權(quán)利要求

1.非煤礦山掘進(jìn)機(jī)設(shè)備選型方法，其特征在于，包括： 開(kāi)展截齒截割試驗(yàn)：?jiǎn)谓佚X截割礦山巖樣至少三次，獲取單截齒平均最大截割力與單截齒平均截割比能耗； 測(cè)算掘進(jìn)機(jī)截齒平均截割力：獲取不同型號(hào)掘進(jìn)機(jī)參數(shù)，計(jì)算各個(gè)所述掘進(jìn)機(jī)的截齒平均截割力； 掘進(jìn)機(jī)初選：選擇所述截齒平均截割力不小于所述單截齒平均最大截割力的所述掘進(jìn)機(jī)； 測(cè)算實(shí)際工況下掘進(jìn)機(jī)純截割效率：利用所述單截齒平均截割比能耗預(yù)測(cè)實(shí)際工況下各個(gè)所述掘進(jìn)機(jī)的純截割效率； 測(cè)算采礦作業(yè)生產(chǎn)能力：基于實(shí)際工況下所述純截割效率測(cè)算各個(gè)所述掘進(jìn)機(jī)的采礦作業(yè)生產(chǎn)能力； 掘進(jìn)機(jī)優(yōu)選：根據(jù)掘進(jìn)機(jī)機(jī)械采礦生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)推薦所述掘進(jìn)機(jī)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非煤礦山掘進(jìn)機(jī)設(shè)備選型方法，其特征在于，單截齒截割礦山巖樣3-10次。 3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非煤礦山掘進(jìn)機(jī)設(shè)備選型方法，其特征在于，所述開(kāi)展截齒截割試驗(yàn)步驟中： 所述礦山巖樣大小為6×6×6cm-15×15×15cm。 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非煤礦山掘進(jìn)機(jī)設(shè)備選型方法，其特征在于，所述開(kāi)展截齒截割試驗(yàn)步驟中： 所述單截齒為全新未使用的單截齒，每次截割過(guò)程中均記錄所述單截齒的截割力與位移曲線。 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非煤礦山掘進(jìn)機(jī)設(shè)備選型方法，其特征在于，所述開(kāi)展截齒截割試驗(yàn)步驟中： 所述單截齒平均最大截割力為每次所述單截齒截割時(shí)所產(chǎn)生最大截割力的平均值； 所述單截齒平均截割比能耗為每次所述單截齒截割時(shí)的截割外力功與掉落巖屑體積比值的平均值； 通過(guò)下式計(jì)算每一次所述單截齒截割時(shí)的所述單截齒平均截割比能耗SE：  其中： W為所述單截齒截割時(shí)的截割外力功；Q為所述單截齒截割時(shí)掉落的巖屑體積；Fc為截割試驗(yàn)中單截齒的截割力；h為截割試驗(yàn)中單截齒的截割位移。 6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非煤礦山掘進(jìn)機(jī)設(shè)備選型方法，其特征在于，所述測(cè)算掘進(jìn)機(jī)截齒平均截割力步驟中： 通過(guò)下式計(jì)算所述截齒平均截割力F j：  其中： P為掘進(jìn)機(jī)截割功率；η為機(jī)械傳動(dòng)效率，選取0.4-0.6；n為掘進(jìn)機(jī)截割頭轉(zhuǎn)速； 為所述掘進(jìn)機(jī)截割頭平均半徑；N t為同時(shí)參與破巖的截齒數(shù)；k為修正系數(shù)，選取0.6-0.8。 7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非煤礦山掘進(jìn)機(jī)設(shè)備選型方法，其特征在于，所述測(cè)算實(shí)際工況下掘進(jìn)機(jī)純截割效率步驟中： 通過(guò)下式計(jì)算所述純截割效率ICR：  其中： P為掘進(jìn)機(jī)截割功率；SE opt為最優(yōu)比能耗，等于10-15倍的SE；k p為能量傳遞效率，選取0.4-0.6；K 0為實(shí)際工效系數(shù)，選取0.8-0.9。 8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非煤礦山掘進(jìn)機(jī)設(shè)備選型方法，其特征在于，所述測(cè)算采礦作業(yè)生產(chǎn)能力步驟中： 在掘進(jìn)機(jī)純截割效率基礎(chǔ)上，考慮每天排班數(shù)、每班作業(yè)時(shí)間、斷面面積、分段采場(chǎng)分層數(shù)、采場(chǎng)長(zhǎng)度、分層采場(chǎng)進(jìn)路數(shù)、轉(zhuǎn)層充填時(shí)間、礦石體重中至少一個(gè)參數(shù)，對(duì)所述采礦作業(yè)生產(chǎn)能力進(jìn)行測(cè)算。 9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非煤礦山掘進(jìn)機(jī)設(shè)備選型方法，其特征在于，所述掘進(jìn)機(jī)優(yōu)選步驟中： 所述掘進(jìn)機(jī)機(jī)械采礦生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)由生產(chǎn)能力測(cè)算指標(biāo)以及包含落礦工序、出礦工序、通風(fēng)工序和除塵工序的直接生產(chǎn)成本所組成。 10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的非煤礦山掘進(jìn)機(jī)設(shè)備選型方法，其特征在于，所述掘進(jìn)機(jī)優(yōu)選步驟中： 所述直接生產(chǎn)成本包含設(shè)備折舊費(fèi)、設(shè)備大修費(fèi)、設(shè)備經(jīng)修費(fèi)、人工費(fèi)、材料費(fèi)和燃料動(dòng)力費(fèi)。

