三机设备

2024-06-01

三机设备（共7篇）

三机设备篇1

摘要：综采工作面“三机”配套设备的合理选择, 关系到综采工作面在生产期间能否实现高产高效, 关系到能否创造出最高的经济效益, 因此, 必须按照“三机”配套原则合理选择综采设备。

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.

[4]丁绍南.采煤工作面液压支架设计[M].北京:世界图书出版公司, 1992.

三机设备篇2

摘要：随着高速经济的发展，煤炭资源需求量不断加大，但一直以来受开采技术及开采成本的限制，薄煤层一直未得到开发利用，这既降低了煤炭开采量率，也造成煤炭资源的浪费。薄煤层开采是未来煤炭资源的开采趋势。伴随着薄煤层装备的完善，开采技术的提高，一套崭新的自动化薄煤层开采技术应运而生。

关键词：薄煤层；三机协调；自动化控制；联动控制

中图分类号：TD823.251 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）24-0001-02

本文以综采三机设备即采煤机、液压支架、刮板输送机为例，通过对综采工艺的理论研究确立综采三机在采煤过程中的联动关系，提出了三机联动控制系统解决方案。

薄煤层的开采量仅占全国总产量的10.4%。究其原因是因为目前薄煤层的开采方式及生产效率不高，经济效益不明显。薄煤层的开采，不但对综采设备有特殊的要求，而且由于薄煤层工作空间狭小，使得生产效率低、成本高，并且安全隐患大。

薄煤层综采自动化的核心内容之一就是通过对综采工作面三机—采煤机、液压支架及刮板输送机及其配套设备进行集成，对运行参数进行实时提取和综合分析，实现设备运行控制参数的自适应调整和匹配，最终实现薄煤层综采自动化。

1 系统研究背景及意义

目前国内多数煤矿在系统建设时，没有统一考虑系统集成功能，各系统相互独立。加之受采掘装备的差异和技术研发缺失的限制，导致薄煤层综采工作面数字化集成工作起步较晚。根据薄煤层开采需求及国家政策信息分析，薄煤层综采工作面自动化装备发展前景较好。

通过薄煤层煤矿综采工作面三机（采煤机、液压支架及刮板输送机）及其配套设备运行参数的实时提取和综合分析，实现三机运行控制参数的自适应调整和匹配，达到薄煤层三机协同控制，进行全自动化采煤的目标。

2 三机协调控制使用新技术

系统建设主要包括支架电液控系统、刮板机控制系统集成、三机协同控制系统及三个主要部分。

2.1 薄煤层液压支架电液控制系统技术设计

液压支架电液控制系统是煤矿综采工作面自动化控制系统的核心，是实现工作面自动化生产管理的必要手段。

2.1.1 支架电液控制器

支架电液控制器是液压支架控制系统的核心设备，如图1所示。

支架控制器的主要功能是控制支架的所有动作以及支架信息的交换。控制命令可以是操作者通过键操作发出也可以是根据采煤机位置由系统自动发出，传感器检测的实时值和用户设置的各种参数是控制过程实现的重要条件。

2.1.2 顺槽主机电液控制系统监控软件

液压支架电液控制系统主机主要实现液压支架推移行程、支柱压力、推进位置、动作状态等信息的采集、存储和显示。同时，能够通过上位机软件对任意支架的姿态进行远程控制。

2.2 薄煤层刮板运输机监控系统集成技术设计

通过检测刮板运输机在电机负荷参数，自动调节采煤机割煤速度和液压支架推溜过程，以刮板运输机出煤运量最大化为控制目标，进行采煤机和液压支架的联动控制，最大程度的提高薄煤层工作面的煤炭生产效率。

监控装置主要完成对刮板运输机的开停状态、电机工作电压、电机工作电流等工矿参数的检测，并将这些参数远程传输给三机协同控制系统，作为三机协同控制系统的分析数据之一。同时装置本身可以实现对刮板运输机开停状态的控制，也可由三机协同控制器完成对刮板运输机的远程开停控制。

2.3 薄煤层三机协同控制系统技术设计

采煤工作面设计三机协同控制系统一套，该主要由两部分组成：协同控制软件平台及该平台可承载的硬件平台。系统框图，如图2所示。

2.3.1 三机协同硬件平台

硬件平台可以由隔爆兼本安计算机作为控制终端，使用综合接入网关收集三个系统的实时数据，并可以对任意系统发出控制指令，综合接入与控制装置接入采煤机监控系统的数据、液壓支架监控系统数据、刮板运输机监控系统的数据，在协同控制软件平台上将三机数据以及人机输入设备的数据进行综合融合处理，并依据协同控制策略做出决策，对采煤机、液压支架以及刮板运输机进行有序的协同动作控制。控制的效果可以通过显示设备进行就地显示，以便在特殊情况下，便于人工通过人机输入设备进行人工干预，保证系统的正常安全可靠运行。

该系统除了可以进行综采设备的协同控制之外还可以将采集到的数据、动作过程、控制结果等通过矿井综合自动化网络传输到地面中心调度室，供地面调阅。

2.3.2 三机协同控制软件平台

三机协同控制软件平台是三机协同控制模型的思想体现，也是整个系统的核心软件。

系统可有效提高生产效率及工程质量，降低避免安全事故的发生。

3 系统特点

①灵活易维护性：控制规律灵活多样，改动方便。

②高精度：控制精度高，抑制扰动能力强，能实现最优控制。

③动态可分析：能够实现数据统计和工况显示，控制效率高。

④安全制约性：控制与管理一体化，进一步提高自动化协调控制程度。

⑤高集成性：采用工业以太网技术，用主干网线横穿工作面，既简化系统布线，又降低了总体投入。

⑥高可靠性：全系统本安化设计，核心产品防护等级为IP67，系统具有高可靠性。

4 经济、社会效益

其带来的经济效益明显，首先可以降低人力成本、减少企业风险，其次可以提高煤矿可采煤层的回采率，增加可利用资源，进而提高矿井可采资源量。社会效益上，可以有力保障矿井安全生产与效率的提升。

5 结语

本文剖析了采煤机、液压支架和刮板保送机之间的束缚联系关系，进而研讨了工作面“三机”任务协调控制解决方案，为煤矿“机械化换人，自动化减人”政策奠定基础，为煤矿安全高效生产提供保障。

参考文献：

[1] 谢光强，章云.多智能体系统协调控制一致性问题研究综述[J].计算机应用研究，2011，06：2035-2039.

