綜合機械化采煤工作面配套設(shè)備選型設(shè)計

1、 目 錄一、采煤機械的基本要求-3二、采煤工作面有關(guān)資料-3三、采煤機-3四、液壓支架-9五、刮板運輸機-14六、轉(zhuǎn)載機-16七、膠帶輸送機-17八、采煤工作面綜采設(shè)備布置圖-18一、 采煤機械的基本要求對采煤機械的基本要求是高效、經(jīng)濟、安全。具體要求為：（1）采煤機械的生產(chǎn)率應(yīng)能滿足采煤工作面的產(chǎn)量要求。（2）工作機構(gòu)能在所給煤層力學(xué)特性（硬度、截割阻抗）的條件下正常截割；裝煤效果好；落煤塊度大、煤塵、能耗低。（3）能調(diào)節(jié)采高，適應(yīng)工作面煤層厚度變化；能自開缺口。（4）有足夠的牽引力和良好的防滑、制動裝置，能在所給煤層傾角下安全生產(chǎn)；牽引速度能隨工作條件變化而調(diào)節(jié)，其大小能滿足工作要求。（5

2、）有可靠的噴霧降塵裝置和完善的安全保護裝置，電氣設(shè)備必須能夠防爆。（6）采煤機械是機采工作面的關(guān)鍵設(shè)備，它的維護費用在噸煤成本中所占比例相當大。因此，要求采煤機械的性能必須可靠，維持正常工作所必需的各種消耗（動力、液壓油、潤滑油、易損失等）應(yīng)較低。二、采煤工作面有關(guān)資料1. 工作面長度180m; 2. 傾角：35度; 3. 煤層平均厚度：3 m; 4. 頂板中等穩(wěn)定; 5. A=300N/mm f=3.5.三、采煤機1.根據(jù)煤層厚度選擇采煤機根據(jù)開采技術(shù)要求,將煤層厚度分為三類:從最小開采厚度至1.3m為薄煤層,1.33.5m為中厚煤層,3.5m以上為厚煤層 .煤層的厚度決定著所需采煤機的最小

3、采高,最大采高,機面高度,過煤高度,過機高度以及電動機功率大小.采高在1.12.0m左右的采煤工作面,煤質(zhì)中硬,應(yīng)選用單滾筒采煤機;采高在1.32.5m時應(yīng)選用雙滾筒采煤機或單滾筒采煤機.2.根據(jù)力學(xué)性質(zhì)選擇采煤機械煤的力學(xué)性質(zhì)主要包括煤的堅硬度系數(shù)f,抗壓強度,截割阻抗A,韌性,層理和節(jié)理的發(fā)育狀況,夾石含量及分布等.這些因素關(guān)系到選擇采煤機械的工作機構(gòu)形式和采煤機械的功率大小.根據(jù)煤的堅硬度系數(shù)f和截割阻抗A,將煤分為三類（1）軟煤-f<=1.5,A<180N/mm（2）中硬煤-f=1.530,A=180240N/mm（3）硬煤-f>=3.0,A=240360N/mm各種

4、刨煤機最合適開采軟煤,特別是脆性軟煤;韌性中硬煤應(yīng)選用中等功率的滾筒式采煤機;脆性中硬煤宜選用中等功率的滑行刨煤機;硬煤必須選用大功率的滾筒式采煤機.滾筒式采煤機可截割各種硬度的煤.1.煤層傾角對選擇采煤機的影響根據(jù)開采技術(shù)特點,將煤層傾角分為三類:025度為緩傾斜煤層;2545度為傾斜煤層;4590度為急傾斜煤層.傾角小于12度的煤層,對機械化開采最為有利,一般不考慮采煤機械的防滑問題.在工作面干燥的條件下,金屬對金屬的摩擦系數(shù)為0.230.30,相應(yīng)的摩擦角為1317度.因此傾角大于12度時,騎溜子工作的采煤機和以輸送機支撐和導(dǎo)向的爬底板采煤機,必須帶防滑裝置.在工作面潮濕的條件下,摩擦系

