矿山机械课程设计报告书Word文档格式.docx
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参考文献·
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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
（1）综采工作面配套机械选型
（2）设计条件：
工作面长度150米；
倾角15°
；
煤层平均厚度2.5米；
顶板中等稳定；
截割阻抗A=230N／mm；
煤层的普式系数f=4。
2、任务和要求
（1）确定采煤机、刮板运输机、液压支架的型号和参数的验算。
（2）各设备匹配尺寸和参数的验算，完成一张综采设备之间的配套尺寸关系平面布置图。
二、选型的基本原则
1、采煤机
（1）采煤机必须满足煤层开采厚度和煤的切割阻力的需要，要与煤层的倾角向适应。
（2）采煤机以最小的电耗获得最大的采煤速度即生产能力，以获得最大的块度。
（3）要考虑与支架和运输机配套，与支架移置速度和运输机运煤能力适应。
（4）具有内外喷污灭尘装置以及防滑装置。
（5）机身所占空间较小，对薄煤层开采尤为重要。
2、运输机
（1）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
（2）运输机必须与采煤机能力相适应，要保证采煤机效能的发挥。
（3）要与支架和采煤机配套
（4）能在正常状态下随采煤机之后适当弯曲，并配有清扫浮煤装置，并使移置液压支架和拖动电缆方便。
3、液压支架
（1）要顶的住，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限制到最小程度。
（2）要移的走，它的结构形式和支护性能，要适应直接顶下部岩层冒落特点，尤其要注意顶板在暴露面尚未支护的情况下的破碎状态，要尽量保持该处顶板的稳定性。
支架底座要适应底板岩石抗压强度，以防底软而使支架陷入底板。
（3）要满足通风和行人的要求，以及要和运输机、采煤机配套。
第二章采煤机的选型
采煤机是综采工作面最主要的生产设备，应首先考虑煤层赋存条件和对生产能力的要求，以及与液压支架和刮板运输机的匹配要求。
一、初选采煤机
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=1.8～2.5的中等硬度煤层，可采用中等功率的采煤机，对粘性煤以及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和过煤采高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1.3米。
最小采高在0.65～0.8米时，只能采用爬底板式采煤机；
最小采高在0.70～0.90米时，可选用骑溜式采煤机。
（2）中厚煤层煤层厚度在1.3～3.5米。
根据煤的坚硬度等因素可选用中等功率的或大功率的采煤机。
（3）厚煤层煤层厚度在3.5米以上。
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工作指标。
是英语大采高的采煤机应具有调斜功能，一适应大采高工作面地质及开采条件的变化以及俯采、仰采的技术，此外由于落煤块度较大，采煤机和运输机应有大块煤机械破碎装置，以保证采煤机和运输机的正常工作。
（4）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。
根据设计原始条件：
煤层厚2.5米，倾角为15°
，以及煤层坚硬度3.5，确定选用采煤机的机型为EDW-450-L型采煤机。
二、采煤机的基本参数
1、采煤机的生产率
（1）理论生产率在给定条件下，以最大参数连续运行时的生产率，理论生产率的计算公式为：
Qt=60HBvqρ
式中H－是工作面平均采高，m；
B－为滚筒有效截深，m；
vq－为给定条件下可能的最大工作牵引速，m/min；
ρ－为煤的实体密度，取1.3～1.4，t/m3。
则Qt=60HBvqρ=60×
2.5×
0.85×
5×
1.3=828.75t/h
（2）技术生产率考虑根据循环图表而进行的辅助工作，入更换截齿开切口检查机器和排除故障所花费的时间后的生产率。
计算公式如下：
Q=QtK1
式中Q–技术生产率，t／h;
K1－采煤机技术上可能达到的连续工作系数，一般K1=0.5～0.7.
则Q=828.75×
0.6=497.25t/h
（3）实际生产率在实际使用中，考虑了工作中发生的所有类型的停机情况，如处理输送机和支架故障、处理顶底板事故等。
Qm=QK2
式中Qm–实际生产率，t/h;
K2–采煤机在实际工作中的连续工作系数，一般K2=0.6～0.65.