[2] 闵海波，刘源，王仕成，等.多个体协调控制问题综述[J].自动化学报，

2012，10：1557-1570.

[3] 谭浩然.网络化多电机同步协调预测控制研究[D].长沙：中南大学，

2014.

[4] 苏赛军.网络化多智能体系统的协调控制及一致性问题研究[D].长沙：

三机设备篇3

关键词：综采工作面,采煤机,刮板输送机,液压支架,设备选型

综采工作面成套设备主要由采煤机、刮板输送机、液压支架、转载机、可伸缩带式输送机、乳化液泵站与移动变电站、开关群以及控制、通讯和照明系统等组成, 必要时还需配有液压安全绞车及电钻、小水泵等辅助设备。综采配套设备的重点是工作面的“三机”即采煤机、刮板输送机和液压支架的配套。本文重点论述综采工作面“三机”设备的选型原则。

1 高产高效综采工作面设备选型配套的主要原则

(1) 充分消化吸收国内外类似条件矿井生产的先进经验和技术, 按照高产高效矿井的先进生产模式, 使综采设备能够满足高产高效、安全、集约化生产的要求。

(2) 应该立足于国内先进、成熟可靠设备、提高装备水平。按照满足日产万吨以上, 通过合理配套, 保证工作面整个系统安全、高产、高效。

(3) 针对矿区煤层的地质特点, 可以进行分类规划, 同时兼顾通用性与适应性, 统筹规划, 合理选型, 优化配套设备。

(4) 提高综采工作面的推进速度, 并要保证各机的配套形式合理、技术参数及对应的尺寸的合理性和可靠性, 从而保证各设备间的优化配置, 从而提高工作面上、下端头设备的适应性及推移速度。

2 采煤机选型原则

在采煤机的选型中, 应对煤层厚度、煤层倾角、煤层硬度、顶底板岩性、地质构造, 以及采煤方法和工艺要求、技术经济效果、配套设备要求等因素综合分析, 然后再确定选型原则。

根据煤层厚度计采高要求选型煤层厚度是划分采煤机类型的基本依据之一。不同煤层厚度需选取相应的采煤机。煤层的厚度是变化的, 因此采煤机的采高也应与煤层厚度的变化范围相适应。

按煤层倾角的大小选择采煤机。煤层倾角的大小是采煤机牵引方式选择的一个重要因素。倾角越大, 牵引力也越大, 防滑问题也突出。因为链牵引采煤机的最大牵引力是按采煤机在煤层倾角16度条件下设计的;而无链式牵引的采煤机, 其最大牵引力按35度设计。无链式牵引采煤机配有制动器时刻用以倾斜、急倾斜煤层。

按煤质硬度选择采煤机械煤的硬度是选择采煤机功率的直接因素, 对采煤机械的正常使用有直接影响。

按采煤工作面的生产能力要求选型。采煤机的生产能力应大于工作面的设计能力。采煤机的生产能力主要受采煤机牵引速度, 以及移架速度、煤的输送能力和其他诸多因素的影响。

按工作面采煤工艺要求选型。对薄及中厚煤层的单一长壁采煤工艺, 一般可以选用刨煤机或通用滚筒采煤机;厚煤层一般选用大功率滚筒采煤机;急倾斜特厚煤层水平分层的短壁工作面及放顶煤工作面, 可以选用短机身采煤机。

3 刮板输送机的选型原则

刮板输送机一般按照采煤工艺的方法、煤层赋存条件、与采煤机械的匹配、与液压支架的匹配、与转载机的匹配等原则来选型。在实际的应用中可以参考几个几个方面:

(1) 结构形式一般考虑采煤机械、与液压支架、与转载机的匹配。

(2) 要根据链子的符合情况决定链子的数目, 结合煤质硬度选择链子结构形式。煤质较硬、块度较大时优先选用双边链;煤质较软时可选用单链和双中心链。

(3) 输送机溜槽的结构选择铸焊结合高强度溜槽, 一般优先选用封底式。封底式阻力小, 主要用于底板较松软的条件。

(4) 电动率大小及台数应根据综采面的倾角、输送机铺设长度及输送量大小而定。输送机铺设长度可根据刮板输送机技术特征, 输送量、链速和采面倾角等因素确定。

(5) 为了配合采煤机有链牵引或钢丝绳牵引的需要, 在机头和机尾都应附设采煤机牵引链的张紧装置及其固定装置。在与无链牵引的采煤机相配套时, 机身附设结构形式相应的齿条或销轨与采煤机的行走轮齿相啮合。

4 液压支架选型原则

对于液压支架来说, 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) 液压支架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。

5 综采工作面“三机”选择合理配套取得的效益

(1) 综采工作面采用合理的“三机”配套设备, 实现了中厚煤层、厚度变化较大且地质条件较为复杂的条件下的高产高效开采, 进一步提高了我国中厚偏薄煤层开采的整体装备水平和工作面单产能力。