5、數(shù)要降低,傾角大于8度時就得備有防滑裝置.無鏈牽引采煤機,由于具有可靠的制動裝置,牽引力又大,故可用到傾角4050度的工作面.煤與底板的摩擦系數(shù)一般為0.70.8,相應(yīng)的摩擦角為3640度,故煤層傾角大于40度時,煤可沿底板自溜下滑,而不必安裝輸送機.但實際上,為了使煤流沿著要求的安全方向運輸,并且無鏈牽引的采煤機也需要為之導(dǎo)向,故在傾角大于40度的工作面條件下,仍配備工作面輸送機.2.頂?shù)装逍再|(zhì)對選擇采煤機械的影響頂?shù)装逍再|(zhì)主要影響頂?shù)装骞芾矸椒ê椭ёo設(shè)備的選擇,因此,選擇采煤機時應(yīng)同時考慮選擇何種支護設(shè)備.例如,對于不穩(wěn)定頂板,控頂距應(yīng)當盡量小,應(yīng)選用窄機身采煤機和能超前支護的支架;若底版

6、松軟,則不宜選用拖鉤式刨煤機,底板支撐式爬底板采煤機和混合支撐式爬底板采煤機,而應(yīng)選用靠輸送機支撐和導(dǎo)向的滑行刨,懸臂支撐式爬底板采煤機,騎溜子工作的滾筒式采煤機和對底板接觸比壓小的支架.3.采煤機參數(shù)選擇（一）采煤機的生產(chǎn)率1.理論生產(chǎn)率它是采煤機的最大生產(chǎn)率,是在所給工作條件下,以最大參數(shù)運行時的生產(chǎn)率,其計算公式為:Qt=60HBvqr 式中，H為工作面的平均采高，m；vq為在所過工作面條件下可能的最大工作牽引速度，m/min；r為煤的實體密度，一般為1.31.4t/m3。采煤機的理論生產(chǎn)率是選擇與采煤機配套的工作面輸送機,轉(zhuǎn)載機，帶式輸送機生產(chǎn)能力的依據(jù)。一般工作面輸送機的生產(chǎn)率應(yīng)略大

7、于采煤機的理論生產(chǎn)率。采煤機的截深B、工作面的采高H和煤的實體密度r都是一定的，故理論生產(chǎn)率Q主要取決于采煤機的工作牽引速度vq的大小。采煤機司機應(yīng)當根據(jù)工作面的具體條件隨時調(diào)節(jié)牽引速度，以盡可能大的vq值割煤。但同時必須注意，vq值的增大要受到采煤機電動機裝機功率、滾筒裝煤能力以及移架速度等多方面因素的限制：工作牽引速度過大，會造成電動機過載；碎煤在滾筒中的循環(huán)煤量增多，會使裝煤效果變差；移架速度跟不上采煤機割煤，會造成頂板冒落。2. 技術(shù)生產(chǎn)率 它是指除去采煤機必要的輔助工作（如調(diào)動機器，檢查機器，更換截齒，自開缺口等）和排除故障所占用的時間外的生產(chǎn)率。其計算公式為：Q=Qt*K1式中，K

8、1為采煤機技術(shù)上的可靠性和完備性有關(guān)的系數(shù)，一般為0.50.7。3實際生產(chǎn)率 它是采煤機工作面每小時的實際產(chǎn)量，其計算公式為：Qm=Q*K2式中，K2為考慮由于工作面其他配套設(shè)備的影響（如采區(qū)運輸系統(tǒng)銜接不良，輸送機和支護設(shè)備出現(xiàn)故障等），處理頂?shù)装迨鹿?，勞動組織不周等原因造成的采煤機被迫停機所占用時間的系數(shù)，一般為0.60.65。 采煤機的實際生產(chǎn)率應(yīng)當滿足工作面的計劃日產(chǎn)能力的要求。（二）滾筒直徑和截深滾筒直徑是指到截齒齒尖的直徑。滾筒直徑大小應(yīng)按煤層厚度來選擇。薄煤層雙滾筒采煤機其滾筒直徑是指到截齒齒尖的直徑應(yīng)按下式選取D=Hmin-(0.10.3) m式中，Hmin為煤層最小厚度，m。