则Qm=QK2=497.25×
0.65=323.2125t/h。
2、滚筒直径
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
D＞1／2Hmax
则D＞1／2×
4.2=2.1m
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、2.6m。
故选择D=2.3m。
3、截深
截深是指一次截割深度，是由滚筒外缘到端盘外侧截齿齿尖的距离确定的，一般为0.6或0.63m；
薄煤层采煤机，由于牵引速度较低，为保持足够高的生产能力，截深一般在0.75～1m。
4、采高
采煤机及其配套的输送机选型后，其结构参数已定，为确保过煤高度大于250～300mm，并满足采高的要求，还应确定底托架的高度。
最大采高
Hmax=A-h/2+Lsinαmax+D/2
最大卧底量
Kmax=Lsinβmax+D/2-A+h/2
式中A-机身高度，m;
h-采煤机机身厚度，m；
L-摇臂长度，m；
α-摇臂向上摆角；
β-摇臂向下摆角。
5、牵引速度
牵引速度与截割电动机功率、牵引电动机功率、采煤机生产率的关系都近似成正比。
在采煤过程中，需要根据被破落煤的截割阻抗和工况条件变化，经常调节牵引速度大小。
牵引速度有两种，一种是截割时的牵引速度，一种是调动时的牵引速度。
前者由于截割阻力是随机的，变化较大，需要通过对牵引速度的调节来控制电动机的功率变化范围和大小，通过自动调速使电动机功率保持近似恒定或者防止过载；
后者为减少调动时间，增加截割时间，调速较高。
液压牵引采煤机截割时的牵引速度一般为5～6m/min，电牵引采煤机截割时的牵引速度一般都可达10～12m/min，最高牵引速度已达54.4m/min。
6、牵引力
采煤机的牵引力与装机容量关系密切，装机功率150kW时，牵引力为160～180kN；
装机功率300kW时，牵引力达250～300kN。
牵引力与牵引机构的刚度系数采煤机的质量摩擦系数牵引速度截割阻力及载荷的不均匀性机道形状等因素有关，很难精确计算，一般用经验公式确定。
P=（1.1～1.3）N
式中P-牵引力，kN；
N-装机容量的kW数。
7、装机容量
采煤机的装机容量是由生产能力决定的，生产能力为500～700t/h时，装机容量约600～750kW.国外一些采煤机的生产能力已达到1500～2000t/h，其装机容量也高达1100～1500kW。
采煤机的生产能力正比于采高，因此也可以根据采高估计装机容量的大小。
对于硬煤，装机功率应加大一倍。
三、确定采煤机型号
由上述各参数计算确定采煤机型号为EDW-450-L型采煤机，其性能参数如下表
采煤机示意图
EDW-450-L采煤机性能参数
装机总功率/kW
500
牵引速度（直流）/m·
min-1
0～8.5（10.5）
滚筒转速/r·
23/30,26/35,30/40
牵引力/kN
345～630
供电电压/V
1140,2300,3300
摇臂长度/mm
1960
滚筒直径/mm
1800～2300
滚筒截深/mm
850～1000
采高/m
2.2～4.5
卧底量/mm
240
机身高度/m
1.735
滚筒中心距/mm
900
机重/t
50
摇臂摆角（°
）
+63，-17
第三章液压支架的选型
一、确定架型
选择架型一般要根据给定的顶板条件结合各类支架对顶板的适应性来确定。
在具体选用时，可按表3-1进行。
该表总结了国内外液压支架使用经验基础上提出的，是选用支架的主要依据。
表3-1适应不同等级顶板的类型和支护强度
老顶级别
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
直接顶类别
1
支架类型
掩护式
支撑式
掩护或支撑掩护式
支撑掩护式
支撑或支撑掩护式
采高小于2.5m时
采高大于2.5m时
支架支护
强度
（Mpa）
采高
（m）
1234
0.294
0.343（0.245）
0.441（9.343）
0.539（0.441）
1.3×
0.441（0.343）
1.6×
0.343
0.441
0.539
>
2×
0.249
应结合深孔爆破，软化顶板等措施处理采空区
单体支柱
支护强度
0.147
0.245
按采空区处理方法确定
选择架型主要根据顶板条件,但同时还应考虑下列因素:
1、煤层厚度
根据我国煤层赋存的特点,当厚度超过2.5m,顶板有水平推力时,应选用抗水平强的支架,一般不宜选用支撑式支架.当煤层厚度在2.5～2.8m以上时,应选用带护帮装置的掩护式或支撑掩护式支架.当煤层厚度变化较大时,应选用调高范围大的支架.
