“三机”设备选型

2024-05-29

“三机”设备选型（精选三篇）

“三机”设备选型篇1

关键词：矿井,“三机”设备选型,采煤机,液压支架,刮板输送机,层次分析法,结构模型,节能

0 引言

煤矿大型设备的总耗电量占整个矿井耗电量的30%左右[1], 综采工作面“三机” (采煤机、液压支架、刮板输送机) 设备的总耗电量占整个煤矿大型设备耗电量的15%左右。因此, 在保证矿井安全生产的前提下, 降低“三机”设备耗电量已经成为煤矿企业节约电能的最主要环节。目前, 降低“三机”设备耗电量的方法大多是采取改造设备、加强组织管理等措施, 但这些方法并没有从根本上解决问题。本文介绍了结构模型和层次分析法 (Analytic Hierarchy Process, AHP) 的一般原理在“三机”设备配套选型中的应用, 并将功耗最小作为准则层的最优先级, 在保证正常生产的前提下, 用功耗最小作为判断方案优劣的第一要素。将层次分析法引入综采工作面设备的配套选型中, 不但从根本上解决了“三机”设备耗电量大的问题, 而且还提高了决策的合理性和科学性, 从而减少了人为因素和盲目性。

1 综采工作面“三机”设备单独选型

结构模型描述的是系统的结构形态, 也就是描述系统各组成部分之间以及它们与外界环境之间的关系。这里所谓的关系, 既包括因果关系、顺序关系、联系关系、隶属关系, 也包括优劣对比关系等。因为它只是表示关系的有无, 不涉及量的大小, 所以比较简单直观。一种最方便的描述方式是利用图形来表示[2]。以下“三机”设备的单独选型就采用这种图形法来表示。

1.1 采煤机的选型

综采工作面采煤机选型必须遵循一定的原则: (1) 能适应工作面的地质条件; (2) 能满足工作面生产能力需要; (3) 与配套设备的主要技术参数匹配; (4) 与通风等系统相适应; (5) 考虑工作面长度、采区走向长度、巷道断面尺寸等矿山技术因素。因此, 根据相应条件选择、确定采煤机后, 对采煤工作面的生产效率、能耗、安全性能等都具有重要影响。笔者采用直观的图形法来查看采煤机选型的影响因素以及采煤机确定后能够影响哪些外界因素, 如图1所示。

通过图1能清晰地看到决定采煤机型号的一些相关条件, 也能看到采煤机确定后能够决定的一些技术参数。因此, 根据这些相关条件, 能够从多数厂家的产品中选出几种用于该工作面的备选采煤机。

1.2 液压支架的选型

液压支架的选型与矿山地质条件适应与否, 对生产中液压支架的工况及使用效果影响极大。架型不仅包括支架对围岩的支护及掩护功能, 还涉及顶梁、底座、护帮及侧推等部件的合理性。所有这些必须充分考虑围岩类级、采高、倾角等主要开采要素。传统的液压支架选型方法是采用分析比较法, 即根据决定支架整体及各部件类型的主要因素列出可能选择的几种形式, 进行比较以决定最适用的形式及其参数, 在选择时也应考虑次要因素的作用[3]。因此, 液压支架的选型也很繁琐, 必须对目前使用的各种支架的性能、适用条件、结构特点、经济性等有比较全面的了解, 并作对比分析, 还要对本矿区的生产方式、工作面地质条件等十分熟悉, 只有对各方面的情况作综合分析, 才能使所选用支架的每项性能均能达到要求。液压支架单独选型结构模型如图2所示。

同采煤机原理一样, 通过图2能清楚地看到液压支架选型的相关因素, 也能够选出一些厂家的备选液压支架。

1.3 刮板输送机的选型

刮板输送机的技术指标不仅包含具体的技术参数, 而且还包含可输送能力、铺设长度、总装机功率等。刮板输送机的输送能力往往应大于采煤机的生产能力, 因此, 在对刮板输送机选型时应给它相应的富裕系数, 如图3所示。

