综采工作面设备选型设计与计算

前言综合机械化采煤，是加速我国煤炭工业发展，大幅度提高劳动生产率，实现煤炭工业现代化的一项战略措施。综合机械化采煤不仅产量大、效率高、成本低，而且能减轻笨重的体力劳动、改善作业环境，是煤炭工业技术的发展方向。我国综采技术日趋成熟，生产水平、工艺水平均已进入世界先进行列。综合机械化采煤设备选择的是否合适，决定着设备能否正常运行、能否达到优越的技术经济效果以及能否获得良好的安全环境。影响设备选型的原始因素有两类：一类是围岩的岩石特征和地质条件，包括顶底板岩石的力学性能、煤层厚度、煤质硬度、倾角和构造等；另一类是围岩（缓倾斜煤层为顶板）的工程特征，如顶板移动规律和它与支架相互作用的状况等。为了更好地发挥机械化的效益，应根据不同的地质和煤层赋存条件、采煤机械化设备的合理选型计算、设备配套、设备布置以及与之相适应的工作面有关参数选择等，是综合机械化开采设备的重要内容。为此，结合我们专业的教学内容和安排，编写了《综采工作面设备选型设计与计算》指导书，以供学生课程设计参考。书中如有缺点和错误，恳请读者批评指正。编者2006.10目录第一章概述…………………………………………1一、设计题目、任务和要求、设计条件二、选型的基本原则第二章采煤机的选型…………………………………………2一、初选采煤机（确定型号）二、滚筒三、电机功率四、牵引力五、防滑设备六、采煤机允许的最大牵引速度七、采煤机喷雾供水装置八、采煤机的稳定性第三章刮板输送机选型…………………………………………11一、初选刮板输送机二、运输能力的验算三、刮板输送机电机功率的验算及电机的数量四、刮板链强度验算第四章液压支架的选型…………………………………………15一、确定架型二、主要参数计算和支架型号的确定三、性能验算四、支架布置台数第五章乳化液泵站的选型…………………………………………23一、乳化液泵二、乳化液泵的电机功率三、乳化液箱容积的验算四、乳化液第六章配套验算…………………………………………27一、通风计算二、设备的空间尺寸配套关系三、综采工作面布置图参考书…………………………………………30附录1：采煤机技术特征表…………………………………………31附录2：刮板输送机技术特征表…………………………………………43附录3：缓倾斜煤层回采工作面顶板分类方案……………………………44附录4：经济型、轻型系列综采设备……………………………………45附录5：液压支架技术特征表…………………………………………46附录6：三机配套附图…………………………………………47第一章概述一、设计题目、设计条件、任务和要求1、设计题目及设计条件⑴综采工作面机械化设备选型⑵设计条件有关工作面设备选型设计的已知参数和依据，设计时对号下达。2、任务和要求⑴完成综采工作面机械化各设备的选型计算。即：确定采煤机、运输机、液压支架和泵站的型号和参数的验算；⑵各设备匹配尺寸和参数验算，完成一张1号综采设备之间的配套尺寸关系平面布置图；⑶编写出一本设计说明书，字数在8千至1万字左右。二、选型的基本原则1、采煤机⑴采煤机必须满足煤层开采厚度和煤的切割阻力的需要，要与煤层的倾角适应。⑵采煤机以最小的电耗获得最大的采煤速度即最大的生产能力，以及获得最佳的块度。⑶要考虑与支架和运输机配套，与支架移支速度和运输机运煤能力相适应。⑷具备有效的喷雾抑尘装置。2、运输机⑴要满足工作面长度和倾角对于运输机铺设长度和稳定性的要求。⑵运输机必须与采煤机的能力相适应，要保证采煤机效能的发挥。⑶要与支架和采煤机配套，保证采煤机骑溜（或不骑溜）正常运行。⑷能在正常状态下随采煤机之后适当弯曲，并配有清扫浮煤的装置，并使移置液压支架和拖动电缆方便。3、液压支架⑴要顶得住，它的初撑力和工作阻力要适应直接顶和老顶岩层移动所产生的压力（包括二次来压），使控顶区的顶板下沉量限制到最小程度。