設備管理_綜采工作面設備選型設計與計算管理

前 言綜合機械化采煤，是加速我國煤炭工業(yè)發(fā)展，大幅度提高勞動生產率，實現(xiàn)煤炭工業(yè)現(xiàn)代化的一項戰(zhàn)略措施。綜合機械化采煤不僅產量大、效率高、成本低，而且能減輕笨重的體力勞動、改善作業(yè)環(huán)境，是煤炭工業(yè)技術的發(fā)展方向。我國綜采技術日趨成熟，生產水平、工藝水平均已進入世界先進行列。綜合機械化采煤設備選擇的是否合適，決定著設備能否正常運行、能否達到優(yōu)越的技術經濟效果以及能否獲得良好的安全環(huán)境。影響設備選型的原始因素有兩類：一類是圍巖的巖石特征和地質條件，包括頂?shù)装鍘r石的力學性能、煤層厚度、煤質硬度、傾角和構造等；另一類是圍巖（緩傾斜煤層為頂板）的工程特征，如頂板移動規(guī)律和它與支架相互作用的狀況等。為了更好地發(fā)揮機械化的效益，應根據(jù)不同的地質和煤層賦存條件、采煤機械化設備的合理選型計算、設備配套、設備布置以及與之相適應的工作面有關參數(shù)選擇等，是綜合機械化開采設備的重要內容。為此，結合我們專業(yè)的教學內容和安排，編寫了綜采工作面設備選型設計與計算指導書，以供學生課程設計參考。書中如有缺點和錯誤，懇請讀者批評指正。編者 2006.10目 錄第一章 概述 1一、設計題目、任務和要求、設計條件二、選型的基本原則第二章 采煤機的選型 2一、初選采煤機（確定型號）二、滾筒三、電機功率四、牽引力五、防滑設備六、采煤機允許的最大牽引速度七、采煤機噴霧供水裝置八、采煤機的穩(wěn)定性第三章 刮板輸送機選型 11一、初選刮板輸送機二、運輸能力的驗算三、刮板輸送機電機功率的驗算及電機的數(shù)量四、刮板鏈強度驗算第四章 液壓支架的選型 15一、確定架型二、主要參數(shù)計算和支架型號的確定三、性能驗算四、支架布置臺數(shù)第五章 乳化液泵站的選型 23一、乳化液泵二、乳化液泵的電機功率三、乳化液箱容積的驗算四、乳化液第六章 配套驗算 27一、通風計算二、設備的空間尺寸配套關系三、綜采工作面布置圖參考書 30附錄1：采煤機技術特征表 31附錄2：刮板輸送機技術特征表 43附錄3：緩傾斜煤層回采工作面頂板分類方案 44附錄4：經濟型、輕型系列綜采設備 45附錄5：液壓支架技術特征表 46附錄6：三機配套附圖 47第一章 概 述一、設計題目、設計條件、任務和要求1、設計題目及設計條件綜采工作面機械化設備選型設計條件有關工作面設備選型設計的已知參數(shù)和依據(jù)，設計時對號下達。2、任務和要求完成綜采工作面機械化各設備的選型計算。即：確定采煤機、運輸機、液壓支架和泵站的型號和參數(shù)的驗算；各設備匹配尺寸和參數(shù)驗算，完成一張1號綜采設備之間的配套尺寸關系平面布置圖；編寫出一本設計說明書，字數(shù)在8千至1萬字左右。二、選型的基本原則1、采煤機采煤機必須滿足煤層開采厚度和煤的切割阻力的需要，要與煤層的傾角適應。采煤機以最小的電耗獲得最大的采煤速度即最大的生產能力，以及獲得最佳的塊度。要考慮與支架和運輸機配套，與支架移支速度和運輸機運煤能力相適應。具備有效的噴霧抑塵裝置。2、運輸機要滿足工作面長度和傾角對于運輸機鋪設長度和穩(wěn)定性的要求。運輸機必須與采煤機的能力相適應，要保證采煤機效能的發(fā)揮。要與支架和采煤機配套，保證采煤機騎溜（或不騎溜）正常運行。能在正常狀態(tài)下隨采煤機之后適當彎曲，并配有清掃浮煤的裝置，并使移置液壓支架和拖動電纜方便。3、液壓支架要頂?shù)米。某鯎瘟凸ぷ髯枇σm應直接頂和老頂巖層移動所產生的壓力（包括二次來壓），使控頂區(qū)的頂板下沉量限制到最小程度。要移得走，它的結構形式和支護特性，要適應直接頂下部巖層的冒落特點，尤其要注意頂板在暴露后尚未支護情況下的破碎狀態(tài)，要盡量保持該處頂板的完整性。支架底座要適應底板巖石的抗壓強度，以防底軟而使支架陷入底板。要適應采高變化和按煤層傾角考慮的對支架穩(wěn)定性的要求。要滿足通風（尤其是高瓦斯工作面）和行人的需要，以及要和采煤機、運輸機配套。要考慮投資，力求以較低的投資獲得所需的技術經濟效果。支架復用次數(shù)高，損壞情況少，即能降低噸煤成本。由于以上這些要求顯而易見，故不擬作過多的說明。按開采技術特點，可將煤層厚度分三類：薄煤層-從最小可采厚度到1.3m；中厚煤層-1.33.5m；厚煤層-大于3.5m。按開采技術特點，將煤層傾角分為三類：緩傾斜煤層-025； 傾斜煤層-2545；急傾斜煤層-4590。傾角小于12的煤層對于綜采機械化來說，最為有利，一般可以不考慮設備自重分力的影響。