通过图3可看到刮板输送机选型的相关条件, 通过这些相关条件也能够选出一些厂家的备选设备。

综上所述, 图形法可以更直观地了解“三机”选型的技术资料和相关条件, 根据相关条件可以确定备选设备, 确定设备的技术参数, 为“三机”配套提供了技术支持, 也缩小了选择范围, 大大节省了人力和物力, 并且能够通过技术参数了解功耗的相关资料, 为采煤工作面节电提供了有力的保障。

2 “三机”的配套选型

2.1 “三机”配套原则

2.1.1 “三机”尺寸配套

从安全角度考虑, 工作面无立柱空间宽度R应尽可能小, 但它受到设备宽度的制约。由工作面设备结构可知:

$R = B + E + W + X + d / 2 (1)$

式中:B为截深, mm;E为煤壁与铲煤板间应留的间隙, 一般取100～150 mm;W为工作面刮板输送机的宽度, mm;X为支架前柱与刮板输送机电缆槽间的距离, 一般为150—200 mm;d为立柱外径, mm。

为了减小无立柱空间宽度R, 保证铲煤板端与煤壁间距离E及采煤机电缆拖移装置对准刮板输送机的电缆槽, 采煤机的机身中心线常相对于刮板输送机中部槽中心线向煤壁方向偏移一距离e, 其大小随机型而定。人行道宽度K应大于700 mm。从顶梁尺寸看, R=L+C (L为顶梁悬臂长度, C为梁端距) 。梁端距越小越好, 以增大支架对顶板的覆盖率, 但由于底板沿走向起伏不平会导致上滚筒倾斜而截割顶梁, 因此, 必须保持一定的梁端距, 一般C取为250～350 mm。推移液压缸的行程应较截深大100～200 mm。在截高方向, 机面高度要保证足够的过煤高度, 一般过煤高度≥ (250～300) mm, 以便煤流顺利从采煤机底托架下通过。过机高度一般应大于200 mm, 以便采煤机在最小截割高度、顶板起伏不平及顶板下沉时, 能顺利从顶梁下通过[4]。

2.1.2 “三机”性能及生产能力配套

工作面输送机的结构形式及附件必须能与采煤机的结构相匹配;刮板输送机的中部槽与液压支架的推移千斤顶连接装置的间距和连接结构相互匹配;采煤机的采高范围与支架最大和最小结构尺寸相适应, 采煤机截深与支架推移步距相适应。

工作面各单机设备可实现的生产能力必须满足按煤流方向依次递增20%左右。

2.1.3 “三机”寿命配套

“三机”设备的各单机设备的大修周期应该互相接近。目前我国综采“三机”设备的寿命配套尚无统一标准, 一般要求设备每产煤100万t以上大修1次[5]。

经过排列组合, 可从备选的采煤机、液压支架、刮板输送机当中选出很多种搭配形式, 但通过“三机”配套原则测定后, 适合综采工作面的“三机”设备就会缩减很多, 而选出的这几种配套设备, 也都是适用于此工作面的。但在节省耗电量的前提下, 利用层次分析法, 把功耗作为第一要素, 对这几种配套设备方案进行综合评价, 最终选出功耗最低, 并且适用于工作面的“三机”设备。

2.2 AHP在“三机”设备配套方案决策中的应用

2.2.1 层次模型的建立

一般情况下, 经过“三机”单独选型和配套原则配套后, 仍会有多种方案适用于综采工作面, 必须对这些方案按照某些指标进行量化的描述, 尤其是紧密地和决策者的主观判断和推理联系起来, 以保证决策的合理性和科学性, 发挥配套设备的整体效能, 提高工作面的产量和开机率。

层次模型包括以下3层:

目标层:最适用于综采工作面的“三机”配套设备。

准则层:准则层用C1, C2, …, Cn表示。

(1) C1:功耗低, 是对“三机”配套设备总体耗电量的描述。

(2) C2:可靠性强, 是指设备安全可靠运行的能力, 直接影响煤矿高产高效的实现。

(3) C3:易维护, 是指设备维修方案简单, 维修周期短。

(4) C4:易操作, 是指对操作人员要求不高, 设备运转环节可控性强。

(5) C5:使用寿命长, 是指设备报废周期短, 减少开支。

(6) C6:价格低, 是指设备价格合理, 满足矿方要求。

(7) C7:先进性, 是指相关技术先进, 领先其它厂家设备。

方案层:“三机”配套设备方案P1, …, Pn。

建立的结构模型如图4所示。

2.2.2 两两比较, 建立判断矩阵

在建立了分析层次后, 就可以逐层逐项对各元素进行两两比较, 利用评分办法比较它们的优劣程度。例如从最下层开始, 在图4中, P1, P2, …, Pn各方案从准则层C角度进行两两评比, 评比结果用式 (2) 的判断矩阵来表示:

$B = [\begin{array}{l} b_{11} b_{12} \dots b_{1 n} \\ b_{21} b_{22} \dots b_{2 n} \\ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ \\ b_{n 1} b_{n 2} \dots b_{n n} \end{array}] (2)$

对于单一准则来说, 2个方案总能比较出优劣来, 其bij系数值确定方法如下:

如果Pi与Pj优劣相等, 则bij=1;

如果Pi优于Pj, 则bij为2～9的任意整数, 根据其重要性决定bij为何值;

如果Pi劣于Pj, 则bij为1/2～1/9的任意整数, 根据其重要性决定bij为何值。

对于每一个准侧Ci, 都要列出P1, P2, …, Pn的判断矩阵, 同样对目标来说, 几个准则哪个更重要一些, 哪个次要一些, 也要通过两两相比, 根据技术数据、经济指标、人的经验得出判断矩阵来。例如, 对于耗电量小来说, 方案N1要好于方案N2, 但是稍次于方案N3;那么对于准侧层C1来说, 可认为P1=1, P2=3, P3=1/2。

2.2.3 进行层次单排序

前面提到的判断矩阵, 只是针对上一层而言两两相比的评分数据, 而最终的目标是各元素对上一层而言排出优劣顺序来, 通常用到的计算方法是方根法, 其步骤如下:

(1) 首先计算判断矩阵每一行元素的乘积Mi:

$Μ_{i} = \prod_{j = 1}^{n} b_{i j} (i = 1, 2, \dots, n) (3)$

(2) 计算Mi的n次方根W′i:

$W^{'}_{i} = \sqrt[n]{Μ_{i}} (4)$

(3) 对W′i进行正规化:

$W_{i} = \frac{W^{'}_{i}}{\sum_{j = 1}^{n} W_{j}} (5)$

则Wi (i=1, 2, …, n) 就构成了系数分量。

2.2.4 进行层次总排序

完成了层次单排序之后进行层次总排序, 通过比较数值的大小就可以看出方案的优劣[6], 如表1所示。

目标是节省电能, 因此, 在进行层次分析法运算和设定权系数的时候, 满足综采工作面安全和高效生产的情况下, 要求功耗小作为最优先级。通过计算结果, 选出了最适用于综采工作面的“三机”设备, 并且是“三机”总耗电量小、性能匹配合理, 为煤矿企业节省了选型时间和步骤, 大大提高了经济效益。

3 结语

层次分析法和结构模型的一般原理在综采工作面“三机”设备选型配套优化决策过程中的应用, 能够提高综采工作面“三机”设备选型配套方案决策的合理化, 不但能够帮助煤矿企业快速进行采煤配套设备选型工作, 从中选出符合生产技术要求且耗电量最低的“三机”设备型号, 而且对于我国采煤行业的高产高效具有明显的参考价值。

参考文献

[1]安文平.煤矿主要设备节电问题[J].山西能源与节能, 2004 (1) :36.

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[4]程居山.矿山机械[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1997.

[5]曾庆良, 方春慧, 刘志海, 等.综放工作面设备配套选型专家系统[J].煤矿机械, 2009 (1) :120-122.

