采煤机选型

采煤机的选型
与液压支架配套的采煤机主要有两类：一类是刨煤机；另一类是滚筒式采煤机。

后者在我国用得较多，下面着重介绍滚筒式采煤机的选型。

一、初选采煤机（确定型号）
㈠确定型号时考虑如下因素：
1.根据煤的坚硬度选型
滚筒式采煤机适于开采坚硬度系数f＜4的缓倾斜及急倾斜煤层，对f=2.5~4的中硬以上的煤层，应采用大功率采煤机。

2.根据煤层厚度选型
采煤机的最小采高、最大采高、过煤高度、过机高度等都取决于煤层的厚度，煤层厚度可根据技术要求分为三类：
（1）薄煤层煤层厚度小于是1.3m。

最小采高在0.65~0.8 m时，只能采用爬底板式采煤机；最小采高在通常情况下0.75~0.90 m.时，可选用骑溜式采煤机。

（2）中厚煤层煤层厚度为1.3~3.5m。

开采这类煤层在技术上比较成熟，根据煤的坚硬度等因素可选择中等功率的采煤机，如MG340、MXA—300/3.5、MG300—W（2×300）、MG200—W（2×200）等。

（3）厚煤层煤层厚度在3.5 m以上。

由于大采高液压支架及采煤、运输设备的出现，厚煤层大采高一次采全高综采工作面取得了较好的经济指标。

适用于大采高的采煤机应具有调斜功能，以适应大采高综采工作面地质及开采条件的变化以及俯采的要求，此外由于落煤块度较大，采煤机和输送机应有大块煤机械破碎装置，以保证采煤机和输送机的正常工作。

适于煤层大采高一次全高的采煤机有MXA—300/4.5、MXA—600/4.5、MG300—WG （600）、AM—500等型采煤机，最大采高达4.5m。

当采用厚煤层放顶煤综采工艺时，在长度大于60 m的长壁放顶煤工作面，采煤机选型与一般长壁工作面相同；但在短壁工作面，可选用正面截割的短工作面采煤机和侧面截割的短工作面采煤机两种机型。

前者其滚筒轴线平行于工作面，致使顶底板由多个圆柱体相交而成为不平坦的表面，造成支架和输送机移动的困难，另外机身重心高，稳定性差。

然而由于机身短、结构紧凑、操作维修方便，较为适于短工作面使用。

侧面截割的MGD150—NW采煤机则克服了上述缺点，该机摇臂在机身中间出轴，并可旋转270°，机身短、工作平稳，装煤效果也很好。

3．根据煤层倾角选型
煤层倾角分为三类：0°~25°为缓倾斜煤层25°~45°为倾斜煤层；45°以上为急倾斜煤层。

骑溜子或以溜子支承导向的爬底板采煤机在倾角较大时还应考虑滑问题,在干燥条件下金属间的摩擦系数为0.24~0.26，相应的摩擦角为13.5~14.5°,故煤层倾角大于10°时,须设置防滑装置；在工作面潮湿的条件下，摩擦系数减小，倾角大于8°时，就应备用防滑装置。

普遍采用的防滑装置是固定在工作面回风巷内的同步绞车，当采煤机由下向上截割时液压绞车除了防止采煤机下滑外，还起到辅助牵引的作用；而当采煤机由上向下截割时，液压绞车的液压马达，以液压泵工况运行，产生阻止采煤机下滑的阻力矩，一旦采煤机下行超速时，限速装置切断电源，绞车自动抱闸。

一般讲，同步绞车的牵引力应大于80~100KN。

MG2×300、MG200—QW、WG—150W、AM—500等型采煤机具有双牵引部，牵引力大，其双自动抱闸装置，防滑性能强，在倾斜煤层中使用时，可取消辅助绞车。

㈡根据表2-1和采煤机的技术特征表（见附录一），来确定采煤机的型号。

表2-1
一种型号的采煤机通常配备几种规格的滚筒可供选择。

1、滚筒直径的确定
⑴薄煤层双滚筒采煤机或一次采全高的单滚筒采煤机，滚筒直径按下式选取：
)3.0~1.0(min -=H D
式中：mjn H ------最小煤层厚度〔m 〕；
（0.1～0.3）------考虑到割煤后顶板的自行下沉量〔m 〕。