9、減去（0.10.3）m是考慮到割煤后的頂板下沉量，防止采煤機返回裝煤時因頂板下沉導(dǎo)致滾筒割支架頂梁。中厚煤層單滾筒采煤機其滾筒直徑為：D=（0.50.6）Hmax式中：Hmax為煤層最大厚度雙滾筒采煤機一般都是一次采全高，即上行或下行各進行一刀，各完成一個循環(huán)，故滾筒直徑應(yīng)稍大于最大采高的一半。截深是指滾筒外緣到端盤外側(cè)截齒齒尖的距離，即一次截割深度。中厚煤層采煤機常用0.6或0.63m，MG360-W采煤機采高范圍在2.13.5m之間，屬于中厚煤層采煤機，它的截深為0.6m。1采高范圍臥底量和機面高度的驗算最大采高：Hmax=A-h/2+Lsinmax+D/2最小采高：Hmin=A-h/2+

10、Lsinmin+D/2最大臥底量：Kmax=A-h/2-Lsinmax-D/2最小臥底量：Kmin=A-h/2-Lsinmin-D/2A為機面高度,D滾筒直徑,h為電動機高度，L為采煤機搖臂長度 為搖臂是向上擺角，為搖臂向下擺角。2牽引速度采煤機滾筒上截齒在滾筒轉(zhuǎn)一周時切入煤體的最大切削度hmax為： Hmax=1000vq/mn (mm/r)式中，vq為工作牽引速度，m/min；m為滾筒每條截線上的截齒數(shù)目；n-滾筒轉(zhuǎn)速，r/min.滾筒轉(zhuǎn)速n和每條截線上的截齒數(shù)目m是固定的。由上式知道，最大切屑厚度hmax將隨著工作牽引速度vq的增大而增加。研究證明，在一定范圍內(nèi)增大hmax可使采煤機的落

11、煤能耗降低。但牽引速度調(diào)得太大，以至hmax超過截齒伸出齒座的長度，使無切削刃的齒座與煤體相接觸而摩擦，會造成采煤機截割功率的急劇上升，甚至電動機過載。因此，盡管采煤機最大牽引速度一般為610m/min，但工作牽引速度卻比上述值小得多，一般為24m/min。最大牽引速度僅用于采煤機返程清理余煤或空載調(diào)動機器用。3牽引力 牽引力大小取決于煤質(zhì)硬軟，牽引速度，煤層傾角，采高，機器質(zhì)量等因素。目前使用的鏈牽引采煤機的牽引力P(kN)與裝機功率的N(kW)的關(guān)系 P=(13)N無鏈牽引采煤機由于要用于大傾角煤層，一般都是雙牽引部，幫牽引力比鏈牽引的大一倍。4滾筒的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向滾筒轉(zhuǎn)速高,則切削度小,截割

12、能耗大,粉煤量多,煤塵飛揚嚴重;轉(zhuǎn)速過低則切削厚度增大,受到截齒伸出長度的限制。一般認為滾筒轉(zhuǎn)速以3050r/min為宜。目前有降低滾筒轉(zhuǎn)速的趨勢，有的采煤機滾筒轉(zhuǎn)速僅為1520r/min。5裝機功率 采煤機裝機功率的大約85%用于截煤和裝煤，用在牽引的功率只有一小部分。為了防止電動機經(jīng)常處于過載狀態(tài)運轉(zhuǎn)，一般電動機功率都有一定的富余量。 用于中硬用中硬以下煤質(zhì)的采煤機裝機功率與煤層厚度有中表的關(guān)系。 采高/m 采煤機裝機功率/kw 單滾筒 雙滾筒 0.60.9 <50 <100 0.91.3 50100 100150 1.32.0 100150 150200 2.03.0 150

13、200 200300 3.04.5 - 300450 對于硬煤及極硬煤，裝機功率應(yīng)較上表值加大一倍。6采煤機的質(zhì)量采煤機的質(zhì)量太小，會影響機器工作的穩(wěn)定性；太大又要增大牽引力。常用采煤機的質(zhì)量M(t)與電動機功率N(kw)之間關(guān)系如下： M=(0.070.1)N7截齒與截線排列圖根據(jù)上述資料,選擇如下采煤機:生產(chǎn)廠家：西安煤礦機械有限公司（原西安煤礦機械廠）型號：MG300/700AWD型系列交流電牽引采煤機MG300/700AWD型系列交流電牽引采煤機主視圖及斷面圖四、液壓支架1 .架型選擇選擇架型主要根據(jù)頂板條件,但同時還應(yīng)考慮下列因素:(1)煤層厚度根據(jù)我國煤層賦存的特點,當厚度超過2.

