（机械设计及理论专业论文）综采工作面设备配套选型专家系统数据库的研究.pdf

太原理工大学硕士学位论文 综采工作面设备配套选型专家系统数据库的研究 摘要 煤炭是现代经济发展最主要的能源，其开采质量和开采成本直接影响 着我国经济实体。所以我国煤炭行业首要的技术竞争领域就是综合机械化 煤炭开采技术水平的提高。其中最关键的技术之一就是工作面设备配套选 型技术。 传统的综采工作面设备配套选型只能依靠领域专家进行，存在很多不 确定因素，如资料来源不完善、人为因素的影响以及可靠性差、适用面窄 等因素。因此寻找一个即能够模拟领域专家又能够消除这些不利因素的综 采工作面设备配套选型专家系统已经成为科技攻关的要求和方向。鉴于专 家系统在很多领域的成功应用以及其强大的功能，建立综采工作面设备配 套选型专家系统是一个很理想的思路，具有重大的现实意义和理论创新意 义。 论文开发的综采工作面设备配套选型专家系统最终要实现的功能是用 户只需要输入工作面主要参数等信息，然后匹配实例库和知识库并采用一 定的推理策略进行推理，最终得到适合工作面的最优化的配套方案。系统 还可以通过设备维修、报废、设备故障记录等信息的反馈进行设备的优化 配置。使得综采工作面设备配套选型更加自动化和智能化。 论文通过深入研究专家系统的建立过程，利用计算机网络技术和数据 库技术对系统各功能模块进行了开发，并具体分析了各个模块的功能主 要包括登录注册模块、数据管理模块、配套选型模块、文件管理模块、系 统帮助模块、系统管理模块。最后通过具体实例对综采工作面设备配套选 型专家系统进行应用试验研究。 太原理工大学硕士学位论文 论文重点研究的是综采工作面设备配套选型专家系统知识库和综合数 据库的设计。主要论述了系统知识库的构建过程，包括知识表示方法的选 择和规则形式的选择，以及综合数据库的构建过程。系统以d r e a m w e a v e r 作为开发环境，在s q ls e r v e r2 0 0 8 环境下，利用v b s c r i p t 、h t m l 与 j a v a s c r i p t 编程语言建立了系统知识库和综合数据库。 关键词：配套选型，专家系统，知识库，综合数据库 ；k 原理工大：学硕士学位论文 t h e e x p e r ts y s i e md a t a b a s eo f e q u i p m e n t s e l e c t i o ni 乇e s e a r c h e do nm e c h n i z e dm i n i n gf a c e a bs t r a c t c o a li st h em a i n e n e r g yo ft h em o d e me c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，t h e e x p l o i t a t i o n o ft h eq u a l i t ya n dc o s to fm i n i n gad i r e c t i m p a c t o nc h i n a s e c o n o m i ce n t i t i e s t h e r e f o r e ，i m p r o v e m e n to ft e c h n i c a ll e v e lo fc o m p r e h e n s i v e m e c h a n i z a t i o no fc o a l m i n i n gh a sb e c o m ec h i n a sc o a li n d u s t r yi st h em o s t i m p o r t a n tc o m p e t i t i o n i nt h e t e c h n o l o g y f i e l d o n eo ft h em o s tc r i t i c a l t e c h n o l o g yi so n eo ft h ef a c ee q u i p m e n ts e l e c t i o nt e c h n o l o g y m e c h a n i z e dm i n i n gf a c ee q u i p m e n ts e l e c t i o nc a no n l yr e l yo ne x p e r t si n t h ef i e l d ，t h e r ea r em a n yu n c e r t a i nf a c t o r s ，s u c ha ss o u r c e so fi n f o r m a t i o ni s i m p e r f e c t ，h u m a nf a c t o r sa n dr e l i a b i l i t y , s u i t a b l ef o rn a r r o wa n do t h e rf a c t o r s s ot of i n do n et h a tc a ne l i m i n a t et h e s en e g a t i v ef a c t