设备选型及配套

设备选型及配套（精选8篇）

设备选型及配套 篇1

1 工作面概况

丁5、6—22180综采工作面位于平煤集团六矿二水平丁二采区, 地面标高为330～270, 工作为面标高为-561～-496, 走向长为3400m, 倾斜长度里段为268m (走向长为940m) , 外段为180m (走向长为2460m) 。上部为丁5、6--22160采面采空区, 下部为丁5、6--22200采面采空区, 东部为丁二下山保护煤柱, 西部为五矿和六矿的边界。煤层走向为NE108°, 倾向为N18°E, 倾角为6°～19°/11°。工作面掘进时打钻有夹钻现象, 不时有煤炮声;瓦斯涌出量较大, 有突出征兆。工作面通风方式为U型通风, 瓦斯相对涌出量4.01 m3/t, 绝对瓦斯涌出量11～14m3/min, 地温为30～34℃, 自然发火期为3～6个月, 属高温、高瓦斯突出工作面。

2 超大工作面设备配套选型设计

综采工作面的采煤机、刮板输送机及液压支架“三机”的配套是整套综采设备的核心。采煤机和刮板输送机的生产能力应满足产量要求, 采煤机和液压支架的调高范围要适应煤层厚度及其变化范围, 支架移架速度要跟得上采煤机的牵引速度, 采煤机要依靠刮板输送机导向并在其上移动。因此, 为了实现综采工作面最大生产能力和安全生产, 采煤机、刮板输送机和液压支架之间在性能、结构、采面空间要求以及“三机”相互联接的形式、强度和尺寸等方面, 必须互相适应和匹配。

3 支架选型:

采面拟使用ZY5000-18/38二柱掩护式液压支架支护顶板, 自动垮落法处理老空顶板。其主要技术参数如下:

⑴架型ZY5000-18/38二柱掩护式

⑵初撑力3866KN

⑶工作阻力5000KN

⑷支护强度0.76～0.86MPa

⑸支撑高度1.8～3.8m (f=0.2)

⑹支护中心距1.5m

⑺移架步距0.8m

⑻操作方式邻架操作

⑼底座比压1.87～2.21MPa

⑽适度煤层倾角<25°

⑾运输尺寸1.43×1.8×6.25m

⑿适应泵站压力31.5MPa

4 采煤机选型

根据采面产量和地质条件要求, 选用MGTY400/930-3.3D采煤机, 主要技术参数计特点如下:

5运输机选型

工作面刮板输送机生产能力的选择是保证采煤机采落的煤被全部运出, 并留有一定的备用能力, 选用国产SGZ-830/750型刮板输送机, 其主要技术参数如下表:

6转载机

转载机的能力应大于刮板输送机的能力, 设计选用SZZ800/250转载机, 转载机主要技术参数见表:

7破碎机

根据所选刮板输送机和转载机的运输能力, 设计选用PCM160破碎机, 破碎机主要技术参数如下:

8、乳化液泵站

工作面设计选用国产GRB315/31.5型乳化液泵2台, 配用RX400/25乳化液箱一个和BRW-31.5/400一台和泵箱一个。其技术参数如下:GRB315/31.5泵:流量315L/min、压力31.5MPa、装机功率200KW、电压1140V。BRW-31.5/400泵流量400L/min、压力31.5MPa、装机功率250KW、电压1140V。

3效果评价

自2007年10月该套设备投产以来, 截至到2008年9月份, 工作面没有出现瓦斯、顶板、大型机电事故等的影响, 实现了本质安全和生产创水平, 在平煤集团公司类似生产条件工作面中当属最高纪录。

设备选型及配套 篇2

综采工作面的“三机”正确先进的选型、合理的配套是提高工作面生产能力和矿井实现高产高效、提高资源回收率的必要条件。

关键词：采煤机 液压支架 刮板输送机选型原则

1 “三机”的选型原则

1.1 采煤机的选型

采煤机是不是会具备较好的实际生产能力，主要要看以下几点：采高、截深、牵引速度、工作时间利用系数。

滚筒直径、调高形式和摇臂摆角等因素对采高起着决定性的作用。截深的影响因素主要是煤层厚度、煤质软硬、顶板岩性以及移架步距。而截割部传动比、滚筒转速和滚筒直径决定着截割速度，对采煤机的功率消耗、装煤效果、煤的块度和煤尘大小等有直接影响。牵引速度的初选是通过滚筒最大切削厚度和液压支架移架追机速度验算确定。外载荷主要影响着牵引力，其他的如机身自重及导向机构的结构和摩擦系数等因素也会对其造成一定的影响。

因此，确定采煤机的选型要遵循以下原则：①采煤机主要参数（采高、截深、功率、牵引方式）的选取要能适合所开采煤层的地质条件（厚度、硬度等），并有一定的富余系数。②采煤机生产能力要大于工作面设计能力。③采煤机的技术性能良好，安全保护功能可靠，便于使用和维护。④煤机的采高、截深、截割速度、牵引速度、牵引力和功率等参数在选型时必须确定。

1.2 液压支架的选型

液压支架是以高压液体作为动力，由金属构件和若干液压元件组成，能实现支撑顶板、切顶、自移和推溜等工作，它与采煤机、刮板输送机配套组成综合机械化设备，具有产量大、效率高、安全性好等优点，并为工作面进一步实现自动化创造了条件。

因此，确定液压支架的选型要遵循以下原则：①要依据顶板情况来确定支架类型（支撑式、掩护式、支架掩护式）、支护强度。②要依据煤层厚度、采煤机滚筒直径和采高来确定支架的最大最小高度。③要依据支护强度来确定支架的结构参数（立柱数目、直径）。④选型依据是矿井采区、综采工作面地质说明书。在选型之前，必须将所采工作面的煤层、顶底板及采区的地质条件全部查清。然后依据不同类级顶板选取架型。

1.3刮板输送机的选型

刮板输送机在综采工作面起着承载、运煤和采煤机导向以及液压支架推移支撑等作用，是整套综采设备的“中坚”，其性能、可靠程度和寿命是综采工作面正常生产和取得良好技术经济效果的重要保证。

因此，确定液压支架的选型要遵循以下原则：①刮板输送机的输送能力要超出采煤机的最大生产能力的1.2倍左右。②需要用多少的链条，还要看刮板链的质量；安排什么样的链子结构，需要看煤质硬度。③最好是选择使用双电机双机头驱动、短机头和短机尾方式。④刮板输送机的输送能力、电机功率要根据工作面倾角、铺设长度及输送量的大小等条件确定。⑤刮板输送机在使用中要受拉、压、弯曲、冲击、摩擦和腐蚀等多种作用。因此，必须有足够的强度、刚度耐磨和耐腐蚀性。⑥大型矿井优先选用中双链型。⑦由于各工作面实际情况不同，选型时一定要符合实际生产的需要。

2 “三机”合理配套的要求

2.1 满足生产能力：要保证采煤机生产能力能够很好地完成综采工作面的生产任务，同时液压支架的移架速度要匹配采煤机的牵引速度，还要求工作面刮板输送机的输送能力超过采煤机的生产能力，而乳化液泵站输出压力与流量要符合液压支架初撑力及其动作速度要求。