說(shuō)明書(shū)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及采礦技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種非煤礦山掘進(jìn)機(jī)設(shè)備選型方法。

背景技術(shù)

掘進(jìn)機(jī)是一種集切割、裝運(yùn)、轉(zhuǎn)運(yùn)石渣、降塵等于一體的高效掘進(jìn)設(shè)備，廣泛用于交通、隧道、采礦等領(lǐng)域，與常規(guī)鉆爆法相比，具有破巖、出碴、支護(hù)一條龍連續(xù)化作業(yè)，開(kāi)挖速度快，效率高，施工質(zhì)量好，超挖量少，可減少支護(hù)工程量，降低工程費(fèi)用，且不破壞周邊巖層的穩(wěn)定性，施工安全等優(yōu)點(diǎn)。但掘進(jìn)機(jī)也存在著適用能力較差等問(wèn)題，若選擇不當(dāng)，不僅導(dǎo)致其成巷速度與生產(chǎn)效率顯著下降，而且影響礦山生產(chǎn)和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高。如何將掘進(jìn)機(jī)與金屬礦巖石及巖體特性、采礦方法、采礦工藝相結(jié)合，成為制約掘進(jìn)機(jī)在該礦區(qū)順利使用及效率發(fā)揮的重點(diǎn)。因此，有必要針對(duì)礦山的實(shí)際情況，選擇確定合理的掘進(jìn)機(jī)型號(hào)與類(lèi)型。

現(xiàn)有專(zhuān)利中，申請(qǐng)?zhí)枮镃N201410695119.5的發(fā)明專(zhuān)利，公開(kāi)了一種連續(xù)采煤機(jī)短壁開(kāi)采工作面設(shè)備選型方法，該專(zhuān)利針對(duì)煤礦短壁開(kāi)采工作面設(shè)備，包括連續(xù)采煤機(jī)、轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備、支護(hù)設(shè)備、給料破碎設(shè)備、巷道清理和輔助設(shè)備以及其他配套設(shè)備提出了選型方法。

地下金屬礦機(jī)械連續(xù)開(kāi)采技術(shù)中采用的破巖機(jī)械主要引用自隧道及煤礦施工設(shè)備。對(duì)金屬礦山而言，掘進(jìn)機(jī)屬于新型設(shè)備，金屬礦機(jī)械開(kāi)采目前仍處于試驗(yàn)期，暫未形成完善的工藝，各項(xiàng)內(nèi)容仍需深入研究。煤礦針對(duì)采煤工作面有進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的設(shè)備選型配套系統(tǒng)研究，在金屬礦山機(jī)械設(shè)備選型配套目前仍屬于技術(shù)空白。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種非煤礦山掘進(jìn)機(jī)設(shè)備選型方法，彌補(bǔ)傳統(tǒng)僅靠巖石單體強(qiáng)度經(jīng)驗(yàn)推薦掘進(jìn)機(jī)的缺陷，實(shí)現(xiàn)地下非煤礦山掘進(jìn)機(jī)科學(xué)選型推薦。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種非煤礦山掘進(jìn)機(jī)設(shè)備選型方法，包括：