14、5m,頂板有水平推力時,應(yīng)選用抗水平強的支架,一般不宜選用支撐式支架.當煤層厚度在2.52.8m以上時,應(yīng)選用帶護幫裝置的掩護式或 支撐掩護式支架.當煤層厚度變化較大時,應(yīng)選用調(diào)高范圍大的支架.(2)煤層傾角煤層傾角在1015度以上時,支架應(yīng)有防滑和調(diào)架裝置 ,當傾角超過18度時,應(yīng)同時具有防滑和防倒裝置.(3)底板強度支架底座的對底板接觸比壓應(yīng)小于底板的允許比壓,允許比壓與底板的巖石性質(zhì)有關(guān),對于砂巖底板,其值一般為1.962.16MPa,軟底板為0.98MPa左右.接觸比壓與具體支架有關(guān),選型時應(yīng)驗算接觸比壓值.(4)瓦斯涌出量對于瓦斯涌出量大的工作面,應(yīng)優(yōu)先選用通風(fēng)斷面大的支撐式和支撐掩

15、護式支架.(5)地址構(gòu)造斷層十分發(fā)育,煤層厚度變化大,頂板允許暴露面積和時間在58平方米和20min以下時,暫不宜采用綜采設(shè)備.(6)設(shè)備成本能同時允許使用幾種架型時,應(yīng)優(yōu)先選用價格便宜的支架.在一般情況下,支撐式支架最輕,造價也最便宜.而支撐掩護式支架最重最貴.此外,對于對于特定的開采要求,應(yīng)選用特種支架.如厚煤層分層開采時選用鋪網(wǎng)支架,冒落法開采時選用放頂煤支架,工作面端頭支護選用端頭支架,等等.2.支架參數(shù)確定(1)支護強度和工作阻力頂板所需的支護強度取決于頂板的等級和煤層厚度,他可按以下公式確定: q=KHg x 0.000001(MPa)式中,K為作用于支架上的頂板巖石厚度系數(shù),一般

16、去58;H為采高,m;為巖石強度,一般取2500kg每立方米;g為重力加速度，取10m/s2。支架支撐頂板的有效工作阻力Q=qF x1000 (kN) 式中,F為一支架的支護面積,按下列公式計算： F=(L+C)x(B+K) 單位 平方米式中,L為支架頂梁長度,m;C為梁端距,m;B為支架頂梁寬度,m;K為架間距,m.有效工作阻力與支架工作阻力的比值,稱為支架的支撐效率.支撐式支架的支撐效率為100%;掩護式和支撐掩護式支架,由于頂梁與掩護梁鉸接,立柱又斜撐,故支撐效率總是小于1,初選支架時可取80%左右.在考慮了支撐效率后,所需每架立柱的總工作阻力P應(yīng)為: P=Q/ (MPa)(2)初撐力初

17、撐力大小對支架的支護性能和成本都有很大的影響.較大的初撐力能使支架較快達到工作阻力,減慢頂板的早期下沉速度,增加頂板的穩(wěn)定性,但對乳化液泵站和液壓元件的耐壓要求也將提高.一般取初撐力為0.60.8倍的工作阻力.(3)移架力和推溜力移架力與支架結(jié)構(gòu),質(zhì)量,煤層厚度,頂板性質(zhì)等有關(guān).一般薄煤層支架的移架力為100150kN;中厚煤層支架為150300kN;厚煤層支架為300400kN.推溜力一般為100150kN.(4)支架調(diào)高范圍支架最大結(jié)構(gòu)高度 Hzmax=Mmax+S1 (m)支架最小結(jié)構(gòu)高度 Hzmin=Mmin-S2 (m)式中,Mmax,Mmin為分別為煤層最大,最小采高,m;S1為偽