(2) 综采工作面实现了设备的合理总体配套, 尤其是液压支架、刮板输送机与国外引进采煤机的合理配套, 使设备总体配套能力和工作效能得到了充分的发挥, 实现了综采工作面高产高效开采装备及总体配套的最高水平。

(3) 综采工作面“三机”设备的合理配套, 使综采工作面的生产能力得到很大的提高。

6 结语

对于综采工作面来说, 实现“三机”配套设备的协调工作是一项较为复杂、较为系统的工作。涉及地质学、采矿学、岩石力学和机电等多门学科, 而且也关系着提高综采工作面矿井的经济效益和社会效益。对于目前的综采工作面来说大都采用传统的“经验类比”的选型设计模式, 尽管能满足基本的生产需要, 但是在某些环节上还存在着不合理的现象。所以说必须对综采工作面的情况加以综合考虑, 才能选择一套科学、合理的设计方案, 更好地为矿井的安全生产服务。

参考文献

[1]王福安.煤矿综采工作面“三机”设备选型与配套[J].中州煤炭, 2012, 03.

[2]李军庆.综采工作面“三机”的配套选型分析[J].电源技术应用, 2012, 11.

三机时差频差联合定位算法篇4

机载平台对地面辐射源定位的体制可分为单机与多机2种模式[1]。单机定位要求飞机飞行一定的距离才能保证定位精度。多机定位模式,通过位置上分离的多架飞机,实现多次或多个观测量,可以对辐射源实时定位。在二维平面场景下,至少需要2次观测或2个观测量可实现对辐射源的定位。

双机时差频差联合定位是一种组合定位技术[2,3]。飞机相对于辐射源的位置偏差形成时差,飞机相对于辐射源的径向距离变化形成频差。时差方程和频差方程属于二次曲线方程,定位结果会有2个解:真实解和虚假解。在不引入其他信息的前提下,无法获知辐射源位置的估计。三机时差频差联合定位[4]通过主机与副机的两两组合,获得4个观测量,观测量数目大于辐射源位置的维数,容易解决定位模糊问题。三机观测数据量多于双机,可获得更高的定位精度。

1定位场景建立

主要考虑三机平面定位的情况,这是空中三机对地面辐射源定位的简化或近似。平面模型假设包括2个关键因素:不考虑地球曲率和忽略高度。在具体的机载定位系统中,可检测辐射源距离飞机平台的距离一般不大于400 km,因此可以忽略地球曲率的影响;飞机平台高度一般在10 km左右,地面观测仰角不大于5°,而且对地面辐射源更多的是关心经度和纬度,辐射源到飞机平台之间的距离远大于辐射源高度,因此可以不考虑辐射源高度的影响。对地球的精确建模以及考虑高度的定位模型参见文献[5]。

三机对辐射源定位示意图如图1所示。其中3架飞机标记为Pk(xk,yk),3架飞机速度分别记为vk,其中k=1,2,3。辐射源的空间位置记为T(x,y)。飞机到地面辐射源的距离记为rk,地面辐射源的发射载频记为fc,飞机相对于辐射源运动引起的多普勒频移记为fdk,其中k=1,2,3。以1号飞机作为主机,2号和3号飞机相对于主机的时差和频差分别表示为:

$τ_{i 1} = \frac{(r_{i} - r_{1})}{c}$ ; $f_{d i 1} = \frac{f_{c}}{c} (\frac{\vec{v}_{i} \cdot \vec{r}_{i}}{r_{i}} - \frac{\vec{v}_{1} \cdot \vec{r}_{1}}{r_{1}})$ 。

式中,i=2,3;c为光速。

在二维平面场景下,辐射源位置仅用二维参量表示,因此需要2个观测量即可对辐射源实现定位。主机与任一架飞机组合可得到时差和频差2个观测量,因此双机即可实现二维辐射源定位。主机与飞机2和飞机3中的任一组合,均可实现对辐射源的双机时差频差定位。如果空中有3架飞机对辐射源辐射源做观测,通过主机与另2架飞机的组合,可以得到4个观测量:2时差和2频差,因此三机对地观测时,观测量信息有冗余。三机时差频差联合定位方程组是超定方程组,定位精度和求解算法息息相关。从信息论的角度来讲,三机定位精度要高于双机定位,因为三机提供了更多的观测信息。定位精度依赖于求解算法、定位精度优于双机定位,这是三机定位相对于双机定位的两大特色。

2定位求解算法

2.1二维牛顿法

牛顿法的依据是任一数学函数在负梯度方向具有最快的下降速度。二维牛顿法是牛顿法在二维的扩展。通过计算非线性方程组表达式在迭代点的雅克比矩阵,确定迭代方向;从某个初值出发,通过若干次迭代找到非线性方程组的局部极小值。

等时差线是以双机为焦点的1条双曲线,等频差线是1条闭合类椭圆曲线。时差方程和频差方程构成二元二次非线性方程组,难以获得其解析解。牛顿法是解决二次曲线定位方程组最常见的方法,通过选定合适的初值,计算雅克比矩阵得到下降最快的方向,通过有限次数的迭代迅速逼近局部极小值点。在实际的定位场景中,非线性定位方程组有明确解,相当于存在局部极小值,因此使用牛顿迭代法将迅速收敛到辐射源解的位置。

设定主机与2号飞机组合,双机时差频差联合定位的牛顿法迭代过程如下:

① 设定迭代初值Xk;

(2)计算函数:

(3)计算雅克比矩阵:

④ 对于辐射源位置的迭代求解公式为:

Xk+1=Xk-(J-1F)T;