開(kāi)展截齒截割試驗(yàn)：?jiǎn)谓佚X截割礦山巖樣至少三次，獲取每單截齒平均最大截割力與單截齒平均截割比能耗；

測(cè)算掘進(jìn)機(jī)截齒平均截割力：獲取不同型號(hào)掘進(jìn)機(jī)參數(shù)，計(jì)算各個(gè)所述掘進(jìn)機(jī)的截齒平均截割力；

掘進(jìn)機(jī)初選：選擇所述截齒平均截割力不小于所述單截齒平均最大截割力的所述掘進(jìn)機(jī)；

測(cè)算實(shí)際工況下掘進(jìn)機(jī)純截割效率：利用所述單截齒平均截割比能耗預(yù)測(cè)實(shí)際工況下各個(gè)所述掘進(jìn)機(jī)的純截割效率；

測(cè)算采礦作業(yè)生產(chǎn)能力：基于實(shí)際工況下所述純截割效率測(cè)算各個(gè)所述掘進(jìn)機(jī)的采礦作業(yè)生產(chǎn)能力；

掘進(jìn)機(jī)優(yōu)選：根據(jù)掘進(jìn)機(jī)機(jī)械采礦生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)推薦所述掘進(jìn)機(jī)。

進(jìn)一步地，單截齒截割礦山巖樣3-10次。

進(jìn)一步地，所述開(kāi)展截齒截割試驗(yàn)步驟中：

所述礦山巖樣大小為6×6×6cm-15×15×15cm。

進(jìn)一步地，所述開(kāi)展截齒截割試驗(yàn)步驟中：

所述單截齒為全新未使用的單截齒，每次截割過(guò)程中均記錄所述單截齒的截割力與位移曲線。

進(jìn)一步地，所述開(kāi)展截齒截割試驗(yàn)步驟中：

所述單截齒平均最大截割力為每次所述單截齒截割時(shí)所產(chǎn)生最大截割力的平均值；

所述單截齒平均截割比能耗為每次所述單截齒截割時(shí)的截割外力功與掉落巖屑體積比值的平均值；

通過(guò)下式計(jì)算每一次所述單截齒截割時(shí)的所述單截齒平均截割比能耗SE：

其中：

W為所述單截齒截割時(shí)的截割外力功；Q為所述單截齒截割時(shí)掉落的巖屑體積；Fc為截割試驗(yàn)中單截齒的截割力；h為截割試驗(yàn)中單截齒的截割位移。

進(jìn)一步地，所述測(cè)算掘進(jìn)機(jī)截齒平均截割力步驟中：

通過(guò)下式計(jì)算所述截齒平均截割力F j：

其中：

P為掘進(jìn)機(jī)截割功率；η為機(jī)械傳動(dòng)效率，選取0.4-0.6；n為掘進(jìn)機(jī)截割頭轉(zhuǎn)速； 為所述掘進(jìn)機(jī)截割頭平均半徑；N t為同時(shí)參與破巖的截齒數(shù)；k為修正系數(shù)，選取0.6-0.8。

進(jìn)一步地，所述測(cè)算實(shí)際工況下掘進(jìn)機(jī)純截割效率步驟中：

通過(guò)下式計(jì)算所述純截割效率ICR：

其中：

P為掘進(jìn)機(jī)截割功率；SE opt為最優(yōu)比能耗，等于10-15倍的SE；k p為能量傳遞效率，選取0.4-0.6；K 0為實(shí)際工效系數(shù)，選取0.8-0.9。

進(jìn)一步地，所述測(cè)算采礦作業(yè)生產(chǎn)能力步驟中：

在掘進(jìn)機(jī)純截割效率基礎(chǔ)上，考慮每天排班數(shù)、每班作業(yè)時(shí)間、斷面面積、分段采場(chǎng)分層數(shù)、采場(chǎng)長(zhǎng)度、分層采場(chǎng)進(jìn)路數(shù)、轉(zhuǎn)層充填時(shí)間、礦石體重中至少一個(gè)參數(shù)，對(duì)所述采礦作業(yè)生產(chǎn)能力進(jìn)行測(cè)算。

進(jìn)一步地，所述掘進(jìn)機(jī)優(yōu)選步驟中：

所述掘進(jìn)機(jī)機(jī)械采礦生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)由生產(chǎn)能力測(cè)算指標(biāo)以及包含落礦工序、出礦工序、通風(fēng)工序和除塵工序的直接生產(chǎn)成本所組成。