煤層傾角加大，會使采煤機上行采煤時的牽引阻力加大，并造成機器下滑的危險；使支架的橫向穩(wěn)定性變壞，甚至下滑、傾倒；輸送機也會下滑，給采煤工作造成困難。下面主要介紹緩傾斜煤層的綜采設備選型。第二章 采煤機的選型與液壓支架配套的采煤機主要有兩類：一類是刨煤機；另一類是滾筒式采煤機。后者在我國用得較多，下面著重介紹滾筒式采煤機的選型。一、初選采煤機（確定型號）確定型號時考慮如下因素：1.根據(jù)煤的堅硬度選型滾筒式采煤機適于開采堅硬度系數(shù)f4的緩傾斜及急傾斜煤層，對f=2.54的中硬以上的煤層，應采用大功率采煤機。2.根據(jù)煤層厚度選型采煤機的最小采高、最大采高、過煤高度、過機高度等都取決于煤層的厚度，煤層厚度可根據(jù)技術要求分為三類：（1）薄煤層 煤層厚度小于是1.3m。最小采高在0.650.8 m時，只能采用爬底板式采煤機；最小采高在通常情況下0.750.90 m.時，可選用騎溜式采煤機。（2）中厚煤層 煤層厚度為1.33.5m。開采這類煤層在技術上比較成熟，根據(jù)煤的堅硬度等因素可選擇中等功率的采煤機，如MG340、MXA300/3.5、MG300W（2300）、MG200W（2200）等。（3）厚煤層 煤層厚度在3.5 m以上。由于大采高液壓支架及采煤、運輸設備的出現(xiàn)，厚煤層大采高一次采全高綜采工作面取得了較好的經濟指標。適用于大采高的采煤機應具有調斜功能，以適應大采高綜采工作面地質及開采條件的變化以及俯采的要求，此外由于落煤塊度較大，采煤機和輸送機應有大塊煤機械破碎裝置，以保證采煤機和輸送機的正常工作。適于煤層大采高一次全高的采煤機有MXA300/4.5、MXA600/4.5、MG300WG（600）、AM500等型采煤機，最大采高達4.5m。當采用厚煤層放頂煤綜采工藝時，在長度大于60 m的長壁放頂煤工作面，采煤機選型與一般長壁工作面相同；但在短壁工作面，可選用正面截割的短工作面采煤機和側面截割的短工作面采煤機兩種機型。前者其滾筒軸線平行于工作面，致使頂?shù)装逵啥鄠€圓柱體相交而成為不平坦的表面，造成支架和輸送機移動的困難，另外機身重心高，穩(wěn)定性差。然而由于機身短、結構緊湊、操作維修方便，較為適于短工作面使用。側面截割的MGD150NW采煤機則克服了上述缺點，該機搖臂在機身中間出軸，并可旋轉270，機身短、工作平穩(wěn)，裝煤效果也很好。3根據(jù)煤層傾角選型煤層傾角分為三類：025為緩傾斜煤層2545為傾斜煤層；45以上為急傾斜煤層。騎溜子或以溜子支承導向的爬底板采煤機在傾角較大時還應考慮滑問題,在干燥條件下金屬間的摩擦系數(shù)為0.240.26，相應的摩擦角為13.514.5,故煤層傾角大于10時,須設置防滑裝置；在工作面潮濕的條件下，摩擦系數(shù)減小，傾角大于8時，就應備用防滑裝置。普遍采用的防滑裝置是固定在工作面回風巷內的同步絞車，當采煤機由下向上截割時液壓絞車除了防止采煤機下滑外，還起到輔助牽引的作用；而當采煤機由上向下截割時，液壓絞車的液壓馬達，以液壓泵工況運行，產生阻止采煤機下滑的阻力矩，一旦采煤機下行超速時，限速裝置切斷電源，絞車自動抱閘。一般講，同步絞車的牽引力應大于80100KN。MG2300、MG200QW、WG150W、AM500等型采煤機具有雙牽引部，牽引力大，其雙自動抱閘裝置，防滑性能強，在傾斜煤層中使用時，可取消輔助絞車。根據(jù)表2-1和采煤機的技術特征表（見附錄一），來確定采煤機的型號。表2-1采高條件地質條件采高范圍m傾角堅硬度f夾矸情況煤脆韌性直接頂級別老頂級別工作面長度L(m)地板允許比壓q( kg/cm2)二、滾筒一種型號的采煤機通常配備幾種規(guī)格的滾筒可供選擇。1、滾筒直徑的確定薄煤層雙滾筒采煤機或一次采全高的單滾筒采煤機，滾筒直徑按下式選取：式中：-最小煤層厚度m； （0.10.3）-考慮到割煤后頂板的自行下沉量m。中層煤層用的單滾筒采煤機（主要用于普采），滾筒直徑為：式中：-最大煤層厚度m。中厚煤層用雙滾筒采煤機：滾筒直徑應略大于最大采高的一半或根據(jù)兩個滾筒的裝煤量相等的原則來選取。即：令有：整理得：式中：=螺旋滾筒裝煤效率； 即： ； -計算時取最大采高m。注：綜采工作面雙滾筒采煤機一般都是一次采全高，故滾筒直徑D應稍大于最大采高之半，即 滾筒直徑已經系列化，分別為0.6、0.65、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.25、1.4、1.6、1.8、2.0、2.3、2.6m?？紤]該采煤機的實際配備系列的滾筒規(guī)格。2、滾筒轉向和葉片的轉向轉向和旋向根據(jù)采煤機的不同使用條件，二者應相匹配。