⑵中层煤层用的单滚筒采煤机（主要用于普采），滚筒直径为：
max ).~.(H D 60550=
式中：max H ------最大煤层厚度〔m 〕。

⑶中厚煤层用双滚筒采煤机：滚筒直径应略大于最大采高的一半或根据两个滚筒的装煤
量相等的原则来选取。

即：
)
()()
()(ηη-⋅+-=-⋅⋅⋅⋅+⋅⋅-⋅=⋅⋅11606060D D H D J V D J V D H J V D q q q 令H a D ⋅=
有：)()(η-⋅⋅+⋅-=⋅11H a H a H a
整理得：η
+=11a 式中：η=螺旋滚筒装煤效率；
{（小直径滚筒）；
（大直径滚筒）；7.0~6.08.0~7.0=η {；
；
63.0~59.059.0~56.0=a 即：H a D ⋅= ； H ------计算时取最大采高〔m 〕。

注：⑴综采工作面双滚筒采煤机一般都是一次采全高，故滚筒直径D 应稍大于最大采高
之半，即 max 12
D H > 滚筒直径已经系列化，分别为0.6、0.65、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.25、1.4、1.6、1.8、
2.0、2.3、2.6〔m 〕。

⑵考虑该采煤机的实际配备系列的滚筒规格。

2、滚筒转向和叶片的转向
转向和旋向根据采煤机的不同使用条件，二者应相匹配。

⑴左工作面和右工作面
人在工作面下巷向上看，左侧为左工作面，右侧为右工作面。

如图2-1所示。

⑵叶片的旋向与滚筒转向
为了使滚筒落下的煤能装入刮板输送机，滚筒上螺旋叶片
的螺旋方向必须与滚筒旋转方向相适应，确定的原则为：
人站在采空区侧看：顺时针旋转的滚筒（右转）------叶
片为右旋。

如图2-2a；逆时针旋转的滚筒（左转）------叶片
为左旋。

如图2-2b。

即归结为：“右转右旋”、“左转左旋”。

⑶滚筒的转向
在采煤机往返采煤的过程中，滚筒的转向虽然不变，却出
现两种不同的情况：
逆转：装煤效果好（能耗低、重复破碎低）
顺转：装煤效果差（能耗高、重复破碎稿）
单滚筒采煤机
滚筒应位于采煤机机身的下顺槽侧，如图2-3。

