矿井支护与采煤机选型设计

第1页第一章支护设备与采煤机选型设计第一节原始数据机械化采煤工作面根据支护类型的不同可以分为普采和综采，本设计中采区原始数据如下表：采区原始数据煤层厚度（M）截割阻抗（牛顿/毫米）煤层倾角（°）顶板条件工作面长度（M）设计生产量（万吨/月）生产安排HmaxHmin老顶直接顶3.6根据所支架情况而定5-10I1月工作25天，三班生产，一班检修，日工作时间15小时第二节液压支架的选型液压支架的选型要综合考虑矿山的地质条件，如煤层厚度、顶、底板稳定性、煤层倾角，本设计中这些数据已在原始数据表中列出，查下表：由直接顶类别为I、老顶级别2级，初步拟定采用支架支护强度为1.3×35（吨/米2）的支撑掩护式支架，采高为2米的采煤方式。一、液压支架结构参数的确定液压支架的结构参数，主要是指液压支架的结构高度，液压支架的结构高度，应能适应采高的要求。它根据煤层厚度及采取地质条件变化因素而定。适应不同类级顶板的架型及支护强度老顶级别ⅠⅡⅢⅣ直接顶类别12312312344架型掩护式掩护式支撑式掩护式支掩撑护掩式护支撑式支撑掩护支撑掩护支支撑撑掩式护支支撑撑采高〈2.5m时支撑式采高〈2.5m时支撑掩护式第2页式式式式掩式护式支架支护强度（吨/米2）采高（米）1301.3×301.6×30〉2×30结合深孔爆破，软化顶板的措施处理采空区235（25）1.3×35（25）1.6×35〉2×35345（35）1.3×45（35）1.6×45〉2×45455（45）1.3×55（45）1.6×55〉2×55单体支柱支护强度（吨/米2）采高（米）1151.3×151.6×15按采空区处理方法确定2251.3×251.6×253351.3×351.6×35其选择原则是：在最大采高时。液压支架能“顶得住”，在最小采高是支架能“过得去”。支架的结构高度Hmax和最小结构Hmin高度具体计算由经验公式计算。Hmax=hmax+a=3.6+0.3=3.9米Hmin=hmin－S2－b－c＝hmin－0.15－0.1－0.1=2.2－0.15－0.1－0.1=1.85米式中：hmax、hmin-----------煤层最大厚度和最小厚度；米。a----------考虑伪顶，煤皮冒落，支架仍有可靠初撑力所需的支撑高度补偿量，本设计中煤层厚度为3600mm，取300mm。S2-----------顶板最大下沉量，这里取150mm。b-----------支架卸载前移时立柱伸缩余量，这里取100mm。c----------支架顶梁上存留的浮煤和碎矸石厚度，这里取100mm。二、支架强度的确定支架支护强度q就是支架单位支护面积上的支撑力，具体计算可由经验公式估算。q=K×H×R=8×3.6×2.3=66.24吨/米3式中：K----作用于支架上的顶板岩石厚度系数，这里取8第3页H----最大采高，这里取3.6米R-----岩石容重,这里取2.3吨/米3三、液压支架的选型煤层倾角10°支架最大结构高度为3.9米支架最小结构高度为1.85米。支撑强度值为66.24吨/米3=6.624kgf/cm3=0.6MPa查液压支架产品目录我们选用PY-400型支撑掩护式液压支架，该支架的具体参数如下表：支架形式型号煤层倾角支护高度(m)初撑力(KN)工作阻力(KN)支护强度(MPa)质量(t)支撑掩护式液压支架PY-40022°2.2-4.2394048000.813.527第三节滚筒采煤机的选择一、采煤机性能参数的计算与决定1.滚筒直径的选择双滚筒采煤机的滚筒直径应大于最大采高的一半，按经验公式双滚筒采煤机的滚筒直径D=(0.52~0.6)hmax=0.6×3.6=2.2米，初步选取滚筒直径为2.2米。2.截深的选择滚筒截深是采煤机工作机构截入煤壁的深度，截深的确定与煤层的压张效应，截割阻抗（截齿截割单位切削厚度所对应的截割阻力）大小，煤层厚度、倾角、顶板稳定性及采煤机稳定性有关。