配套关系应将三者综合在一起并根据以下原则于以考虑。
a.成套设备能有效履行各项功能;
b.各连接环节具有足够强度;
c.确保工作人员能安全操作和通行;
d.尽量减小液压支架控顶距;
e.有利于提高设备工作可靠性和寿命。
第二节工作面下端头设备配套关系
通常,大多数综采工作面运输巷都布置在工作面下侧,回风巷布置在工作面上侧,输送机由上倾斜向下运煤,工作面与运输巷交汇点处即称为工作面下端头。
此处也是工作面输送机的卸载点,即机头处。
综采工作面下端头设备配套关系较工作面中部要复杂一些,需要考虑的问题也较多。
以下将分别于以讨论。
一、采煤机和输送机的配套关系
本篇第二章第二节在讨论工作面长度的确定方法时曾提出确定S1(工作面下端头设备布置所要求的采煤机下滚筒中心进入输送机机头过渡槽的水平距离)的问题,并指出采煤机与输送机配套时,其下滚筒中心进入机头过渡槽的距离S′1应大于或至少等于S1。
S′1是指采煤机沿输送机行走极限位置所对应的配套关系尺寸,它受许多因素的影响和制约,它们是:
采煤机机身前下端是否与输送机机身干涉,摇臂头是否与输送机槽帮干涉,对于薄煤层还应考虑采煤机机身最高点是否与液压支架干涉等。
以下仅以摇臂头与输送机槽帮间的干涉问题及其解决办法加以简略说明。
如图1-3所示,在工作面端头处,输送机溜槽逐渐爬高,以逐渐过渡到其机头架和机尾架高度。
采煤机截割滚筒沿工作面底板割煤,滚筒回转中心到工作面底板的垂直距离始终保持不变,等于滚筒半径。
这样,当采煤机向输送机机头(在上端头是向机尾)方向运行时,其摇臂的头部(以下简称摇臂头)与输送机槽帮上缘间的垂直间距便逐渐减小。
当此间距减小为零且摇臂头与
输送机槽帮沿槽宽方向有重迭部分时,采煤机继续前进,摇臂头将被输送机槽帮抬起,至使其滚筒脱离工作面底板,形成所谓“留底煤”问题。
因上述原因而引起的“留底煤”现象一般都由输送机过渡槽的爬行段开始,越向机头(尾)越严重,它也是影响S'1大小的一个主要因素。
“留底煤”问题可通过输送机“变线”于以解决。
所谓变线,是指输送机无链牵引导轨和铲板分别向工作面侧水平偏移和加宽。
通常,输送机的变线大都自其过渡槽前3-5节中部槽(或爬高中部槽)处开始,具体变线量和所需变线的溜槽数应视采煤机摇臂头与输送机铲板侧槽帮沿输送机宽度方向的重合宽度的大小而定,重合宽度越大,所需总变线量及变线溜槽数越大和越多,反之则越小和越少。
当二者无重合宽度时,不需变线或只需很少的变线量。
每节溜槽的变线量依据采煤机能否顺利运行而定。
如前所述,影响采煤机行走极限位置的还有其它因素,实际设计中应逐一于以校核。
当采煤机的运行极限位置仅受摇臂头与输送机过渡槽槽帮干涉的限制时,采煤机运行极限位置可用图1-4所示方法于以确定。
图中摇臂头与输送机过渡槽槽帮上缘相切点到过渡槽小端的水平投影即为S'1。
若S'1>S1,则输送机不需变线,反之则应变线,直到S'1>S1为止。
确定了摇臂头中心,即滚筒中心位置后便可利用模板法或绘图计算法(解析法)确定出采煤机机身位置。
图1-4采煤机下滚筒极限位置的确定
与解析法相比,模板法更为简单直观、实用可靠、精度(比例为1:
10)亦可满足要求,以下将对其作简单介绍。
所谓模板法,实际上是一种模拟运动法。
采用这种方法时,一般应先按一定比例(如1:
10)在“透明”胶片或透明塑料板上用彩笔绘出采煤机沿机身长度方向的结构简图(见图1-5),然后将其置于如图1-3所示输送机纵向布置简图上,使其前后两滑靴回转中心沿输送机简图上滑靴回转中心运动轨迹移动,直到采煤机下滚筒中心运动轨迹(以摇臂回转中心为中心,摇臂长度为半径绘出的圆)通过前述已确定的滚筒中心极限位置。
此时采煤机所处位置即极限位置。