其优点是煤不
经机身下的输送机运输以免堵塞煤流。

据此，滚筒转向必须上行时
顺转（图a），其优点：①有利装煤。

上行顺转，摇臂不挡煤流，装
煤口大；下行时逆转，碎煤在滚筒前面，摇臂也不挡煤。

②工作平
稳性好。

右工作面：滚筒逆时针转（左转）------叶片为左旋。

即：
右------左------左规则。

左工作面：滚筒顺时针转（右转）------叶片为右旋。

即：
左------右------右规则。

双滚筒采煤机
为了使两个滚筒的截割阻力能相互抵消，以增加机器的工
作稳定性。

必须使两个滚筒转向相反。

滚筒的转向分两种方式：
前顺后逆和前逆后顺。

小直径滚筒时：无论是骑运输机，还是爬底板的薄煤层采
煤机，滚筒的转向为“前逆后顺”最为适宜。

优点：由于薄煤
层装煤问题比较突出，这样前后两滚筒都不经摇臂下面装煤，
有利于提高滚筒的装煤效率和生产率。

如图2-4a。

大直径滚筒时：滚筒的转向一般采用“前顺后逆”为好。

其优点：煤尘较少，碎煤不易抛出伤人，装煤的能耗较低，装
煤和截煤的效率都比较高。

如图2-4b。

图2-4
3、滚筒截深
截深是指一次截割深度，是由滚筒外约请緣到端盘外侧截齿齿尖的距离确定的。

为有效地利用煤层的压张效应，现代采煤机的截深都小于1m。

截深过小采煤机生产率受到影响。

但加大截深会使支架的步距加大，顶梁长度和千斤顶行程加大；同时也使采煤机电动机功率
及运输机的输送能力加大。

因此，要综合权衡利弊，选用合理截深。

目前多数采煤机采用的截深为0.6或0.63m ，大功率采煤机可取0.75m 左右。

在薄煤层中，由于工作条件困难，牵引速度不能太大，为了达到较高的生产率，在顶板条件允许时，可选用截深0.75~1.0m 。

在厚煤层中，由于受输送机生产率的限制，截深可适当减小0.4~0.5 m ，这对缩小控顶距，避免冒顶和片帮事故有益处。

注：①目前采煤机的截深有：0.5、0.6（0.63）、0.7、0.75、0.8、0.9、1.0m 等几种（也
可以与厂家联系定做非标准的）。

②选择滚筒的截深要与现有的滚筒系列和选定支架等设备配套。

4、截齿和截齿排列
截齿类型：
扁行截齿（刀形、径向）------适用于韧性、粘性高的煤以及有夹石硬煤。

镐形截齿（切向）------适用于脆性及裂隙发达的煤。

截齿排列：
顺序配置------用的最普通，它的截割能力强，适用于硬煤。

交错（棋盘）配置------根据需要来定。

注：①应能绘出选用的截齿配置图。

②清楚滚筒截齿配置的特点。

叶片：每条截线上的齿少（m=1～3）；大都是0角度齿；截线距大（t=32～65mm ）。

端盘：每条截线上的齿多（m=4～7）；大多是角度齿（最大35°以上）；截线距小（≤))65~32(2
1⋅。

5、滚筒的转速
类似滚筒直径一样，现代滚筒采煤机，每种型号有几种滚筒转速供选择。

采煤机滚筒转速的选择要兼顾截煤及装煤两种工艺，以适应不同的煤质情况。

实际的采煤机基本已匹配好的，大直径滚筒选用低档转速，小直径滚筒选用高档转速。

一般认为滚筒转速为30～50r/min 较适宜。

目前滚筒转速有降低的趋势，最低转速为15～20r/min 。

对薄煤层小直径滚筒，突出的问题是装煤，因此滚筒转速可提高到60～100r/min 。

⑴截割速度验算
目前常用的截割速度j V =3～5m/s ，最好在4m/s 左右。

j V 过高将使煤尘增多，大大降低截齿的寿命。

)/(60000s m n
D V j ⋅⋅=π
式中：D ------选定的滚筒直径（mm ）;
n ------选定的滚筒转速（r/min ）。

⑵装煤验算
滚筒的装煤生产率应大于落煤生产率，这样才能避免滚筒不被煤堵塞，使采出的煤得以顺利输送（只验算前滚筒）。

滚筒的装煤生产率为：
z y
z g y z Z S Z D D n
Q ϕαδπ⋅-⋅-⋅=)cos )((422 []min /3m 滚筒应有的落煤生产率为：
)(0H K H V B Q q t -⋅⋅⋅⋅=λ []
min /3m
由t z Q Q =可以求得滚筒装煤而不被堵塞的临界转速：
[]min /)cos )(()
(4220r Z S D D H K H V J n z y g y q z ϕαδπλ⋅⋅---⋅⋅⋅⋅=
式中：y D 、g D ------叶片外、内缘直径，〔m 〕;
n------滚筒转速，〔r/min 〕;
Z------叶片头数，一般2～3个;
S------叶片螺距，〔m 〕;
z δ------叶片厚度，〔m 〕;
y α------叶片外缘开角，〔°〕;
z ϕ------装满系数，=z ϕ0.11～0.58；〔可查表〕，计算时近似取平均值；
J------截深，〔m 〕；
q V ------牵引速度，〔m/min 〕;工作牵引速度最大一般取q V =3～5m/min ；
H------采高（计算时取最大采高），〔m 〕；
λ------煤的松散系数，λ=1.5～1.7；
0H ------浮煤高度；有挡煤板时0H =0～0.05；无挡板时0H =D μ（μ为考虑浮煤量系数），〔m 〕；
K------应有滚筒装出的煤量系数。

