煤矿三机配套选型方案.docx
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煤矿三机配套选型方案
山西煤炭运销集团古交福昌煤业
综采工作面设备选型方案
山东塔高矿业机械装备制造有限公司
2015年3月
第一节设计依据
一、矿井概况
1.含煤性
古交福昌煤矿井田含煤地层为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组。
分述如下：
太原组为一套海陆交替相含煤地层，地层平均总厚度112.12m，含煤6层，编号自上而下为6、7、8上、8、9、10号煤层，其中8、9号煤层为全区稳定可采煤层，10号煤层为不稳定局部可采煤层，6号煤层为不稳定零星可采煤层，7号煤层为不可采煤层。
煤层平均总厚7.83m，含煤系数6.98%。
山西组为一套陆相含煤地层，地层平均总厚度45.19m，含煤5层，分别为02、03.2、3、4号煤层，其中02、03、2号煤层为井田内稳定可采煤层，4号煤层为较稳定局部可采煤层，3号煤层为不可采煤层，煤层平均总厚5.58m，含煤系数12.35%。
井田内山西组、太原组地层平均总厚度157.31m煤层平均总厚度13.41m，含煤系数8.52%。
2.可采煤层
可采煤层特征
地层
煤层号
煤层厚度（m）
最小－最大
平均
煤层间距
（m）
煤层结构
煤层稳定性
可采性
煤层顶底板岩性
夹矸
层数
型别
顶板
底板
山西组
02
0.80-1.14
1.09
1.90-11.60
6.04
0-1
简单
稳定
赋煤区可采
砂质泥岩
泥岩
泥岩
粉砂岩
03
0.71-1.00
0.89
0
简单
稳定
赋煤区可采
砂质泥岩
泥岩
砂质泥岩
粉砂岩
泥岩
3.20-4.61
3.56
2
0.92-3.25
2.40
0-2
较简单
稳定
全井田可采
砂质泥岩
细砂岩
泥岩
砂质泥岩
粉砂岩
5.92-11.19
8.88
4
0.26-2.25
0.79
0-2
简单－较简单
稳定
局部可采
砂质泥岩
细砂岩
泥岩
粉砂岩
砂纸泥岩
泥岩
太原组
8
3.70-4.86
4.33
10.72-18.03
14.69
0-4
简单-复杂
稳定
全井田可采
石灰岩
泥砂岩
砂质泥岩
粉砂岩
9
1.22-1.93
1.59
0-2
简单-较简单
稳定
全井田可采
砂质泥岩
粉砂岩
砂质泥岩
粉砂岩
细砂岩
1.20-3.88
1.90
10
0.32-1.40
0.77
0-1
简单
不稳定
局部可采
砂质泥岩
细砂岩
泥岩
砂质泥岩
粉砂岩
泥岩
二、工作面条件
本次工作面布置在8号煤层，所以着重介绍8号煤层的情况：
8号煤层位于太原组中部，L1灰岩之下，上距4号煤层59.25-79.27m，平均71.67m，煤层厚度3.70-4.86m，平均4.33m，煤层采面长160米，结构简单-复杂，含0-4层夹矸，夹矸最大厚度0.50m，为稳定的全井田可采煤层，煤层顶板为L1石灰岩，局部为砂质泥岩，底板为粉砂岩、砂质泥岩。
采空面积0.550km2，采空区主要位于井田西北部。
预计年产量60万吨，工作面工作制度为“四六制”，三班生产，一班准备，按煤层平均厚度4.33m计算，每天回采4个循环，循环进度为0.63m，按85%的正规循环率，年推进度为707m。
第二节工作面设备选型
工作面主要配套设备明细表
名称
型号
数量
备注
基本支架
ZY6000/25/50
103架
包括2架备用
过渡支架
ZYG6000/25/50
6架
超前自移支架
ZQL2*4000/23/50
6组
上、下巷各3组
双滚筒采煤机
MG300/730-WD
1台
截深630mm