左工作面和右工作面人在工作面下巷向上看，左側為左工作面，右側為右工作面。如圖2-1所示。葉片的旋向與滾筒轉向為了使?jié)L筒落下的煤能裝入刮板輸送機，滾筒上螺旋葉片的螺旋方向必須與滾筒旋轉方向相適應，確定的原則為：人站在采空區(qū)側看：順時針旋轉的滾筒（右轉）-葉片為右旋。如圖2-2a；逆時針旋轉的滾筒（左轉）-葉片為左旋。如圖2-2b。即歸結為：“右轉右旋”、“左轉左旋”。滾筒的轉向在采煤機往返采煤的過程中，滾筒的轉向雖然不變，卻出現(xiàn)兩種不同的情況：逆轉：裝煤效果好（能耗低、重復破碎低）順轉：裝煤效果差（能耗高、重復破碎稿）單滾筒采煤機滾筒應位于采煤機機身的下順槽側，如圖2-3。其優(yōu)點是煤不經機身下的輸送機運輸以免堵塞煤流。據(jù)此，滾筒轉向必須上行時順轉（圖a），其優(yōu)點：有利裝煤。上行順轉，搖臂不擋煤流，裝煤口大；下行時逆轉，碎煤在滾筒前面，搖臂也不擋煤。工作平穩(wěn)性好。右工作面：滾筒逆時針轉（左轉）-葉片為左旋。即：右-左-左規(guī)則。左工作面：滾筒順時針轉（右轉）-葉片為右旋。即：左-右-右規(guī)則。雙滾筒采煤機 為了使兩個滾筒的截割阻力能相互抵消，以增加機器的工作穩(wěn)定性。必須使兩個滾筒轉向相反。滾筒的轉向分兩種方式：前順后逆和前逆后順。小直徑滾筒時：無論是騎運輸機，還是爬底板的薄煤層采煤機，滾筒的轉向為“前逆后順”最為適宜。優(yōu)點：由于薄煤層裝煤問題比較突出，這樣前后兩滾筒都不經搖臂下面裝煤，有利于提高滾筒的裝煤效率和生產率。如圖2-4a。 大直徑滾筒時：滾筒的轉向一般采用“前順后逆”為好。其優(yōu)點：煤塵較少，碎煤不易拋出傷人，裝煤的能耗較低，裝煤和截煤的效率都比較高。如圖2-4b。圖2-43、滾筒截深截深是指一次截割深度，是由滾筒外約請緣到端盤外側截齒齒尖的距離確定的。為有效地利用煤層的壓張效應，現(xiàn)代采煤機的截深都小于1m。截深過小采煤機生產率受到影響。但加大截深會使支架的步距加大，頂梁長度和千斤頂行程加大；同時也使采煤機電動機功率及運輸機的輸送能力加大。因此，要綜合權衡利弊，選用合理截深。目前多數(shù)采煤機采用的截深為0.6或0.63m，大功率采煤機可取0.75m左右。在薄煤層中，由于工作條件困難，牽引速度不能太大，為了達到較高的生產率，在頂板條件允許時，可選用截深0.751.0m。在厚煤層中，由于受輸送機生產率的限制，截深可適當減小0.40.5 m，這對縮小控頂距，避免冒頂和片幫事故有益處。注：目前采煤機的截深有：0.5、0.6（0.63）、0.7、0.75、0.8、0.9、1.0m等幾種（也可以與廠家聯(lián)系定做非標準的）。選擇滾筒的截深要與現(xiàn)有的滾筒系列和選定支架等設備配套。4、截齒和截齒排列截齒類型：扁行截齒（刀形、徑向）-適用于韌性、粘性高的煤以及有夾石硬煤。鎬形截齒（切向）-適用于脆性及裂隙發(fā)達的煤。截齒排列：順序配置-用的最普通，它的截割能力強，適用于硬煤。交錯（棋盤）配置-根據(jù)需要來定。注：應能繪出選用的截齒配置圖。清楚滾筒截齒配置的特點。葉片：每條截線上的齒少（m=13）；大都是0角度齒；截線距大（t=3265mm）。端盤：每條截線上的齒多（m=47）；大多是角度齒（最大35以上）；截線距小（。5、滾筒的轉速類似滾筒直徑一樣，現(xiàn)代滾筒采煤機，每種型號有幾種滾筒轉速供選擇。采煤機滾筒轉速的選擇要兼顧截煤及裝煤兩種工藝，以適應不同的煤質情況。實際的采煤機基本已匹配好的，大直徑滾筒選用低檔轉速，小直徑滾筒選用高檔轉速。一般認為滾筒轉速為3050r/min較適宜。目前滾筒轉速有降低的趨勢，最低轉速為1520r/min。對薄煤層小直徑滾筒，突出的問題是裝煤，因此滾筒轉速可提高到60100r/min。截割速度驗算目前常用的截割速度=35m/s，最好在4m/s左右。過高將使煤塵增多，大大降低截齒的壽命。式中：-選定的滾筒直徑（mm）; -選定的滾筒轉速（r/min）。裝煤驗算滾筒的裝煤生產率應大于落煤生產率，這樣才能避免滾筒不被煤堵塞，使采出的煤得以順利輸送（只驗算前滾筒）。滾筒的裝煤生產率為： 滾筒應有的落煤生產率為： 由可以求得滾筒裝煤而不被堵塞的臨界轉速：式中：、-葉片外、內緣直徑，m;n-滾筒轉速，r/min;Z-葉片頭數(shù)，一般23個;S-葉片螺距，m;-葉片厚度，m;-葉片外緣開角，;-裝滿系數(shù)，0.110.58；可查表，計算時近似取平均值；J-截深，m；-牽引速度，m/min;工作牽引速度最大一般取=35m/min；H-采高（計算時取最大采高），m；-煤的松散系數(shù)，=1.51.7；-浮煤高度；有擋煤板時=00.05；無擋板時=（為考慮浮煤量系數(shù)），m；K-應有滾筒裝出的煤量系數(shù)。