摘要：在采煤作业中，设备选型是一个关键环节，直接关系到采矿效率和成本控制。合理的设备选型能够确保高效开采，有效降低开采成本，提升生产效率，从而增强企业的市场竞争力。
引言
在采煤作业中，设备选型是一个关键环节，直接关系到采矿效率和成本控制。合理的设备选型能够确保高效开采，有效降低开采成本，提升生产效率，从而增强企业的市场竞争力。
一、采矿设备选型之刮板输送机
在采矿作业中，刮板输送机作为关键的运输设备，其选型的合理性直接关乎整个采矿流程的顺畅与高效。刮板输送机的选型涵盖运输能力、电机功率以及结构设计等多个核心要素，每一项都与采煤机、液压支架等设备的协同运作紧密相连，对采矿生产效率和安全保障起着决定性作用。接下来，我们将深入剖析这些关键要素，探寻刮板输送机选型背后的科学原理和实践要点。
（一）运输能力匹配
刮板输送机的运输能力与采煤机生产能力的匹配，是确保采矿作业高效进行的基石。采煤机负责将煤炭从煤层中采落，而刮板输送机则承担着将采落的煤炭及时输送出工作面的重任。若两者能力不匹配，就如同水桶的短板效应一般，会严重制约整个生产系统的效率。
以某煤矿为例，该矿在初期生产中，选用的刮板输送机运输能力略低于采煤机的生产能力。在实际开采过程中，随着采煤机的高效运作，煤炭产量逐渐增加，刮板输送机却无法及时将煤炭全部运出，导致煤炭在工作面大量堆积。这不仅迫使采煤机不得不频繁停机等待，降低了采煤机的有效工作时间，还增加了煤炭在工作面的停留时间，加大了煤炭自燃的风险，严重影响了生产效率和安全性。据统计，该矿在刮板输送机与采煤机能力不匹配期间，采煤机平均每天停机时间达到了 2 - 3 小时，月产量相较于设计产量降低了 15% - 20%。
那么，如何依据采煤机参数精准确定刮板输送机运输能力呢？通常，采煤机的生产能力与采高范围、牵引速度、滚筒截深等因素密切相关。其理论年生产能力（t）的计算公式为：
，其中，H为采煤机最大采高（m），B为滚筒截割深度（m），v为采煤机截煤时的工作速度（m/min），ρ为煤矿井下所采煤层平均密度（g/cm^3），h为采煤机每天实际工作小时数（h/d），T为采煤机每年实际工作天数 。
在确定刮板输送机的运输能力时，一般要使其大于采煤机年产量的 1.2 - 1.5 倍 。例如，若某采煤机的年产量经计算为 100 万吨，那么刮板输送机的年输送量应达到 120 - 150 万吨，才能满足生产的需要。这是因为在实际生产过程中，采煤机的生产能力并非恒定不变，会受到煤层地质条件、操作水平等多种因素的影响而产生波动，预留一定的能力余量，可以有效应对这些不确定性，确保生产的连续性和稳定性。
（二）电机功率的精准计算
电机作为刮板输送机的动力源，其功率大小直接影响着刮板输送机的运行性能和工作效率。电机功率与输送机能力及铺设长度之间存在着紧密的内在关系。当刮板输送机的输送能力要求越高，或者铺设长度越长时，电机需要克服的阻力就越大，所需的功率也就越高。
刮板输送机运行阻力主要包括货载及刮板链在重载段上的移动阻力、刮板链在回空段上的移动阻力、倾斜运输时货载的重力阻力、刮板链绕过机头尾链轮的弯曲阻力以及传送装置的内部阻力等。以水平工作状态为例，刮板输送机受到的阻力主要来自于刮板输送机上的煤矿的重力、链条与齿轮之间的耦合阻力等因素；而在弯曲工作状态下，除了上述水平状态下的阻力之外，在弯曲处还会产生额外的阻力，如刮板链与槽帮之间的摩擦阻力等。