2.2 满足设备性能：输送机的结构形式及附件一定要跟采煤机的结构相匹配，输送机的中部槽应与液压支架的推移千斤顶链接装置的间距和连接结构相匹配。采煤机的采高需要适应支架的最大和最小结构，而其截深要适应支架推移步距，如图1所示。

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图1 液压支架、采煤机、刮板输送机几何关系示意图

其计算公式为：R=B+E+W+X+d/2 （1）

在这个式子里，无立柱空间宽度用R来表示；截深用B来表示；铲煤板空距用E来表示，其大小为50～100mm；输送机宽度用W来表示；前柱与电缆槽间距用X来表示；前柱外径用来d表示。

W=F+G+J+V （2）

在这个式子里，铲煤板宽度用F来表示，其大小为150～240mm；中部槽宽度用G来表示；导向槽宽度用J来表示；电缆槽宽度用V来表示。

2.3 满足安全和工作方面要求

①从安全方面来看，工作面没有立柱空间或者是更小点是最佳的。②为了避免电缆挤伤的情况，前柱与电缆槽间一定要有一个150～240mm的间隙。③为了避免滚筒切割顶梁，梁端距T一般为150～300mm。④推移千斤顶行程应比采煤机截深大100～200mm。⑤为保证煤流能够很好地从底托架下通过，过煤高度C要超过250～300mm。⑥过煤空间Y最小可以使90mm，或者是200～250mm，前者在底板清理良好及采煤机机身不长的情况下应用是比较合适的。煤层倾角小于10度的工作面，在推移刮板输送机时要控制好其位置，防止“上窜下滑”。

3 实际工作中“三机”选型及配套的论述及探讨

从以上“三机”的选型原则及配套关系的分析可以看到，其选型工作涉及地质学、顶板管理、采煤工艺、机电和机械设备等多门学科，同时又是实现矿井高产高效的前提所在。目前的选型配套基本上能够满足生产需要，但在进行实际生产时，还会有一些跟实际情况不一致的现象。如：移架循环需要比较久的时间，与采煤机牵引速度的要求不一致；选型配套的参数基本上没有什么问题，但在实际使用时却不能实现。如液压支架初撑比通常是0.5～0.8，而实际应用时只有0.25～0.4。这意味着，综采工作面“三机”配套不可以仅仅是“经验类比”，要对系统中的主要环节做好动态优化设计，保证其设计参数与实际运行参数的一致。如具备条件时，可以考虑支架电液控制，利用拉移支架以缩短移架循环时间以及减少人员投入；工作面避免产生“大马拉小车”现象，产生不必要的投入。当然，各种配套关系不是唯一的，这主要是由于矿井的开采条件、组织管理水平存在着客观的差距。如果客观条件不具备，即使选择生产能力很高的配套设备，也远不能达到提高生产能力的目的。同时在选型方面还应考虑安全生产和维护简便的原则，在三角煤和煤柱区域的选型方面也要考虑，从而减少资源的浪费。

不同条件的矿井，综采工作面的“三机”选型应从实际出发，因地制宜，选用适用的配套设备。高产高效矿井发展的原则不是要增加综采工作面数量，而是应该提高综采工作面单产，减少作业环节，提高生产效率，实现集约化生产。

4 结束语

通过这次论文设计，我对理论知识有了更深的理解，为今后的工作打下良好的基础，认识问题，分析问题，解决问题的能力有了很大的提高。随着现代化矿井的建设，要求不断提高矿用机械的稳定与高效运行，本论文结合我矿的实际情况针对三机选型及其进行了研究和探讨，并针对性地提出了一些自己的见解，希望与同行交流和学习，以用来解决生产实践中遇到的实际问题，从而提高综采设备的生产效率，为实现高产高效的现代化矿井出谋划策。

参考文献：

[1]张宏干.《综采维修钳工》.机械工业出版社.2003.

[2]《采煤学》.煤炭工业出版社.中国矿业学院校编.1997.

[3]刘元祥.《煤矿机械设备安装工》煤炭工业出版社.2004.

[4]任秉钢.《综采生产管理手册》.煤炭工业出版社.1994.

设备选型及配套 篇3

关键词：综采工作面,“三机”配套,设备选型

0 引言

随着矿井逐步实现现代化, 生产能力逐年提高, 综采设备也趋于大型化、一体化、智能化。但是由于综采设备的型号众多, 在不同的工作面应用时会发生不配套的情况, 严重制约着综采工作面的发展, 因此非常有必要明确综采工作面“三机”配套以及设备选型原则, 提高综采设备的广泛应用。

1 综采工作面“三机”配套原则

1.1“三机”配套几何尺寸关系

采煤机、刮板输送机和液压支架之间横断面配套尺寸如图1所示。

由图1可知, 输送机的结构形式及附件必须与采煤机的结构相匹配, 其中部槽应与液压支架的推移千斤顶连接装置的间距和连接结构相匹配。采煤机的采高范围与支架的最大和最小结构尺寸相适应, 而其截深应与支架推移步距相适应。

1.2“三机”性能配套

综采工作面“三机”性能应相互匹配, 否则会相互制约, 设备难以充分发挥其作用。其主要涉及的内容有:

1) 采煤机底托架与输送机槽的匹配。

2) 采煤机摇臂与输送机头尾和自开切口的匹配。

3) 支架性能与采煤机牵引速度的匹配。

1.3“三机”生产能力配套

工作面小时生产能力取决于工作面的年产量, 采煤机的生产能力依据工作面小时生产能力确定。其它配套设备的能力都应大于采煤机的生产能力。就“三机”而言, 工作面输送机的生产能力应大于采煤机的生产能力, 液压支架的移架速度应大于采煤机的工作速度。

1.4“三机”寿命配套

“三机”寿命配套是指综采工作面各单机设备的大修周期应该相互接近。高产高效要求工作面各种设备, 特别是主要设备必须处于良好的运转状态。如果在工作面生产过程中, 设备交替更换进行大修或“带病”运转, 则必然影响高产高效的实现, 也会对设备造成损坏。

2 采煤机选型原则及主要技术要求

1) 采煤机能适合的煤层地质条件, 其主要参数 (采高、截深、功率、牵引方式) 的选取要合理, 并有较大的适用范围。

2) 采煤机应满足工作面开采生产能力的要求, 其生产能力要大于工作面设计能力。

3) 采煤机的技术性能良好, 工作可靠, 具有较完善的各种保护功能, 便于使用和维护。

采煤机的实际生产能力、采高、截深、截割速度、牵引速度、牵引力和功率等参数在选型时必须确定。实际生产能力主要取决于采高、截深、牵引速度以及工作时间利用系数。采高由滚筒直径、调高形式和摇臂摆角等决定。滚筒直径是滚筒采煤机采高的主要调节变量, 每种采煤机都有几种滚筒直径供选择, 滚筒直径应满足最大采高及卧底量的要求。截深的选取与煤层厚度、煤质软硬、顶板岩性以及移架步距有关。截割速度是指滚筒截齿齿尖的圆周切线速度, 由截割部传动比、滚筒转速和滚筒直径确定, 对采煤机的功率消耗、装煤效果、煤的块度和煤尘大小等有直接影响。牵引速度的初选是通过滚筒最大切削厚度和液压支架移架追机速度验算确定。牵引力是由外载荷决定的, 其影响因素较多, 如煤质、采高、牵引速度、工作面倾角、机身自重及导向机构的结构和摩擦系数等, 没有准确的计算公式, 一般取采煤机电机功率消耗的10%~25%。滚筒采煤机电机功率常用单齿比能耗法或类比法计算, 然后参照生产任务及煤层硬度等因素确定。