18、頂冒落的最大厚度,一般取0.20.3m;S2為頂板在周期來壓時的最大下沉量,移架時支架的下降量,頂梁上及底座下的浮矸厚度之和,一般為0.250.35m.支架伸縮比K2=Hzmax/HzminK2反映了支架對煤層厚度變化的適應(yīng)能力。其值越大，支架對煤層厚度變化的適應(yīng)能力就越大。單伸縮立柱的支架，k2不超過1.6；若k2大于1.6，需加機械加長段或采用雙伸縮立柱。通常薄煤層支架的k2值為2.53.0；中厚煤層支架k2值為1.41.6。(5)覆蓋率支架覆蓋率是頂梁接觸頂板的面積與支架面積之比值,即 =BL/(L+C)(B+K)x100% 覆蓋率的大小與頂板性質(zhì)有關(guān)。對于不穩(wěn)定頂板不小于85%95；中

19、等穩(wěn)定頂板不小于75%85%；穩(wěn)定頂板不小于60%70%。否則會引起冒頂。3.液壓泵站4.液壓支架工作原理和過程液壓支架的主要動作有升架、降架、推移輸送機和移架。這些動作是利用乳化液泵站提供的高壓乳化液，通過液壓控制系統(tǒng)控制不同功能的液壓缸來實現(xiàn)的。每架支架的進回液管路都與連接泵站的工作面主供液管路和主回液管路并聯(lián)，全工作面的支架共用一個集中的泵站作為液壓動力源。工作面的每架支架形成各自獨立的液壓系統(tǒng)，其中液控單向閥和安全閥均設(shè)在本架內(nèi)；操縱閥可設(shè)在本架內(nèi)，也可裝在相鄰支架上，前者稱為“本架操作”，后者為“鄰架操作”。（1）支架的升降和推移將操縱閥置于上閥位置，由乳化泵站來的工作液體經(jīng)操縱閥和

20、液控單向閥8進入立柱1下腔，立柱上腔回液，支架升起，并撐緊在頂?shù)装逯g。當操縱閥位于下閥位置時，工作液體進入立柱上腔，同時打開液控單向閥，立柱下腔回液，支架下降。移架時，先使支架卸載，立柱下腔回液，再將操縱閥位于下閥位，工作液體進入推移千斤頂?shù)幕钊麠U腔，后腔回液，此時支架以輸送機為指點前移動。此后，再把支架撐緊在頂?shù)装嬷g。將操縱閥位于上閥位置，工作液體進入推移千斤頂?shù)幕钊麠U腔，前腔回液，此時以支架為支點就將輸送機推向煤壁。(2).支架的承載過程支架的承載過程可分為三個階段。a初撐階段在升架過程中，從頂梁接觸頂板，至立柱下腔液體壓力逐漸上升到泵站工作壓力為止，為初撐階段。b.增阻階段初撐結(jié)束后，操縱閥移到中間閥位，液控單向閥關(guān)閉，立柱下腔的液體被封閉。隨著頂板的下沉，立柱下腔內(nèi)的液體壓力逐漸升高，支架的支撐力增大，呈現(xiàn)承載增阻狀態(tài)，這就是支架的增阻階段。c.恒阻階段當支柱下腔內(nèi)的液體壓力的增大而升高到安全閥的調(diào)定壓力時，安全閥開啟溢流，立柱下縮，立柱下腔內(nèi)的液體壓力也隨之降低，當壓力降低到安全閥的調(diào)定值時，安全閥又關(guān)閉。支架承載時，隨著頂板的繼續(xù)下沉，安全閥重復(fù)著這一過程。受安全閥調(diào)定壓力的限制，支架的支撐力維持在某一恒定數(shù)值上，即呈現(xiàn)恒阻特性，這就是支架的恒阻階段。液壓支架的選擇五、刮板運輸機（1）選型原則輸送能力不小于采煤機的理論生產(chǎn)