可弯曲刮板运输机
SGZ764/400
1部
163m
转载机
SZZ764/200
1部
45m
破碎机
PLM1000
1部
高压乳化液泵站
BRW315/31.5
1台
2泵1箱
喷雾泵站
BPW315/6.3
1台
一、采煤机选型
1、采煤机性能参数确定
（1）采高的选择
采煤机的采高英语煤层厚度的变化范围相适应，根据8号煤层赋存条件和开采技术条件，确定采煤机的采高2.0-4.5m。
（2）滚筒直径的确定
双滚筒采煤机的滚筒直径以大于工作面最大采高的0.5倍为宜，8号煤层采高平均4.33m，滚筒直径大于2.0m即可满足使用要求，取滚筒直径D=2.2m。
（3）截深的确定
截深的选取与煤层厚度，煤层软硬，顶板岩性以及支架移架步距，综合考虑采煤机的截深，目前国内普遍采用630-800mm截深，考虑到8号面设计生产能力及管理水平，设计选用采煤机截深630mm。
（4）工作面生产能力
工作面应具有的最小生产能力由下式计算：
Qh=Qy×f/[D×（N－M）×t×K]
=0.6×106×1.2/[330×（3－1）×8×0.4]=340t/h
式中：
Qh——工作面设备所需最小生产能力，t/h；
Qy——要求的工作面产量，0.6Mt/a；
D——年工作制度，330d；
f——能力富裕系数，1.2；
N——日作业班数，3班；
M——每日检修班数，1班；
t——每班工作时数，8h；
K——开机率，一般取0.4。
（5）采煤机割煤方式
采煤机双向割煤具有辅助工序少，采煤速度快，工序紧凑，工时理由率高及生产能力大的优点，因此工作面采用双向割煤方式。
采煤机在工作面的进刀方式，将直接影响工作面的工时利用率以及采煤机效能的发挥。
为减少工作面人员工作量，设计采用端部斜切进刀方式，进刀割煤长度30m。
工作面采用4班作业，3班生产，1班检修。
采煤机牵引速度
采煤机平均截割牵引速度Vc
Vc=Qh/（60×B×H×γ×C）
=340/（60×0.63×4.33×1.36×0.95）=1.6m/min
式中：
Vc——采煤机平均截割牵引速度，m/min；
Qh——采煤机可实现的生产能力，340t/h；
H——平均采高，4.33m；
B——截深，0.63m；
γ——煤的容重，1.36t/m3；
C——工作面回采率，0.95；
采煤机装机功率
装机功率包括截割电动机、牵引电动机、液压泵电动机、机载增压喷雾泵电动机等电机功率总和。
装机功率由下式估算：
P=Q×Hw=340×0.6=204kW
式中：
P——装机功率，kW；
Q——采煤机生产率，340t/h；
Hw——比能耗，一般0.6～0.75。
采煤机所需牵引力
据经验统计，采煤机牵引力一般为其装机功率数值的0.5～1倍。
根据上述计算结果，采煤机选用MG300/730－WD型无链电牵引采煤机，其主要技术参数如下：
采煤机技术特征表
煤层编号
型号
采高（m）
电机功率（kW）
滚筒直径（mm/个）
截深（mm）
牵引速度（m/min）
机面高度（mm）
重量（T）
8
MG300/730-WD
2.5-4.5
730
2200/2
630
0-7.7
1893
52
二、液压支架选型
1.支护强度计算
a.经验估算法（容重法）
q0=（6～8）×M×γ×9.8×cosα/1000
式中：
q0—支架支护强度，MPa；
6～8—安全系数；取6～8
M—最大采高，m；取M=4.86m
γ—煤层顶板岩石视密度，2.56～2.90t/m3；取γ=2.9t/m3
α—煤层倾角，°；取煤层倾角α=4°=0.07rad
则：
q0=（6～8）×4.86×2.9×9.8×cos（0.07）/1000
=0.83～1.1MPa