3 支护设备选型设计

液压支架是综合机械化采煤装备的关键设备。液压支架的功用是:有效地支承和控制工作面顶板, 保证工人操作和机器运转的安全工作空间;随着工作面推进而实现推移工序的机械化, 并提供足够的通风断面。

3.1 影响支护设备选型的因素

选择架型时, 还要考虑下列因素。

3.1.1 煤层厚度

煤层厚度不但直接影响到支架的高度和工作阻力, 而且还影响到支架的稳定性。当厚度超过2.5m的煤层、顶板有侧向推力时, 一般不宜采用支承式支架。煤层厚度大于2.5~2.8 m时, 应选用抗水平推力强且带护帮装置的掩护式或支承掩护式支架。当煤层厚度变化较大时, 应选用调高范围放大的掩护式或双伸缩立柱支架。

3.1.2 煤层倾角

煤层倾角主要影响支架的稳定性, 倾角大时易发生倾倒、下滑等现象。当煤层倾角大于10°~15°时, 应设防滑和调架装置, 当倾角超过18°时, 应同时具有防滑放倒装置。

3.1.3 底板性质

底板承受支架的全部载荷, 对支架的底座影响较大, 底板的软硬和平整性, 基本上决定了支架底座的结构和支撑面积。选型时, 要演算底座对底板的接触比压, 其值要小于底板的允许比压 (对于砂岩底板, 允许比压为1.96~2.16MPa, 软底板为0.98MPa左右) 。

3.1.4 瓦斯涌出量

对于瓦斯涌出量大的工作面, 支架的通风断面应满足通风的要求, 选型时要进行验算。

3.1.5 地质构造

地址构造十分复杂, 断层十分发育, 煤层厚度变化又较大, 顶板允许暴露面积和时间分别在5~8m2和20分钟以下时, 暂不宜采用液压支架。

3.1.6 设备成本

能同时选用几种架型时, 应优先选用价格便宜的支架。在相同条件下支撑式支架质量最小, 造价也最便宜, 而支撑掩护式支架则质量最大, 价格最贵。

3.1.7特种支架

对特定的开采要求, 应选用相应的特种液压支架, 如放顶煤支架, 铺网支架等。

3.2 支护设备选型原则

(1) 液压支架的选型就是要确定支架类型 (支撑式、掩护式、支撑掩护式) 、支护阻力 (初撑力和额定工作阻力) 、支护强度与底板比压以及支架的结构参数 (立柱数目最大最小高度、顶梁和底座韵尺寸及相对位置等) 及阀组性能和操作方式等。

(2) 选型依据是矿井采区、综采工作面地质说明书。在选型之前, 必须将所采工作面的煤层、顶底板及采区的地质条件全部查清。然后依据不同类级顶板选取架型。最后依据选型内容结合国内现有液压支架的主要技术性能直接选定架型及其参数所对应的支架型号。

4 刮板输送机选型原则

(1) 刮板输送机的输送能力应大于采煤机的最大生产能力, 一般取1.2倍。

(2) 要根据刮板链的质量情况确定链条数目, 结合煤质硬度选择链子结构型式。

(3) 应优先选用双电机双机头驱动方式。

(4) 应优先选用短机头和短机尾。

(5) 应满足采煤机的配合要求, 如在机头机尾安装张紧、防滑装置, 靠煤壁一侧设铲煤板, 靠采空区一侧附设电缆槽等。

在选型时要确定的刮板输送机的参数主要包括输送能力、电机功率和刮板链强度等。输送能力要大于采煤机生产能力并有一定备用能力。电机功率主要根据工作面倾角、铺设长度及输送量的大小等条件确定。刮板链的强度应按恶劣工况和满载工况进行验算。

参考文献

[1]王启文, 李炳文, 黄嘉兴.采掘机械与支护设备[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2006 (4) .

[2]陈维健, 齐秀丽, 肖林京.矿山运输与提升设备[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2007.

[3]李贵轩, 李晓豁.采煤机械设计[M].沈阳:辽宁大学出版社, 1994.

设备选型及配套 篇4

1 工程概述

山西省中部引黄工程是山西省“十二五”规划大水网建设中一项重要的工程。工程干线自天桥水电站库区取水, 供水范围包括4市16个县。工程包括取水工程和输水工程。为加快隧道施工进度, 引水隧道沿线基本设置斜井。山西中部引黄工程引水隧道各斜井斜距长、断面小、坡度大, 对保证正线隧道施工发挥着重要作用。施工前合理确定施工方案、做好提升系统设备选型与配套, 对各斜井安全、经济、快速施工具有重要的指导作用。

我公司标段总长约15.2km, 引水隧道共设5个直线斜井, 斜井独头掘进, 由斜井进入正洞后向两边共分10个作业面进行施工。各斜井隧洞净空断面小 (净空3.6×5m) , 局部洞段埋深较大 (400m) , 除51#斜井外其余斜井纵坡在28.35%~40.83%之间, 倾角在15.83°~22.208°之间, 长度在593.92~752m之间。几个斜井所承担的主洞施工任务繁重, 出碴、材料及人员运输困难, 施工效率很低。本文以倾角最大的50#斜井为例重点介绍该类大倾角直线斜井提升系统设备选型配套技术。

2 斜井提升系统设计

2.1 总体运输施工方案确定

缓坡斜井低于13° (i=0.23) 以下可采用汽车运输, 陡坡斜井坡度在16°~24° (i=0.3~0.45) 只能用绞车提升运输。50#斜井为直线斜井, 与正洞垂直相交, 坡角22.208°, 有效长度593m。根据该斜井的设计及工期目标计划, 经过方案研究比选, 决定在斜井洞口设置单卷筒绞车, 采用WY-120/55L履带挖掘式装载机 (扒碴机) 装碴, 绞车配合曲轨侧卸式矿车有轨运输出碴。正洞采用小型电动自卸货车无轨运碴, 在斜井与正洞交叉处经过无轨与有轨转换系统。设置斜井绞车提升曲轨侧卸式矿车运碴至井外卸碴栈桥, 然后通过自卸汽车倒运至弃碴场的斜井提升系统 (图1) 。

2.2 矿斗车容积计算

曲轨侧卸式矿车容积是由斜井工区的工期推算确定的。斗车容量选择要坚持合理、经济、有效并留有一定富余系数的原则。根据斜井施工组织安排, 洞身段全断面开挖IV、V类围岩循环进尺控制在1.5m左右, Ⅲ类围岩循环进尺控制在2.5m左右。整个施工环节开挖出碴是关键的控制因素, 以此作为矿车容积的计算依据。按照斜井Ⅲ级围岩设计图纸, 开挖断面为20.7m2, 松散系数取1.4。计算得Ⅲ类围岩每工作循环最大碴土量Vmax=2.5×20.7×1.4=72.45m3。

按照每个循环安排的出碴时间不超过3.5h, 则每小时的出碴量V小时=Vmax/3=20.7m3/h。

当绞车提升速度v选取2.7m/s时, 每车提升循环时间T=井底装碴时间+线路运行时间 (593+40m计算) =300+2× (593+40) /2.7=769s, 即每小时提升4.7车, 可得曲轨侧卸式矿车容积V=V小时T=20.7/4.7=4.4m3。