進(jìn)一步地，所述掘進(jìn)機(jī)優(yōu)選步驟中：

所述直接生產(chǎn)成本包含設(shè)備折舊費(fèi)、設(shè)備大修費(fèi)、設(shè)備經(jīng)修費(fèi)、人工費(fèi)、材料費(fèi)和燃料動(dòng)力費(fèi)。

本發(fā)明提供的非煤礦山掘進(jìn)機(jī)設(shè)備選型方法能產(chǎn)生如下有益效果：

本發(fā)明提供的非煤礦山掘進(jìn)機(jī)設(shè)備選型方法中，

上述非煤礦山掘進(jìn)機(jī)設(shè)備選型方法中，首先可加工礦山巖樣開(kāi)展室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)單截齒截割破巖試驗(yàn)，單截齒截割礦山巖樣至少三次，獲取每一次截割試驗(yàn)的單截齒平均最大截割力與平均截割比能耗。隨后搜集不同型號(hào)掘進(jìn)機(jī)參數(shù)計(jì)算各個(gè)掘進(jìn)機(jī)截齒平均截割力。隨后對(duì)比不同型號(hào)掘進(jìn)機(jī)的截齒平均截割力與截割試驗(yàn)截齒平均最大截割力，以此推薦滿足破巖能力要求的掘進(jìn)機(jī)。而掘進(jìn)機(jī)僅滿足破巖能力要求還不夠，一般來(lái)說(shuō)掘進(jìn)機(jī)截割能力越高，其設(shè)備截割效率越高，但設(shè)備價(jià)格也越高。因此隨后利用單截齒平均截割比能耗預(yù)測(cè)實(shí)際工況下掘進(jìn)機(jī)純截割效率。隨后基于實(shí)際工況下掘進(jìn)機(jī)純截割效率對(duì)非煤礦山掘進(jìn)機(jī)采礦作業(yè)生產(chǎn)能力進(jìn)行測(cè)算，進(jìn)而測(cè)算掘進(jìn)機(jī)機(jī)械采礦生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行優(yōu)選，最終推薦適用于礦山的掘進(jìn)機(jī)設(shè)備型號(hào)。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)來(lái)說(shuō)，本發(fā)明創(chuàng)新了地下非煤礦山掘進(jìn)機(jī)設(shè)備選型方法，彌補(bǔ)傳統(tǒng)僅靠巖石單體強(qiáng)度經(jīng)驗(yàn)推薦掘進(jìn)機(jī)的缺陷，實(shí)現(xiàn)地下非煤礦山掘進(jìn)機(jī)科學(xué)選型推薦，適用于我國(guó)非煤金屬礦山的掘進(jìn)機(jī)設(shè)備優(yōu)化選型。具體通過(guò)試驗(yàn)獲取單截齒平均最大截割力與單截齒平均截割比能耗，根據(jù)各個(gè)型號(hào)掘進(jìn)機(jī)的參數(shù)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)的初選，隨后通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)算實(shí)際工況下掘進(jìn)機(jī)純截割效率與生產(chǎn)能力，并經(jīng)過(guò)對(duì)掘進(jìn)機(jī)機(jī)械采礦生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的測(cè)算推薦優(yōu)選掘進(jìn)機(jī)。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明提供的一種非煤礦山掘進(jìn)機(jī)設(shè)備選型方法的流程框圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

本實(shí)施例在于提供一種非煤礦山掘進(jìn)機(jī)設(shè)備選型方法，如圖1所示，包括：

步驟S101，開(kāi)展截齒截割試驗(yàn)：?jiǎn)谓佚X截割礦山巖樣至少三次，獲取單截齒平均最大截割力與單截齒平均截割比能耗；

步驟S102，測(cè)算掘進(jìn)機(jī)截齒平均截割力：獲取不同型號(hào)掘進(jìn)機(jī)參數(shù)，計(jì)算各個(gè)掘進(jìn)機(jī)的截齒平均截割力；

步驟S103，掘進(jìn)機(jī)初選：選擇截齒平均截割力不小于單截齒平均最大截割力的掘進(jìn)機(jī)；

步驟S104，測(cè)算實(shí)際工況下掘進(jìn)機(jī)純截割效率：利用單截齒平均截割比能耗預(yù)測(cè)實(shí)際工況下各個(gè)掘進(jìn)機(jī)的純截割效率；