计算电机功率的公式为：
在不同工况下，电机功率需要进行相应的调整。当刮板输送机在倾斜巷道中运行时，由于货载的重力分力会增加运行阻力，电机需要输出更大的功率来克服这些阻力，此时应根据巷道的倾角对电机功率进行修正计算。当刮板输送机输送的煤量发生变化时，电机功率也应随之调整。如果煤量增加，电机需要提供更大的动力来驱动刮板链运行，以保证煤炭的正常输送；反之，如果煤量减少，电机功率可适当降低，以节约能源。在实际操作中，可通过变频器等设备来调节电机的转速和功率，使其能够根据工况的变化及时做出调整，确保刮板输送机始终处于高效、稳定的运行状态。
（三）结构配套的关键要点
刮板输送机结构与采煤机、液压支架的配套，是保障采矿作业安全、高效进行的重要环节。从空间布局角度来看，刮板输送机与采煤机、液压支架之间需要保持合理的间距和位置关系，以确保它们在运行过程中不会相互干涉。在采煤机割煤时，刮板输送机的位置应确保采煤机能够顺利将煤炭装入刮板输送机的溜槽中，同时，刮板输送机的铲板与采煤机的滚筒之间应保持一定的安全距离，避免在采煤机过弯道或进行其他操作时，滚筒与铲板发生干涉，损坏设备或引发安全事故。
在连接方式上，刮板输送机与采煤机、液压支架之间的连接应牢固可靠，能够承受设备运行过程中的各种作用力。刮板输送机与采煤机的连接，要保证在采煤机移动时，刮板输送机能够随之平稳移动，并且连接部位不会出现松动、脱落等现象。刮板输送机与液压支架的连接，要确保液压支架在推移刮板输送机时，能够提供足够的推力，使刮板输送机顺利前移，同时，连接部位的强度和稳定性应满足要求，防止在推移过程中出现损坏。
若刮板输送机结构与采煤机、液压支架不配套，将会带来诸多安全隐患和生产阻碍。当刮板输送机与采煤机的配套尺寸不合理时，可能会导致采煤机在运行过程中出现掉道、翻车等事故。当刮板输送机与液压支架的连接不可靠时，在液压支架推移刮板输送机的过程中，可能会出现刮板输送机脱节、溜槽变形等问题，不仅会影响生产进度，还可能对人员和设备造成严重伤害。在某煤矿的一次开采作业中，由于刮板输送机与液压支架的连接螺栓松动，在液压支架推移刮板输送机时，刮板输送机突然脱节，导致部分溜槽滑落，砸伤了附近的作业人员，造成了严重的安全事故，同时也使该工作面的生产中断了数天，给企业带来了巨大的经济损失。
二、采矿设备选型之平巷运输设备
在采矿作业的复杂流程中，平巷运输设备承担着将采出的矿石或煤炭从工作面运输到地面或其他加工场所的重要任务。其选型的合理性直接关系到整个采矿生产系统的效率和成本。平巷运输设备的选型不仅要满足能力大于工作面刮板输送机的基本要求，还需综合考虑巷道条件、运输距离、物料特性等诸多因素，以确保设备能够在不同的工况下稳定、高效地运行。
（一）能力大于工作面刮板输送机的意义
平巷运输设备能力大于工作面刮板输送机能力，是保障采矿生产连续性和高效性的关键。从生产流程的连贯性角度来看，工作面刮板输送机将采煤机采落的煤炭输送至平巷运输设备，如果平巷运输设备能力不足，就会导致煤炭在刮板输送机机头处积压，进而影响刮板输送机的正常运行，最终使整个采煤工作面的生产陷入停滞。