曲轨侧卸式矿车几何尺寸要综合考虑扒碴机尾部尺寸、轨距、物料装载等因素确定。最后确定容积为5m3 (长×宽×高=4 200mm×1 500mm×1 550mm) , 装载碴土时不得超过4.5m3, 同时便于其他松散物件的装载。

2.3 绞车提升速度

曲轨侧卸式矿车的运行速度要综合考虑提升绞车的提升能力、轨道安装质量、轨距、行车平稳性等因素。根据进度安排, 考虑绞车提升系统的起、制动、曲轨等耗损时间, 绞车的最大提升运行速度

其中η为折合系数, 一般为0.75~0.9之间, 取0.85, 则vmax=2.7/0.85=3.14m3/s。

2.4 绞车提升能力

选用5m3侧卸式矿车时 (碴土装载容积≤4.5m3) , 单卷筒绞车最大静拉力

式中Q—矿车一次提升的碴土重量, 取4.5m3×17.5k N/m3=78.8k N;

Q—曲轨侧卸式矿车的自重, 取45k N;

p—钢丝绳每米重量, 取0.0211k N/m;

H—提升的距离 (由绞车卷筒到井底的有效钢丝绳长度) , H=793m;

—斜井中产生最大拉力处的倾角, =22.208°;

f1—矿车滚动摩擦系数, f1=0.015;

f2——钢丝绳与支托间摩擦系数, f2=0.15~0.20, 取最大值f2=0.2。

则Fj=57.9k N。

2.5 绞车提升钢丝绳的选择[3]

绞车钢丝绳的选取与绞车卷筒的卷绕形式、使用工况、用途等因素有关。

Fb——绞车最大静张力, Fj=57.9k N

S——安全系数, 与用途有关, 取S=6;

——钢丝绳破断拉力换算系数, 取0.85;

依据钢丝绳的破断拉力, 查表选用钢丝绳6×37-24.5-170, 其最大破断拉力总和381 kN, 单位长度重量0.0211kN/100m, 可满足使用要求。

2.6 绞车卷筒的选择

对于多层缠绕, 滚筒的宽度B按照下式计算:

式中H—提升长度 (m) , 考虑整个项目其他井口绞车通用性, 按5个井口中最大提升长度选取752m;

30—钢丝绳试验的备用长度, (m) ;

n′—错绳圈数2~4圈, 取4圈;

—绳圈间隙2~3mm, 取2mm;

k—缠绕层数, 取3层;

d—钢丝绳直径, 24.5mm;

D—查表选用标准卷筒直径, 卷筒直径2000mm;

Dp—卷筒平均缠绕直径,

查表选用标准卷筒, 卷筒宽度取1 800mm;

2.7 提升绞车电动机功率计算

提升绞车的电机功率

式中Fj——绞车最大静张力Fj=57.9k N;

vmax——提升绞车最大绳速, vmax=3.14m/s;

η——提升绞车传动效率, 取η=0.9;

P——电动机容量备用系数, 取P=1.1;

根据以上参数的计算最终选定JK2.0×1.8单卷筒提升绞车。主要技术参数如下。

1) 单卷筒:直径×宽度=2 000×1 800mm (钢丝绳直径24.5mm, 绳容量1 294m) ;

2) 最大静张力:60k N;

3) 电机:250k W (380V、8极) ;

4) 最大提升速度:3.14m/s;

5) L630行星轮减速机, 速比:25。

3 洞外有轨栈桥设计

3.1 洞外有轨栈桥设计原则

洞外有轨运输栈桥设计需要遵从以下几点: (1) 斜井与洞外轨道平面中心线必须控制在一条直线上; (2) 提升绞车与天轮位置水平距设置需充分考虑钢丝绳与水平线夹角大小要求, 除考虑场地因素外, 宜选择较小角, 以减小天轮受力对轴承的要求; (3) 斜井与轨道除出洞口段与栈桥连接处设变坡点外, 其它位置不宜再设置变坡点, 以增加矿斗运行的平稳性, 变坡点需设置竖曲线以保证斜井的运行安全。

3.2 天轮直径的选择

50#斜井洞外场地狭窄, 设施布置难度大。为减少提升绞车与井口的距离, 又保证钢丝绳的内、外偏角不超过1°30′, 因此在使用中采用游动天轮。

为了使游动天轮容易游动, 当钢丝绳在天轮上围包角小于60°时, 天轮直径按Dt≥40d确定。选用直径1.6m、游距为1.35m的游动天轮。

3.3 洞外有轨栈桥设计计算

1) 井架的距离Lj确定井架高度之前, 先结合洞口场地布置, 计算井口至天轮中心的水平距离为Lj=L1′+L2′+L3′。

式中L1′——由井口至卸车点的长度, 根据场地的实际情况取22m;

L2′——矿车卸渣点至托绳架中心线距离, 一般为6.5~8m, 本处取6.5m;

L3′——托绳架中心线至天轮中心线间距离, 一般为8~12m, 本处取8m。

井口至天轮中心的水平距离=22+6.5+8=36.5m。

2) 井架高度Hj斜井井架高度计算按下式

式中1—钢丝绳在矿车停车点处的牵引角, 通常1=9°~10°, 角度过大可能导致矿井前轮被提起而产生“掉道”事故, 影响提升系统的正常运行, 取9°;

Rt——所选天轮半径, Rt=0.8m。

井架的高度Hj=L′tg1-Rt=36.5×tg9°-0.8=6.6m

3.4 滚筒轴中心至天轮中心的水平距离

由于50#斜井井口场地的限制, 绞车滚筒中心与天轮中心水平距离LX′确定为15m。由此须按照规范要求对钢丝绳绳偏角进行验算。为了保证钢丝绳在滚筒上的有序排列, 保证钢丝绳不会从天轮绳槽脱落, 减少钢丝绳对天轮的摩擦与磨损, 《煤矿安全规程》规定:双钩提升的外偏角1和内偏角2均不得大于1°30′;多层缠绕时, 内偏角2不应大于1°15′[1]。本系统采用游动天轮导向、单钩、多层卷绕提升时钢丝绳偏角

式中L'X—由于50#斜井井口场地的限制, 绞车滚筒中心与天轮中心水平距离LX′确定为15m;

B—滚筒宽度, 取1.8m;

Y—活动天轮的允许游动距离, 取1.35m。

则满足要求。

滚筒中心至斜井井口距离:L=LX′+L1′

LX′——滚筒中心至天轮中心的水平距离;

L1′——由井口至卸车点的长度, 根据场地的实际情况取22m;

则滚筒中心至斜井井口距离

4 轨道线路及相关设施

1) 轨道采用单轨线, 采用钢轨P28, 轨距762mm, 每10m间距设置固定轨距的拉杆。

2) 轨道轴线处每10~15m间距设钢托辊和轨道防滑装置一个, 用于承托钢丝绳, 防止钢丝绳拖床、跳颤, 减小运行阻力, 延长钢丝绳使用寿命。

3) 井底开挖面设置阻车器, 并保持曲轨侧卸式矿车与工作面始终在一定距离范围内。

4) 洞口及开挖面设置监视器, 实施对隧道地质情况、围岩类别、各种机械及作业人员的工作状态监控。

5 结束语

斜井有轨运输系统配套设计关键是要根据正洞的产碴量及其他材料的运输, 选择配套的提升系统设备, 然后根据洞口的场地状况合理设计有轨栈桥, 并重点做好洞口碴场、运输轨道布置、井底立体转载场布置、混凝土运送方式等课题的相关研究。通过该方案的优化实施, 达到了安全、经济、稳定、可靠的施工效果。

摘要：山西省中部引黄工程引水隧道各斜井斜距长、断面小、坡度大, 对保证正线隧道施工发挥着重要作用。本文对类似大倾角直线斜井的有轨运输提升系统设计与配套技术进行重点阐述, 介绍了斜井提升系统运输施工方案的设计计算以及洞外有轨栈桥的设计, 为类似工程提供借鉴。

关键词：隧道施工,大倾角斜井,提升系统,设备选型,配套

参考文献

[1]国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[M].北京:人民出版社, 2005.