本设计中采煤机的工作在厚煤层中截深宜小，可取0.5米，但国内的采煤机为了制造方便截深一般为0.6米，故本设计中采煤机的截深取0.6米。3.滚筒转速及截割速度滚筒的转速对能耗、装载、煤尘影响很大,由公式采煤机截齿的最大切削厚第4页度nmVh1000max可知，当采煤机一条截线上安装的截齿数m、牵引速度v已定时转速n愈高，煤尘产生量愈大，截割部耗能也就愈高。在实践中滚筒转速愈高则循环愈快，采煤机装煤效果不好。一般认为滚筒的转速控制在30~50转/分为宜。本设计中滚筒转速n=45转/分滚筒的转速及直径确定后采煤机的截齿截割速度也就定了，一般控制在4米/秒。4.采煤机的最小设计生产率采煤机的最小设计生产率用公式表示为2.024minWQ=2000/24×0.2=416.67吨/小时式中：W采煤机的日平均产量，查表1可知W=60×104/300=2000吨。5.采煤机截割时的牵引速度及生产率1）根据采煤机的最小设计生产率Qmin决定牵引速度V1rBHQV60min138.235.16.06.36067.416米/分式中Qmin---------采煤机的最小设计生产率，这里取416.67吨/小时。H-------------采煤机平均采高，这里取3.6米。B-------------采煤机截深，这里取0.6米。r-------------煤的容重，这里取1.35吨/米32）按截齿最大切削厚度决定牵引速度V2采煤机在工作过程中滚筒及按一定的转速n运动，由按一定的牵引速度v运动，滚筒的切削厚度按照月牙规律变化，如果滚筒的截齿数为m，则截齿的最大切削厚度hmax用公式表示如下：hmax=nmv1000毫米当m、n一定时hmax与v成正比关系，当hmax大于齿坐上截齿伸出长度，使齿座及螺旋叶片也参与截割，则截割阻力及功率剧增，使齿座受到磨损，造成截齿不能正常工作。为了避免上述情况的发生，一般截齿的最大切削厚度应小于截齿伸出齿座长度的70%，按照这一要求采煤机的牵引速度V2可用下式表示。第5页1000/max2hnmV1000454524.05米/分式中：/maxh--------截齿在齿座上伸出长度的70%（毫米）国产径向截齿大约为44~55毫米，切向截齿大约为41~52毫米，这里取45毫米。m------------采煤机采煤机一条截线上安装的的截齿数，这里取2个n-------------采煤机滚筒的转速，这里取45转/分。3）液压支架的推移速度决定的牵引速度V3支架的推移速度应大于采煤机的牵引速度，才可以保证采煤机安全生产。故V3≤支架的推移速度。在这里我们取V3=6米/分由以上的计算，采煤机截割时的牵引速度V应该在这个范围内V1≤V≤V2，即V在2.38~4.05米/分之间，并且V≤V3=6米/分，故而我们确定采煤机的牵引速度V=4米/分采煤机的牵引速度确定V后,采煤机的生产率Q为：Q=60HBVr=60×3.6×0.6×4×1.35=700吨/小时6．采煤机所需电机功率有采煤机工作过程中受到的影响因素较多，我们很难精确的计算出采煤机的电机功率，为此我们采用比能耗来估算采煤机的电功率。采煤机比能耗值可由公式HωX=BXHAA=44.0200355=0.781式中：AX----------采煤机的截割阻抗，取355牛顿/毫米。A---------基准煤的截割阻抗，取200牛顿/毫米。HωB-------基准煤的比能耗，取0.44对于上滚筒采煤机前部滚筒的比能耗值为HωX=0.781，则后滚筒的比能耗值为：H’ωX=K3HωX=0.7×0.781=0.547式中K3---后滚筒工作条件系数，查表得0.7双滚筒采煤机的滚筒直径以采高的52%计算，则双滚筒采煤机所需单电机功率为：第6页)547.04.0781.06.0(18.02700)4.06.0(*2'21XXHHKKQN292KWK1---------功率利用系数，这里取0.8K2------------功率水平系数，这里取1由计算选择功率为2×300KW电机2台作为采煤机主电机。