o r sa b l et oa n a l o ge x p e r t si n t h ef i e l do fm e c h a n i z e dm i n i n g ：f a c ee q u i p m e n tf o rs e l e c t i n ge x p e r ts y s t e mh a s b e c o m eas c i e n t i f i ca n dt e c h n o l o g i c a lr e q u i r e m e n t sa n dd i r e c t i o n g i v e nt h e s u c c e s s f u la p p l i c a t i o no fe x p e r ts y s t e m si nm a n ya r e a sa sw e l la si t sp o w e r f u l f e a t u r e s ，f u l l ym e c h a n i z e dc o a lf a c ee q u i p m e n ts e l e c t i o ne x p e r ts y s t e mi sav e r y g o o di d e a ，i so fg r e a tp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c ea n dt h e o r e t i c a li n n o v a t i v e p a p e r t d e s i g no fm e c h a n i z e dm i n i n gf a c ee q u i p m e n ts e l e c t i o ne x p e r ts y s t e m u l t i m a t e l yt oa c h i e v et h ef u n c t i o n a l i t yu s e r sn e e do n l yt h em a i np a r a m e t e r so f t h ei n p u tf a c e ，a n dt h e nm a t c ht h ei n s t a n c eo ft h el i b r a r ya n dk n o w l e d g eb a s e a n dr e a s o n i n gs t r a t e g i e sf o r r e a s o n i n g ，a n du l t i m a t e l yf o rw o r ks i d e o ft h e o p t i m a lm a t c h i n gp r o g r a m s y s t e mc a na l s ob et h r o u g ht h em a i n t e n a n c eo f t 太原理工大学硕士学位论文 e q u i p m e n t ，s c r a p ，e q u i p m e n tf a i l u r er e c o r d so f i n f o r m a t i o nf e e d b a c kt oo p t i m i z e t h ec o n f i g u r a t i o no ft h ee q u i p m e n t t h ef u l l ym e c h a n i z e dc o a lf a c ee q u i p m e n t s e l e c t i o nm o r ea u t o m a t e da n di n t e l l i g e n t p a p e rt h r o u g hi n d e p t hs t u d yo fe x p e r ts y s t e mb u i l d i n gp r o c e s s ，a n d c o m p u t e rn e t w o r kt e c h n o l o g ya n dd a t a b a s et e c h n o l o g y , t h ef u n c t i o n a lm o d u l e s o ft h es y s t e md e v e l o p m e n t ，i n c l u d i n gt h er e g i s t r a t i o nm o d u l et ot h es y s t e m r e g i s t r y , t h ed a t am a n a g e m e n tm o d u l e ，s u p p o r t i n gt h es e l e c t i o no fm o d u l e s ，f i l e m a n a g e m e n tm o d u l e ，t h es y s t e mh e l pm o d u l es y s t e mm a n a g e m e n tm o d u l e ，a n d ad e t a i l e da n a l y s i so