⑤ 重复迭代,直至。

当双机同向运动时,求解方程组给出的2个解相对于飞机运动方向成对称分布,因此可以分别在飞机运动方向2侧取任取2个合适位置,作为牛顿迭代法的初值。双机定位解算一般会出现2个结果,在无先验条件的情况下,无法判断哪一个是真正的辐射源位置,这是由时差频差定位方程组的非线性所引起的。

2.2平均处理算法

三机联合定位,主机与另外2副机分别两两组合,通过牛顿法迭代运算,分别得到关于辐射源位置的估计,记为 $(x_{21}, y_{21})$ 、 $(\overset{⌢}{x}_{21}, \overset{⌢}{y}_{21})$ 、 $(x_{31}, y_{31})$ 、 $(\overset{⌢}{x}_{31}, \overset{⌢}{y}_{31})$ 。由于时差频差方程是二次非线性方程组因此一般会存在2个解。主机与副机两两组合可以得到4个解。

计算4个解之间的距离,可以发现有其中2个解距离最为接近,这里不妨设为 $(x_{21}, y_{21})$ 和 $(x_{31}, y_{31})$ ,其余2个解是模糊解,剔除即可。

得到无模糊的2个解后,平均处理算法的定位结果表示为:

$x = (x_{21} + x_{31}) / 2$ , $y = (y_{21} + y_{31}) / 2$ 。

每一维坐标都是2个估计值的平均,由于2次估计互相独立,因此平均后的均方误差小于任一次估计的均方误差。平均处理算法的特征在于即能明确真实解与模糊解,又可以得到更高精度的定位结果。

2.3迭代最小二乘算法

辐射源处于二维平面,理论上,对辐射源位置的估计只需要2个观测量即可。采用三机时差频差测量时,引入了3次时差频差观测,即4个观测量,因此观测量冗余。为了得到更高精度的定位结果,考虑求解非线性超定方程组的最小二乘算法,初值可以选取平均处理算法的结果。

迭代最小二乘算法原理类似于牛顿法,用F3和F4表示主机与3号飞机组合后的时差与频差方程,雅克比矩阵和迭代公式可表示为:

3仿真验证

设定三机定位场景:主机到副机距离30 km,辐射源载频1 GHz,时差测量误差50 ns,频差测量误差0.05 Hz,飞机位置误差5 m,飞机速度误差0.1 m/s。三机沿X轴正方向匀速飞行,时速300 km/h。2副机相对于主机的张角120°。通过多次仿真试验,估算2种解算方法的定位误差,绘制定位精度的几何稀释分别如图2和图3所示。图中的3条曲线从下至上分别表示0.1 km、0.2 km、0.5 km等误差线,其中主机位于原点。

从图2和图3可知,等定位误差曲线是一簇以2副机为起点和终点的弧形曲线。距离飞机距离越远,定位误差越大。副机相对于主机形成夹角的开口方向是定位误差最大的区域。

对比图2和图3中从下开始第1条弧线,即0.1 km等定位误差曲线所覆盖区域的面积可知,迭代最小二乘算法对应的面积要大于平均处理算法的面积;对比0.2 km和0.5 km等定位误差曲线围成区域,发现2种方法差别并不明显。这说明,从总体来讲,迭代最小二乘算法定位精度要优于平均处理算法。从对测量信息挖掘的角度分析,最小二乘算法充分利用了所有观测资料并通过迭代充分挖掘辐射源位置信息。定位出现模糊解是定位体制固有的现象,因此以平均处理算法结果为初值,进行迭代最小二乘求解运算,即可以消除定位模糊又可以提高定位精度。

4机群布局与定位精度

三机在空中形成一个三角形顶点,该三角形的形状大小对定位误差产生直接影响。通过维持副机到主机距离不变,调整2副机相对于主机的张角,考察定位误差随夹角的变化规律,提出最有利于定位的机群布局[6],为工程实践做理论支撑。

设定三机定位场景:主副机间距10 km,辐射源载频1 GHz,时差测量误差50 ns,频差测量误差0.05 Hz,飞机位置误差5 m,飞机速度误差0.1 m/s。三机构成等腰三角形,顶点即位于原点的主机,底边与X轴平行。三机沿X轴正方向匀速飞行,时速300 km/h。考察分别位于(0,60 km)和(20 km,80 km)的辐射源1和辐射源2。

辐射源定位误差随张角大小的变化如表1所示。

从表1可知,保持2副机到主机的距离不变,随2副机相对于主机的张角变大,对辐射源定位精度增大,当三机共线时具有最高定位精度。这说明,使得三机共线并保持运动方向与机体连线一致,则能够实现对机体连线2侧辐射源最高精度定位。

5结束语

三机时差频差定位体制通过引入冗余观测量,即能解决定位模糊,又能获得优于双机平台的定位精度,是一种具备工程可实现性的定位模式。本文提出的迭代最小二乘算法以平均处理算法结果为初值,从而消除了双机固有的定位模糊问题,并基于牛顿迭代法,完成了超定方程组的求解。又考虑到机群形状对定位精度的影响,通过建立飞行场景,多次仿真试验对比,提出三机共线同向飞行模式最有利于定位的结论,为实际的飞行试验建立了理论基础。 

摘要：针对平面三机对辐射源定位的场景,提出2种基于牛顿迭代法的定位方程组求解算法:平均处理算法和最小二乘迭代算法。通过仿真数据验证2种算法的有效性,并比较2种算法的优劣,发现平均处理算法更有利于解决定位模糊,最小二乘迭代算法更有利于提高定位精度,提出2种算法联合的解算思路。提供仿真数据,说明定位精度随三机布局方式的变化,得出结论:在保持副机到主机距离不变的情况下,三机在同一直线航迹上时具有全局最高定位精度。