以某煤矿为例，该矿在开采过程中，由于前期对平巷运输设备选型不合理，选用的平巷运输设备能力仅略大于刮板输送机的额定能力。在实际生产中，当采煤机处于高产状态时，平巷运输设备无法及时将刮板输送机输送过来的煤炭运走，煤炭在刮板输送机机头大量堆积。这不仅导致刮板输送机的运行阻力增大，电机负荷增加，频繁出现过热保护停机现象，还使得采煤机不得不降低割煤速度，以减少煤炭的产出量，从而严重影响了采煤工作面的生产效率。据统计，在平巷运输设备能力不足期间，该采煤工作面的月产量相较于正常水平下降了 20% - 30%，同时，设备的故障率也大幅上升，维修成本增加了约 50% 。
从经济效益角度分析，平巷运输设备能力不足会导致生产效率降低，增加生产成本。生产效率降低意味着煤炭产量减少，企业的销售收入随之下降。设备频繁故障会增加维修费用和设备更换成本，同时，由于设备停机维修，还会造成生产时间的浪费，进一步降低生产效率，形成恶性循环。而合理选型平巷运输设备，使其能力充足，可以有效避免这些问题，提高生产效率，降低生产成本，增加企业的经济效益。
（二）选型需考虑的其他因素
除了能力要求外，平巷运输设备选型还需综合考虑多种因素，以确保设备能够适应复杂多变的采矿作业环境。
巷道条件对平巷运输设备的选型有着重要影响。巷道的坡度、宽度、高度以及支护情况等都会影响设备的运行和安装。在坡度较大的巷道中，需要选择具有较强爬坡能力的运输设备，如轨道机车、齿轨机车等。轨道机车适用于坡度较小的巷道，其运行平稳，运输能力较大；而齿轨机车则专门设计用于大坡度巷道，通过与轨道上的齿轨啮合，能够提供强大的牵引力，确保设备在陡坡上安全运行。巷道的宽度和高度也限制了设备的尺寸，设备的外形尺寸必须与巷道的空间相匹配，以保证设备能够顺利通过。如果巷道宽度较窄，就不宜选择大型的无轨运输车辆，而应考虑小型的轨道运输设备。巷道的支护情况也会影响设备的选型，如果巷道支护不稳定，存在坍塌风险，就需要选择对巷道支护要求较低的运输设备，或者采取相应的支护措施，确保设备运行安全。
运输距离也是选型时需要考虑的重要因素。当运输距离较短时，可以选择结构简单、成本较低的运输设备，如刮板输送机、胶带输送机等。刮板输送机具有结构紧凑、运输能力较大的特点，适用于短距离、大运量的煤炭运输；胶带输送机则具有运行平稳、输送效率高的优点，在短距离运输中也能发挥良好的作用。当运输距离较长时，为了提高运输效率和降低运输成本，需要选择运输速度快、运输能力大的设备，如电机车、无轨运输车辆等。电机车通过架空线或蓄电池供电，能够在轨道上长距离行驶，运输能力较大；无轨运输车辆则具有灵活性高、适应性强的特点，可以在不同路况的巷道中行驶，适用于长距离、多站点的运输任务。
物料特性同样不容忽视。不同的物料具有不同的物理性质，如粒度、硬度、湿度等，这些特性会影响运输设备的选型。对于粒度较大、硬度较高的物料，需要选择具有较强耐磨性和抗冲击性的运输设备，如重型刮板输送机、矿用卡车等。重型刮板输送机采用高强度的刮板和链条，能够承受较大的物料冲击力，适用于运输大块的矿石；矿用卡车则具有载重量大、通过性好的特点，能够在恶劣的路况下运输坚硬的矿石。对于湿度较大的物料，容易造成设备的堵塞和腐蚀，因此需要选择具有良好防堵塞和防腐蚀性能的设备，如带式输送机可以配备特殊的防堵塞装置和耐腐蚀的输送带，以确保在运输湿物料时能够正常运行。
三、设备选型对采矿整体效益的影响
（一）经济效益
合理的设备选型能够在多个方面显著提升采矿企业的经济效益。在设备购置成本方面，精准选型可避免过度投资。例如，某小型金属矿山在初期规划时，对自身的矿石产量和开采规模进行了详细测算，选用了符合自身需求的小型颚式破碎机和球磨机，相比盲目选择大型设备，节省了约 30% - 40% 的设备购置资金 。这些节省下来的资金可用于其他关键环节，如技术研发、人员培训等，为企业的长远发展提供支持 。