ft h ef u n c t i o no f e a c hm o d u l e e x p e r i m e n t a ls t u d i e st h r o u g h c o n c r e t e e x a m p l e so fm e c h a n i z e dm i n i n g f a c ee q u i p m e n ts e l e c t i o ne x p e r t s y s t e m t h ep a p e rf o c u s e so nt h ef u l l ym e c h a n i z e dc o a lf a c ee q u i p m e n ts e l e c t i o n e x p e as y s t e mk n o w l e d g eb a s e a n dd a t a b a s ed e s i g n t h ep a p e rd i s c u s s e s i n d e p t hs y s t e mk n o w l e d g eb a s eb u i l d i n gp r o c e s s ，i n c l u d i n gt h ec h o i c eo ft h e s e l e c t i o na n dr u l e si nt h e f o r mo fk n o w l e d g er e p r e s e n t a t i o n ，a sw e l la sa c o m p r e h e n s n e d a t a b a s eb u i l d p r o c e s s d r e a m w e a v e r a sa d e v e l o p m e n t e n v i r o n m e n t ，s q ls e r v e r2 0 0 8e n v i r o n m e n t ，t h eu s eo fv b s c r i p t ，h t m l ，a n d j a v a s c r i p tp r o g r a m m i n gl a n g u a g e t oe s t a b l i s ha k n o w l e d g e b a s ea n d c o m p r e h e n s i 、，r ed a t a b a s e k e y w o r d s ：s u p p o r t i n gs e le c t i o n ，e x p e r ts y s t e m s ，k n o w l e d g eb a s e ，a c o m p r e h e n s i v ed a t a b a s e i v 太原理工大学硕士学位论文 1 1 引言 第一章绪论 随着计算机技术的快速发展，现在使得综合机械化采煤必须与计算机技术进行有机 结合。然而综合机械化采煤最关键的是综采： 作面设备配套选型是否能达到最理想的效 果。目前综采工作面设备配套选型还是采用传统的手工方法进行计算，即通过大量公式 的计算得出相应的数据，然后根据计算的结果去选择和采购设备。这种方法存在很多问 题，已经不能适应综合机械化采煤的要求。 综采工作面设备配套选型专家系统的产生使得综采工作面设备配套选型更加合理、 高效和完善。专家系统建立统一的数据库，并利用w e b 技术实现计算机程序资源共享； 系统界面简洁美观，支持多用户的在线快速查询和编辑，避免了传统的手工计算选型， 降低了对人员的专业性要求，极大地提高了工作效率。 1 2 课题研究的目的和意义 论文研究的目的主要是利用计算机和数据库等技术开发出一个合理高效、安全可靠 的综采工作面设备配套选型专家系统( 以下：昀称“l j r l l x x e s ”) 。此系统最终要实现的功 能是用户只需要输入工作面主要参数等信息，然后匹配实例库和知识库并采用一定的推 理策略进行推理，最终得到适合工作面的最优化的配套选型方案。系统还可以通过设备 维修、报废、设备故障记录等信息的反馈进行设备的优化配置。使得综采工作面设备配 套选型更加自动化和智能化。 建立配套选型专家系统的意义在于利用专家系统为人类保存、使用、传播和评价知 识提供了一条有效的途径，为综采工作面设备配套选型的完善带来了新的思路。专家系 统又称知识库专家系统，它是一个计算机程序，这种程序具有在专家级水平上工作的知 识、经验和能力，一般以求解那些需要人类二号家才一能求解的高难度问题或不良结构问题 为特征。因为专家系统具有以专家水平工作，避免了人类专家由于生理、心理因素造成 的不足，为专家知识特别是启发式知识提供了存贮手段和传授途径、易于继承，所以专 家系统能不断地得到研究和发展。 太原理工大学硕士学位论文 1 3 国内外研究现状 国外的专家系统开发较早，发展也相当迅速，不论在广度和深度方面均有了较大进 展。我国的专家系统研究起步比较晚，大约始于2 0 世纪7 0 年代末期。但相对来说， 其发展速度比较快。我国专家系统开发工作首先在医疗领域展开，先后出现了肝炎诊断 专家系统、子宫癌诊断专家系统等。