关键词：三机定位,时差,频差,牛顿法,最小二乘迭代

参考文献

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三机时差频差联合定位精度分析篇5

基于飞机平台的时差频差联合定位技术是一种组合定位技术,可以利用测时差定位系统与测频差定位系统的不同特点进行联合定位,具有覆盖范围广、反应速度快和定位精度高的优点。双机时差频差联合定位方程是高阶非线性方程组,在求解中会出现多值即模糊的现象,无法实现单次实时定位。采用三机定位可以根据飞机的两两组合得到两组结果,每组都有两个可能解,其中有2个解最为接近,从而消除了定位模糊并提高定位精度。因此三机时差频差联合定位能够实现无模糊实时高精度定位。

1 定位模型建立

1.1 数学模型

如图1所示,飞机1、飞机2和飞机3的平面位置分别取P1(x1,y1)、P2(x2,y2)、P3(x3,y3),速度分别为v1(vx1,vy1)、v2(vx2,vy2)、v3(vx3,vy3),辐射源的空间位置记为T(x,y)。飞机到地面辐射源的距离分别记为r1、r2、r3,地面辐射源的发射载频记为fc,多普勒频移分别为fd1、fd2、fd3。以1号飞机作为主机,2号和3号飞机相对于主机的时差和频差分别为:

$τ_{21} = \frac{(r_{2} - r_{1})}{c}$ ; (1)

$τ_{31} = \frac{(r_{3} - r_{1})}{c}$ ; (2)

$f_{d 21} = f_{d 2} - f_{d 1} = \frac{f_{c}}{c} (\frac{\vec{v}_{2} \cdot \vec{r}_{2}}{r_{2}} - \frac{\vec{v}_{1} \cdot \vec{r}_{1}}{r_{1}})$ ; (3)

$f_{d 31} = f_{d 3} - f_{d 1} = \frac{f_{c}}{c} (\frac{\vec{v}_{3} \cdot \vec{r}_{3}}{r_{3}} - \frac{\vec{v}_{1} \cdot \vec{r}_{1}}{r_{1}})$ 。 (4)

对于双机的情况,以主机和2号飞机的组合为例,测量值即为τ21和fd21,其中τ21和fd21都是关于目标位置的高阶非线性方程,因此时差频差联合方程组的求解会出现2个解,其中一个代表目标位置,另一个为虚假位置。

1.2 牛顿迭代法

主机和2号飞机联合,或者主机和3号飞机联合都可以解算目标位置,以主机和2号飞机联合为例,给出牛顿迭代法的迭代过程。

记 F1=(r2-r1)-cτ21, (5)

$\begin{array}{l} F_{2} = (\frac{\vec{v}_{2} \cdot \vec{r}_{2}}{r_{2}} - \frac{\vec{v}_{1} \cdot \vec{r}_{1}}{r_{1}}) - \frac{c}{f_{c}} f_{d 21} ‚ (6) \\ F = [\begin{matrix} F_{1} \\ F_{2} \end{matrix}] 。 (7) \end{array}$

求解偏导矩阵,

$J = [\begin{matrix} \frac{\partial F_{1}}{\partial x} & \frac{\partial F_{1}}{\partial y} \\ \frac{\partial F_{2}}{\partial x} & \frac{\partial F_{2}}{\partial y} \end{matrix}]$

。 (8)

对于目标位置的迭代求解公式为:

$X_{k + 1} = X_{k} - (J^{- 1} F)^{Τ}$ , (9)

直至

$| X_{k + 1} - X_{k} | < ε$ 。 (10)

式中,ε为一小正数,表征迭代的终止。

当双机同向运动时,求解方程组给出的2个解相对于飞机运动方向成对称分布,因此可以分别在飞机运动方向两侧取任取2个合适位置,作为牛顿迭代法的初值。双机定位解算一般会出现2个结果,在无先验条件的情况下,无法判断哪一个是真正的目标位置,这是由时差频差定位方程组的非线性所引起的。

对于3架飞机的情况,其中1架作为主机,2架作为副机,主副机相结合进行2次定位解算会得出4个定位结果,取其中最接近的2个结果做平均即为目标位置。在解多值性方面三机要明显优于双机。

2 定位精度分析

影响定位精度的因素有:时差频差测量精度、飞机位置精度和飞机速度精度等。计算偏微分时,要对飞机位置速度求导。对式(1)、式(2)两侧求微分有:

$\begin{array}{l} Δ τ_{21} = \frac{\partial τ_{21}}{\partial Τ} \cdot Δ Τ + \frac{\partial τ_{21}}{\partial Ρ_{1}} \cdot Δ Ρ_{1} + \frac{\partial τ_{21}}{\partial Ρ_{2}} \cdot Δ Ρ_{2} + \\ \frac{\partial τ_{21}}{\partial v_{1}} \cdot Δ v_{1} + \frac{\partial τ_{21}}{\partial v_{2}} \cdot Δ v_{2} ‚ (11) \\ Δ f_{d 21} = \frac{\partial f_{d 21}}{\partial Τ} \cdot Δ Τ + \frac{\partial f_{d 21}}{\partial Ρ_{1}} \cdot Δ Ρ_{1} + \frac{\partial f_{d 21}}{\partial Ρ_{2}} \cdot \\ Δ Ρ_{2} + \frac{\partial f_{d 21}}{\partial v_{1}} \cdot Δ v_{1} + \frac{\partial f_{d 21}}{\partial v_{2}} \cdot Δ v_{2} 。 (12) \end{array}$

式中,

$\frac{\partial τ}{\partial Τ} \cdot Δ Τ = \frac{\partial τ}{\partial x} \cdot Δ x + \frac{\partial τ}{\partial y} \cdot Δ y$ 。 (13)

其余同理。

式(11)和式(12)可以进一步变形为:

$[\begin{matrix} Δ x \\ Δ y \end{matrix}] = Η \cdot [Δ p_{i}]$

。 (14)

式中,[Δpi]为时差频差和飞机位置速度的微分;H为系数矩阵。

进一步有:

$\begin{array}{l} Φ = E {[\begin{matrix} Δ x \\ Δ y \end{matrix}] [\begin{matrix} Δ x & Δ y \end{matrix}]} = [\begin{matrix} σ_{x}^{2} \\ σ_{y}^{2} \end{matrix}] = \\ Η \cdot E {Δ p_{i} \cdot Δ p_{i}^{Τ}} \cdot Η^{Τ} 。 (15) \end{array}$

GDOP可表示为:

$G D Ο Ρ = \sqrt{t r a c e (Φ)}$ 。 (16)

上面的推导即为双机定位精度与时差频差测量精度、飞机位置精度和飞机速度精度的关系。对于三机定位的情况,认为飞机两两组合独立,平均处理后,三机定位精度可表示为: $\frac{\sqrt{σ_{r 1}^{2} + σ_{r 2}^{2}}}{2}$ 。

其中主机与飞机2对目标T的定位误差为σr1,主机与飞机3对目标T的定位误差为σr2。

3 仿真结果

3.1 双机定位

假定双机间距30 km,时差测量误差50 ns,频差测量误差0.05 Hz,飞机位置误差5 m,飞机速度误差0.1 m/s。双机沿水平方向匀速飞行,时速300 km。定位精度的几何稀释(GDOP)如图2所示。其中实心圆表示双机位置。载频1 GHz。

从图2中可以看出,GDOP相对于飞机运动方向成线性对称分布;距离双机中心越远,定位精度越低;在飞机连线上不可定位。

3.2 三机定位

主副机间距30 km,时差测量误差50 ns,频差测量误差0.05 Hz,飞机位置误差5 m,飞机速度误差0.1 m/s。三机沿水平方向匀速飞行,时速300 km。2副机相对于主机张角120°。载频1 GHz。

从图3中可以看出,GDOP相对于飞机运动方向成非线性对称分布,在副机相对于主机形成的张角正前方具有最高的定位精度;距离双机中心越远,定位精度越低;在飞机连线上不可定位。

对比图2和图3可知,三机定位精度的几何稀释有别于双机定位。双机定位在飞机飞行方向两侧具有相同的误差分布,三机定位时,副机与主机形成张角的前方区域,精度高于后方区域,同时优于双机定位的任一侧。一般飞机组队飞行时感兴趣的区域是张角所面对的区域,因此三机定位精度要优于双机定位。

4 结束语

双机时差频差定位无法实时定位的原因在于定位方程组的非线性特征。三机定位通过飞机的两两组合得到多个定位结果,通过简单的聚类平均即可确定目标辐射源的位置,解决了双机定位时的定位结果模糊。三机定位信息量要多于双机定位,因而定位精度也要高于双机定位。通过仿真充分说明了三机定位的优势。

摘要：从时差频差联合定位方程组出发,基于牛顿迭代法求解定位结果,并从理论上分析定位误差,说明时差频差联合定位的特点。考虑到双机时差频差定位中固有的定位结果模糊和定位精度不高2个问题,提出三机联合定位,通过飞机的两两组合消除定位结果模糊,并通过数据融合提高定位精度。通过仿真验证三机定位相对于双机在解定位模糊和精度方面要优于双机定位。

关键词：时差,频差,双机,三机,牛顿迭代法

参考文献

[1]孙仲康,周一宇,何黎星.单多基地有源无源定位技术[M].北京:国防工业出版社,1996.

[2]高元锋,王玉林,李艳斌.基于WGS-84地球模型的三站时差定位[J].无线电工程,2007,37(7):23-25.

[3]陆安南.双机TDOA/DD无源定位方法[J].电子科技大学学报,2006,35(1):17-20.

[4]张正明.辐射源无源定位研究[D].西安:西安电子科技大学,2000:52-55.

三机设备篇6

1“三机”选型原则

1.1 采煤机选型原则

(1) 适合特定的煤层地质条件, 并且采煤机采高、截深、功率、牵引方式等主要参数选取合理, 有较大的适用范围。

(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;满足与刮板输送机和液压支架的匹配要求。

(3) 采煤机技术性能良好, 工作可靠性高, 各种保护功能完善。

1.2 液压支架选型原则

(1) 支护强度应与工作面矿压相适应。支架的初撑力和工作阻力要适应直接顶和基本顶岩层移动产生的压力, 将空顶区的顶底板移近量控制到最小程度。

(2) 支架结构应与煤层赋存条件相适应。

(3) 支护断面应与通风要求相适应, 保证有足够的风量通过。

(4) 液压支架应与采煤机、刮板输送机等设备相匹配。支架的宽度应与刮板输送机中部槽长度相一致, 推移千斤顶的行程应比采煤机截深大100~200 mm, 支架沿工作面的移架速度应能跟上采煤机的工作牵引速度。

1.3 刮板输送机选型原则

(1) 刮板输送机应能保证工作面落煤生产能力需要, 选择刮板输送机应以工作面最大生产能力乘以1.2的不均衡系数为基础。

(2) 结构形式一般与采煤机相配套, 输送机槽的结构应与工作面底板条件相适应, 并应考虑与采煤机底板托架和行走机构尺寸相匹配。

(3) 输送机铺设长度可根据刮板输送机技术特征、输送量、链速和工作面倾角等因素确定。

2“三机”之间的匹配原则

2.1 采煤机与液压支架的匹配

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予以重视。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情况下不产生干涉。为达此要求, 通常二者间沿高度方向的距离应保持在0.2 m左右。特殊情况下特殊对待。

