基于8.5 m特厚煤层采煤机的设计研究

丁志勇，赵 敏

(山西能源学院，山西 晋中 030600)

神东煤炭集团上湾煤矿四盘区1-2#煤层厚度5.35～9.6 m，平均厚度8.8 m，煤层埋藏普遍较浅，煤质中硬且韧性大。该工作面属于近水平煤层，为提高综采工作面的生产效率和煤炭回收率，选择一次采全高的开采方式。目前，世界上最大一次采全高的工作面为7 m，采煤机滚筒直径为3.5 m，针对8.5 m以上的煤层，迄今为止世界上还没有可借鉴的一次采7 m以上特厚煤层的经验，因此，采煤机整体参数的选取成为综采工作面能否成功达产的关键，下面根据该工作面的具体条件对采煤机每个部件的主要参数[1]进行计算，并得出相应的结果。

1 总装机功率及功率分布计算

已知条件：综采工作面长度L=300 m；工作面设计产量Qa=1.6 Mt/a；工作面走向长度5 439 m；全年有效工作天数d=330 d；斜切进刀长度I≈50 m；平均割煤高度Hg=8.5 m；截割深度B=0.865 m；实体煤容重γ=1.34 t/m3；采煤机有效开机率k=80%；工作面采煤机割煤回收率Cg=95%；采煤机截割一刀的时间(包括斜切进刀时间)Td=60 min.

1.1 装机功率的测算

1) 工作面平均日产量Qa(t/d).

2) 工作面采煤机所需平均落煤能力Qm(t/h).

3) 采煤机所需的平均割煤速度Vc(m/min).

4) 采煤机所需的最大落煤能力Qmax(t/h).

Qmax=kc·Qm=5 944.01 t/h

式中：

kc—采煤机割煤不均衡系数，取1.4.

5) 采煤机割煤所需的最大牵引速度Vmax(m/min).

Vmax=kc·Vc=10.05 m/min

6) 估算采煤机总装机功率N(kW).

N=60·kb·B·Hg·Vmax·Hw=3 170 kW

式中：

kb—备用系数，取1.3；

Hw—采煤机割煤单位能耗，按我国大部分测量统计，Hw=0.35～0.55 kW·h/m3，因神东的煤韧性较大，取0.55 kW·h/m3.

1.2 功率分布计算

1) 所需的截割电机功率Nj(kW).

根据实际经验，截割功率一般占总功率的80%[2]左右，计算得：

Nzj=N×80%=2 560 kW

因采煤机左右截割部各用一个电机，所以单个截割电机的功率为：

所以根据标准电机的功率，将采煤机单个截割电机功率圆整为1 250 kW.

2) 所需的牵引电机功率Nq(kW).

根据实际情况牵引功率一般占总装机功率的15%～20%[3]，故牵引电机的功率为：Nzq=N·15%=480 kW.

因采煤机采用左右牵引方式，所以单个牵引电机的功率为：

所以将采煤机单个牵引电机功率圆整为250 kW，根据工作面倾角的大小选择牵引功率的大小。

3) 泵站功率Nb(kW).

a) 方法一：采用单泵站供液方式，泵站功率一般占总装机功率减去总截割功率之差的10%～15%，故泵站电机的功率为：Nb=(N-Nzj)×10%=70 kW

b) 方法二：依据摇臂调高速度的需要，再根据选定泵的流量Qe(等于泵的排量p.r/mL×泵的转速n)和额定压力Pe计算后确定：

式中：

η—泵的效率，kW.

所以将采煤机泵站电机功率初定为70 kW.

4) 破碎功率Np(kW).

根据设计经验，破碎功率一般占总装机功率的8%，则破碎电机的功率为：

NP=N·8%=256 kW

所以将采煤机破碎电机功率圆整为250 kW.

若工作面片帮多且大，需适当将功率加大。

5) 确定总装机功率No(kW).