2、煤层倾角
煤层倾角在10°
～15°
以上时,支架应有防滑和调架装置,当倾角超过18°
时,应同时具有防滑和防倒装置.
3、底板强度
支架底座的对底板接触比压应小于底板的允许比压,允许比压与底板的岩石性质有关,对于砂岩底板,其值一般为1.96～2.16MPa,软底板为0.98MPa左右.接触比压与具体支架有关,选型时应验算接触比压值.
4、瓦斯涌出量
对于瓦斯涌出量大的工作面,应优先选用通风断面大的支撑式和支撑掩护式支架.
5、地质构造
断层十分发育煤、层厚度变化大、顶板允许暴露面积和时间在5～8㎡和20min以下时,暂不宜采用综采设备.
6、设备成本
能同时允许使用几种架型时,应优先选用价格便宜的支架.在一般情况下,支撑式支架最轻,造价也最便宜.而支撑掩护式支架最重最贵.
此外,对于对于特定的开采要求,应选用特种支架.如厚煤层分层开采时选用铺网支架,冒落法开采时选用放顶煤支架,工作面端头支护选用端头支架,等等.
二、主要参数参数计算和型号确定
1、支护强度和工作阻力
⑴顶板所需的支护强度取决于顶板的等级和煤层厚度,支护强度可根据表3-1确定，还可以按下面的经验公式确定:
q=KHγ×
10－5（MPa）
式中K－作用于支架上顶板岩石厚度系数,一般取5～8;
H-为采高,m;
γ-顶板岩石密度，一般取2.3×
103kg/m3。
则q=6×
2.3×
103×
10－5=0.345MPa
⑵支架工作阻力P应满足顶板支护强度的要求，即支护工作阻力由支护强度和支护面积所决定。
P=qF×
103,kN
式中F-支架的支护面积,m3。
按下式计算：
F=（L+C）（B+K1）=（L+C）×
A，m2
式中L-为支架顶梁长度,m;
C为梁端距,m;
B为支架顶梁宽度,m;
K1为架间距,m.
A-支架中心距，m。
有效工作阻力与支架工作阻力的比值,称为支架的支撑效率η.支撑式支架的支撑效率为100%;
掩护式和支撑掩护式支架,由于顶梁与掩护梁铰接,立柱又斜撑,故支撑效率总是小于1,初选支架时可取80%左右.在考虑了支撑效率后,所需每架立柱的总工作阻力P应为:
P总=P/η,kN
2、初撑力
初撑力的大小是相对于工作阻力的而言，并与顶板的性质有关。
较大的初撑力可以使支架较快的达到工作阻力，防止顶板过早的离层，增加顶板的稳定性。
对于不稳定的中等稳定顶板，为了维护机道上方的顶板，应取较高的初撑力，约为工作阻力的80％；
对于稳定顶板，初撑力不宜过大，一般不低于工作阻力的60％，对于周期来压强烈的顶板，为了避免大面积跨落对工作面动载威胁，应取较高的初撑力，约为工作阻力的75％。
3、移架力和推溜力
移架力与支架结构、吨位、支撑高度、顶板状况等因素有关.一般薄煤层支架的移架力为100～150kN;
中厚煤层支架为150～300kN;
厚煤层支架为300～400kN.
推溜力一般为100～150kN。
4、支架调高范围
支架最大结构高度
Hmax=Mmax+S1，m
支架最小结构高度
Hmin=Mmin-S2，m
式中Mmax、Mmin―煤层最大,最小采高,m;
S1―伪顶冒落的最大厚度,一般取0.2～0.3m;
S2―顶板在周期来压时的最大下沉量,移架时支架的下降量,顶梁上及底座下的浮矸厚度之和,一般为0.25～0.35m.