所选液压支架支护强度为：
q=q0•Kd
=0.91～1.2Mpa
式中：
q—液压支架计算支护强度，Mpa；
Kd—基本顶失稳时的动载系数，取Kd=1.1
b.按经验公式进行计算。
Ps=PKP{350+80（mB一1）}
其中：
Ps——支护强度，kN/m2
PKP—顶板系数，稳定顶板取：
1.5，极稳定顶板取：
2.0
mB—最大采高，取4.86m；
则按照稳定顶板计算：
Ps1=PKP{350+80（mB一1）}=1.5×{350+80×（4.86-1）}=0.98MPa
则按照极稳定顶板计算：
Ps2=PKP{350+80（mB一1）}=2×{350+80×（4.86-1）}=1.068MPa
根据煤矿顶板条件，取支护强度Ps=0.98MPa
综上所述工作面液压支架的支护强度应不小于0.91MPa。
2.支架工作阻力计算
根据支护强度、配套设备尺寸、支架顶梁长度和空顶距计算支架工作阻力如下：
P=（LK+LD）×B×p/η×103
=（3.7+0.34）×1.5×0.91/0.95×103
＝5805KN/架
式中：
B——支架中心距，B＝1.5m；
η——支护效率，由于立柱倾角较小，故取η1＝0.95
p—支架支护强度0.91MPa
LK—空顶距340mm
LD—顶梁长度3700mm
根据计算结果及我国行业标准中工作阻力系列，工作阻力选择6000KN。
3.液压支架高度确定
为适应煤层厚度变化，局部冒顶等情况，防止支架顶空倒架，保证支架发挥正常支护作用，按煤炭行业标准“液压支架设计规范”（MT/T556-1996）的规定选取支架的最大结构高度。
支架高度一般按下式计算
Hmax≥Mmax+S1
（1）
Hmin≤Mmin-S2
（2）
式中：
Hmax，Hmin－支架最大,最小结构高度，m；
Mmax，Mmin－工作面最大，最小采高，m；
S1－伪顶厚度或浮煤冒落厚度，取0.2-0.3m；
S2－顶板最大下沉量和支架前移时的最小可缩量，中厚、厚煤层取0.4m，薄煤层取0.3m。
工作面煤层厚度为3.7～4.86m，平均厚度为4.33m，最大采高Mmax为4.86m，最大结构高度Hmax为4.86m+0.2m=5.06m
支架最小结构高度Hmin的确定关键是满足支架立柱调高范围的要求。
并结合巷道运输等情况，支架结构高度范围确定为2.5m～5.0m。
综上所述液压支架型号推荐用ZY6000/25/50掩护式液压支架。
三、刮板输送机选型：
原则：
运输能力≥采煤机最大落煤能力
即：
Qm≥Ky×Kv×Kc×Qh
式中：
Qm——刮板输送机运输能力，t/h；
Kc—采煤机割煤速度不均匀系数，可取1.2；
Kv—考虑采煤机与刮板机逆向运动时的修正系数，取Kv＝1.05；
Ky—运输方向及倾角系数（见下表），工作面向下运煤，取Ky＝0.9
运输方向
不同工作面倾角的Ky值
5°～10°
>10°
向上
1.3
1.5
向下
0.9
0.7
则：
Qm＝1.2×1.05×0.9×875＝992t/h
因此刮板输送机每小时运输量不低于1000t/h，推荐选用SGZ764/400型，主要参数如下：
型号
SGZ764/400
运输能力
t/h
1000
铺设长度
m
160
链速
m/s
1.1
刮板链型式
中双链
电机功率
kw
2×200
槽内宽
mm
724
圆环链规格
mm
30*108－C
紧链方式
闸盘紧链兼伸缩机尾可微调
额定电压
V
1140
传动比
33.6
冷却方式
水冷
结构形式
整体铸钢
弯曲度
度
水平±1.1垂直±2
四、转载机选型：
按照刮板机的运输能力要求，选用SZZ764/200型刮板转载机，其主要技术参数为：
1
设计长度
30m
2.