步驟S105，測(cè)算采礦作業(yè)生產(chǎn)能力：基于實(shí)際工況下純截割效率測(cè)算各個(gè)掘進(jìn)機(jī)的采礦作業(yè)生產(chǎn)能力；

步驟S106，掘進(jìn)機(jī)優(yōu)選：根據(jù)掘進(jìn)機(jī)機(jī)械采礦生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)推薦掘進(jìn)機(jī)。

本實(shí)施例提供的非煤礦山掘進(jìn)機(jī)設(shè)備選型方法中，首先通過(guò)試驗(yàn)獲取單截齒平均最大截割力與單截齒平均截割比能耗。隨后根據(jù)各個(gè)型號(hào)掘進(jìn)機(jī)的參數(shù)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)的初選，初選得到的掘進(jìn)機(jī)的截齒平均截割力要不小于單截齒平均最大截割力。隨后通過(guò)單截齒平均截割比能耗測(cè)算實(shí)際工況下掘進(jìn)機(jī)純截割效率以及測(cè)算采礦作業(yè)生產(chǎn)能力，并經(jīng)過(guò)對(duì)掘進(jìn)機(jī)機(jī)械采礦生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)推薦優(yōu)選掘進(jìn)機(jī)。彌補(bǔ)傳統(tǒng)僅靠巖石單體強(qiáng)度經(jīng)驗(yàn)推薦掘進(jìn)機(jī)的缺陷，通過(guò)本實(shí)施例提供的方法與步驟，實(shí)現(xiàn)地下非煤礦山掘進(jìn)機(jī)科學(xué)選型推薦。

以下對(duì)上述各步驟進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明：

在一些實(shí)施例中，開(kāi)展截齒截割試驗(yàn)步驟中，單截齒可以截割礦山巖樣3-10次，具體可以為3、4、5、6、7、8、9或10次。

其中，礦山巖樣大小為6×6×6cm-15×15×15cm，即巖樣各個(gè)邊的邊長(zhǎng)為6-15cm，具體可以為6cm、8cm、10cm、12cm或15cm。

礦山巖樣可以為立方體，礦山巖樣也并不一定限制于是立方體，礦山巖樣還可以采用長(zhǎng)方體、圓柱體等。

另外，開(kāi)展截齒截割試驗(yàn)步驟中：為去除其他因素的干擾，單截齒為全新未使用的單截齒。每次截割過(guò)程中均記錄單截齒的截割力與位移曲線。

在至少一個(gè)實(shí)施例中，上述單截齒采用鎬形截齒。

需要說(shuō)明的是，在截割時(shí)，單截齒的截割力并非為一恒定值，上述單截齒平均最大截割力為每次單截齒截割時(shí)所產(chǎn)生最大截割力的平均值；單截齒平均截割比能耗為每次單截齒截割時(shí)的截割外力功與掉落巖屑體積比值的平均值。

通過(guò)下式計(jì)算每一次單截齒截割時(shí)的單截齒平均截割比能耗SE：

其中：

W為單截齒截割時(shí)的截割外力功；Q為單截齒截割時(shí)掉落的巖屑體積；FC為截割試驗(yàn)中單截齒的截割力；h為截割試驗(yàn)中單截齒的截割位移。單截齒截割外力功可以通過(guò)試驗(yàn)過(guò)程中所記錄的單截齒截割力與位移曲線得到。

在一些實(shí)施例中，測(cè)算掘進(jìn)機(jī)截齒平均截割力步驟中：

通過(guò)下式計(jì)算截齒平均截割力F j：

其中：

P為掘進(jìn)機(jī)截割功率；η為機(jī)械傳動(dòng)效率，選取0.4-0.6，具體可以為0.4、0.5或0.6；n為掘進(jìn)機(jī)截割頭轉(zhuǎn)速； 為所述掘進(jìn)機(jī)截割頭平均半徑；N t為同時(shí)參與破巖的截齒數(shù)；k為修正系數(shù)，選取0.6-0.8，具體可以為0.6、0.7或0.8。