[2]孙玉蓉, 周法孔.矿井提升设备[M].北京:煤炭工业出版社, 1995.

[3]东北工学院.机械零件设计手册[M].北京:冶金工业出版社, 1986.

设备选型及配套 篇5

1 工程概况

锦瑞煤矿设计生产能力为1.2 Mt/a, 采用综合机械化一次采全高开采8号煤层。8号煤层采高2.6～3.8 m, 工作面设计长度150 m, 推进长度800～1 000 m。煤层结构为简单—较简单, 煤层发育稳定, 倾角总体小于8°, 局部倾角约13°, 属全井田稳定可采煤层。煤层顶板为L1石灰岩, 煤层底板为泥岩, 煤层顶底板特征如图1所示。

2 采煤机的选型

2.1 选型原则

①适合特定的煤层地质条件, 并且采煤机采高、截深、牵引速度等参数选取合理, 有较大的实用范围;②满足工作面开采生产能力要求:采煤机实际生产能力要大于工作面设计生产能力10%;③与液压支架和刮板输送机相匹配。影响采煤机选型的主要因素是煤层的力学特性、厚度和倾角, 以及工作面生产能力。

2.2 技术参数确定

根据计算结果和采煤机情况, 要求采煤机截割高度2.5～3.9 m, 截深为630 mm, 滚筒直径不小于2 000 mm, 装机功率不小于673 kW, 允许正常割煤速度不低于5 m/min。选择型号为MG300/700-WD电牵引采煤机, 技术参数:总装机功率700 kW;供电电压1 140 V、50 Hz;采高范围1.8～4.0 m;滚筒直径2 240 mm;截深630 mm;牵引形式为交流变频调速、销轨式牵引。

(1) 牵引速度。

工作面进刀方式采取端部斜切进刀双向割煤方式, 往返一次割2刀。移架推输送机采用分工、分段追机作业;采煤机割煤与其他工序尽量做到平行作业。综合考虑工作面年产1.2 Mt的目标及采煤机开机率[4], 锦瑞煤矿采煤机的牵引速度应大于5 m/min。

(2) 装机功率。

采煤机装机功率可以采用比能法进行计算, 采煤机装机功率P=QCHW。其中, QC为采煤机理论生产率;HW为采煤机吨煤能耗, 螺旋滚筒采煤机一般HW=0.35～0.80 kWh/t。在实际生产中, 考虑采煤机过地质构造时的破岩能力, 装机容量取1.2倍富余系数。计算得, P=673 kW。

3 刮板输送机的选型

3.1 选型原则

①刮板输送机的运输能力应大于采煤机的生产能力, 一般取1.2倍;②工作面刮板输送机、转载机、破碎机大修期的过煤量应大于工作面回采煤量;③刮板输送机应满足与采煤机、液压支架的配套要求;④刮板输送机的铺设长度满足工作面长度要求。

3.2 技术参数确定

工作面刮板输送机的生产能力应保证采煤机采出的煤能全部运出, 并留有一定备用能力。由于受设备开机率、片帮煤和工作面输送机运转条件、液压支架移架速度等条件限制, 一般情况下采煤机实际生产能力比理论生产能力要低, 刮板机按输送能力1 000 t/h选型, 型号为SGZ764/630, 输送量为1 000 t/h, 设计长度200 m, 装机功率2×315 kW。

4 液压支架选型设计

4.1 选型原则

影响液压支架选型的主要因素有顶板 (直接顶、基本顶) 和底板岩性、煤层可采厚度、煤层倾角、煤层瓦斯含量等, 支架选型应遵循4个原则:①支护强度与工作面矿压相适应;②支架类型结构与煤层赋存条件相适应;③与底板的比压和底板的抗压强度相适应;④支架通风断面与工作面通风要求相适应。

4.2 技术参数及设计结构确定

根据煤层赋存条件, 按照Ⅳ级基本顶条件, 采用固支梁板力学模型计算支架工作阻力, 所需支架支护强度应大于0.64 MPa, 由此确定支架的工作阻力为5 100 kN。选择两柱掩护式液压支架, 支架推刮板机、移架机构完善, 人行通道大。工作面采高2.6～3.8 m, 为满足高度变化的要求, 支架立柱采用双伸缩立柱;支架底座采用刚性分体底座, 底座设置抬底机构, 以适应8号煤层的软底板, 并考虑适应局部煤层倾角12°～13°的工况, 底座设置调架千斤顶, 用以调整架间距离;支架采用整体顶梁带伸缩梁结构, 采用一级护帮机构, 以有效控制工作面前部顶板、采煤机割煤后新暴露顶板的冒落, 防止煤壁片帮;顶梁与掩护梁带单侧活动侧护板, 可有效控制架间的漏矸问题;立柱配置大流量安全阀, 以适应8号煤层灰岩硬顶板可能出现强烈冲击载荷的恶劣工况;支架设计有喷雾灭尘系统, 当采煤机割煤时, 喷雾灭尘装置开启, 实现喷雾灭尘。选择型号为ZY5100/18.5/40的两柱掩护式液压支架, 支护高度为1 850～4 000 mm, 工作阻力为5 100 kN。

5 工作面“三机”尺寸配套

工作面“三机”之间除了生产能力、设备性能协调性与适应性相配套外, 几何尺寸及空间位置配套关系也是“三机”配套的重点问题。锦瑞8号煤层工作面综采中部断面如图2所示。

5.1 采煤机与液压支架配套关系

采煤机与液压支架之间无相互直接连接, 配套中应注意两处相对位置。①采煤机机身最高点与对应处液压支架顶梁的位置关系。由于采煤机沿工作面往返割煤时, 机身要在支架顶梁下通过, 因此该位置应留有足够的过机间隙, 保证二者在正常工作状态下互不影响。锦瑞矿8号煤层最低采高2.6 m, 留有过机间隙约800 mm, 满足要求。②采煤机截割滚筒侧面到支架前梁端部的距离。锦瑞矿8号煤层在仰采一定角度的情况下, 采煤机滚筒与支架顶梁之间有一定安全距离。在采高2.6～3.8 m变化的情况下, 该距离确定为385～450 mm, 可以保证滚筒不割支架的顶梁, 同时保证支架梁端距及控顶距较小, 便于采煤机机道处的顶板控制。