对前滚筒K=D/H ；对后滚筒K=1-λ
μλ⋅-H D )(。

滚筒转速n 应满足以下条件，使滚筒既不被煤堵塞，又不致抛过筒毂造成循环煤。

n n n z '≤≤
式中：z n ------临界转速，〔r/min 〕;
n '------防止碎煤抛过筒毂循环的转速，
〔r/min 〕。

对于D=0.5～0.6m 时，n '=80～120r/min;对于D=1.8～2.0m 时，n '=30～40r/min 。

三、电机功率
根据采煤机的生产率来验算其装机功率，详见〔Ⅰ〕。

双滚筒时，采煤机装机功率为：
[]kw K K K H Q N n n n WBX )4.06.0(32
1+⋅⋅= 式中：1n K -------功率利用系数。

单机驱动时取1，分别驱动时取0.8；
2n K ------功率水平稀疏，见〔Ⅰ〕。

3n K ------后滚筒的工作条件稀疏，见〔Ⅰ〕。

后滚筒的转向如图2-5。

Q ------采煤机的生产率
采煤机和其他工作面设备的基本功能就是按照所要求的
生产率完成其生产过程。

采煤机的生产率取决于矿山地质和矿
山技术条件、机器工况和结构参数以及时间利用率等因素。

因
此采煤机的生产率分别以理论、技术和使用生产率表示。

（1）理论生产率 在给定条件下，以最大参数连续运
行时的生产率称为理论生产率，理论生产率Q 的计算公式为
60q Q HBv ρ=
Q —理论生产率，/;t h
H —工作面平均采高，m ；
B —滚筒有效截深，m ；
q v —给定条件下可能的最大牵引速度，/min;m
ρ—煤的密度，一般为31.3~1.4,/.t m
采煤机的理论生产率是确定与其配套设备生产能力的依据,是由工作条件、机器工况和结构参数确定的。

在实际工作中，只有与其配套的设备生产能力大于采煤机的生产能力时，采煤机才能达到给定的理论生产率。

（2）技术生产率 考虑根据循环图表而进行的辅助工作，如更换截齿、开切口、检查机器和排除故障所花费时间后的生产率称为技术生产率，它由下式求得
1t Q Q k =
式中 Q ——技术生产率，/t h ；
1k ——采煤机技术上可能达到的连续工作系数，一般1k =0.5~0.7。

技术上越陷越深完善，系数1k 越高，理论生产率和技术生产率的差距也越小。

（3）实际生产率 实际使用中，考虑了工作中发生的所有类型的停机状况，如处理输送机和支架的故障、处理顶底板事故等。

使用生产率可由下列公式计算
2m Q Qk =
式中 m Q ——实际生产率，/t h ；
2k ——采煤机在实际工作中的连续工作系数，一般2k =0.6~0.65。

WBX H ------采煤比能耗，〔kw ·h/T 〕。

WBX H =)/(A A H x WB
A ------截割阻抗取180～200〔N/min 〕;
WB H ------对于A 的采煤比能耗，见〔Ⅰ〕；
x A ------工作面煤的截割阻抗，x A ≤180N/mm 软煤；x A =180～240N/mm 中硬煤；x A =240～360N/mm 硬煤。

即所算出的N ≤选用的采煤机装机功率，否则重新选机型（改变工作参数，如q V ）。

采煤机的装机容量是由生产能力决定的，生产能力为500~700 t/h 时，装机容量约600~750 kW 。

国外一些采煤机的生产能力已达到1500~2000 t/h ，其装机容量也高达1100~1500 kW 。

采煤机的生产能力正比于采高，因此也可以根据采高估计装机容量的大小。

对于硬煤，装机功率应加大一倍。

四、牵引力
采煤机的牵引力与装机容量关系密切，装机功率150kw 时，牵引力为160~180kN ；装机容量300kw 时，牵引力达250~300 kN 。

牵引力与牵引机构的刚度系数、采煤机的质量、摩擦系数、牵引速度、截割阻力及载荷的不均衡性、机道形状等因素有关，很难精确计算，一般用经验公式确定。

P =(1.1~1.3)N
式中：P ——牵引力，kN ；
N ——装机容量的KW 数。

按向上牵引工作来计算，详见〔Ⅰ〕。

ααsin )2(cos 321G K K G f G K T p ++-⋅+= 〔T 〕
式中：f ------摩擦系数，0.18～0.25（骑溜子时）；0.3～0.4（爬底板时）；
1K ------经验稀疏，0.6～0.8（计算时取小值）；
2K ------估算稀疏，0～0.2；
3K ------系数，按〔Ⅰ〕来选取；
G ------采煤机移动重量，
〔T 〕； α------煤层倾角，〔度〕。