采煤机与液压支架的另一个重要位置尺寸关系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和控顶距, 不利于采煤机机道处的顶板管理。这一尺寸可以通过计算采煤机、刮板输送机、液压支架三者的配套尺寸链予以精确确认。通常, 该距离在采煤机滚筒向支架方向偏摆5°~6°时达50mm~60mm, 否则便要通过加大支架梁端距予以调整。

2.2 采煤机与输送机的匹配

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, 在任何情况下都不能出现干涉、掉道等现象;同时还应该保证采煤机的横向稳定性, 并且便于司机操作。另外, 采煤机与输送机的配套位置还应该保证采煤机下有足够的过煤空间等。此外还应该检查采煤机拖缆中心是否与输送机电缆槽中心对齐。

过煤高度太低造成机身下面的煤流堵塞。一般中厚煤层, 过煤高度≥250mm~300mm;薄煤层, 过煤高度≥200mm~240mm, 最小不小于l40mm~160mm。

2.3 输送机与液压支架的匹配

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结构 (推杆) 相连, 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注意两个问题, 其一为下部配套, 即推移耳板的配套问题。推移耳板应具有足够的强度, 并且应该大于十字头的强度, 这是一个基本原则。推移耳孔的推溜中心和拉架中心高度要仔细选定, 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, 并且具有最小推移阻力) , 拉架时不会出现支架底座前扎底现象。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度确定。推移耳板处还应该保证在推拉两种状态下, 十字头不与耳板或槽帮突出部干涉, 支架底座前端不与输送机槽帮干涉。输送机与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之间有合理间距, 该间隙可按与输送机电缆槽向支架方向倾斜5°~6°不与支架前桥干涉而予以确认, 该间隙与电缆槽即支架前桥宽度均有关。另一个尺寸是支架前的行人宽度, 一般情况下, 该尺寸不应该小于500mm, 对于薄煤层综采工作面拉架后的人行宽度也不应该小于500mm。

2.4 几何关系匹配

综采成套设备的几何关系匹配主要是中部“三机”几何关系配套设计, 保证设备运行是采煤机、刮板输送机和液压支架相互配合、不相互发生干涉与影响, 使设备的效能能够充分发挥。几何关系的主要检查配套关系包括7个部分的设备配套及布置关系:

(1) 工作面综采成套设备整体布置图;

(2) 中部断面三机配套图;

(3) 过渡支架三机配套图;

(4) 端头支架三机配套图;

(5) 上下端头设备布置图;

(6) 工作面整体布架图;

(7) 设备列车车载设备布置图。

在三机配套中必须合理地控制梁端距、铲间距、卧底量、过煤空间、过机间隙、行人空间等, 以保证工作面设备最大效能地发挥。

2.5 生产能力匹配

为实现工作面设备的正常运行, 要求工作面设计产能、采煤机产能、刮板输送机、转载机、破碎机和带式输送机的能力依次逐步增大, 按不低于20%设计, 并留有余量。

2.6 使用性能匹配

使用性能匹配主要指设备性能间的协调和制约问题, 系统之间连接方式的匹配。

(1) 支架推移步距与采煤机滚筒宽度的匹配;

(2) 采煤机的摇臂与刮板机的匹配:当采煤机进行到刮板机机头、机尾时, 摇臂下摆能够截透“三角煤”, 保证留有一定卧底量, 并且设备间无干涉现象;

(3) 采煤机必须截透工作面两端且至少有50mm卧底量;

(4) 采煤机的滚筒外廓在运行到工作面的端部极限位置时, 其底部不得与刮板输送机的过渡槽部件干涉;

(5) 目前输送机在机头尾部至少设计3节变线中部槽, 以保证采煤机能够截透工作面端头;

(6) 输送机的机头链轮中心高度在满足卸载高度的前提下, 应尽量降低, 有利于采煤机的卧底;

(7) 连接头销轴尺寸与输送机挡板槽帮拉移耳孔的尺寸检查;

(8) 连接头与输送机推移耳的干涉检查;

(9) 连接头在极限位置时与输送机中部槽或推移梁基体的干涉检查;

(10) 电缆槽最大外廓与支架间的极限间隙检查, 应保证人行通道顺畅。

2.7 使用寿命匹配

使用寿命匹配主要是指综采成套设备各设备的大修周期基本相同或接近, 使设备大修总时间缩短, 减少在生产过程的交替大修, 保证工作面能持续正常生产。传统行业中, 在使用寿命的计算上, 不同设备有不同的标准。

(1) 液压支架使用寿命通常以正常使用的循环次数衡量;

(2) 采煤机使用寿命通常用连续截煤长度或采煤量来衡量;

(3) 刮板机使用寿命通常以过煤量来衡量。目前对设备的大修周期没有一个统一的标准来衡量, 可根据实际生产情况, 制定本机组的产量规格, 对综采成套设备中主要设备按产煤量100万t来计算和衡量。

3 结束语

综合机械化采煤是将工作面的落煤、装煤、运煤、支护的各个环节有机地联系在一起, 使各个环节实现机械化的过程。各设备之间的合理匹配, 将使单产和效率显著提高, 劳动条件将有很大改善。

摘要：综合机械化开采要想实现高产高效, “三机”的合理选型与配套非常关键。本文就“三机”的选型原则和“三机”之间的匹配原则进行了论述, 具有一定的参考价值。

关键词：综采,“三机”,选型,配套

参考文献

[1]梁香过, 孙艳军.综采配套设备采煤机技术参数的计算选择[J].煤矿机械, 2010, 31 (5) :3-5.

[2]张广义.综合机械化采煤工艺[J].煤炭技术, 2009, 28 (3) :60-62.