2 0 世纪8 0 年代初，专家系统在中国的发展已经渗 透到交通运输，地质勘探，气象预报，运输调度，石油勘探等领域，有交通运输调度、 石油勘探地震资料解释、石油测井曲线解释、矿床勘探、航空磁放资料解释、台风路 径预报和暴雨预报等一批专家系统问世，其中清华大学研制的汽车运输规划调度系统、 吉林大学研制的岭南地区钨锡矿探专家系统、浙江大学的地质探矿专家系统、国家气 象局研制的暴雨预报专家系统等一批专家系统通过了省级或部级鉴定；吉林大学研制 的湿疹皮炎中医治疗专家系统已投入使用，并被卫生部选派参加日本筑波国际科技博 览会；沈阳自动化所研制的石油测井曲线解释专家系统已投入使用。此外，还有一些 专家系统通过鉴定或投入运行。在这一时期，我国专家系统的研制与开发工作主要还集 中在高等学校、科学院或部属一些研究所。到了2 0 世纪8 0 年代中期，我国专家系统的 应用领域迅速扩大，在数学、物理、化学、工程、机械、经济、教育、军事等领域先后 有一批专家系统问世瞳1 。 我国政府和教育部门对专家系统也非常重视。实用专家系统、专家系统开发工具 和知识工程被列为“七五”、“八五”、“九五”计划攻关课题凹3 。 我国综采二 作面设备配套选型专家系统应用于上世纪八九十年代，成功得到应用的 例子如下： ( 1 ) 1 9 9 5 王正良、赵四海等人研制成功了综采设备选型专家系统的实验原型系统， 他们通过实例验证表明推理结论可信，为采煤工作面设备科学选型奠定了技术基础1 。 ( 2 ) 中国矿业大学矿山机械系开发了“综采设备选型配套设计与数据系统软件”。 1 9 9 9 年中国矿业大学的赵光辉等开发了煤炭开采和优化专家咨询系统( c m e o c ) 。它 们都具有一定的实用价值呻3 。 ( 3 ) 煤科院上海分院利用综采技术并以v i s u a lf o x p r o 进行开发，针对设备选型的特 点和专家系统的理论和方法，设计完成了专家系统( d h f e s ) ，从而实现工作面设备“单 ；长原理工大学硕士学位论文 机”和配套选型的科学化、智能化【9 3 。 ( 4 ) 山东科技大学开发了基于神经网络的综采工作面设备配套专家系统以及综放设 备优化配套选型专家系统，对于我国采煤业的高产高效具有很高的应用价值“3 | 。 1 4 主要研究内容 本文通过对综采工作面设备配套选型的研究，利用计算机技术和数据库技术进行了 系统的开发，主要研究内容如下： 】) 研究了综采工作面设备的配套选型，主要是液压支架、采煤机、刮板输送机的 选型原则和选型计算以及“三机”生产能力配套，“三机”性能配套，“三机”几何关系 的配套和“三机”使用寿命配套。 2 ) 研究了综采工作面设备配套选型专家系统的开发原则、开发步骤、开发环境以 及系统各子功能模块的开发，主要包括系统登陆注册模块、数据管理模块、配套选型模 块、文件管理模块、系统帮助模块和系统管理模块。 3 ) 对系统数据库进行了设计，主要是系统知识库和综合数据库的设计。系统知识 库主要分为四个模块，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。综合数据库主要是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。， 4 ) 研究了系统各功能模块的程序设计，主要是结构化查询语言s q l 、系统公共模块 程序设计以及系统各子功能模块程序设计。 5 ) 对系统软件进行性能测试与应用实例。 太原理工大学硕士学位论文 4 太原理工大学硕士学位论文 第二章综采工作面设备配套选型研究 2 1 综采工作面设备选型 综采工作面设备的选型工作不仅受很多因素的影响而且工作难度也很大，因此应依 据工作而具体情况，关键参数，设备配套和布置对设备的要求以及结合选型原则和参 考有关实例进行设备选型。综采工作面的每一种配套设备都有严格限定的适用条件，如 设备不配套就会导致生产效率低，经济效益差等很多问题，严重影响工作面的正常生产。 因此各综采设备的正确选型设计是实现综采工作面高产高效、安全运行的前提n 8 | 。 综采工作面采煤机、刮板输送：饥和液压支架的选型及其相互之间的配套影响因素和 相互关系如图2 1 所示。 综 采 工 作 面 设 备 选 型 采 煤 机 选 型 支 架 选 型 刮 板 输 送 机 选 型 根据工作面生产能力要求选择采煤机类型 根据工作面的艮度及支护空间选择机身尺寸 根据煤的硬度选择截割功率 根据工艺要求选择滚筒 根据矿井的观 测结果选取参数 根据项板冒 落选择支架 根据底板特性选择 比压参数及推拉结构 根据煤层厚度 选择支架高度 支护强度 初撑力 工作阻力 顶梁长度 前探梁长度 推溜力、拉架力 底座面积及比压 支架最大高度 支架最小高度 根据倾角选择防倒、防滑结构 根据通风的要求选择支架的端面 根据采煤机选择输送机宽度 根据采煤机选择输送能力 根据拉架力选择强度 根据： 作面长度选择长度 图2 1 综采工作面设备选型框图 f i 9 2 1m e c h a n i z e dm i n i n gf a c ee q u i p m e n ts e l e c t i o nb l o c kd i a g r a m 2 1 1 液压支架的选型 2 1 1 1 液压支架选型原则 5 太原理工大学硕士学位论文 液压支架的选型是综采工作面设备选型的核心。