5.2 采煤机与输送机的配套关系

锦瑞矿8号煤层综采配套中采煤机机身下的过煤高度达到576 mm, 具有足够的过煤空间, 满足过煤要求。同时, 采煤机滚筒与输送机铲板间的距离为220 mm, 采煤机机身与刮板输送机挡板间距为40 mm;采煤机支撑滑靴与输送机铲板槽帮间距为48 mm, 上述尺寸保证了采煤机在斜切进刀时不与刮板输送机相互影响。

5.3 输送机与液压支架的配套关系

8号煤层综采配套中刮板输送机推移耳孔的推溜中心高度170 mm、拉架中心高度120 mm, 可保证推移输送机时, 其铲板处于最佳状态 (既不上漂又不扎底, 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, 同时在推拉这两种状态下, 推移杆十字头不与输送机推移耳板突出部或槽帮突出部相互影响。支架拉架后支架前桥距输送机电缆槽230 mm, 该间距可保证输送机电缆槽在8号煤层仰采一定角度的情况下不与支架前桥相互影响。

6 结语

液压支架的配套使用能够满足恶劣地质条件下的支护要求。在8号煤层工作面处理顶板后, 液压支架能够起到很好的支护作用。在受矿山压力影响时, 由于该套支架采用了整体顶梁带伸缩梁结构, 对梁端距增大区域能做到超前、主动支护, 避免了支架前端漏矸、冒顶现象的发生。在落煤与运输能力的配套上完全能够满足原煤开采要求, 适应锦瑞煤矿的地质及煤层赋存条件。井下开采实践证明, 工作面设备整体配套合理, 技术先进, 达到了提高工作面单产、降低工人劳动强度的目的, 取得了较好的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]刘小丽.大采高自动化综放工作面设备配套技术[J].煤, 2008 (6) :12-14.

[2]解鸿章, 任中全, 谢晓莉.煤矿综采工作面“三机”中部断面配套研究[J].煤矿机械, 2010 (12) :32-34.

[3]田军先.三道沟煤矿综采工作面设备配套选型[J].煤矿开采, 2009 (6) :53-54.

设备选型及配套 篇6

1 当前我国的露天矿工艺设备问题和发展方向

相关调查结果表明, 我国当前存在的露天矿有上千个, 相应的设备也比较多, 且设备总重量接近七十万吨。结合露天矿工艺设备水平看的话, 可以总结出三大问题和现状:

第一, 在我国当前的露天矿工艺生产当中, 小型矿是比较多的, 相应的工艺设备质量也是比较差的, 矿山工人数量比较多, 劳动量也比较大, 必须进行矿山改造和设备完善, 实现机械化开采和生产, 从根本上提升露天矿生产水平和能力。

第二, 对于我国当前一部分中型及大型露天矿来说, 机械化程度往往是很高的, 但相应的技术水平比较低, 装备也很落后, 还存在很多落后的国内设备, 质量是非常差的, 不利于后期的露天矿生产。

第三, 对于我国当前的一些大型露天矿以及特大型露天矿来说, 都已经开始应用新型设备, 比如大斗容挖掘机以及大马力推土机, 且这些设备往往都是从外国买入的。对于我国当前的露天矿成套设备来说, 主要包括牙轮转机、潜钻孔、挖掘机、自卸汽车、推土机、装药机、电动轮汽车、大型翻斗车等, 用这些设备来装备露天矿山[2]。

对于当前我国露天矿山工艺设备的应用和发展来说, 特点是比较明显的, 主要包括两大特点, 第一, 牙轮钻机推广应用范围越来越大, 从根本上解决了设备落后、设备质量低的问题;第二, 随着汽车运输行业的不断发展以及电动轮汽车的广泛应用, 我国露天矿运输作业水平不断提升, 汽车运输露天矿已经变得很普遍。

随着我国设备质量得到了提升, 设备机械化程度也加大, 但我国露天矿开采技术装备还是比较落后的, 还存在比较多的选型配套不科学的问题。主要表现在两大方面, 第一, 露天矿工艺设备规格等级太小, 无法和矿山生产规模相匹配;第二, 露天矿工艺过程设备之间匹配不合理, 无法从根本上提升设备的应用效率。

2 露天矿工艺设备选型

对于露天矿所需的设备来说, 其种类以及规格是多样化的, 只有科学应用工艺设备, 才能从根本上提升生产效率, 降低设备投资金额和相关费用。

影响设备选型的因素是比较多的, 主要包括八大因素。第一, 资源条件相关因素;第二, 地形、交通、气象等因素;第三, 矿山规模以及产量;第四, 设备配套使用不合理;第五, 设备技术水平、备件供应、保养;第六, 设备投资以及生产所需费用;第七, 卫生以及安全技术要求;第八, 盲目应用外国设备。

在明确相关因素和我国机械工业委员会选定设备型谱的基础上, 最终制定了露天矿工艺设备选型方案具体如下图1 所示。

总之, 基于当前我国露天矿工艺设备选型的现状, 大型露天矿山建设力度越来越大。我国相关人员必须着力抓好两大等级设备配套以及质量攻关, 这个等级设备配套是以4 米3 电铲和10 米3 电铲为主的, 前者包括100 毫米潜孔钻, 60、100 吨翻斗车, 180、220 马力推土机, 250 毫米牙轮钻, 20/32 吨自卸汽车, 100、150 吨电动车;后者包括310 毫米牙轮钻, 100 吨电动轮汽车, 5 平方米前端式装载机, 320 马力推土机, 60 吨自卸汽车。

3 露天矿工艺设备组合配套方案研究

针对露天矿来说, 制定相应的工艺设备组合配套方案是非常重要的, 这不仅会影响相应的投资, 还会影响相应的生产技术经济指标。所以, 必须从多个设备组合配套方案中选出最合理的方案, 不仅要保证其技术上的最优化, 还要保证其经济上的最优化, 这是每个矿山技术人员应注意的问题。

在选取最优化露天矿工艺设备组合配套方案的时候, 必须把矿山生产规模当作最初出发点, 以此来确定矿山工艺设备的最终等级, 还要把设备装卸过程当作最核心的过程, 明确与设备装卸对应的设备穿孔、运输以及其他辅助设备。在相关工艺设备选型过程中, 必须了解它们相互之间的关系。选型离不开配套, 配套如何又决定了设备选型如何。结合该原理, 必须设计出相应的工艺设备组合配套方案。

4 结语

综上所述, 大量实践研究结果表明, 对于露天矿山来说, 如果出现工艺配合不合理问题的话, 会导致生产力浪费的问题出现, 这是比较常见的。要想解决该问题, 必须加大对露天矿工艺设备选型以及配套的研究力度, 合理进行设备选型以及配套, 及时完成生产任务, 完成相关技术指标, 从根本上提升生产效率和设备运用效率。

摘要：近年来, 随着我国社会经济的不断发展, 我国对露天矿开采的力度越来越大。针对露天矿工艺联系来说, 对应的是露天矿物开采的所有工艺之间的联系, 但在研究露天矿工艺联系的过程中, 人们往往注重对矿物开采、矿物安装以及矿物运送三大工艺过程联系的研究[1]。导致这一现象出现的原因是:这三大工艺过程是矿山生产的最基本工艺过程。相关研究结果表明, 进行露天矿工艺设备选型与配套分析是十分必要的。

关键词：露天矿,工艺设备,选型配套,分析研究

参考文献

[1]张敬, 贺茂坤.某大型深凹露天矿排土工艺改造[J].有色金属, 2012 (03) :55-57.