输送量
1000t/h
3.
电机功率
200kW
4.
电压
660V/1140V
5
刮板链速
1.4m/s
6
圆环链规格
2-Φ30×108
7
刮板链型式
中双链
五、破碎机选型：
根据所选SZZ764/200型刮板转载的外形尺寸及其输送能力，选用PLM1000型轮式连续破碎机，其主要技术指标为：
1
破碎能力
1000t/h
2.
装机功率
110kW
3.
入料尺寸
700×700mm
4.
出料粒度
≤300mm
5
破碎形式
轮式
6
传动形式
电动机+皮带轮
六、高压乳化液泵站选型
根据移架速度对系统供液量的要求并考虑到高可靠性，泵站选用2台流量不小于315L/min的泵及一台水箱组成，一台工作一台备用。
选取BRW315/31.5型乳化液泵站可满足要求，其主要参数如下：
公称压力
31.5
Mpa
公称流量
315
L/min
电动机功率
200
kW
电压等级
1140
V
液箱容积：
2500
L
七、喷雾泵站选型：
根据工作面喷雾降尘及设备冷却的需要，工作面喷雾泵站选用1台流量不小于315L/min的喷雾泵及一台水箱组成。
选取BPW315/6.3型喷雾泵站，其主要参数要求如下：
公称压力
6.3
MPa
公称流量
315
L/min
电动机功率
45
kW
电压等级
1140
V
第三节液压支架设计
一、设计指导思想
1.在液压支架设计方面我公司一贯执行的原则——即：
标准符合性、安全可靠性、技术先进性、经济合理性。
2.支架试验标准按照《MT312-2000液压支架通用技术条件》执行。
3.运用计算机辅助设计手段对四连杆进行参数优化，受力分析和结构强度有限元分析，在保证可靠性条件下减轻支架重量。
4.吸收运用新的设计理念
1）设计理念上：
追求高可靠性设计，高性能配置，快速移架推进。
2）设计精细化：
结构设计布置细化合理，结构强度要求高，孔轴间隙、拼装间隙、平面度、加工精度等皆较高。
3）设计的人性化：
便于拆装、行人、起吊，外观流畅大方。
4）制造加工的一致性：
零部件结构尺寸一致性高，互换性强。
5）制造加工工艺特点：
a.结构件盖板整体性高，减小焊缝数量和应力集中；
b.结构件设计均以纵筋为主，横筋少，增加了焊缝的连续性，焊接工艺简单，减少了应力集中和焊接变形；
c.结构件焊缝间隙尽量小，提高焊缝的焊接质量和强度。
d.焊缝尺寸均匀饱满，表面光滑。
二、主要设计手段
在液压支架设计方面采用先进的设计理念，运用计算机手段，在支架制造以前完成设计计算—设计绘图—设计验证等一系列的工作，保证支架设计的合理性和性能的可靠性。
1.设计计算：
运用我公司成熟的OPT设计软件，对支架的各项性能参数进行优化选取，以达到最佳的运动参数和力学参数，并对危险断面进行安全系数校核。
2.设计绘图：
采用平面和三维相结合的方法，在运用PCCAD制图的同时运用美国软件SolidWorks进行三维建模，在计算机上对支架进行运动仿真和干涉检查，指导设计及时改进支架结构。
3.设计验证：
运用美国的有限元分析软件Simution，按MT312标准对支架进行模拟压架试验。
也可以按井下的恶劣工况进行计算机模拟加载实验分析，可以很直观地得到支架箱体及其内部任一剖面的应力、应变大小及分布情况，同时指导设计进行优化改进，保证最终设计的可靠性。
三、液压支架技术参数
项目
名称
参数
单位
液
压
支
架
型号：
ZY6000/25/50
支架型式：
两柱掩护式
支架高度：
2500～5000
mm
支架宽度：
1430～1600
mm
初撑力：
5066（Po=31.5MPa）
kN
工作阻力：
6000（P=37.3MPa）
kN
支护强度：
0.89～0.92
MPa
中心距:
1500
mm
泵站压力：
31.5
MPa
控制方式：
手动本架控制
支架重量：
≈24.3（以最终设计为准）
t
立
柱
型式
液压双伸缩
2根
一级缸缸径/柱径
Φ320/295
mm
二级缸缸径/柱径
Φ230/210
mm
初撑力
2533（Po=31.5MPa）
kN
工作阻力