能耗和维修费用的降低也是合理选型的重要经济优势。以某煤矿为例，通过选用高效节能的刮板输送机和电机，其能耗相较于旧设备降低了 20% - 25% 。同时，由于设备质量可靠、性能稳定，维修次数大幅减少，维修费用降低了约 40% - 50% 。在设备的整个生命周期内，这些能耗和维修费用的节省累计起来是一笔可观的数字 。
提高生产效率和增加产量是合理选型带来的直接经济效益提升。在某露天铁矿，选用了与开采规模和矿岩特性相匹配的大型电铲和自卸卡车后，生产效率大幅提高。电铲的高效铲装和卡车的快速运输，使得该矿山的矿石产量在原有基础上增加了 30% - 40% ，销售收入相应大幅增长 。通过优化设备选型，企业能够在相同的时间内开采和运输更多的矿石，满足市场需求，提高市场份额 。
反之，不合理的设备选型会给企业带来巨大的经济损失。在某有色金属矿山，由于设备选型不当，设备的实际生产能力无法满足矿山的发展需求。为了维持生产，企业不得不频繁进行设备升级和改造，投入了大量的资金。由于设备不匹配导致的生产效率低下，矿石产量无法达到预期，企业的销售收入减少，同时运营成本却不断增加，最终导致企业在一段时间内处于亏损状态。据统计，该矿山在设备选型不合理期间，因设备改造和生产效率低下等问题，经济损失达到了数千万元。
（二）安全效益
设备选型与安全生产紧密相连，合适的设备是保障采矿作业安全的重要基础。从设备稳定性角度来看，稳定性高的设备能够在复杂的采矿环境中可靠运行。例如，在地下采矿中，采用高强度、结构稳固的巷道掘进机，能够有效避免在掘进过程中因设备晃动或故障导致的顶板坍塌等事故。这种掘进机的机身设计合理，支撑结构牢固，能够承受地下复杂地质条件带来的压力，确保在掘进过程中的稳定性，从而保障作业人员的安全。
防护装置也是设备选型中需要重点考虑的安全因素。以矿山运输车辆为例，配备完善的防护栏、安全带、制动系统等防护装置，能够在发生碰撞、翻车等意外情况时，有效减少人员伤亡。防护栏可以防止车辆在行驶过程中侧翻时人员被甩出车外；安全带能够将人员固定在座位上，减轻碰撞时对人员身体的冲击力；高性能的制动系统则可以确保车辆在紧急情况下能够及时停车，避免事故的发生。
因设备选型不当引发的安全事故屡见不鲜。在某小型煤矿，由于选用了不符合安全标准的刮板输送机，设备的链条强度不足，在运行过程中突然断裂。断裂的链条飞溅，导致多名作业人员受伤，同时煤炭堆积在巷道中，影响了通风和逃生通道，给救援工作带来了极大的困难。在某金属矿山，选用的凿岩台车稳定性差，在凿岩过程中突然倾倒，砸伤了操作人员，造成了严重的人员伤亡事故。这些事故不仅给企业带来了巨大的经济损失，还对员工的生命安全造成了严重威胁。
（三）环境效益
设备选型对环境有着重要影响，选用低排放、低噪声设备是实现绿色采矿的关键举措。在矿山开采中，采用电力驱动的设备相较于燃油驱动设备，能够显著减少废气排放。例如，电动铲运机在运行过程中几乎不产生一氧化碳、碳氢化合物等有害气体，而燃油铲运机在工作时会排放大量的这些污染物。据统计，使用电动铲运机可使废气排放量降低 80% - 90% ，有效改善了矿山周边的空气质量 。
