综采工作面设备配套选型专家系统陈楠郁钟铭摘 要 为使设备配套选型合理，应用专家系统的理论和思想，结 合计算机技术，对综采工作面设备选型和配套进行研究，开发设计的 DHFES系统实现了设备选型和配套的科学化和智能化关键词高产高效综采工作面设备配套选型专家系统1概述高产高效矿井建设已成为煤炭行业的发展趋势，工作面高产高效是 矿井高产高效的核心，工作面高产高效的先决条件是综采设备的正确选 择和使用综采工作面设备主要由采煤机、刮板输送机和液压支架组成， 通常称为工作面“三机”，只有通过正确的“三机”配套选型，才能充 分发挥设备的生产效能，搞好工作面设备选型和配套是用好工作面设备 的前提本文结合综采技术，针对设备选型的特点，运用专家系统的理论和 方法，以Visual FoxPro为工具，设计完成一个能直接应用于煤矿生产 实际的综采工作面设备配套选型专家系统(DHFES)，从而实现工作面设备 “单机”和配套选型的科学化、智能化2综采设备配套选型2.1液压支架选型2.1.1液压支架选型原则① 支护强度与工作面矿压相适应；②支架结构与煤层赋存条件相适 应；③支护断面与通风要求相适应2.1.2影响液压支架选型的主要因素顶板(直接顶、老顶)和底板岩性，煤层可采厚度，煤层倾角，煤层 瓦斯含量等。
2.1.3支架性能参数的确定(1) 架型根据顶、底板岩性级别来确定2) 支架最大高度Hmax和最小高度H讪H =M +0.2maxmaxH讪=M讪一(0.25〜0.35)式中M、M 煤层最大、最小采高,m3) 支架罕作阻力本文采用折算法来计算顶板载荷，即按老顶岩性 和支架最大高度确定的支架载荷QQ = q FX10-3式中Q——支架载荷，kN；F——支架的支护面积，m2；q——支架的支护强度，MPa2.2采煤机选型2.2.1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、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%〜20%；③与液压支 架和刮板输送机相匹配2.2.2影响采煤机选型的主要因素煤层的力学特性、厚度和倾角，工作面生产能力2.2.3采煤机性能参数的确定(1) 采高采煤机的采高H应与煤层厚度M的变化范围相适应，由 于浮煤和顶板下沉的影响，工作面的实际高度会在开采过程中变小，为 保证采煤机能够正常工作，采高Ht与煤层厚度M应保持下列关系M =(1.1 〜1.2) HtM：11 = (0.9 〜0.95)Ht「n式中 H 、H 采煤机最小、最大采高，m。
2) 1深「截深的选取与煤层厚度，煤层软硬，顶板岩性以及支架移 架步距有关，DHFES系统的截深由用户自己选择3) 牵引速度这主要根据工作面设计生产能力来选择式中 Qh——工作面小时产量，t/h；Vg 采煤机所需牵引速度，m/min；M 采高，m；B 截深，m；Y 煤容重，t/m3所选工作面采煤机牵引速度VNV4) 装机功率采煤机需要配备时电动机功率，决定于煤质硬度f 和煤层开采厚度M，装机功率的大小决定采煤机在具体条件下可能达到 的生产率N =60BMVH / 3.6N2 = 3001X0.6XFX 0.9XV/3式中 N「N——电动机功率，kW；H ——能耗系数，按1.1〜4.4选取；F——煤质硬度系数2.3刮板输送机选型2.3.1刮板输送机选型原则①刮板输送机的运输能力应大于采煤机最大生产能力，一般取1.2 倍；②要根据刮板链的负荷确定链条数目，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2.3.2刮板输送机参数的确定(1) 工作面输送机运输能力的确定工作面刮板输送机必备的运输能 力Qb1，Qb2，可用如下计算式分别计算Qb1 = 60KKKQ c y s h式中K ——采煤机与输送机的相对修正系数K =V /(V 土V)，V、 V分别为输送机链速和割煤速度，它们方向相同时：式中取“-”号：相 反取“+”号；K ——输送机的装载不均匀系数，取1.5〜1.6；Ks——考虑煤层倾角及运输方向的系数，煤炭下运时，倾角W10°，K = 1.3，倾角＞ 10°时，K =1.5；上运时，倾角＜10°，K =0.9，倾角 ＞10。
时，K =0.7 s s另外根据工作面生产能力确定的输送机能力：式中Q ——工作面年产量，t/a； d——年工作日，一般为300 d； f——能力富裕系数；h——日工作时间，h；K——开机率则刮板输送机必备的运输能力Q =max {Q，Q }所选刮板输送机额定运输能力qMq，则符合要求2) 工作面刮板输送机长度的确定输送机的铺设长度要能够达到工 作面长度，即工作面上只铺设1台输送机，所以所选输送机的出厂长度 日工作面长度的值时，符合要求3) 工作面输送机功率的确定①工作面输送机的重段、空段阻力 W1与W2为W =q L (f cosa —sina )+qL (f cosa —sina )1 0 1 E T /C 一 「 • 2 一、W2=qL(f2cos a +sin a )式中W、W ——重段、空段阻力，kN；1 q°——刮板输送机每米刮板链的重量，kg/m；q 每米刮板输送机负荷，q =Q /3.6 V，V 为链速(m/s)；L——刮板输送机的铺设长度，m；f1——煤与刮板之间的摩擦因数，取0.7；f——金属板之间的摩擦因数，取0.4；a2 ——输送机的倾斜坡度② 刮板输送机运行所需的最大最小功率N1和N2为N =KK (W +W ) V / 102K1 a 0 1 2 dN2 = KbqLVcos a / 102%式中K、Kb——功率备用系数，分别取1.15、1.20；a Kd——传动效率，取0.83；Kd——刮板弯曲段阻力因数，可取1.12。