3000（P=37.3MPa）
kN
推
移
千
斤
顶
型式
双作用液压缸
1根
缸径/杆径
Φ160/105
mm
行程
700
mm
移架力
633
kN
推溜力
356
kN
平
衡
千
斤
顶
型式
双作用液压缸
1根
缸径/杆径
Φ200/140
mm
行程
525
mm
推力
1330（Po=31.5MPa）
kN
拉力
677（P0=31.5MPa）
kN
侧
推
千
斤
顶
型式
双作用液压缸
4根
缸径/杆径
Φ100/70
mm
行程
180
mm
推力/拉力
246/126
kN
一
级
护
帮
型式
双作用液压缸
2根
缸径/杆径
Φ100/0
mm
行程
585
mm
工作阻力
298
kN
二
级
护
帮
型式
双作用液压缸
1根
缸径/杆径
Φ63/45
mm
行程
270
mm
工作阻力
118
kN
支架技术特征数据（KN，MPa）,摩擦系数=0.2;平衡千斤力=-677KN
工作高度（mm）
顶梁合力点距顶掩点距离（mm）
底座合力点距后连杆距离（mm）
支撑合力
支护强度
底座前端比压
底座后端比压
底座平均比压
5000
1069.82
1006.76
6313.4
0.9239
0.8814
3.4642
2.1728
4950
1077.2
1034.86
6265.7
0.9191
0.9986
3.3142
2.1564
4900
1083.62
1060.69
6224.7
0.915
1.1052
3.1794
2.1423
4850
1088.71
1083.24
6192.4
0.9117
1.1977
3.0646
2.1312
4800
1092.78
1103.2
6166.7
0.9091
1.2793
2.9653
2.1223
4750
1096.22
1121.49
6145.1
0.9069
1.3539
2.8758
2.1149
4700
1099.12
1138.33
6126.8
0.905
1.4225
2.7947
2.1086
4650
1101.45
1153.67
6112.2
0.9035
1.485
2.7221
2.1036
4600
1103.43
1168.04
6099.8
0.9021
1.5437
2.6549
2.0993
4550
1105.03
1181.4
6089.7
0.901
1.5984
2.5932
2.0958
4500
1106.39
1194.12
6081.2
0.9
1.6506
2.5352
2.0929
4450
1107.54
1206.3
6074
0.8991
1.7007
2.4801
2.0904
4400
1108.46
1217.93
6068.1
0.8984
1.7487
2.4281
2.0884
4350
1109.25
1229.22
6063.2
0.8978
1.7954
2.378
2.0867
4300
1109.91
1240.25
6059.1
0.8972
1.8412
2.3293
2.0853
4250
1110.43
1251.02
6055.7
0.8968
1.8861
2.2822
2.0841
4200
1110.88
1261.65
6052.9
0.8964
1.9305
2.2358
2.0832
4150
1111.25
1272.19
6050.6
0.8961
1.9746
2.1901
2.0823
4100
1111.55
1282.66
6048.7
0.8958
2.0186
2.1448
2.0817
4050
1111.81
1293.14
6047
0.8956
2.0626
2.0997
2.0811
4000
1112.04
1303.64
6045.6
0.8955
2.1068
2.0545
2.0806
3950
1112.25
1314.22
6044.3
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