在一些實(shí)施例中，測(cè)算實(shí)際工況下掘進(jìn)機(jī)純截割效率步驟中：

通過(guò)下式計(jì)算純截割效率ICR：

其中：

P為掘進(jìn)機(jī)截割功率；SE opt為最優(yōu)比能耗，等于10-15倍的SE，具體可以為10、12、13或15倍的SE；k p為能量傳遞效率，選取0.4-0.6，具體可以為0.4、0.5或0.6；K 0為實(shí)際工效系數(shù)，選取0.8-0.9，具體可以為0.8、0.85或0.9。

可以理解的是，測(cè)算采礦作業(yè)生產(chǎn)能力步驟中：非煤礦山掘進(jìn)機(jī)采礦作業(yè)生產(chǎn)能力按照非煤礦山采用的采礦方法測(cè)算生產(chǎn)能力。具體地，在掘進(jìn)機(jī)純截割效率基礎(chǔ)上，考慮每天排班數(shù)、每班作業(yè)時(shí)間、斷面面積、分段采場(chǎng)分層數(shù)、采場(chǎng)長(zhǎng)度、分層采場(chǎng)進(jìn)路數(shù)、轉(zhuǎn)層充填時(shí)間、礦石體重中至少一個(gè)參數(shù)，對(duì)所述采礦作業(yè)生產(chǎn)能力進(jìn)行測(cè)算。

當(dāng)然，所考慮的參數(shù)并不限于以上舉例的幾種，還可以根據(jù)實(shí)際情況考慮其他參數(shù)。

在一些實(shí)施例中，掘進(jìn)機(jī)優(yōu)選步驟中：掘進(jìn)機(jī)機(jī)械采礦生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)由生產(chǎn)能力測(cè)算指標(biāo)以及包含落礦工序、出礦工序、通風(fēng)工序和除塵工序的直接生產(chǎn)成本所組成。在對(duì)掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行選擇時(shí)，需要綜合以上指標(biāo)來(lái)考慮，選擇滿足工序要求且成本最低的掘進(jìn)機(jī)。

其中，直接生產(chǎn)成本包含設(shè)備折舊費(fèi)、設(shè)備大修費(fèi)、設(shè)備經(jīng)修費(fèi)、人工費(fèi)、材料費(fèi)和燃料動(dòng)力費(fèi)。

具體地，掘進(jìn)機(jī)機(jī)械采掘作業(yè)面主要設(shè)備有掘進(jìn)機(jī)、通風(fēng)設(shè)備、除塵設(shè)備、轉(zhuǎn)載運(yùn)輸設(shè)備。作業(yè)人員包括掘進(jìn)機(jī)司機(jī)，輔助工，轉(zhuǎn)載運(yùn)輸司機(jī)，現(xiàn)場(chǎng)管理人員（班組長(zhǎng)）等。主要消耗材料有截齒、齒輪油、黃油等。過(guò)程中主要消耗的燃料動(dòng)力費(fèi)包含電費(fèi)、轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)、油耗。在選擇時(shí)，對(duì)比不同型號(hào)掘進(jìn)機(jī)機(jī)械落礦系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)從而實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)優(yōu)選推薦。

以下通過(guò)一個(gè)具體實(shí)施例來(lái)對(duì)上述非煤礦山掘進(jìn)機(jī)設(shè)備選型方法進(jìn)行具體說(shuō)明：

新疆某金礦礦區(qū)內(nèi)礦帶長(zhǎng)約1280m，控制最大斜深425m，總體為上寬下窄。礦帶北部走向近南北，向南漸變?yōu)?40°方向，傾向北東，傾角60-80°。整體上礦體受主斷裂帶控制，主斷裂帶沿火山管道壁內(nèi)側(cè)邊緣分布，全長(zhǎng)大于1300m，總體呈向西南凸出的弧形展布。主斷裂帶巖組分布于礦體下盤(pán)，部分地段嚴(yán)重影響礦體開(kāi)采。

根據(jù)以往巖石力學(xué)資料可知，礦體及其頂?shù)装鍑鷰r大部分屬中等穩(wěn)固類(lèi)型，局部不穩(wěn)固-極不穩(wěn)固。上盤(pán)圍巖和上盤(pán)礦體，遠(yuǎn)離主斷裂帶，屬中等穩(wěn)固。礦體下盤(pán)礦巖，遠(yuǎn)離主斷裂帶地段中等穩(wěn)固，離主斷裂帶較近地段，礦巖不穩(wěn)固，主斷裂帶穿插的地段，礦巖極不穩(wěn)固。總體看來(lái)，遠(yuǎn)離主斷裂帶的礦體和上盤(pán)圍巖的穩(wěn)定性好，礦體底板和底板斷裂帶穩(wěn)定性差，同時(shí)，南礦段勘探報(bào)告給出的圍巖抗壓強(qiáng)度比北礦段的低。從區(qū)域構(gòu)造背景來(lái)看，礦床所在地區(qū)的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，地震較頻繁，礦區(qū)的區(qū)域穩(wěn)定性屬于不穩(wěn)定區(qū)。