三机设备篇7

关键词：综放工作面,“三机”配套,选型,开机率

0 引言

综放工作面的“三机”设备是工作面的主要设备,包括采煤机、液压支架、刮板输送机。其选型首先要考虑到设备相互之间的总体配套、正确的设备选型,设备连接效果,影响着综放工作面的生产能力和各设备的性能发挥。在设备运转正常、性能可靠、其他系统可靠合理的前提下,能实现工作面的正规生产率、各设备配合严密,不发生打架影响,能实现工作面的设计生产能力,提高综采放顶煤工作面的生产能力、实现高产高效,最主要的是实现安全生产。

1 综采工作面主要设备要求

1.1 采煤机

1.1.1 采煤机性能参数

采煤机对综采工作面的安全、生产效率、能耗等都有重要的影响。它与煤层的物理、机械特性、煤层厚度、煤层倾角、现场地质条件等有关,同时要考虑与其配套的支护设施、运输设备之间相互关系。在设备选型的过程中考虑多方面的因素,全面分析后去确定。

1.1.2 采煤机截深选型

截深是采煤机工作机构切入煤壁的深度,确定截深是与煤层倾角、煤层厚度、截割阻抗大小、压张效应、顶板稳定性及采煤机的可靠性有关。厚煤层中,采煤机的工作截深宜大,选择采煤机的截深为0.81m。

1.1.3 滚筒的直径选择

按经验公式双滚筒采煤机的滚筒直径D=(0.52～0.6) hmax=0.52×4.8=2.496m,初步选取滚筒直径为2.5m,滚筒直径应大于最大采高的一半。

1.1.4 采煤机的最小设计生产能力

采煤机的最小设计生产率用公式表示为:

Qmin=Q/24×0.2=12502/24×0.2=2604.6t/h

式中:Q为一采煤机的日平均产量。

1.1.5 滚筒的转速

由采煤机截齿的最大切削厚度hmax=1000×v/m×n可知,在实践中滚筒转速愈高则循环愈快,采煤机装煤效果不好。当采煤机滚筒上安装的截齿数m一定时,牵引速度v越高,转速n愈高,截割部能耗也就越高,煤尘产生量愈大。所以滚筒的转速对装载、能耗、煤尘影响都很大。滚筒的转速应控制在30～50r/min,采煤机滚筒转速为32r/min。

1.2 液压支架

支架工作阻力的确定使用建立在支架工作阻力构成分析基础上的估算法:

工作面支架工作阻力应能支撑冒落带顶板岩层和顶煤的重量,并平衡基本顶失稳时对支架的动载,计算公式为:

式中:q冒一冒落带岩层自重,q冒=r顶×h,r顶为顶板岩层容重,取26KN/m3;

q顶煤一支架上方顶煤自重,q顶煤=r煤×Md,r煤为顶煤容重,取14.44KN/m3;

Kd—基本顶失稳时的动载系数,根据矿压观测结果,一般取1.1～1.8,此处动载系数取1.4;

根据煤层结构,冒落带高度h取34.0m;

初步估算q=1.4×(34.0×26+5.2×14.44)=1342.7kN/m2。

1.3 刮板运输机

刮板输送机输送能力计算:

每秒钟的运输生产能力为:

每小时输送能力为:

q值与溜槽中货载断面积有关。刮板输送机装运货载的最大横截面积与溜槽的结构形式及结构尺寸有关,还与松散煤的安息角有关。

货载的实际断面为F=Fψ,所以q=100Fψ0

刮板输送机的小时输送能力为:

2 同忻矿8214综放面设备配套选型

根据上述设备配套原则,针对同忻煤矿煤层开采条件及矿井设计的生产能力,8214综放工作面的设备配套目标为:确定配套设备的性能和生产能力,为避免生产中出现“卡阻”现象的发生,按工作面运输煤流的方向,配套设备生产能力要按“里小外大”配置,设备配套选型要本着经济可靠、适应安全高效、通盘为安全生产服务的原则。8214综放工作面设备具体配套选型如下:

2.1 采煤机选型

采煤机选用波兰生产的KSW-1500EU型电牵引采煤机,该煤机电源电压为3300 V,总体结构为多电机横向布置。牵引方式为机载式交流变频无级调速,强力销轨式无链牵引;操作方式为计算机操作、控制,并能实时显示运行状态、故障监测。

2.2 前、后部刮板输送机选型

根据8214面生产实际情况,按照前部刮板输送机满足采煤机割煤的要求,后部输送机应满足放顶煤能力的要求,前部刮板输送机采用SGZ1000/2X 1200型中双链铸焊封底式刮板输送机;后部刮板输送机采用SGZ1200/2X 1200中双链铸焊封底式刮板输送机。

2.3 液压支架选型

8214工作面上、下端头分别安装3架和4架ZFG15000-26/43H型过渡支架,中部选用ZF 15000-23/43型综放液压支架共139架,合计146架。根据工作面条件与支架适应条件选用ZF 15000-23/43型支架,能满足底板比压值要求的同时,也能满足顶板管理支护强度需要。

3 小结

综采放顶煤工作面总体配套设备,是根据综放生产系统中顺槽尺寸、工作面参数和支护方式以及各类设备和采煤机、液压支架、转载机、破碎机、前后部刮板输送机、胶带输送机以及辅助运输等设备之间的相互连接关系和能力匹配。总体配套的好坏,直接影响到综放面的各类设备生产能力的发挥。在设备运行正常、性能优良、外部生产系统可靠的前提下,合理的工作面设备总体配套,能保证工作面的开机最高率,各设备相互适应,不发生干涉影响,从而发挥工作面的最大生产效能,提高综放工作面的生产能力、实现安全高产高效。

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