通过一系列的计算，结合选用电机的功率标准，确定出采煤机的总装机功率为：总截割电机功率、总牵引电机功率、泵站电机功率和破碎电机功率之和：

No=2×1 250+2×250+70+250=3 320 kW

2 牵引部参数确定

1) 已知条件。

牵引电机功率P=250 kW

转速n=0～1 485～3 500 r/min

牵引速度Vmax=11 m/min，调动速度Vk=22 m/min

驱动轮分度圆直径D=550 mm=0.55 m

传动效率η=0.7

2) 实际最大牵引力∑F0.

因采煤机是双牵引，所以理论总牵引力为∑F=2×1 363=2 726 kN

实际最大牵引力∑F0=∑F·η=2 736×0.7=1 915 kN

式中：

η—牵引部的传动效率，取0.7.

3) 牵引传动比iq.

牵引传动比为牵引电机转速和驱动转速之比：

3 滚筒参数的确定

3.1 截割滚筒D(m)

根据配套要求，一般直径小于1.6 m的滚筒，为提高装煤效果取0.2 m；直径大于1.6 m的滚筒取0.1 m.

3.2 截割滚筒最低和最高转速n(r/min)

割煤时的牵引速度：Vmax=11 m/min

滚筒同一截线上的截齿数m=6(因神东的煤中硬且韧性大的煤层，所以采用一线六齿的布置方式)

截齿外伸长度，lp=0.1 m

1) 滚筒最低转速：

2) 滚筒的最高转速按割煤过程中没过截齿高度的70%计算：

根据计算结果，设计时滚筒转速应在18.3～26.19 r/min选取。

3.3 滚筒的线速度Vj(m/s)

滚筒的线速度指滚筒上截齿齿尖的切线速度。

根据计算结果，设计时滚筒的线速度取值应考虑煤的崩落和粉尘的大小。

3.4 截深B(m)

为了保证顶板管理和顶板压张力的作用，滚筒的截深取B=0.865 m

3.5 注意事项

在滚筒设计时，为了减小斜切进刀的阻力，端盘应开漏煤口，端盘齿要布置合理；滚筒筒毂和叶片应采用高强板，在保证强度和刚度的情况下尽量减少滚筒的重量，以便调整采煤机的重心位置。

4 摇臂参数的确定

4.1 已知条件

截割电机功率Nj=1 250 kW

电机转速n=0～1 485 r/min

滚筒最低转速nmin=18.3 r/min

滚筒最高转速nmax=26.19 r/min

4.2 传动比的计算

摇臂传动比为截割电机转速和滚筒转速之比

根据煤质硬度、滚筒大小、滚筒线速度等参数确定滚筒转速，即可确定传动比；为适应不同的地质条件，采用更换配对齿轮的齿数改变传动比，以适应不同煤质的需要。

4.3 摇臂传递的理论扭矩T(N·m)

5 选型结果

根据以上的选型计算，该采煤机的主要参数确定见表1.

表1 采煤机的主要参数表

6 结 论

基于神东煤炭集团上湾煤矿的地质条件和技术参数,通过一系列的设计选型，得到电牵引采煤机型号为MG1250/3320-WD.科学合理的匹配采煤机的功率，是满足综采工作面实际生产需要的关键。要进一步完成该电牵引采煤机的精确设计，还需要对上湾煤矿四盘区1-2#煤层进行取样分析，最终微调确定电牵引采煤机功率，以实现一井一面年产1 600万t的目标。

参 考 文 献

[1] 尹玉臣，高 莹. 采煤机选型设计参数优化计算[J]．煤矿机械，2008，29(12)：17.

[2] 陈 贵，常聚才. 大功率采煤机的选型计算及应用[J]. 煤矿机械，2011(2)：4.

[3] 马 涛，苏 俊，丁志勇. MG150/375-W采煤机的选型设计及其应用[J]. 煤矿机械，2015(1)：199.