液压支架不仅要求具有良好的结构 和支护性能，而且要求能适应所开采煤层的赋存条件和矿压特点。液压支架选型时要考 虑的主要因素有直接顶类型、老顶来压等级、底板特性、采高、截深、煤层倾角、煤 层强度、矿井瓦斯涌出量、局部地质构造情况、顶板岩层含水情况、周围和邻近煤层的 开采情况以及开采深度等晗0 。 液压支架选型时主要考虑以下几个方面： ( 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项和 基本项岩层移动产生的压力，将空顶区的顶板移近量控制到最小程度。 ( 2 ) 支架结构与煤层赋存条件相适应。 ( 3 ) 支护断面要与通风要求相适应，必须保证有足够的风量通过，而且风速不得超 过煤矿安全规程的有关规定。 ( 4 ) 液压支架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1 0 0 - - 一2 0 0 r a m ，支架的梁端距应合理。 ( 5 ) 液压支架的移架速度与采煤机生产能力必须相匹配，一般应大于采煤机实 际最大割煤牵引速度。泵站的压力和流量要满足数架支架成组快速移架或同时动作的 要求。 ( 6 ) 为了提高支架抗歪斜倾倒和煤壁的稳定性，必须设有防倒防滑装置幢。 2 1 1 2 液压：芰架选型计算 1 ) 支护强度和工作阻力 支护强度i 仅决于顶板性质和煤层厚度，支护强度可根据下列公式估算 q = k h z x l 0 ，m p a ( 2 1 ) 式中：k 作用于支架上的顶板岩石系数，一般取5 8 顶板条件好、周期来压不明 显时取下限，否则取上限； h 采高m ： r 顶板岩石密度，一般取2 3 1 0 3 k g m 3 支架工作阻力p 应满足顶板支护强度的要求，即支架工作阻力由支护强度和支护 面积所决定。 p 。q f x l 0 3 , i d v ( 2 2 ) 式中：f 支架的支护面积。可按下式计算 6 太原理工大学硕士学位论文 f = 仨+ c x b + k ，) = 仨+ c ) a ，i t l 2 ( 2 3 ) 式中：l 支架顶梁长度，m ； c 梁端距，m ； b 支架顶梁宽度，m ； a 支架中心距，m 。 对于支撑式支架，支架立柱的总工作阻：勾等于支架工作阻力。对于掩护式和支撑掩 护式支架，由于受到立柱倾角的影响，支架：【作阻力小于支架立柱的总工作阻力。工作 阻力与支架支柱的总工作阻力的比值，称为支架的支撑效率7 7 。所以支架立柱的总工作 阻力为 n r = 二，柳 ( 2 - 4 ) 。 即 支撑式支架的q = 10 0 ，掩护式和支撑掩护式取r = 8 0 左右。 2 ) 初撑力 初撑力的大小与支架的工作阻力和顶板的性质有关。较大的初撑力可以使支架较 快地达到工作阻力。对于不稳定和中等稳定顶板，应取较高的初撑力，约为工作阻力 的8 0 ；对于稳定顶板，初撑力不宜过大，一般不低于工作阻力的6 0 ，对于周期来压 强烈的顶板，为了避免大面积垮落对工作面的动载威胁，应取较高的初撑力，约为 工作阻力的7 5 。 3 ) 移架力和推溜力 一般薄煤层的移架力为1 0 0 - 一1 5 0 k n ；中厚煤层支架为1 5 0 3 0 0 k n ；厚煤层支架为 3 0 0 4 0 0 k n 。推溜力一般为1 0 0 1 5 0 k n 。 4 ) 支架调高范围 支架最大结构高度 h 。= m 。+ s l ，m ( 2 5 ) 支架最小结构高度 h 。；。= m 。i 。一s 2 ，m ( 2 6 ) 式中： m 。、m 。i 。一煤层最大、最小采高，m ； s 一伪顶冒落的最大厚度，一般取0 2 o 3 m ： s ，一顶板周期来压时的最大下沉量、移架时支架的下降量和顶梁上、底座下的 太原理工大学硕士学位论文 浮矸、浮煤厚度之和，一般取0 2 5 0 3 5 m 。 确定支架的最低高度时还应考虑到井下的允许运输高度。 支架的伸缩比 k ：坠( 2 7 ) 3 风i 。 k 。值的大小反映了支架对煤层厚度变化的适应能力，其值越大，说明支架适应煤 层厚度变化的能力越强。 5 ) 顶梁尺寸和覆盖率 顶梁的长度和宽度取决于支架的类型，它影响支架与顶板的接触性能、控顶距、 移架速度和稳定性，一般在保证一定的工作空间和合理布置设备的前提下，应尽量减小 顶梁长度，以缩小控顶距和支架的重量。对于支撑式和支撑掩护式支架，由于立柱为 双排布置，支撑力较大，故这类支架的项梁较长，当采用滞后支护时，项梁全长为2 5 m 左右；当采用及时支护时，顶梁全长为3 0 - - - , 4 0 m 。对于掩护式支架，由于一般用于破 碎顶板，应尽量减少支架对顶板的重复支撑次数，加之立柱多为单排布置，故顶梁长度 较小，通常为 l 5 2 5 m ，最大达3 m 左右。顶梁的宽度应根据支架间距和架型来定。我 国规定支架标准中心距为1 5 m 。掩护式和支撑掩护式支架包括侧护板在内的顶梁宽度为 1 。4 1 6 m ( 下限为侧护板收缩时的运输宽度，1 5 m 为支架的正常宽度，1 6 m 为调架时 侧护板伸出后的最大宽度) 。垛式支架的架间距一般o 1 0 2 m 。 