若牵引力不够时，⑴重选机型；⑵增设辅助牵引设备。

五、防滑设备
骑在输送机上工作的采煤机，当煤层倾角大于10°时，就有下滑的危险。

特别是链牵引采煤机向上工作时，一旦断链，就会造成机器下滑的重大事故。

因此，煤矿安全规程规定：当倾角大于10°时，应设防滑装置。

防滑杆：最简单，这种防滑装置只用于中小型采煤机上。

抱闸式：结构比较复杂，不易调整，现并不常用。

制动器：目前大多数的采煤机都设有这种装置（采煤机自带）。

即防止采煤机下滑，又能防止“回链敲缸”，同时能起到低压保护作用。

对于链牵引采煤机，不能防断链下滑。

液压安全绞车：它可与各种采煤机配套使用，在一定的煤层倾角范围内防止下滑及断链跑车事故，保障人身设备安全。

配用本绞车后又可起辅助牵引作用，补充采煤机牵引力不足，更好地发挥采煤机的作用。

这种设备愈来愈广泛地被使用。

六、采煤机允许的最大牵引速度
牵引速度是采煤机的一个重要参数，牵引速度直接决定了机器的生产能力。

装机容量、移架速度、输送机生产能力等因素又限制了牵引速度的增长；从另一方面讲，牵引速度加大后，切屑厚度过大将导致齿座挤压煤体，造成截割阻力的急剧上升。

随着装机容量的加大，采煤机牵引速度已达8~10m/min ，国外有的采煤机牵引速度高达15~20m/min 。

然而增加装机容量，加大牵引速度并中是增加综采工作面生产能力的唯一途径，综合机械化采煤是一个复杂的生产过程，除了需要解决和改进技术和装备上的问题外，尚需改进管理上存在的问题，其中首要的问题是提高采煤机的开机率。

统计资料表明，即使年产百万吨的综采工作面，其生产班的平均开机率也不足50%，而全国的平均水平仅为其一半，足见改进管理的潜力是很大的。

1、保证滚筒工作时叶片不碰撞煤壁的条件
截齿伸出的径向长度l 应大于最大切削厚度，即：
70％l ≥1000)/(max max ⨯⋅'=m n V h q 〔mm 〕
式中：m ax q V '------牵引速度，〔m/min 〕；
n ------滚筒转速，〔r/min 〕；
m ------每条截线上的齿数，一般取1～3；
l ------滚筒的齿长若未知，可近似取刀型截齿l =65～100〔mm 〕
；镐型截齿l =60～80〔mm 〕。

则有：m ax q V '=1000/)7.0(m n l ⋅⋅⋅ 〔m/min 〕
2、根据滚筒截齿协调性的条件
即：t z Q Q ≥（见前二、5）
可得：m ax q V ''=)(4)cos )((022H HK J Z S D D n z y
g y -⋅-
-⋅'λϕαδπ 〔m/min 〕
m ax q V =｛m ax q V '，m ax q V ''｝------在不考虑其它限制条件时（如：移架速度、运输机运输能力、装机功率及牵引力等）允许的最大牵引速度即短时允许最大工作牵引速度。

七、采煤机喷雾供水装置
采煤机喷雾系统中，喷咀的数量选择应使一定水压下的总流量等于计算耗水量水Q ： 水Q =q Q ⋅ 〔min /l 〕
式中：Q ------采煤机生产率，〔min /T 〕
q ------单位耗水量，
〔T l /〕
Q值对于具体的工作面，可按采煤机最大实际生产率（前面已说明）计算，一般单位
耗水量的确定与煤层条件有关。

q可按表2-2来选取。

表2-2几种煤层条件下的单位耗水量
在表中q的上限，用于煤含水量小雨3～5％，工作面风速大于2m/s以及采煤机穿梭式工作时。

喷咀入口水压1～2MPa。

同时为防止喷咀堵塞，不宜小于1 MPa。

要根据管路的远近及管路的弯曲段数目等，在井下进行实际调整，保证喷咀入口水压1～2MPa（观看水压表或水的雾化情况）。

Q查表2-3来选择喷雾泵。

根据计算耗水量
水
八、采煤机的稳定性。