對前滾筒K=D/H；對后滾筒K=1-。滾筒轉速n應滿足以下條件，使?jié)L筒既不被煤堵塞，又不致拋過筒轂造成循環(huán)煤。式中：-臨界轉速，r/min;-防止碎煤拋過筒轂循環(huán)的轉速，r/min。對于D=0.50.6m時，=80120r/min;對于D=1.82.0m時，=3040r/min。三、電機功率根據(jù)采煤機的生產率來驗算其裝機功率，詳見。雙滾筒時，采煤機裝機功率為：式中：-功率利用系數(shù)。單機驅動時取1，分別驅動時取0.8；-功率水平稀疏，見。-后滾筒的工作條件稀疏，見。后滾筒的轉向如圖2-5。-采煤機的生產率采煤機和其他工作面設備的基本功能就是按照所要求的生產率完成其生產過程。采煤機的生產率取決于礦山地質和礦山技術條件、機器工況和結構參數(shù)以及時間利用率等因素。因此采煤機的生產率分別以理論、技術和使用生產率表示。（1）理論生產率 在給定條件下，以最大參數(shù)連續(xù)運行時的生產率稱為理論生產率，理論生產率Q的計算公式為 理論生產率，工作面平均采高，；滾筒有效截深，；給定條件下可能的最大牽引速度，煤的密度，一般為采煤機的理論生產率是確定與其配套設備生產能力的依據(jù),是由工作條件、機器工況和結構參數(shù)確定的。在實際工作中，只有與其配套的設備生產能力大于采煤機的生產能力時，采煤機才能達到給定的理論生產率。（2）技術生產率 考慮根據(jù)循環(huán)圖表而進行的輔助工作，如更換截齒、開切口、檢查機器和排除故障所花費時間后的生產率稱為技術生產率，它由下式求得式中 技術生產率，；采煤機技術上可能達到的連續(xù)工作系數(shù)，一般=。技術上越陷越深完善，系數(shù)越高，理論生產率和技術生產率的差距也越小。（3）實際生產率 實際使用中，考慮了工作中發(fā)生的所有類型的停機狀況，如處理輸送機和支架的故障、處理頂?shù)装迨鹿实?。使用生產率可由下列公式計算式中 實際生產率，；采煤機在實際工作中的連續(xù)工作系數(shù)，一般=。-采煤比能耗，kwh/T。=-截割阻抗取180200N/min;-對于A的采煤比能耗，見；-工作面煤的截割阻抗，180N/mm軟煤；=180240N/mm中硬煤；=240360N/mm硬煤。即所算出的N選用的采煤機裝機功率，否則重新選機型（改變工作參數(shù)，如）。采煤機的裝機容量是由生產能力決定的，生產能力為500700 t/h時，裝機容量約600750 kW。國外一些采煤機的生產能力已達到15002000 t/h，其裝機容量也高達11001500 kW。采煤機的生產能力正比于采高，因此也可以根據(jù)采高估計裝機容量的大小。對于硬煤，裝機功率應加大一倍。四、牽引力采煤機的牽引力與裝機容量關系密切，裝機功率150kw時，牽引力為160180kN；裝機容量300kw時，牽引力達250300 kN。牽引力與牽引機構的剛度系數(shù)、采煤機的質量、摩擦系數(shù)、牽引速度、截割阻力及載荷的不均衡性、機道形狀等因素有關，很難精確計算，一般用經驗公式確定。P=(1.11.3)N式中：P牽引力，kN；N裝機容量的KW數(shù)。按向上牽引工作來計算，詳見。 T式中：-摩擦系數(shù)，0.180.25（騎溜子時）；0.30.4（爬底板時）；-經驗稀疏，0.60.8（計算時取小值）；-估算稀疏，00.2；-系數(shù)，按來選??；-采煤機移動重量，T；-煤層傾角，度。若牽引力不夠時，重選機型；增設輔助牽引設備。五、防滑設備騎在輸送機上工作的采煤機，當煤層傾角大于10時，就有下滑的危險。特別是鏈牽引采煤機向上工作時，一旦斷鏈，就會造成機器下滑的重大事故。因此，煤礦安全規(guī)程規(guī)定：當傾角大于10時，應設防滑裝置。防滑桿：最簡單，這種防滑裝置只用于中小型采煤機上。抱閘式：結構比較復雜，不易調整，現(xiàn)并不常用。制動器：目前大多數(shù)的采煤機都設有這種裝置（采煤機自帶）。即防止采煤機下滑，又能防止“回鏈敲缸”，同時能起到低壓保護作用。對于鏈牽引采煤機，不能防斷鏈下滑。液壓安全絞車：它可與各種采煤機配套使用，在一定的煤層傾角范圍內防止下滑及斷鏈跑車事故，保障人身設備安全。配用本絞車后又可起輔助牽引作用，補充采煤機牽引力不足，更好地發(fā)揮采煤機的作用。這種設備愈來愈廣泛地被使用。六、采煤機允許的最大牽引速度牽引速度是采煤機的一個重要參數(shù)，牽引速度直接決定了機器的生產能力。裝機容量、移架速度、輸送機生產能力等因素又限制了牽引速度的增長；從另一方面講，牽引速度加大后，切屑厚度過大將導致齒座擠壓煤體，造成截割阻力的急劇上升。