支架顶梁对支护面积的覆盖率为 =i云-=_zibjil5谰1 。 ( 2 8 ) 2 i 云- = _ z i i ( 调1 o o 2 8 式中的符号所表示的意义见式( 2 3 ) 。 覆盖率应符合顶板性质的要求，一般不稳定顶板术8 5 9 5 ；中等稳定顶板术7 5 8 5 ；稳定顶板为6 0 7 0 。 6 ) 底座的宽度 支架底座! 琶度一般为1 1 1 2 m 。为提高横向稳定性和减小对底板比压，厚煤层支 架，可加大到1 3 m 左右，放项煤支架为1 3 1 4 m 。底座中间安装推移装置的槽子宽度， 与推移装置的结构和千斤顶缸径有关，一般为3 0 0 3 8 0 m m 。 2 1 2 采煤机的选型 2 1 2 1 采煤机选型原则 太原理工大学硕士学位论文 采煤机选型时，首先应考虑煤层贮存条件和对生产能力的要求，以及与液压支架 和刮板输送机的匹配要求。 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厂 丢。 滚筒直径已经系列化，分别为0 6 、0 6 5 、0 7 、0 8 、0 9 、1 0 、1 1 、1 2 5 、1 4 、 1 6 、1 8 、2 0 、2 3 、2 6 m 。 3 ) 截深 截深是指次截割深度，是由滚筒外缘到端盘外侧截齿齿尖的距离确定的，一般为 0 6 或0 6 3 m ；薄煤层采煤机，由于牵引速度较低，为保持足够高的生产能力，截深一 般在0 7 5 一1 0 m 。 4 ) 采高 采煤机及其配套的输送机选型后，其结构参数已定，为确保过煤高大于2 5 0 3 0 0 r a m ， 并满足采高的要求，还应确定底托架的高度。 最大采高h m a x = a - 鲁+ l s i n o t m a x + 了d ( 2 - 1 2 ) 最大卧底量 k m a x = l s i n 成。+ 詈一彳+ 罢 ( 2 一1 3 ) 式中：a 机面高度，1 3 1 ； h 采煤机机身厚度，1 1 3 ： l 摇臂长度，i n ； 口摇臂向上摆角； 摇臂向下摆角。 太原理工大学硕士学位论文 5 ) 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，厚度过大将导致齿座挤压媒体，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 - 1 0m m i n ，国外有的采煤机牵引速度 高达1 5 2 0m m i n 然而增加装机容量，加大牵引速度并不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，及时年产百万吨的综采工作面，其生产班的平均开机率也不足百分之五十， 而全国的平均水平仅为其一办，足见改进管理的潜力是很大的。 6 ) 牵引力 采煤机的牵引力与装机容量关系密切，装机功率1 5 0 k w 时，牵引力为1 6 0 1 8 0 k n ； 装机容量3 0 0 k w 时，牵引力达2 5 0 3 0 0k n 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、截割阻力及截荷的不均衡性、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( 2 1 4 ) 式中：p 牵弓i 力，k n ； n 装机容量的k w 数。 7 ) 装机容量 采煤机的装机容量是由生产能力决定的，生产能力为5 0 0 - 7 0 0t h 时，装机容量 约6 0 0 7 5 0 k w 。国外一些采煤机的生产能力已达到1 5 0 0 2 0 0 0 t h ，其装机容量也高达 11 0 0 - 1 5 0 0k w 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。 2 1 3 刮板输送机的选型 2 1 3 1 刮板输送机的选型原则 1 ) 按采煤工艺方法 ( 1 ) 大采高工作面一般生产能力较高，应选用输送能力较大的刮板输送机，0 1 9 0 0 t h 以上，以满足高产高效的要求。 太原理工大学硕士学位论文 ( 2 ) 放项煤开采使用中、低位放项煤液压支架时，后部输送机应选用与放顶煤支架 相匹配的放顶煤刮板输送机，这种输送机的中部槽只有简单的挡煤板，无电缆架。 ( 3 ) 应根据工作面设计的长度配置输送机，尽量使输送机的长度与工作面长度一致， 根据需要配置传动装置与电动机功率。 ( 4 ) 对仰采和俯采工作面宜选用较宽的中部槽，以增加采煤机的稳定性，避免采煤 机向采空区或煤壁倾斜。 2 ) 按煤层赋存条件 ( 1 ) 对薄煤层应选用薄煤层刮板输送机或与爬底板采煤机相匹配的刮板输送机。 ( 2 ) 对软底板、软煤质应采用封底溜槽，以减少推移输送机的阻力。 ( 3 ) 对较硬煤质条件且生产能力较小的：i ：作面宜选用敞底式溜槽、边双链刮板输送 机，因为其结构比较简单。 ( 4 ) 对倾角较大的工作面应在机头、机尾选用锚固装置，在中间增设防滑千斤顶的 装置，中部槽间选用高强度连接装置。 3 ) 按采煤机械的匹配要求 ( 1 ) 刮板输送机的输送能力必须与采煤机的生产能力相匹配，应使输送机的输送能 力等于或大于采煤机的生产能力。 ( 2 ) 为了配合滚筒采煤机自开切口，应优先选用短机头和短机尾，但机头架和机尾 架中板的升角不宜过大，以减少通过压链块时的能耗。 ( 3 ) 为了配合有链牵引或无链牵引的需要，在输送机机头和机尾部设采煤机牵引链 的张紧装置及其固定装置，而与无链牵引的采煤机配套时，机身应附设结构型式相应的 齿条或销轨，与采煤机的行走轮齿相啮合。 ( 4 ) 为了配合采煤机双向往复采煤的需要，在输送机靠煤壁- - n 应设铲煤板，以清 理机道浮煤。 ( 5 ) 为了防止采煤机掉道，在溜槽上应设：育导向装置。 ( 6 ) 为了配合采煤机行走时能自动铺设拖移电缆和水管，应在输送机采空区一侧附 设电缆槽。 ( 7 ) 开采较薄煤层配用骑溜式采煤机时，究采用边双链式、封底溜槽和矮平机头、 机尾。 4 ) 按液压支架的匹配要求 ( 1 ) 刮板输送机溜槽及其挡煤板座结构应与液压支架的架型相匹配，如插腿式、非 13 太原理工大学硕士学位论文 插腿式。 ( 2 ) 刮板输送机溜槽的长度应与支架的宽度相匹配。 ( 3 ) 刮板输送机溜槽及其挡煤板座与液压支架的推移千斤顶连接装置的间距及连接 方式相匹配。 ( 4 ) 配放顶煤液压支架时，应考虑输送机在架前、架中或架后连接的位置。 5 ) 与转载机的匹配 ( 1 ) 刮板输送机与转载机机尾的连接方式和卸载方式要匹配。 ( 2 ) 采用端卸式或侧卸式机头的结构及布置方式均应与转载机匹配。 6 ) 输送机自身的结构 ( 1 ) 综采工作面刮板输送机必须是可弯曲自移式。 ( 2 ) 要根据链子的负荷情况决定链子的数目，结合煤质硬软情况选择链：子的结构形 式( 单链、边双链、中链或准边双链) 煤质较硬、块度较大时，优先选用双边链，煤质 较软时，可选用单链或中双链。 ( 3 ) 在传动装置布置方式、电动机台数方面，应采用平形布置、多电动机驱动，一 般2 4 台，应优先选用双电动机双机头驱动方式。为了便于采煤机工作，应尽量将传动 装置布置在采空区一侧。 ( 4 ) 电动机宜优先选用双速电机，以改善电网的条件、简化传动装置结构、提高传 动效率，这一点对重型以上刮板输送机尤为重要。 2 1 3 2 刮板输送机选型计算 刮板输送机的选型计算主要内容包括：1 ) 输送机输送能力的计算；2 ) 输送机运行 阻力和电动机功率的验算；3 ) 刮板链的强度计算。 1 ) 运输能力的计算 刮板输送机是连续式运输设备，其每秒钟运输的能力为 q 三q v ( k g s ) ( 2 1 5 ) 式中：y 刮板链运行速度m s ； g 输送机上单位长度货载质量，妇m 。 每小时的运输能力为 q 兰3 6 q v ( t h ) ( 2 1 6 ) 刮板输送机工作时，货载言溜槽连续均匀分布，被刮板链拖带而沿溜槽移动，所以 9 值与溜槽中货载断面积有关。 1 4 ：太原理工大学硕士学位论文 9 = 1 0 0 0 f a 7 ( k g m ) ( 2 1 7 ) 式中：只一刮板输送机溜槽中货载断面积，m 2 ； y 一货载的散集容重，t m 3 ，( 对于煤炭y = o 8 5 、1 0 ) 。 刮板输送机装运货载的最大横断面积与溜槽的结构形式及结构尺寸有关，还与松散 煤的堆积角( 安息角) 有关。 考虑上述因素后，刮板输送机的小时运输能力为 q = 3 6 0 0 f 妒t v ( t h ) ( 2 1 8 ) 式中：f 一货载最大横断面积，m 2 ： 够一货载的装满系数，其取值见表2 1 表2 1 装满系数伊之值 t a b l e2 1f i l l e dw i t ht h ev a l u eo ft h ec o e 硒c i e n t 输送情况水平及向下运输向上运输 5 。1 0 。15 。 装满系数够0 9 】 o 80 60 5 2 ) 运行阻力 刮板输送机运行阻力按直线段和曲线段分别计算。运行时除了要克服煤和刮板链重 力引起的阻力外，还需克服和刮板链重力引起的下滑力，通常将它们一起计为总运行阻 力。作为牵引机构的刮板链，在重段直线段运行的总阻力为 = ( q 6 0 + q 鸬) l gc o s f l + ( q + 9 ，) l gs i n f l ( 21 9 ) 刮板链在空段直线段的运行总阻力为 嗽= g ，l g ( c 0 1c o s f l t - s i n ) ( 2 2 0 ) 式中： 彬。一重段直线段的总阻力，n ： 睨一空段直线段的总阻力，n ： g 一单位长度上的装煤量，堙m ； g ，一刮板链单位长度的质量，堙? t ； 三一刮板输送机的长度，m ； c o 一煤在槽内运行的阻力系数； 太原理工大学硕士学位论文 一刮板链在槽内运行的阻力系数； 2 一重力加速度，m s 2 ； 一刮板输送机的辅设倾角。 式中“+ ”、“一”号的选择原则为：该段向上运行时取“+ ”，向下运行时取“一”0 阻力系数的数值，与煤的性质、刮板链型式、中部槽型式、安装条件等许多因素有 关。准确值由实验得到，通常计算时，可参考表2 2 近似选用。 表2 2阻力系数 t a b l e2 - 2 d r a gc o e f f i c i e n t 0 9 缈， 单链 o 4 0 5 0 3 0 4 双链o 6 0 8o 3 0 4 刮板链绕经链轮时产生的阻力、称为曲线阻力。