低噪声设备的选用也能减少对周边环境和居民的干扰。在居民区附近的矿山，采用噪声控制技术先进的破碎机和筛分设备，能够将作业噪声降低到环保标准以下。这些设备通过优化结构设计、采用隔音材料等措施，有效降低了噪声的产生和传播。例如，某矿山选用了新型的隔音破碎机，其噪声比传统破碎机降低了 10 - 15 分贝，大大减少了对周边居民生活的影响 。
减少粉尘产生的设备技术同样至关重要。在矿石破碎和运输过程中，采用带有高效除尘装置的破碎机和密封性能良好的运输设备，可以有效控制粉尘的扩散。某矿山在破碎机上安装了先进的布袋除尘器，能够将破碎过程中产生的粉尘收集起来，使粉尘排放浓度降低到国家环保标准的 50% 以下 。采用密封式皮带输送机运输矿石，避免了粉尘在运输过程中的飞扬，进一步减少了粉尘对环境的污染 。
随着环保法规的日益严格，如《中华人民共和国环境保护法》《矿山生态环境保护与污染防治技术政策》等，对矿山设备的环保性能提出了更高的要求。企业只有选择符合环保法规的设备，才能避免因违规而面临的罚款、停产整顿等风险。合理的设备选型不仅有助于企业实现可持续发展，还能提升企业的社会形象，为企业的长期发展创造良好的外部环境。
四、案例分析：成功与失败的选型样本
（一）成功案例解析
以某大型露天煤矿的采矿项目为例，该项目位于我国北方煤炭资源富集区，矿区面积广阔，煤炭储量丰富，地质条件相对稳定，但煤层厚度和硬度在不同区域存在一定差异。该煤矿预计年开采量为 1000 万吨，服务年限为 30 年，项目规模较大，对设备的稳定性和生产能力要求较高 。
在设备选型过程中，项目团队进行了深入的调研和分析。对于铲装设备，考虑到矿区煤炭硬度适中，且部分区域煤层较厚，经过对电铲和液压铲的性能对比和技术经济分析，最终选择了斗容为 10 立方米的电铲 。电铲具有挖掘力大、生产效率高、可靠性强等优点，能够满足大规模煤炭开采的需求 。同时，电铲采用电力驱动，相比燃油驱动的液压铲，具有能耗低、污染小等优势，符合环保要求 。
在运输设备选型方面，根据矿区的地形条件和运输距离，项目团队选用了载重为 100 吨的自卸卡车 。这种自卸卡车具有载重量大、运输效率高、通过性好等特点，能够在矿区复杂的道路条件下安全、快速地运输煤炭 。为了确保运输系统的高效运行，还配备了足够数量的卡车，以满足电铲的铲装能力和煤炭的运输需求 。
对于穿孔设备，由于矿区矿岩硬度适中，项目团队选择了牙轮钻机。牙轮钻机具有穿孔速度快、钻孔质量高、适应性强等优点，能够满足大规模露天煤矿的穿孔需求。在辅助设备选型方面，配备了履带推土机、平地机等设备，用于平整场地、清理道路等工作，确保主要设备的正常运行。
这些设备投入运行后，取得了显著的效果。电铲和自卸卡车的高效配合，使得煤炭的采装和运输效率大幅提高。据统计，该煤矿的实际年开采量达到了 1200 万吨，超过了预期的年开采量，生产效率提高了 20% 左右 。设备的稳定性和可靠性也得到了充分验证，故障率较低，维修成本明显降低 。在设备运行的前三年，维修成本相较于同类型矿山降低了约 30% 。设备的环保性能良好，电铲的电力驱动减少了废气排放，降低了对矿区周边环境的污染 。
该项目成功的关键因素在于对设备选型的高度重视和科学决策。项目团队在选型前进行了充分的调研和分析，全面考虑了矿区的地质条件、开采规模、设备性能、环保要求等因素，确保了设备的选型与项目实际需求的高度匹配。注重设备之间的配套和协同工作，通过合理配置铲装、运输、穿孔和辅助设备，形成了一个高效、稳定的采矿生产系统。