礦山目前主要采用上向分層進(jìn)路式充填采礦法回采，中段高度50-55m。深部礦體因巖體質(zhì)量較差，局部遇水泥化，巖性及品位變化較大等原因?qū)е卢F(xiàn)有采礦方法出現(xiàn)生產(chǎn)效率低、成本高、安全性較差等問(wèn)題。通過(guò)調(diào)研、論證及分析，礦山計(jì)劃變革傳統(tǒng)鑿巖爆破采礦模式采用掘進(jìn)機(jī)機(jī)械采礦技術(shù)，以解決礦山生產(chǎn)目前面臨的眾多問(wèn)題。

以下結(jié)合一具體實(shí)施例對(duì)上述非煤礦山掘進(jìn)機(jī)設(shè)備選型方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：

根據(jù)礦山實(shí)際生產(chǎn)、工程地質(zhì)條件并綜合考慮本次研究目的及研究需要，確定此次可截割試驗(yàn)所取巖樣采取現(xiàn)場(chǎng)大塊方式取樣，室內(nèi)加工為標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)巖樣?，F(xiàn)場(chǎng)取得巖塊試樣，使用水冷巖石切割機(jī)對(duì)不規(guī)則巖樣進(jìn)行整理切制，共計(jì)加工100×100×100mm的立方體3塊。使用同一支截齒，在巖樣的不同位置和方向上進(jìn)行試驗(yàn)，3塊巖樣共計(jì)截割10次。采用截割標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)試驗(yàn)記錄的力-位移曲線可得到最大截割力，并進(jìn)一步計(jì)算出外力功。對(duì)于截割破落的巖屑進(jìn)行收集并標(biāo)記，推薦使用稱重法測(cè)量巖屑的體積。

由截齒截割試驗(yàn)結(jié)果可知，為滿足有效破巖要求，單截齒截割破巖所需的截割力應(yīng)達(dá)到3.133kN，截割比能耗為0.422kW·h/m。

掘進(jìn)機(jī)功率參數(shù)主要分為切割功率和裝機(jī)功率。掘進(jìn)機(jī)切割功率是指截割機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的功率，是確定掘進(jìn)機(jī)生產(chǎn)能力的重要參數(shù)。掘進(jìn)機(jī)在實(shí)際破巖工況中并非所有區(qū)域都處于截割區(qū)，有時(shí)僅有部分截割頭深入到巖石內(nèi)參與截割。當(dāng)所選掘進(jìn)機(jī)提供的平均截割力不小于破巖所需的最大截割力時(shí)，方可滿足破巖能力要求，此為掘進(jìn)機(jī)破巖基礎(chǔ)要求。

由截齒截割試驗(yàn)結(jié)果可知，為滿足有效破巖要求，單截齒截割破巖所需的截割力應(yīng)達(dá)到3133N。160、200、260、318型掘進(jìn)機(jī)轉(zhuǎn)化成截割厚度為9mm時(shí)截齒截割試驗(yàn)的最大截割力分別為2590.71N、3238.39N、3586.22N、5149.05N。因此除160型掘進(jìn)機(jī)外其余掘進(jìn)機(jī)均可滿足破巖能力要求，滿足截割破巖能力要求的設(shè)備為200、260、318型掘進(jìn)機(jī)，可參考下表1。

表1 掘進(jìn)機(jī)截割力測(cè)算結(jié)果

進(jìn)一步的，掘進(jìn)機(jī)僅滿足破巖能力要求還不夠，一般來(lái)說(shuō)掘進(jìn)機(jī)截割能力越高，其設(shè)備截割效率越高，但設(shè)備價(jià)格也越高。因此需對(duì)其采礦作業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)測(cè)算對(duì)比，從而實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)優(yōu)選。

通過(guò)實(shí)際工況下掘進(jìn)機(jī)純截割效率計(jì)算公式，對(duì)200、260、318型掘進(jìn)機(jī)純截割效率進(jìn)行測(cè)算，可參考下表2。