设备选型及配套 篇7

综采工作面设备配套选型专家系统数据库的设计与一般的数据库设计有所不同,本系统的数据库主要由静态数据库和动态数据库构成。系统进行推理时,静态数据库的数据本身不会发生变化,只是为系统提供所需的知识和帮助系统完成问题求解的整个过程;动态数据库主要包括初始输入、中间结果和输出结论等动态数据。静态数据库在本系统中相对应的数据库结构为系统的知识库,动态数据库在本系统中相对应的数据库结构为系统的综合数据库。数据库是专家系统的核心,整个专家系统能否高效、稳定运行最重要的因素是对数据库技术的开发程度,要想开发出完善而高效的专家系统必须对数据库进行最合理的逻辑设计和物理设计。

1数据库的创建

综采设备配套选型专家系统中采用数据库管理系统MS SQL Server创建知识库和综合数据库。数据库管理系统的基本结构与功能如图1所示。其中,源数据库包括事实表、条件表、结论表和规则表等;数据字典主要维护系统中的数据定义和类型以及数据源的描述。

数据库管理系统通常只支持一种数据模型,并对它们进行一个或多个数据库的操作。这些操作可分为建立、删除、更新、检索、共享等。

数据库管理系统作为各种源数据库与专家系统的接口,主要为系统提供和组织数据,并从源数据库聚集和形成子集,最终建立专家系统数据库。

数据查询系统解释其他子系统的数据请求,并查阅数据字典来满足这些请求,详细阐述向综合数据库的数据请求,最后输出结果。

2数据库的连接

数据库应用系统的程序开发工具采用Visual Basic, Visual Basic中与数据库连接的开发方法有很多种,本系统采用的是ADO 数据库开发技术。

ADO(ActiveX Data Objects)是以全新的 OLE DB 技术为基础。ODBC的访问对象是SQL Server、Oracle 等关系数据库;OLE DB 不仅如此,还可以对各种数据通过统一的接口进行存取,它可以提供访问各种数据源的手段,但不能从Visual Basic 直接进行访问,可以通过ADO 的 COM 接口进行访问。ADO 可用于VBScript 和 Active Server Page 等各种程序设计语言。因此,ADO是开发基于Web 数据库应用软件的最佳手段。

3数据库的访问

本系统采用 ASP 结合 ADO 实现对数据库的访问。通过ASP设计出的页面都是动态主页,数据库的数据不仅可以随时变化,而且客户端看到的页面信息始终保持最新。ASP与Web数据库互连的具体过程如图2所示。

首先浏览器向服务器发出请求,Web服务器接收请求并调用ASP引擎执行该文件。然后通过ODBC连接数据库,由数据库访问组件ADO(Active Date Object)执行库操作。最后ASP生成数据查询结果的HTML页面返回浏览器显示,如图3所示。

4知识库的构建

知识库分为实例数据库和规则数据库。考虑到求解的方便以及综采工作面设备配套选型的特殊性,本系统知识库中只包含规则数据库,实例数据库存放在综合数据库中。规则数据库主要是通过不断与领域专家相互交流并不断搜集领域内的专门知识来获取专家的知识和经验,最终转化为知识库的知识。实例数据库主要存储已经成功设计并应用的综采工作面设备配套的数据信息,由于搜集的每个配套设备的信息很多都不完善,因此必须花费大量的时间来进行整理和验证,最终筛选出可用的配套设备信息,然后形成实例数据库。

综采工作面设备配套选型专家系统知识库分为采煤机知识库模块、液压支架知识库模块、刮板输送机知识库模块和“三机”配套选型知识库模块。每个模块都包含了专门领域内的选型规则和选型内容,它们都和整体数据库相连,推理机随时访问不同的知识领域,有利于知识库的扩充和修改。

本系统知识数据库分为两个层次:第一层用于单机选型,包括采煤机选型、液压支架选型和刮板输送机选型;第二层结合第一层选型的结果进行“三机”总体选型。系统的数据库层次结构如图4所示。

规则库主要存储专家系统推理过程中用到的所有规则,规则由条件和结论两部分组成。领域内常识性的知识以及书本的知识等可以直接转化为规则库的规则,这些知识通过适当的知识表示法就成为计算机认可的执行语句,帮助系统完成推理过程。对于领域专家的经验知识,不仅需要知识工程师进行验证和总结,而且需要归纳出合理的、正确的规则,最后才能转化为规则库的规则。图5为规则库编辑界面。表1为系统规则表,表2为系统结论表,表3为系统推理用规则表。

5综合数据库的构建

综合数据库与知识数据库不同,知识数据库存储的是静态数据,数据本身不会发生变化,而综合数据库主要存取整个推理过程中出现的包括初始输入、中间数据和结果输出等动态数据,修改其中某个数据就会影响到其他数据结果,而且很多数据是需要一个不断输入—输出—修改—再输入—再输出的反复过程。因此,综合数据库对数据的表示和组织一定要与规则数据库的表示和组织相结合。

综合数据库和知识数据库构成了整个综采工作面设备配套选型专家系统的数据库体系。综合数据库最重要的是表的设计,包括确定表的字段名、数据类型以及属性等。图6为专家系统数据结构表。图7为工作面参数表,用户通过系统界面,输入工作面参数,并将数据保存入本表,推理机访问本表而匹配知识库规则,开始推理。液压支架基本参数表、采煤机基本参数表、刮板输送机基本参数表分别见图8～图10。

6结束语

通过以上分析可知,数据库不仅是专家系统的基础又是专家系统的核心。因此只有将数据库进行合理的逻辑设计和物理设计并且将数据库的关键技术与专家系统结合起来才能开发出完善而高效的专家系统。

参考文献

[1]尹萍.SQL Server数据库性能优化[J].计算机应用与软件,2005(3):28-30.

设备选型及配套 篇8

西坡煤矿隶属山西东辉煤焦化集团有限公司, 采用斜井开拓方式, 有主斜井、副斜井、风井3个井口。其开采的4号煤层厚度大, 结构简单, 不含或极少有夹矸, 煤层厚度为19.67～56.07 m, 平均厚度为25.12 m, 采用走向长壁斜切分层综采放顶煤采煤法开采[1,2,3,4]。经预测, 该煤矿矿井瓦斯相对涌出量为27.18 m3/t, 绝对涌出量为51.30 m3/min, 属于高瓦斯矿井, 并且开采的4号煤层为特厚煤层, 在工作面落煤和放顶煤时瓦斯涌出量会迅速增大, 致使工作面瓦斯经常超限[5]。由于工作面风速及自然发火的影响, 已不能再增大工作面风量, 并且随着开采深度的增加, 瓦斯涌出量呈线性增加的趋势。因此, 该煤矿建立了持续抽放的瓦斯抽放系统。瓦斯抽放管路系统及其抽放设备的配套选型是瓦斯抽放系统的重要组成部分, 如果瓦斯抽放管路系统设计得不合理, 将增加管线长度, 进而增加管路总阻力, 从而影响瓦斯抽放效果[6,7,8]。笔者根据该煤矿瓦斯抽放系统的建设实践, 介绍瓦斯抽放管路系统的设计及其抽放设备的选型。