隨著裝機容量的加大，采煤機牽引速度已達810m/min，國外有的采煤機牽引速度高達1520m/min。然而增加裝機容量，加大牽引速度并中是增加綜采工作面生產能力的唯一途徑，綜合機械化采煤是一個復雜的生產過程，除了需要解決和改進技術和裝備上的問題外，尚需改進管理上存在的問題，其中首要的問題是提高采煤機的開機率。統(tǒng)計資料表明，即使年產百萬噸的綜采工作面，其生產班的平均開機率也不足50%，而全國的平均水平僅為其一半，足見改進管理的潛力是很大的。1、保證滾筒工作時葉片不碰撞煤壁的條件截齒伸出的徑向長度應大于最大切削厚度，即：70 mm式中：-牽引速度，m/min；-滾筒轉速，r/min；-每條截線上的齒數(shù)，一般取13；-滾筒的齒長若未知，可近似取刀型截齒=65100mm；鎬型截齒=6080mm。則有：= m/min 2、根據(jù)滾筒截齒協(xié)調性的條件即：（見前二、5）可得：= m/min=，-在不考慮其它限制條件時（如：移架速度、運輸機運輸能力、裝機功率及牽引力等）允許的最大牽引速度即短時允許最大工作牽引速度。七、采煤機噴霧供水裝置采煤機噴霧系統(tǒng)中，噴咀的數(shù)量選擇應使一定水壓下的總流量等于計算耗水量：= 式中：-采煤機生產率，-單位耗水量，值對于具體的工作面，可按采煤機最大實際生產率（前面已說明）計算，一般單位耗水量的確定與煤層條件有關。可按表2-2來選取。表2-2幾種煤層條件下的單位耗水量采用噴霧的煤層條件單位耗水量 無煙煤2025煙煤層厚0.7m1520層厚0.71.5m2040層厚1.5m3040在表中的上限，用于煤含水量小雨35，工作面風速大于2m/s以及采煤機穿梭式工作時。噴咀入口水壓12MPa。同時為防止噴咀堵塞，不宜小于1 MPa。要根據(jù)管路的遠近及管路的彎曲段數(shù)目等，在井下進行實際調整，保證噴咀入口水壓12MPa（觀看水壓表或水的霧化情況）。根據(jù)計算耗水量查表2-3來選擇噴霧泵。表2-3 XPB型噴霧泵技術特征型號額定壓力MPa額定流量電機功率kw外形尺寸mmXPB250/555.5250301680800700XPB200/555.5200301680800700XPB160/555.5160221680800700XPB120/454.5120132000850755八、采煤機的穩(wěn)定性第三章 刮板輸送機選型一、初選刮板輸送機綜采工作面一般均使用重型可彎曲刮板輸送機，其中有單鏈、雙中心鏈、雙邊鏈等幾種類型。根據(jù)刮板輸送機選型的基本原則和產品說明書介紹的技術特征及其使用條件來選擇型號（并參考下面計算的）。產品說明所列鋪設長度一般均為水平長度貨一定傾角煤層（如10）向下運煤時的鋪設長度，實際上各工作面長度和煤層傾角、煤層厚度等條件各不相同，所以確定了型號后需要驗算所選刮板輸送機的運輸生產能力、電機功率及刮板鏈強度，并確定每臺刮板輸送機驅動電機的數(shù)量。二、運輸能力的驗算1、 按采煤機生產能力計算刮板輸送機的運輸能力：=60 T/h式中：-煤的容量，1.35；-同前（=35m/min；-平均采高，m）；-裝載不均勻系數(shù)，一般取1.5；-采煤機和運輸機同向運輸時的修正系數(shù)。=，為刮板輸送機鏈速（查附錄二）；-運輸傾角和運輸方向的系數(shù)。見表3-1。表3-1運輸情況水平運輸時傾角510傾角10以上向下向上向下向上10.91.30.71.5按此式計算的是要刮板輸送機運走的煤量（小時生產能力）。2、 按刮板輸送機的工作狀況及有關參數(shù)計算輸送能力：主要是根據(jù)已選定的輸送機技術特征，驗算是否能夠滿足所要求的運輸能力。=3.6 T/h式中：-輸送機單位長度上貨載重量，Kg/m；=1000FF-貨載斷面積，。F=+ 計算參考圖3-1；-溜槽承載段橫截面積。查特征表（查不到可近似計算）；-原煤在溜槽中的動堆積面積；-原煤動安息角，一般取20；-裝滿系數(shù)，見表3-2；-煤的松散容重，0.851.0。若，則符合要求。表3-2輸送情況水平及向下運輸向上運輸+5+10+15裝滿系數(shù)0.91.00.80.60.5三、刮板輸送機電機功率的驗算及電機的數(shù)量1、電機功率：= kw式中：-電動機軸上的功率，kw；-傳動裝置效率，一般為0.80.85；-刮板輸送機主鏈輪的牽引力，Kg.=式中：-溜槽彎曲段的附加阻力，一般取1.1；-重段阻力。=+式中的+號用于向上運輸，號用于向下運輸。-空段阻力。=式中的號用于向上運輸，+號用于向下運輸。-按=1000F計算值；-刮板輸送機的鋪設長度，m;-刮板輸送機的鋪設傾角，度;-刮板鏈單位長度重量，Kg/m;-煤在溜槽中的運行阻力系數(shù)，查表3-3；-刮板鏈在溜槽中的運行阻力系數(shù)，查表3-4。