表2 掘進(jìn)機(jī)截割效率預(yù)測(cè)

進(jìn)一步的，對(duì)其采礦作業(yè)生產(chǎn)能力進(jìn)行測(cè)算。礦山目前采用上向分層進(jìn)路充填采礦法，采礦作業(yè)采用連續(xù)作業(yè)工作制，年工作330天，每天3班滾班作業(yè)。采礦作業(yè)中，受礦體賦存條件、采場(chǎng)布置、支護(hù)、充填、養(yǎng)護(hù)、轉(zhuǎn)層、設(shè)備養(yǎng)護(hù)等多方面的限制，其綜合生產(chǎn)能力較單班生產(chǎn)能力與進(jìn)路生產(chǎn)能力而言較低。在掘進(jìn)機(jī)純截割效率預(yù)測(cè)結(jié)果基礎(chǔ)上，將每天排班數(shù)、每班作業(yè)時(shí)間、斷面面積、分段采場(chǎng)分層數(shù)、采場(chǎng)長(zhǎng)度、分層采場(chǎng)進(jìn)路數(shù)、轉(zhuǎn)層充填時(shí)間、礦石體重等參數(shù)代入，即可對(duì)其采場(chǎng)生產(chǎn)能力進(jìn)行測(cè)算，可參考下表3。

表3 掘進(jìn)機(jī)采礦能力對(duì)比

掘進(jìn)機(jī)機(jī)械采掘系統(tǒng)構(gòu)建后，其設(shè)備、人員每月均為固定投入，而電費(fèi)、材料等消耗與每月掘進(jìn)工程量密切相關(guān)。成本測(cè)算過(guò)程中不考慮措施費(fèi)、企業(yè)管理費(fèi)、稅費(fèi)、安全生產(chǎn)費(fèi)、稅金等費(fèi)用，考慮落礦、出礦、通風(fēng)、除塵這四項(xiàng)關(guān)鍵工序，生產(chǎn)成本包含設(shè)備折舊費(fèi)、設(shè)備大修費(fèi)、設(shè)備經(jīng)修費(fèi)、人工費(fèi)、材料費(fèi)及燃料動(dòng)力費(fèi)。掘進(jìn)機(jī)機(jī)械采掘作業(yè)面主要設(shè)備有掘進(jìn)機(jī)、通風(fēng)設(shè)備、除塵設(shè)備、轉(zhuǎn)載運(yùn)輸設(shè)備。作業(yè)人員包括掘進(jìn)機(jī)司機(jī)，輔助工，轉(zhuǎn)載運(yùn)輸司機(jī)，現(xiàn)場(chǎng)管理人員（班組長(zhǎng)）等。主要消耗材料有截齒、齒輪油、黃油。過(guò)程中主要消耗的燃料動(dòng)力費(fèi)包含電費(fèi)、轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)、油耗，可參考下表4。

表4 機(jī)械落礦技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)測(cè)算

160型掘進(jìn)機(jī)化成截割厚度為9mm時(shí)截齒截割試驗(yàn)的最大截割力為2590.71N，小于比單截齒截割破巖所需的截割力3133N，因此不滿足有效破巖要求。在滿足破巖能力要求基礎(chǔ)上，對(duì)200、260、318型掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行優(yōu)選。

基于截齒截割破巖試驗(yàn)獲取的比能耗，對(duì)設(shè)備純截割能力進(jìn)行預(yù)測(cè)。200、260、318型掘進(jìn)機(jī)測(cè)算生產(chǎn)能力分別為200.87t/d、245.14t/d、253.28t/d。在滿足截割破巖能力要求的基礎(chǔ)上，掘進(jìn)機(jī)截割功率越高，其掘進(jìn)效率越高，但設(shè)備價(jià)格也越高。因此需對(duì)其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，從而選擇合適的掘進(jìn)機(jī)。200、260、318型掘進(jìn)機(jī)機(jī)械落礦技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)測(cè)算結(jié)果分別為66.36元/t、59.95元/t、64.95元/t。260型掘進(jìn)機(jī)噸礦成本比200和318的噸礦成本都低，因此最終推薦采用260型掘進(jìn)機(jī)。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。

非煤礦山掘進(jìn)機(jī)設(shè)備選型方法.pdf