⑵要移得走，它的结构形式和支护特性，要适应直接顶下部岩层的冒落特点，尤其要注意顶板在暴露后尚未支护情况下的破碎状态，要尽量保持该处顶板的完整性。支架底座要适应底板岩石的抗压强度，以防底软而使支架陷入底板。⑶要适应采高变化和按煤层倾角考虑的对支架稳定性的要求。⑷要满足通风（尤其是高瓦斯工作面）和行人的需要，以及要和采煤机、运输机配套。⑸要考虑投资，力求以较低的投资获得所需的技术经济效果。支架复用次数高，损坏情况少，即能降低吨煤成本。由于以上这些要求显而易见，故不拟作过多的说明。按开采技术特点，可将煤层厚度分三类：⑴薄煤层------从最小可采厚度到1.3m；⑵中厚煤层------1.3~3.5m；⑶厚煤层------大于3.5m。按开采技术特点，将煤层倾角分为三类：⑴缓倾斜煤层------0°~25°；⑵倾斜煤层------25°~45°；⑶急倾斜煤层------45°~90°。倾角小于12°的煤层对于综采机械化来说，最为有利，一般可以不考虑设备自重分力的影响。煤层倾角加大，会使采煤机上行采煤时的牵引阻力加大，并造成机器下滑的危险；使支架的横向稳定性变坏，甚至下滑、倾倒；输送机也会下滑，给采煤工作造成困难。下面主要介绍缓倾斜煤层的综采设备选型。第二章采煤机的选型与液压支架配套的采煤机主要有两类：一类是刨煤机；另一类是滚筒式采煤机。后者在我国用得较多，下面着重介绍滚筒式采煤机的选型。一、初选采煤机（确定型号）㈠确定型号时考虑如下因素：1.根据煤的坚硬度选型滚筒式采煤机适于开采坚硬度系数f＜4的缓倾斜及急倾斜煤层，对f=2.5~4的中硬以上的煤层，应采用大功率采煤机。2.根据煤层厚度选型采煤机的最小采高、最大采高、过煤高度、过机高度等都取决于煤层的厚度，煤层厚度可根据技术要求分为三类：（1）薄煤层煤层厚度小于是1.3m。最小采高在0.65~0.8m时，只能采用爬底板式采煤机；最小采高在通常情况下0.75~0.90m.时，可选用骑溜式采煤机。（2）中厚煤层煤层厚度为1.3~3.5m。开采这类煤层在技术上比较成熟，根据煤的坚硬度等因素可选择中等功率的采煤机，如MG340、MXA—300/3.5、MG300—W（2×300）、MG200—W（2×200）等。（3）厚煤层煤层厚度在3.5m以上。由于大采高液压支架及采煤、运输设备的出现，厚煤层大采高一次采全高综采工作面取得了较好的经济指标。适用于大采高的采煤机应具有调斜功能，以适应大采高综采工作面地质及开采条件的变化以及俯采的要求，此外由于落煤块度较大，采煤机和输送机应有大块煤机械破碎装置，以保证采煤机和输送机的正常工作。适于煤层大采高一次全高的采煤机有MXA—300/4.5、MXA—600/4.5、MG300—WG（600）、AM—500等型采煤机，最大采高达4.5m。当采用厚煤层放顶煤综采工艺时，在长度大于60m的长壁放顶煤工作面，采煤机选型与一般长壁工作面相同；但在短壁工作面，可选用正面截割的短工作面采煤机和侧面截割的短工作面采煤机两种机型。前者其滚筒轴线平行于工作面，致使顶底板由多个圆柱体相交而成为不平坦的表面，造成支架和输送机移动的困难，另外机身重心高，稳定性差。然而由于机身短、结构紧凑、操作维修方便，较为适于短工作面使用。侧面截割的MGD150—NW采煤机则克服了上述缺点，该机摇臂在机身中间出轴，并可旋转270°，机身短、工作平稳，装煤效果也很好。3．根据煤层倾角选型煤层倾角分为三类：0°~25°为缓倾斜煤层25°~45°为倾斜煤层；45°以上为急倾斜煤层。骑溜子或以溜子支承导向的爬底板采煤机在倾角较大时还应考虑滑问题,在干燥条件下金属间的摩擦系数为0.24~0.26，相应的摩擦角为13.5~14.5°,故煤层倾角大于10°时,须设置防滑装置；在工作面潮湿的条件下，摩擦系数减小，倾角大于8°时，就应备用防滑装置。普遍采用的防滑装置是固定在工作面回风巷内的同步绞车，当采煤机由下向上截割时液压绞车除了防止采煤机下滑外，还起到辅助牵引的作用；而当采煤机由上向下截割时，液压绞车的液压马达，以液压泵工况运行，产生阻止采煤机下滑的阻力矩，一旦采煤机下行超速时，限速装置切断电源，绞车自动抱闸。