7.牵引力由于工作环境的复杂，采煤机牵引力无法精确给出，我们可以根据采煤机的电机功率2*300KW，选择牵引力为300千牛的采煤机。二、初选采煤机及其设备配套依据以上所计算的采煤机的各种数据列表如下-------表3采高滚筒直径截深生产率牵引力牵引速度滚筒转速n电机功率4米2.2米0.6米Q=700T/h-300千牛4.05米/分45转/分2×300KW根据该表可以选择西安煤矿机械厂生产的MXG-600/3.5型采煤机，该采煤机的主要技术指标见下表:三、初选采煤机的主要技术参数校验1.最大采高hmax的校核2sin2maxmaxDaLHAh=1.6－26.0＋62sin6.1＋26.2=4米〉3.9米该采煤机符合要求。式中：A-------采煤机采高，这里取1.6米H------采煤机截割部减速箱高度，一般等于电机高度，这里取0.6米L-------摇臂长度（摇臂摆动中心到滚筒中心的距离）,这里取1.6米amax-----摇臂向上摆动最大角,这里取62°D--------滚筒直径,这里取2.6米2.最小采高hmin的校核hminA+h1+h2A-------采煤机采高，这里取1.6米h1-------支架或绞顶梁的高度，这里取0.1米h2-------过机高度（顶梁与采煤机上平面之间的距离），这里取0.1米第7页主要技术特征序号项目数据单位1设计生产能力708t/h2采高2-4m3装机功率2*300kW4供电电压1140v5滚筒直径2600mm6截深600mm7牵引力40.8吨8牵引速度0-4.17-8.35m/min9灭尘方式内外喷雾10拖电缆方式自动直拖电缆11主机外形尺寸11241×2244×1605mm12主机重量157t13最大不可拆卸尺寸2490×2130×730mm14摇臂长度1600mm15摇臂摆角62°，-17°°16电机尺寸1200*960*650mm17适应煤层倾角0-40°mm则hmin=1.85A+h1+h2=1.80米所以所选采煤机符合要求。3.卧底量的校核最大卧底量Kmax=A-2H－Sinβmax－2D=1.6-265.0－Sin(-17º)－26.2=0.267m采煤机卧底量为0-300mm,满足要求。第四节采煤机、支护设备、输送机配套关系图根据以上的设计计算采煤机选择MXG-600/3.5型采煤机，液压支架选择PY-400型支撑掩护式液压支架，配套的刮板输送机可以选择SGZ-730/400可弯曲刮板输送机，刮板输送机的选型校核见第二章。由此我们可以绘制采煤机、支护设备、第8页输送机配套关系图。见图1。第二章矿山运输机械选型设计第一节原始数据列表1．原始数据列表回采工作面的生产能力t/h刮板输送机的铺设长度m刮板输送机的铺设倾角物料松散密度kg/m370015010°1350按上表数据进行刮板输送机的选型计算。2．顺槽转载机的选型（不计算）顺槽胶带机的选型计算原始数据amax=300mmL顺槽=1000mβ顺槽=0°3．采区上(下)山胶带机的选型设计L上(下)山=700mβ煤层=10°4.大巷电机车运输选型以东西两翼各有一个年产量120万吨的采区，东西两翼采区距井底车场距离L=1200m；第二节工作面运输机械的选型设计一、确定刮板运输机1.工作面的生产能力Qc=700吨/小时2.选择输送机刮板输送机的输送能力应略大于Qc，我们选择SGZ-730/400可弯曲刮板输送机。该刮板输送机的主要技术数据如下：圆环规格破断刮板间形式输送量输送速度设计长电机功电压中部槽规格第9页力距度率等级2-Φ26*92mm850KN1104mm中心双链700t/h56.4m/min150m2*200kw1140v1500*730*317mm3.运行阻力核算(1)重段直线段的总阻力Wzh=(qω+q1ω1)Lgcosβ+(q+q1)Lgsinβ=（207×0.6+36.26×0.4）