它主要是牵引机构的刚性阻力、滑 动与滚动阻力、回转体的轴承阻力、链条的链轮轮齿间的摩擦阻力等组成，这些阻力计 算起来相当繁琐，故在计算时通常都采用经验公式计算。 刮板链绕经链轮时的曲线阻力为 线阻力= ( 0 0 3 - 0 0 6 ) s y ( 2 2 1 ) 式中：s 。一在链轮相遇点处刮板链的张力， 对于可弯曲刮板输送机，刮板链在弯曲的溜槽中运行时，弯曲段将产生时附加阻力， 弯曲段的附加阻力可按直线段运行阻力的1 0 近似计算。 3 ) 刮板链张力 在计算刮板链的张力时，我们采用逐点张力方法进行计算。所谓逐点张力法，是计 算牵引构件在运行时各点张力的方法。逐点张力计算法的规则是，牵引构件某一点上的 张力，等于沿其运行方向后一点的张力与这两点间的运行阻力之和。用公式表达为 墨= s - l + 嘶i - 1 ) - - ， ( 2 2 2 ) 式中： s s 一，一分别为牵引构件上前后两点的张力； 以h 卜，- - 前后n a n 的运行阻力。 4 ) 电动机功率 根据上述方法算出了刮板输送机的运行阻力和主动链轮的牵引力，就可以计算出电 1 6 ：太原理工大学硕士学位论文 动机的功率为_ 。：一盟，k w “ 】0 0 0 7 7 ( 2 2 3 ) 对于用于机械化采煤工作面与采煤机配合工作的可弯曲刮板输送机，其货载( 煤) 的装载长度随采煤机的移动而变化。在这种情况下，输送机电机功率应按等效功率来计 算，并应验算电动机的起动能力与过载能力 n d =0 6 x 一n 2 嗍i 瓦瓦了磊，( w ( 2 2 4 ) 式中： n 。一刮板输送机满负荷时，电动机的最大功率，按( 4 1 4 ) 式计算； 。一刮板输送机空载时( 即g = 0 时) | 电动机的最小功率，可按下式计算 n ，。：一， k ( 2 一 m 1 1 2 q j l l q g c o s , b u 。 25)007 刮板输送机电机容量为 n 。= 向一叱， k w( 2 2 6 ) 式中： 幻一备用系数，一般取= 1 15 1 2 5 ) 刮板链强度验算 验算刮板链强度，需先算出链条最大张力值，此张力值的确定按上述逐点张力法进 行计算。得到刮板链的最大静张力s 。后，为了保证刮板链工作的可靠性，必须以链条 在工作中所承受的最大张力验算其强度。最大张力为最大静张力与动张力之和，动张力 可按最大静张力的1 5 2 0 经计算。 刮板链的抗拉强度以安全系数k 表示。 对于单链刮板输送机，应满足 k ：一生3 5( 2 2 7 ) 1 2 s 。 对于双链刮板输送机，应满足 k ：翌3 5( 2 2 8 ) 1 2 s 盯培。 式中：k 一刮板链抗拉强度安全系数； s 。一条刮板链子的破断拉力，n 五一一殿负荷不均匀系数，对子模锻炼五= 0 6 5 ：隧i 环链五= 0 8 5 。 太原理工大学硕士学位论文 2 2 综采工作面设备配套 综采工作面正常生产的前提就是综采工作面“三机 的科学合理配套，只有采煤机、 刮板输送机和液压支架之间在生产能力、设备的蚪l t - 厶匕日e 、设备的寿命、设备的结构、空间 尺寸等方面相互匹配，即做到“三机”配套。才能保证综采工作面的最大生产能力和安 全生产的要求n 圳。 2 2 1 “三机”生产能力配套 采煤机是综采工作面的主要生产设备，综采工作面的生产能力主要取决于采煤机的 落煤能力。因此，参照国内外高产高效综采工作面生产能力的设计，应以综采工作面生 产能力的1 2 倍为基数，由采煤机、刮板输送机、转载机、带式输送机生产能力逐渐 递增。为了保证工作面采煤机连续截煤，整个工作面支架的移机速度应大于采煤机连续 截煤的平均截煤牵引速度。 2 2 2“三机”性能配套 综采工作面“三机洼能配套，主要通过设备结构参数的配套来实现，以解决设备 性能问互相制约的问题。因此，需要通过逐研究液压支架、采煤机和刮板输送机各自 的性能，使它们之间的性能能够完全匹配和相适应。如采煤机卧底深度要求与刮板输送 机机头、机尾高度相适应，液压支架的移架速度与采煤机的割煤速度相适应，刮板输送 机与转载机的联接应满足相互间移动和转动的要求，采煤机的播臂长度应大于输送机机 尾等。需进行以下的计算核对： 1 ) 采煤机在刮板输送机上运行干涉计算。采煤机在刮板输送机弯曲段和头尾过 渡段上运行不应与刮板输送机发生运动干涉，通过计算确定采煤机机身与输送机挡板 间隙，采煤机滑靴与铲煤板间隙，采煤机截割滚筒与铲煤板距离等。 2 ) 采煤机自开缺口切通核算。为使采煤机切通煤壁，要求刮板输送机机头尾两 端短而低，必要时安装在刮板输送机上的采煤机行走牵引销轨要向煤壁侧变线设计， 确保采煤机截割滚筒在刮板输送机两端有5 0 1 0 0 m m 卧底量。同时采煤机可加大摇臂 长度，确保采煤机滚筒截透煤壁。 3 ) 布架核算。刮板输送机还与支架配套工作，因而在刮板输送机总体设计时还要 考虑支护对输送机的配套要求，刮板输送机横向宽度要尽可能小，以减小支护空顶距。 这就要求刮板输送机机头、尾两处布置的驱动装置体积要小，与机架联接要紧凑，总体布 太原理工大学硕士学位论文 架要核算支架空顶距。 4 ) 刮板输送机牵引销轨应满足采