（二）失败案例反思
某小型金属矿山，主要开采铅锌矿，矿区面积较小，矿体分布较为分散，地质条件复杂，存在断层、破碎带等不良地质现象。矿山计划年开采量为 30 万吨，由于资金有限，在设备选型上过于追求低成本，忽视了设备的性能和适用性 。
在铲装设备选型时，为了节省资金，选择了价格较低、斗容较小的装载机。这种装载机虽然价格便宜，但挖掘力不足，生产效率低下，无法满足矿山的开采需求。在实际开采过程中，装载机频繁出现故障，维修时间长，导致开采进度严重滞后。据统计，因装载机故障导致的停工时间每月平均达到了 5 - 7 天，严重影响了矿山的生产效率 。
在运输设备选型方面，选用了普通的农用卡车。农用卡车的载重量小、运输速度慢，且不具备良好的矿山运输适应性，在矿区崎岖的道路上行驶时，经常出现轮胎磨损严重、车辆故障等问题。由于运输效率低下，煤炭在采场积压，进一步影响了铲装设备的正常作业。因运输设备问题，导致煤炭的运输成本大幅增加，每吨煤炭的运输成本相较于合理选型的设备增加了约 30% - 40% 。
穿孔设备选择了小型的潜孔钻机，由于该钻机的穿孔能力有限，无法满足矿山开采深度和硬度的要求，导致钻孔质量差，爆破效果不理想，矿石的贫化率和损失率增加。据测算，该矿山的矿石贫化率比正常水平高出了 10% - 15%，损失率高出了 8% - 10%，严重影响了矿山的经济效益 。
这些设备选型失误导致矿山生产陷入困境，产量无法达到预期目标，成本大幅增加，经济效益严重下滑。由于设备故障频繁，维修成本不断攀升，加上生产效率低下，矿山在运营的前两年连续亏损，面临着严峻的生存危机。
为避免类似失误，矿山在设备选型前应进行全面的地质勘探和开采方案设计，充分了解矿区的地质条件、矿体赋存状态、开采规模等因素。要根据这些因素，结合设备的性能特点和技术参数，科学合理地选择设备。在资金有限的情况下，不应盲目追求低成本，而应综合考虑设备的性价比，选择性能可靠、适用性强的设备。要注重设备之间的配套和协同工作，确保整个采矿生产系统的高效运行。在设备选型过程中，还应充分听取专业技术人员的意见，进行多方案的技术经济比较，最终确定最优的设备选型方案。
小结
刮板输送机和平巷运输设备作为采矿作业中的关键设备，其选型的合理性对采矿生产的效率、安全和经济效益有着深远的影响。
在刮板输送机选型方面，运输能力与采煤机生产能力的匹配是确保采矿作业高效进行的基础。通过精确的计算和合理的选型，使刮板输送机的运输能力能够满足采煤机的高产需求，避免煤炭堆积和生产停滞。电机功率的精准计算至关重要，它直接关系到刮板输送机的运行性能和能耗。要综合考虑输送机的输送能力、铺设长度、运行阻力等因素，确保电机功率既能满足设备运行需求，又能实现节能降耗。刮板输送机结构与采煤机、液压支架的配套，从空间布局和连接方式等方面，保障了设备之间的协同工作，避免了安全隐患和生产阻碍。
平巷运输设备选型时，能力大于工作面刮板输送机能力是保障生产连续性的关键。这一要求能够确保煤炭在刮板输送机和平巷运输设备之间的顺畅转移，避免因运输能力不足而导致的生产中断。巷道条件、运输距离和物料特性等因素也不容忽视。根据巷道的坡度、宽度、高度以及支护情况，选择合适的运输设备类型；依据运输距离的长短，合理配置设备，以提高运输效率和降低成本；针对物料的粒度、硬度、湿度等特性，选择具有相应适应性的设备，确保设备在不同物料条件下的稳定运行。
来源：谈地论天一点号