W值 表3-3刮板輸送機的結構形式W值單鏈或雙中心鏈工作鏈布置在回空鏈上面0.55工作鏈和回空鏈在同一水平上0.75雙邊鏈有導向裝置、鋪設平直0.60.8有導向裝置、底板起伏不平1.2值 表3-4刮板輸送機的結構形式值單鏈或雙中心鏈無導向裝置0.250.35有導向裝置0.350.40雙邊鏈無導向裝置0.200.25有導向裝置0.250.35綜合機械化采煤工作面與采煤機配合工作的可彎曲刮板輸送機，貨載的裝載長度隨著采煤機的移動而變化。因此，電機負荷也是變化的，即： （滿載時，最大電機功率） kw（空載時，最小電機功率）從而得到所需刮板輸送機的等效功率：電機容量：=（1.151.2）式中：1.151.2-備用系數(shù)。所選的刮板輸送機電機容量時即符合要求。否則要重選或考慮雙電機兩端驅動（當然這對原選用一端驅動情況可以這樣考慮）。2、電機數(shù)量常見的是單電機和雙電機，在確定刮板輸送機的型號及電機容量的計算中就要考慮電機的數(shù)量。電機的數(shù)量決定了采用一端驅動還是采用兩端驅動，這影響到刮板輸送機刮板鏈的張力計算。四、刮板鏈強度計算根據(jù)刮板鏈的最大張力來驗算刮板鏈強度，而刮板鏈最大張力可用逐點計算法求出。最大張力的計算方法與傳動裝置的布置方式有關。如圖3-2所示。A為一端傳動方式；b為兩端傳動方式。所謂逐點計算法就是按運行方向，刮板鏈某一點的張力等于它前一點的張力加上這兩點之間的運行阻力值和。即：=+式中：-刮板鏈點的張力；-刮板鏈-1點的張力；-刮板鏈-1點到點之間的阻力。對于一端傳動方式，最小張力點為1點，最大張力點為8點。對于兩端傳動方式，確定最大張力點要根據(jù)不同情況進行具體地分析。當重段阻力為正值時，每一傳動裝置主動鏈輪相遇點的張力均大于其分離點的張力。因此，1點和5點為最小張力點，而最大張力點發(fā)生在4點和8點。究竟是4點張力最大還是8點張力最大，要看兩端傳動裝置的功率比值及重段、空段阻力大小而定。注：最小張力點張力（初始張力），對于單鏈刮板=200300kg；對于雙鏈刮板=400600kg各點張力的計算過程和強度校核，詳見。第四章 液壓支架的選型一、 確定架型按頂板分類方案對液壓支架的架型進行初選。根據(jù)煤炭部（81）煤科字第429號文件關于緩傾斜煤層工作面頂板分類方案，按穩(wěn)定性不同直接頂分為四類，按來壓強度不同將老頂分為四級，并分別提出相應的架型、支護強度和頂板管理方法。1、頂板分類（級）直接頂分為四類，見。老頂分為四級，見。2、架型與支護強度初選正確選擇支架的架型，對于提高綜采工作面的產量和效率，充分發(fā)揮綜采設計的效能，實現(xiàn)高產高效，是一個很重要的因素。在具體選擇架型時，首先要考慮煤層的頂板條件，表9-1就是根據(jù)國內外液壓支架的使用經驗，提出了各種頂板條件下適用的架型。它是選擇支架架型的主要依據(jù)。對于不同類（級）頂板，其架型、支護強度的選擇見。液壓支架架型的選擇除了取決于頂板條件之外，還應考慮以下因素，并結合各類支架的不同性能和特點，最終選擇一種較為合理的架型。厚度煤層厚度不但直接影響到支架的高度和工作阻力，而且還影響到支架的穩(wěn)定性。當煤層厚度大于2.52.8m(軟煤取下限,硬煤取上限)時，選用抗水平推力強且?guī)ёo幫裝置的掩護式或支撐掩護式支架。當煤層厚度變化較大時，應選用調高范圍大的支架。煤層傾角煤層傾角主要影響支架的穩(wěn)定性，傾角大時易發(fā)生傾倒、下滑等現(xiàn)象。當煤層傾角大于時，應設防滑和調架裝置，當傾角超過時，應同時具有防滑防倒裝置。底板性質底板承受支架的全部載荷，對支架的底座影響較大，底板的軟硬和平整性，基本上決定了支架底座的結構和支承面積。選型時，要驗算底座對底板的接觸比壓，其值要小于底板的允許比壓（對于砂巖底板，允許比壓為,軟底板為左右）。瓦斯涌出量對于瓦斯出量大的工作面，支架的通風斷面應滿足通風的要求，選型時要進行驗算。地質構造地質構造十分復雜，煤層厚度變化又較大，頂板允許暴露面積和時間分別在58和20以下時，暫不宜采用液壓支架 。二、 主要參數(shù)計算和支架型號的確定1、支護強度（工作阻力）支架的結構尺寸確定之后，與支架重量和成本關系最大的參數(shù)是支架的支護強度。從理論上分析，合理的支護強度應正好與頂板壓力相平衡。支護強度過大，不僅增加支架重量和設備投資，而且給搬運、安裝帶來困難；過小則會造成頂板過早下沉、離層、冒落，使頂板破碎，造成頂板維護困難。因此支護強度的大小應取決于工作面采場礦壓的大小。但由于目前對采場礦壓的大小還不能進行準確的定量計算，這樣目前主要以經驗法或實測數(shù)據(jù)，來確定支架的支護強度。