③ 刮板输送机所需的电机功率N为(1)式中N ——刮板输送机电机必备功率，kW； %——电机容量备用因数，可取0.722.4 “三机”配套选型2.4.1 “三机"几何关系配套从安全的角度出发，支架前柱到煤壁的无立柱空间愈小愈好2.4.2 “三机”性能配套主要解决各设备性能间互相制约的问题，从而充分发挥设备性能， 以满足生产的需要2.4.3 “三机”生产能力配套工作面生产能力取决于采煤机落煤能力，而工作面输送机、液压支 架和其它设备的生产能力都要大于采煤机的生产能力综采工作面的生产能力，可按下列程序计算：(1) 确定综采工作面所需的生产能力工作面所需的小时生产能力可 按下式计算式中k——生产不均衡因数，可取1.1〜1.25；Q——工作面日产量，t/d；s——时间利用系数，目前一般为0.3〜0.52) 采煤机可实现的生产能力可按下式计算：Q =60V1HBy式中Qs——采煤机可实现的生产能力，t/h；V1 采煤机牵引速度，m/min；H———平均采高，m3) 刮板输送机可实现的生产能力可按下式计算：Q =3600叫丫 V2式中Q ——刮板输送机可实现的生产能力，t/h；F——溜槽货载截面积，m2；W ——装满因数，一般为0.65〜0.90；Y ——装载的松散容重，t/m3；V 刮板机链速，m/s。
各单机可实现的生产能力与工作面生产能力的关系应满足：QcNQsNQh2.5 DHFES的设计和使用本文采用Visual FoxPro为开发工具，设计完成了双高工作面专家 系统(Doubles High Face Expert System)，简称 DHFES系统的工作过程是：①系统以静态数据库的形式将工作面的自然条 件特征如煤层厚度、倾角等，工作面参数如设计生产能力，工作面长度， 以及“三机”的具体型号、技术特征等贮存起来；②系统从静态数据库 中取出工作面的相应数据，运用知识库中的规则，按一定的推理方式进 行“三机”选型推理，其中间结果以动态数据库形式贮存起来，根据需 要可随时取出；③系统经过推理搜索得到若干种适合工作面条件的“三 机”设备，最后系统将进行“三机”配套方案的确定；④按一定顺序和 形式输出DHFES确定的“三机”配套方案，提供给用户DHFES系统应 用“事实一结论，，的正向推理方法，运用深度优先的控制策略，其推理 过程如图1所示图1 DHFES推理过程DHFES系统的功能结构可分为四大部分：①系统管理；②基础数据 录入；③设备选型推理；④帮助3实例研究对盘江矿务局山脚树矿21128工作面进行实例研究。
21128综采工 作面位于山脚树矿21126工作面的下部，21126工作面上部21104工作 面已回采完毕，煤层赋存较稳定，直接顶为2.5〜3.0 m的泥质砂岩和 粉砂岩，老顶为8.0〜10.0 m的铁质细砂岩，属I类II级顶板，底板为 II类松软底板，瓦斯涌出量为5.3 m3/min，煤层采高2.0〜3.55山，平 均采高3.0 m，煤层平均倾角为10°，煤的普氏系数f=1〜2，煤层容 重1.47 t/m3，矿井计划产量90万t/a，劳动组织为“三八制”通过DHFES系统推理运行，得出21128工作面设备配套方案有3种:方案 1： MG200-GW 采煤机，ZY3200 / 17 / 38 液压支架，SGZ-764 / 500刮板输送机方案2： MG200-GW采煤机，ZY3200 / 17 / 38液压支架，800B刮板输 送机方案 3： EDW300-L / LH 采煤机，ZY3200 / 17 / 38 液压支架，800B 刮板输送机通过经济和技术比较，三个方案的优先选用关系：方案1＞方案3 ＞方案2产量和工效预测结果为：工作面日产2 850.54 t/d,工作面年产 85.52 万 t/a,工效 25.23 t/工。
以上运行结果完全符合设计要求和生产实际需要，只要将开机率或 采煤机牵引速度提高10%，工作面产量和工效平均提高10%，证明DHFES 系统具有一定的专家水平，是合理的、可行的4结论(1) DHFES系统设备选型和配套一体化，通过实例研究表明可以实现 综采工作面设备配套选型科学化、系统化、智能化，并为其他条件下综 采设备的选型和配套提供有益经验2) DHFES系统将数据库和专家系统有机地集成运用，扩展了各自的 功能和应用范围，将参数定量化，大大提高了系统的推理速度和效率， 系统以工作面编号为中心线索，推进过程始终围绕此线索进行3) DHFES系统将知识库和推理机分开，有利于推理机系统的相对稳 定性和知识库的维护与更新系统具有实现工作面单机选型和设备配套 选型的功能，是专家系统在综采工作面设备选型方面应用的一种新的尝 试作者简介 陈 楠1974年生，1998年毕业于贵州工业大学采矿系并获 硕士学位，现在煤炭科学研究总院上海分院掘进所工作，发表论文数篇 地址：上海市天钥桥路1号，邮码：200030作者单位：陈楠煤炭科学研究总院上海分院郁钟铭贵州工业大学采矿系参考文献1任秉钢主编.综采生产管理手册.北京：煤炭工业出版社，19942武同振.综采综掘高档普采设备选型配套图集.徐州：中国矿业大学出 版社，19933马玉祥，武 波.专家系统.成都：电子科技大学出版社，19944杨俊安，钟子发.FoxPro2.5编程指南.合肥：安徽科学技术出版社， 1995(收稿日期：1999-01-06 ；责任编辑：许升阳)。