一般讲，同步绞车的牵引力应大于80~100KN。MG2×300、MG200—QW、WG—150W、AM—500等型采煤机具有双牵引部，牵引力大，其双自动抱闸装置，防滑性能强，在倾斜煤层中使用时，可取消辅助绞车。㈡根据表2-1和采煤机的技术特征表（见附录一），来确定采煤机的型号。表2-1采高条件地质条件采高范围m倾角αº坚硬度f夹矸情况煤脆韧性直接顶级别老顶级别工作面长度L(m)地板允许比压q(kg/cm2)二、滚筒一种型号的采煤机通常配备几种规格的滚筒可供选择。1、滚筒直径的确定⑴薄煤层双滚筒采煤机或一次采全高的单滚筒采煤机，滚筒直径按下式选取：)3.0~1.0(minHD式中：mjnH------最小煤层厚度〔m〕；（0.1～0.3）------考虑到割煤后顶板的自行下沉量〔m〕。⑵中层煤层用的单滚筒采煤机（主要用于普采），滚筒直径为：max).~.(HD60550式中：maxH------最大煤层厚度〔m〕。⑶中厚煤层用双滚筒采煤机：滚筒直径应略大于最大采高的一半或根据两个滚筒的装煤量相等的原则来选取。即：)()()()(11606060DDHDJVDJVDHJVDqqq令HaD有：)()(11HaHaHa整理得：11a式中：=螺旋滚筒装煤效率；（小直径滚筒）；（大直径滚筒）；7.0~6.08.0~7.0；；63.0~59.059.0~56.0a即：HaD；H------计算时取最大采高〔m〕。注：⑴综采工作面双滚筒采煤机一般都是一次采全高，故滚筒直径D应稍大于最大采高之半，即max12DH滚筒直径已经系列化，分别为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、2.6〔m〕。⑵考虑该采煤机的实际配备系列的滚筒规格。2、滚筒转向和叶片的转向转向和旋向根据采煤机的不同使用条件，二者应相匹配。⑴左工作面和右工作面人在工作面下巷向上看，左侧为左工作面，右侧为右工作面。如图2-1所示。⑵叶片的旋向与滚筒转向为了使滚筒落下的煤能装入刮板输送机，滚筒上螺旋叶片的螺旋方向必须与滚筒旋转方向相适应，确定的原则为：人站在采空区侧看：顺时针旋转的滚筒（右转）------叶片为右旋。如图2-2a；逆时针旋转的滚筒（左转）------叶片为左旋。如图2-2b。即归结为：“右转右旋”、“左转左旋”。⑶滚筒的转向在采煤机往返采煤的过程中，滚筒的转向虽然不变，却出现两种不同的情况：逆转：装煤效果好（能耗低、重复破碎低）顺转：装煤效果差（能耗高、重复破碎稿）单滚筒采煤机滚筒应位于采煤机机身的下顺槽侧，如图2-3。其优点是煤不经机身下的输送机运输以免堵塞煤流。据此，滚筒转向必须上行时顺转（图a），其优点：①有利装煤。上行顺转，摇臂不挡煤流，装煤口大；下行时逆转，碎煤在滚筒前面，摇臂也不挡煤。②工作平稳性好。右工作面：滚筒逆时针转（左转）------叶片为左旋。即：右------左------左规则。左工作面：滚筒顺时针转（右转）------叶片为右旋。即：左------右------右规则。双滚筒采煤机为了使两个滚筒的截割阻力能相互抵消，以增加机器的工作稳定性。必须使两个滚筒转向相反。滚筒的转向分两种方式：前顺后逆和前逆后顺。小直径滚筒时：无论是骑运输机，还是爬底板的薄煤层采煤机，滚筒的转向为“前逆后顺”最为适宜。优点：由于薄煤层装煤问题比较突出，这样前后两滚筒都不经摇臂下面装煤，有利于提高滚筒的装煤效率和生产率。如图2-4a。大直径滚筒时：滚筒的转向一般采用“前顺后逆”为好。其优点：煤尘较少，碎煤不易抛出伤人，装煤的能耗较低，装煤和截煤的效率都比较高。如图2-4b。图2-43、滚筒截深截深是指一次截割深度，是由滚筒外约请緣到端盘外侧截齿齿尖的距离确定的。为有效地利用煤层的压张效应，现代采煤机的截深都小于1m。截深