下面介紹兩個經驗公式： 式中：-液壓支架的支護強度，；-采高，m；-頂板巖石容量，一般取2.3；-頂板巖石破碎膨脹系數(shù)，一般取1.21.5；-工作面傾角，度；-附加阻力系數(shù)，二排立柱支架取1.6，單排立柱支架取1.2；-頂板周期來壓動載系數(shù)。=，值可按以下情況選?。褐芷趤韷翰幻黠@頂板：取1.1；周期來壓明顯頂板：取1.3；周期來壓強烈頂板：取1.51.7。式中：作用于支架上的頂板巖石系數(shù)，一般取58。頂板條件好、皺起來壓不明顯時取下限，否則取上限； H采高，m； 頂板巖石密度，一般取2.3kg/m。放頂煤支架的支護強度一般為0.50.7MPa。支架工作阻力P應滿足頂板支護強度要求，即支架工作阻力由支護強度和支護面積所決定。式中 F 支架的支護面積，m。可按下式計算式中 L支架頂梁長度，m； C梁端距， m；B支架頂梁寬度，m；架間距，m；A 支架中心距，m。對支撐式支架，支架立柱的總工作阻力等于支架工作阻力。對于掩護式和支撐掩護式支架，由于受到立柱傾角的影響，支架工作阻力小于支架立柱的總工作阻力。工作阻力與支架立柱的總工作阻力的比值，稱為支架的支撐效率。所以支架立柱的總工作阻力為支撐式支架的=100%，支掩護式和支撐掩護式支架取=80%左右。2、初撐力初撐力的大小是相對于支架的工作阻力而言，并與頂板的性質有關。液壓支架的初撐力，對支架維護頂板的性能方面，要比工作阻力（支護強度）起著更加顯著的作用。有足夠初撐力的支架，一開始就能和頂板壓力取得平衡，可最大限度地減小頂板下沉；初撐力偏低，要等頂板下沉時才能增阻，會增大頂板的下沉量；初撐力過大，會使頂板反復受拉導致直接頂蠕動，造成直接頂早剝離，使頂板管理困難。所以支架初撐力選擇的合理與否，時非常重要的。目前在堅硬、中硬和破碎的頂板條件下，多趨向于采用較高的初撐力?，F(xiàn)在支架的設計中初撐力，已高達工作阻力（支護強度）的90以上。根據(jù)有關資料介紹，初撐力與支護強度的比例關系，即=初撐力強度/支護強度，以頂板的的穩(wěn)定性不同，一般在6085區(qū)內選取為宜。在確定出撐力時，可按以下原則考慮：對于不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定頂板，為了維護機道上方的頂板，應取較高的初撐力，約為工作作阻力的80%；對于穩(wěn)定頂板，初撐力不易過大，一般不低于工作阻力的60%，對于周期來壓強烈的頂板，為了避免大面積垮落對工作面的動載威脅，應取較高的初撐力，約為工作阻力的75%。3、移架阻力及推溜力移架阻力與支架結構、噸位、支撐高度、頂板狀況是否帶壓移架等因素有關，通常根據(jù)煤層的厚度來考慮，即采高愈大，移架阻力愈大。一般薄煤層支架的移架力為100150；中厚煤層支架為150300；厚煤層支架為300400。推溜力一般為100150。4、支架高度支架高度一般系指支架的最大和最小結構高度，它必須適應煤層采厚變化所要求的最大和最小支撐高度。最小高度過大，可能會出現(xiàn)壓架現(xiàn)象；最大支撐高度過小，可能會造成丟煤浪費資源，或支架頂空現(xiàn)象。支架的最大和最小支撐高度，應根據(jù)煤層厚度的變化合理選擇，片面地認為調高范圍越大越好，過大地加大調高范圍將增加設備重量及制造成本。支架高度可由下式計算：=+0.2=式中：-支架最大結構高度，m；-支架最小結構高度，m；-煤層最大采高，m；-煤層最小采高，m；-支架前柱上方頂板下沉量，一般取0.1m；-支架后柱上方頂板下沉量，一般取0.2m；-支架前移時可縮余量，一般取不小于0.05m；-支架與頂?shù)装彘g的浮煤，破矸厚度一般取0.1m。根據(jù)一些生產的實際經驗，為防止偽頂冒落而引起支架頂空現(xiàn)象和一些難于預見的因素，最大結構高度，要在計算的基礎上，再考慮增加0.10.3m的富裕量。確定支架的最低高度時還應考慮到井下的允許運輸高度。支架的伸縮比值的大小反映了支架對煤層厚度變化的適應能力，其值越大，說明支架適應煤層厚度變化的能力超強。采用單伸縮立柱，值一般為1.6左右。若進一步提高伸縮比，需采用帶機械加長桿的立柱或雙伸縮立柱，其值一般為2.5左右。薄煤層支架可達3。5、頂梁長度頂梁長度取決于必要的作業(yè)空間和通風斷面要求，還與支架方式有關。支護方式有超前支護和滯后支護兩種方式。根據(jù)選定的架型和支護方式，來估算所需支架的頂梁長度（范圍），以供確定支架型號作參考。直接撐定掩護式支架，如圖4-1所示。式中：-鏟煤板鏟尖到煤臂的距離，取100200mm（具 體大小也可計算）；=F+G+J+V式中：F-鏟煤板寬度，一般取150240mm；G-中部槽寬（查特征表）；J-導向槽寬度，無鏈牽引時尚有齒軌部分寬度；V-電纜槽寬。