设备选型原则6 篇2

10.1泵和压缩机选型原则：

(1)所选设备必须是高效节能的产品。

(2)尽可能选用国产设备，以节省投资。

(3)在满足工艺要求的条件下，其运行工况点（装置特性曲线与机泵的性能曲线的交点），经常保持在高效区间运行，节省动力又不易损坏机件。

(4)所选的机泵既要设备体积小，重量轻、占地少、造价便宜，又要具有良好的特性和较高的效率。

(5)具有良好的抗喘振性能，运行平稳、使用寿命长，安全、可靠。

(6)所选设备应结构简单，便于安装，操作方便，配件易于购置、检修。

(7)根据机泵工作运行连续性和运行频繁性。拟定每类介质设一台机泵，一般情况下专泵专用，必要时可互为备用。

10.2 静设备选型原则：

10.2.1普通静设备的设计使用寿命不低于10年，重要静设备的设计使用寿命不低于15年。

10.2.2处理含酸介质的设备按照加工高硫低酸设备的选型原则执行。处理其他介质的设备按常规设备的选型原则执行。且应符合GB713-2008《锅炉和压力容器用钢板》和GB150-2011《压力容器》的规定。所有设备的选材在满足工艺要求的前提下均按经济合理的选材原则执行。

10.2.3除工艺、仪表特殊要求外，所有设备法兰均按HG/T20592～20635-2009《钢制管法兰、垫片、紧固件》标准执行。

10.2.4压力容器按TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》和GB150-2011《压力容器》执行。

10.2.5球形储罐还应按GB12337-1998《钢制球形储罐》执行。10.2.6塔设备还应按JB/T4710-2005《钢制塔式容器》执行。10.2.7换热器还应按GB151-1999《管壳式换热器》执行。

“三机”设备选型篇3

1.1 液压支架的选型原则

通过液压支架和围岩力学彼此作用的结果, 以及对于地质并不相同的条件下如何确定支护阻力的研究, 同时结合不同支架的结构力学特征进行综合分析, 作为液压支架选型的基本依据。具体而言液压支架选型应该考虑的地质条件及采矿条件包括以下几个方面:

1.1.1 直接顶稳定性类型。

1.1.2 基本顶级别及其相应的矿压显现参数 (初次和周期来止步距、来压时载荷、直接顶厚度) 。

1.1.3 底板类别及其相应的力学参数, 包括容许载荷强度、抗压缩刚度等。

1.1.4 截高、煤层的强度、节理方向、煤层的厚度变化等。

1.1.5 煤层倾角和工作面推进力向。

1.1.6 瓦斯的等级以及必要的通风断面等。

1.2 采煤机的选型原则

作为综采工作面最关键的生产设备, 采煤机的选型必须全面考虑煤层的赋存条件以及生产能力方面的具体要求, 同时也要考虑输送机、液压支架的配套问题。通常采煤机的选型应该结合煤层的厚度情况、坚硬度情况及其顶底板的性质来决定。

1.3 刮板输送机的选型原则

选择刮板输送机时, 需要考虑综采工作面采煤机实际的生产能力状态, 同时要考虑符合综采工作面之设计长度要求。如果使用的采煤机为大功率, 通常刮板输送机也应选择驱动功率较大的, 从而符合采煤机的生产能力需求。同时, 刮板输送机本身的结构形式及其相应附件还需匹配采煤机本身的结构形式, 例如可以按照采煤机行走部的宽度、工作面长度相应地对刮板输送机的机槽宽度、工作面长度进行选择, 并且还需确保其能够同支架拉架力以及推移千斤顶连接装置的间距与结构能够匹配。具体而言刮板输送机的参数确定应遵循以下原則:

1.3.1 其在单位时间内的运输能力大小, 应该同采煤机的生产能力大小相匹配。

1.3.2 其电机的功率大小, 应该根据输送机的运输能力大小以及铺设长度来决定。

1.3.3 其结构形式, 应该符合采煤机及液压支架的配套要求。

2 综采工作面“三机”的配套原则

2.1 生产能力的配套原则

决定综采工作面生产能力的主要因素是看采煤机的落煤能力大小, 同时刮板输送机、液压支架以及平巷转载机等相关设备的能力均要求比采煤机的生产能力要大, 一般应超出20%以上。若想达到高产的目的, 就必须让刮板输送机的输送能力比采煤机的落煤能力要大, 同时液压支架的移架速度也要与采煤机的快速运行要求相适应。