1 瓦斯抽放管路系统设计

瓦斯抽放管路系统的设计主要包括管路敷设路线的设计、瓦斯抽放管径的选择、管路阻力的计算3个方面。

1.1 管路敷设路线设计

西坡煤矿的瓦斯抽放泵站选择在副井附近, 瓦斯抽放管路通过副井进入井下, 瓦斯抽放管路敷设路线:钻孔→运输大巷→地面瓦斯抽放管路→抽放泵站→放空, 如图1所示。

1.2 瓦斯抽放管径选择

瓦斯抽放管径选择的是否合理, 对瓦斯抽放系统的建设投资及使用效果有较大影响。管径太大, 投资费用增加;管径过细, 管路阻力损失大。根据瓦斯抽放泵的实际能力, 按矿井抽放瓦斯浓度为40%、抽放瓦斯量为23.625 m3/min来选择瓦斯抽放管径, 则

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式中:d为瓦斯抽放管内径, m;Q为瓦斯抽放管中混合瓦斯流量, 取59.1 m3/min;v为瓦斯抽放管中气体流速, 一般v=5～15 m/s, 本文取15 m/s。

根据式 (1) 可得瓦斯抽放管内径为289 mm, 因此, 可选择外径为325 mm、壁厚为12.5 mm的瓦斯抽放管;瓦斯抽放管路可选用国产热轧无缝钢管或铁管。

1.3 管路阻力计算

确定好管路敷设路线后, 需要计算管路总阻力, 用于选择瓦斯抽放泵。

瓦斯抽放管路阻力包括摩擦阻力和局部阻力。根据西坡煤矿巷道的布置情况, 到矿井开采后期, 瓦斯抽放管路最长大约为2 500 m (井下为1 800 m, 斜井为300 m, 地面为200 m) , 故管路阻力损失取为2 500 m。

(1) 摩擦阻力Hf的计算

Hf的计算公式为

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式中:γ为混合瓦斯对空气的密度比, 取0.822;L为瓦斯抽放管路长度, 取2 500 m;K为与瓦斯抽放管径相关的系数, 取0.71;Q取3 546 m3/h;d取30 cm。

则

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(2) 局部阻力Hl的计算

Hl按摩擦阻力的15%考虑, 则

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则管路总阻力Ht为

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2 瓦斯抽放泵选型

2.1 选型原则

(1) 瓦斯抽放泵的流量必须满足瓦斯抽放期间预计的最大瓦斯抽出量的要求;

(2) 瓦斯抽放压力能克服瓦斯抽放管路系统的最大阻力;

(3) 具有良好的真空度;

(4) 抽放设备配备的电动机必须是防爆型。

2.2 瓦斯抽放泵的流量计算

瓦斯抽放泵的流量计算公式为

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式中:∑Qt为矿井抽放瓦斯总量 (纯量) , 取23.625 m3/min;K为备用系数, 取1.2;X为矿井抽放瓦斯浓度, 取40%;η为瓦斯抽放泵的抽放效率, 取0.8。

将上述数值代入式 (3) 可得

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2.3 瓦斯抽放压力计算

瓦斯抽放压力是指瓦斯从井下抽放孔口起, 经瓦斯抽放管路到瓦斯抽放泵, 再到释放点所产生的全部阻力损失, 即

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式中:Hp为瓦斯抽放压力, Pa;K为备用系数, 取1.2;Ht为17 479 Pa;Hh为瓦斯抽放钻孔所需负压, 取15 000 Pa;Hn为瓦斯泵口正压, 取5 000 Pa。

将上述数值代入式 (4) 可得

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则瓦斯抽放泵的真空度I为

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2.4 瓦斯抽放泵选型

根据瓦斯抽放泵选型原则及瓦斯抽放泵所需的抽放流量Qp、瓦斯抽放压力Hp和真空度I, 考虑到井下瓦斯抽放管路较长、阻力损失较大, 决定采用水环式真空泵。

按照上述计算数值, 即Qp=88.6 m3/min, Hp=44 975 Pa, I=44.4%, 选择2BEC-40型水环式真空泵, 当该泵转速为680 r/min、I=44.4%时, 其抽气量约为90 m3/min, 能满足瓦斯抽放的需要。

西坡煤矿为高瓦斯矿井, 矿井瓦斯涌出量较大, 为了确保瓦斯抽放的正常进行, 采用2台瓦斯抽放泵, 一台工作, 一台备用及检修。

2.5 瓦斯抽放泵房主要附属设施

瓦斯抽放泵站除应配置瓦斯抽放管路系统的控制阀门、测压嘴、孔板流量计和负压放水器等附属设施外, 还应配置下列附属设施:

(1) 瓦斯抽放泵的进、出气端的管道上均应设置防回火装置与水封式防爆器, 以防止井下管路瓦斯爆炸或地面防空管雷击燃烧波及范围扩大。防回火装置结构、水封式防爆器结构分别如图2和图3所示 (其中D为管径) 。

1-档圈;2-铜丝网;3-活法兰接头

(2) 瓦斯抽放泵站的进、出气端应设置放空管, 用来排放井下抽出的瓦斯, 放空管与瓦斯抽放泵站的进、出气端用连通管连通, 实现一管两用, 即排放井下瓦斯抽放管路自然排出的瓦斯和瓦斯抽放泵站抽出的瓦斯。

1-入口瓦斯管;2-水封罐;3-防爆阀;4-注水管;5-出口瓦斯管;6-支撑柱;7-水位计

(3) 在瓦斯抽放泵房内的抽放管路上 (进、入口) 配置控制阀门、测压嘴、孔板流量计, 对瓦斯抽放系统进行计量和测定。

(4) 瓦斯抽放泵房和放空管附近设置避雷装置, 由于放空管位置较高, 瓦斯抽放泵房所占面积较大, 可采用双支等高避雷针保护方式。选择19 m高的双支等高避雷针即可满足瓦斯抽放泵房建筑的要求。

(5) 瓦斯抽放泵房应采用高位水箱给2BEC-40型水环式真空泵供应工作用水并冷却水环式真空泵的轴温。

(6) 瓦斯抽放泵房内应设置防爆照明灯和按钮。

(7) 瓦斯抽放泵房内应配置砂箱、灭火器和其它灭火工具。

3 结语

实际应用表明, 西坡煤矿的瓦斯抽放系统采用该瓦斯抽放管路系统及相应的抽放设备后, 具备了较高的瓦斯抽放能力, 经济合理, 技术可行。该系统自2010年10月运行以来, 该矿4202综放工作面未出现瓦斯超限现象, 工作面上隅角瓦斯浓度一直处于1%以下, 经测算, 矿井瓦斯抽放率达到46%, 保证了矿井的高产、高效、安全生产。

摘要：以某高瓦斯矿井建立瓦斯抽放系统的实践为例, 介绍了瓦斯抽放系统中瓦斯抽放管路系统的设计, 即管路敷设路线的设计、瓦斯抽放管径的选择、管路阻力的计算;并根据管路阻力的计算结果及瓦斯抽放泵的选型原则, 给出了瓦斯抽放泵的选型设计。实际应用表明, 该矿采用瓦斯抽放系统后未出现瓦斯超限现象, 瓦斯抽放率达到46%。

关键词：高瓦斯矿井,瓦斯抽放,管路设计,瓦斯抽放管径,管路阻力,瓦斯抽放泵,选型

参考文献

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