參數(shù)查不到時可估算V=350450mm；-超前移架時取截深；滯后移架時可取零；e-人行道寬度，不小于0.6m，高度不小于采高的70；H-采高，m；-立柱傾角；-梁端距，取250350mm。頂梁全長：支撐掩護式，如圖4-2所示。式中：同前；-由結構而定，考慮支架穩(wěn)定性和減少底座前端的比壓。300mm；-通常=0.91.2m，在中厚煤層中可設置為人行道；-由結構而定，一般情況為300500 mm。頂梁全長：注：1. 頂梁的長度和寬度取決于支架的類型，它影響支架與頂板的接觸性能、控頂距、移架速度和穩(wěn)定性，一般在保證一定的工作空間和合理布置設備的前提下，應盡量減小頂梁長度，以縮小控頂距和支架的重量。對于支撐式和支撐掩護式支架，由于立柱為雙排布置，支撐力較大，故這類支架的頂梁較長，當采用滯后支護時，頂梁全長為2.5m左右；當采用及時支護時，頂梁全長為3.04.0m。對于掩護式支架，由于一般用于破碎頂板，應盡量減小支架對頂板的重復支撐次數(shù)，加之立柱多為單排布置，故頂梁長度較小，通常1.52.5m，最大達3 m左右。頂梁的寬度應根據(jù)支架間距和架型來定。我國規(guī)定支架標準中心距為1.5m。掩護式和支撐掩護式支架包括側護板在內的頂梁寬度為1.41.6m(下限為側護板收縮時的運輸寬度，1.5m為支架的正常寬度，1.6m為調架時側護板伸出后的最大寬度)。垛式支架的架間距一般為0.10.2m。2. 底座的寬度支架底座寬度一般為1.11.2m。為提高橫向穩(wěn)定性和減小對底板比壓，厚煤層支架，可加大到1.3 m左右，放頂煤支架為 1.31.4m。底座中間安裝推移裝置的槽子寬度，與推移裝置的結構和千斤頂缸徑有關，一般為300380mm。6、確定支架型號根據(jù)以上所確定的架型和計算的參數(shù)，查附錄5（或表8-4）支架技術特征表選擇支架。注：采高達到2.52.8m以上時，需要選擇帶有護幫裝置的液壓支架。要考慮是否需設防倒防滑裝置。我國緩傾斜煤層工作面頂板分類方案中規(guī)定：煤層傾角大于10，支撐式支架應帶有防滑裝置；煤層傾角大于15，掩護式和支撐掩式支架應帶有防滑裝置；煤層傾角大于18，各類支架都應帶有防倒裝置；考慮到支架對底板的最大比壓，防止支架底座會被壓如底板。三、性能驗算1、底板比壓頂板壓力是通過頂梁、支柱傳到底板的，如底板的抗壓如強度小于支架所要求的抗壓強度，則支架底座會被壓如底板。因此，合理的選擇支架對底板的最大比壓（支架技術特征表中可查），是支架選型中一個很重要的指標，特別對于底板松軟的工作面更為重要，必要時應進行測定和計算。計算公式如下：式中：-實測底板的最小抗壓入強度，；-底板載荷集中系數(shù)，一般取3；-灑水影響系數(shù)，一般取1.21.6；-支架對底板的最大比壓，?？捎芍Ъ芴卣鞅聿榈?，若查不到也可計算。的計算：平均接觸比壓：若正壓力正好通過底座的形心，且底座為剛性，則接觸比壓在整個接觸面積上是均勻分布的。它的平均接觸比壓為：=式中：-支架工作阻力；-底座與底板的接觸寬度；-底座與底板的接觸長度；最大接觸比壓：實際上，支架底座對底板的正壓力并不通過底座的形心。如圖4-3所示底座正壓力作用點的位置。底座正壓力作用點的位置可按下述公式求出：=（+）+tg式中：-正壓力作用點到底座前端的距離；-底座與底板的接觸長度；-的作用點到O點水平距離；-底座后端到O點的水平距離；-支護高度；-頂梁與頂板的摩擦角f =tan=0.10.3。正壓力作用點位于接觸長度前半段時：當時：接觸比壓分布圖形為三角形，如圖4-4a所示。最大接觸比壓數(shù)值為：=2當時：接觸比壓分布圖形為梯形，如圖4-4b所示，最大接觸比壓數(shù)值為：=2正壓力作用點位于接觸長度后半段時：最大接觸比壓位于底座后端與底板的接觸點處。接觸比壓分布圖形與前面所述相似，如圖4-4c和d所示。的計算類同上述情況，只要將式中用代替即可。若（）確定不下來，可按=2來驗算。我國煤田一般頂?shù)装鍐屋S抗壓強度試驗數(shù)據(jù)巖石類別抗壓強度（）砂巖類細砂巖中粒砂巖粗砂巖粉砂巖1060146087513605801260370560礫巖類沙礫巖礫巖7101240820960頁巖類砂質頁巖礫巖400920190400灰?guī)r石灰?guī)r54016102、工作阻力（支護強度）和初撐力的驗算對于掩護式和支撐掩護式支架、立柱，多為傾斜布置。因此，工作阻力和初撐力隨支架的工作高度的不同而不同。高度大，支撐力大，支架的技術特征大多給出的是最大值（在最大高度下）。為此，對于立柱傾角比較大時，需驗算該支架用于這個