利用模板法可快速准确容易地确定出采煤机机身姿态(倾角)、摇臂摆角、牵引滑靴所在位置、采煤机机身最高点及最低点等,而采用解板法时则较为困难。
二、输送机与转载机的配套关系
1.采用端卸式输送机时
此时应重点解决好以下几个问题。
图1-5采煤模板简图
a.卸载距离SZ的合理确定卸载距离指输送机机头链轮中心到转载机机身中心线的水平距离,它决定转载机相对于输送机的铺设位置。
卸载距离偏大,部分煤可能卸不到转载机上,堆积在转载机和输送机机头架间,从而加重输送机“带回煤”现象;卸载距离偏小,会造成输送机卸载点处转载机上的堆煤现象,同样亦会加重“带回煤”现象。
正确的卸载距离指煤由输送机卸出后,正好落在转载机机身中心线处。
卸载距离可根据输送机链速和卸载高度,利用斜抛运动原理于以计算。
此时初速度即为链速,抛出角等于输送机机头架中板倾角,垂直落差等于卸载高度,即卸载点煤流厚度中心面到转载机中板上表面的垂直距离。
卸载距离亦可参照类似实例于以确定。
b.卸载高度hx的确定卸载高度偏小会加剧输送机“带回煤”现象;偏大,则会加剧卸载点的煤尘问题,同时还可能影响采煤机的极限位置,一般都根据经验于以确定。
c.转载机机尾布置位置的确定在输送机卸载点,煤应卸入转载机中部槽中,不应卸入其机尾过渡槽,为此,转载机机尾位置应根据其被拉移一个步距后,煤仍卸入中部槽于以确定。
2.侧卸式输送机与转载的配套关系
侧卸式输送机有搭接和交叉侧卸两种型式,综采工作面大都使用交叉侧卸式输送机,很少使用搭接式侧卸输送机。
交叉侧卸输送机机头部与转载机机尾连为一体,为避免输送机机头推移过程带动转载机机身左右偏摆或减少推移阻力,在紧靠输送机卸载口附近的转载机落地段上应布置3~5节活动旋转槽(哑铃销联接),使转载机在此段可蛇形弯曲,从而减少输送机推移阻力和防止转载机机身整体摆动。
三、输送机与液压支架的配套关系
在工作面端头处,往往要布置输送机的驱动装置。
因此,输送机与液压支架的配套关系将不同于工作面中部,需于以特殊考虑。
1.输送机与支架的连接关系
当输送机驱动装置布置在输送机与液压支架之间时,二者间需布置过渡推移装置。
通常先将输送机机头架及过渡槽与推移横梁连接在一起,液压支架通过推移横梁推移输送机机头架和过渡槽。
推移横梁沿纵向布置有许多平均分布的推移点,以保证输送机连同推移横梁相对于液压支架左右偏移时,推移横梁始终能与液压支架实现正确连接。
2.移动顺序关系
通常在工作面中部,设备移动顺序为采煤机通过后先拉移液压支架,然后推移输送机。
在工作面下端头处(上端头处亦类似),输送机驱动装置布置在输送机和液压支架之间,另外还需布置推移横梁,此处的液压支架将大大滞后于工作面中部支架。
此时若仍采用先拉架、后推溜程序、势必要大大增加液压支架纵向尺寸,至使其无法设计。
为此,当输送机驱动装置布置在输送机与液压支架之间时,应采用先推溜、后拉架的设备移动顺序。
3.推移力的配置
工作面输送机机头部推移阻力要比中部大得多,采用交叉侧卸输送机时还需要克服转载机的推移阻力,所需推移力更大。
为此,工作面下端头除液压支架本身推移缸外,尚需配置辅助推移油缸。
辅助油缸布置在支架底座侧面,所需油缸数量及规格应视输送机和转载机型号、规格、型式及具体条件(如底板条件)等而定。
第三节工作面上端头设备配套关系
工作面上端头与回风巷衔接,工作面输送机机尾部即布置在此处。
工作面上端头的设备配套和布置应保证采煤机能割通工作面其滚筒中心能到达输送机机尾架末端,以保证输送机和液压支架顺利推进。
总体配套设计中也应对此处采煤机、输送机、液压支架的配套关系于以检验,所需检验项目及采用的检验方法与工作面下端头处基本相同。
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- 工作面 设备 及其 配套