2.1.1 选择采煤机的生产能力。

要求选择采煤机生产能力时, 要根据综采工作面的实际产量, 以及小时单位的生产能力决定, 其也是确保综采工作面实现高产高效生产的最关键的设备。

2.1.2 选择刮板输送机的生产能力。

其选择的基本原则就是确保能够运走采煤机所采落的全部的煤, 同时具备一定备用能力, 为随时可能出现的超载、片帮等特殊情况下的运输做好准备工作。

2.1.3 选择液压支架的生产能力。

因综采工作面生产条件十分复杂, 为达到采煤机连续截煤的效果, 要求综采工作面支架的追机速度相比采煤机连续截煤的平均截煤牵引速度要快。

2.2 性能的配套原则

要求性能配套是为了使各种设备的性能能够彼此协调与制约, 最大程度地发挥出设备的性能, 全力满足实际生产需求。例如某煤矿应用大采高成套综采设备采煤机 (MXA#300/4.5型) 与刮板输送机 (SGZC#730/320型) 配套, 其中刮板输送机的机尾比采煤机的摇臂要长, 而要满足采煤机割煤达到输送机机尾底座端部的采煤工艺要求, 进行了输送机的偏转机构改型设计, 达到了理想效果。

2.3 寿命的配套原则

要求寿命配套主要是使各种设备的大修周期保持基本一致, 如果生产过程中交替出现设备大修情况, 或者设备带病运转情况, 势必严重影响综采工作面的正常生产。当前核算寿命的配套性并无明确标准, 通常液压支架是按照使用时间进行衡量的, 而采煤机则按照连续割煤的长度以及采煤量进行衡量的, 刮板输送机则按照过煤量进行衡量的。在这种情况下很难达到设备寿命配套要求。因此应该确立一个标准, 例如设备寿命配套 (大修周期) 可以根据产煤量100万吨以上进行确定。如果配套时发现某种设备无法达到生产要求所需寿命, 就要立即查找原因并及时解决。

2.4 其他设备的配套原则

如果开采的煤层较厚、块度较大, 需要对综采工作面或者转载机加上破碎装置。进行设备配套也要对转载机、带式输送机、端头支护、喷雾泵和乳化液泵等的选择认真加以考虑, 以及工作面与平巷如何联接、巷道断面及其如何布置、具体的通风要求等也要考虑在内。只有充分考虑采煤、通风及矿压等因素, 选择的配套设备才会科学合理, 也才能实现高效高产、安全生产的目标。

2.5 配套的注意事项

要想满足综采工作面的倾角变化, 需要对采煤机、液压支架以及刮板输送机进行防滑装置的设置。要求刮板输送机牵引销轨应该符合采煤机的牵引力需要, 其推移强度要符合支架的拉架力要求。

2.5.1 采煤机对于输送机运行干涉的计算。

配套采煤机在输送机弯曲段和头尾过渡段上运行时, 不可让其与输送机产生运动干涉问题, 根据计算出采煤机的机身和输送机挡板的间隙通常以大于30-50mm为宜, 而采煤机滑靴和铲煤板的间隙通常以大于30-50mm为宜, 还可以确定采煤机截割滚筒和铲煤板之间的距离。

2.5.2 布架的核算。

综采工作面输送机应与支架配套, 所以设计输送机时还应符合支护与输送机的配套, 应尽量让输送机的横向宽度减小, 从而使支护空顶距减小。因此输送机头尾两处平行布置的驱动装置体积要尽量小, 同时确保其与机架紧凑联接, 总体布架应核算支架空顶距。

3 结束语

总之, 应该科学合理地进行综采工作面“三机”的选型及其确定参数, 从而促使综采工作面能够实现安全、高效、经济等诸多生产任务和目标, 取得理想的使用效果。若想达到综采工作面生产能力的最大化, 满足安全生产的需求, “三机”之间的性能与结构参数、空间尺寸、相互连接形式等, 务必要符合匹配要求, 从而确保合理适用, 有效发挥出“三机”配套的效能, 最终达到高产高效和安全生产的目标。

摘要：煤矿综采工作面的“三机”是指刮板输送机、采煤机和液压支架, “三机”配套问题也是随着煤矿综采的不断发展而逐渐形成并发展的。近年来, 针对“三机”选型与配套的研究越来越多, 成为煤矿领域的热门课题。文章主要对综采工作面“三机”的选型与配套问题进行了简要分析。

关键词：综采工作面,“三机”,选型原则,配套原则

参考文献

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