则Hmax=3.2＋0.2＝3.4m
Hmin=2.2－0.35＝1.85m
支架伸缩比
Ks=Hmax/Hmin＝4.4／1.85=2.38
Ks反映了支架对煤层厚度变化的适应能力。
其值越大，支架对煤层厚度变化的适应能力就越强。
采用单伸缩立柱，ks不超过1.6；
若ks大于1.6，需加机械加长段或采用双伸缩立柱。
通常薄煤层支架的ks值为2.5～3.0；
中厚煤层支架ks值为1.4～1.6。
5、覆盖率
支架覆盖率是顶梁接触顶板的面积与支架面积之比值,即：
δ=BL/（L+C）（B+K）x100%
覆盖率应符合顶板性质的要求，一般不稳定顶板δ≮85%～95；
中等稳定顶板δ≮75%～85%；
稳定顶板δ≮60%～70%。
否则会引起冒顶。
6、底座的宽度
支架底座宽度一般为1.1～1.2m。
为提高横向稳定性和减小对地板比压，厚煤层支架，可加大到1.3m左右，放顶煤支架为1.3～1.4m。
底座中间安装推移装置的槽子宽度，与推移装置的结构和千斤顶缸径有关，一般为300～380㎜。
7、选择液压支架型号
由上面计算出的支架最大和最小结构高度和支护强度的数值。
选择合适的液压支架。
其参数如下表3-2：
液压支架示意图
表3-2支撑掩护式支架BC520-25/47参数
型号
支撑高度/m
工作阻力/kN
初撑力/kN
支护强度/Mpa
煤层倾角/（°
质量/t
ZY35B
1.70
～
3.50
3920
1842
0.715
≤25
10.88
三、支架布置台数
N=L/A
式中N―支架布置台数﹔台
L―工作面长度，m
A―一台支架支护宽度，通常为1.5m。
则N=150／1.5＝100台
第四章刮板运输机选型
一、运输能力
刮板输送机溜槽中刮板输送机是连续运输设备，其每小时运输能力为：
Q=3.6qvt/h
式中v-刮板链运行速度，m/s；
q-输送机上单位长度货载重量，kg/m。
刮板输送机工作时，货载沿溜槽连续均匀分布，被刮板链拖带而沿溜槽移动，所以q值溜槽中货载断面积有关
Q=1000F0γkg/m
式中F0-货载断面积，㎡
γ-货载的松散密度，t/㎡，对于煤炭γ=0.85～1.0。
刮板输送机装运货载的最大横断面积与六彩的结构形式与结构尺寸有关，还与松散煤的堆积角度有关。
考虑上述因素，刮板运输送机每小时输送能力为：
Q=3600FΨγvt/h
式中F-货载做大横断面积，㎡；
Ψ-货载的装满系数，一般取0。
75～0.9.
二、电动机功率
电动机功率
Nd=W0v/1000ηkW
式中W0–刮板输送机总牵引力，N；
η-传动装置效率，η=0.8～0.85。
对用于机械化采煤工作面与采煤机配合工作的可弯曲刮板输送机，其货载的装载长度随采煤机的移动而变化。
在这种情况下，输送机的电动机功率应按等效功率来计算，并验算电动机的启动能力与过载能力
Nd≈0.6√（Nmax）2+Nmin+（Nmin）2kW
式中Nmax-刮板输送机满载荷时，电动机最大功率；
Nmin-刮板输送机空载时，电动机最小功率。
刮板输送机电动机容量
N0=KdNd
式中Kd-备用系数，一般取Kd=1.15～1.20。
三、刮板链强度
为了保证刮板链工作的可靠性，必须以链条在工作中所能承受的最大张力验算其强度。
最大张力为最大静张力与动张力之和，动张力可按最大静张力的15％～20％计算。
刮板链的抗拉强度以安全系数K表示。
对于单链刮板输送机，应满足
K=Sp/1.2Smax≥3.5
对于双链刮板输送机，应满足
K=2Spλ/1.2Smax≥3.5
式中K-刮板链抗拉强度安全强度；
Sp-一条刮板链的破断拉力，N；
λ-双链负荷不均匀系数，对于模锻链λ=0.65，圆链λ=0.85。
四、确定刮板输送机型号
根据以上计算，选择刮板运输机的机型为重型刮板运输机SGZ-764/320W，其性能参数如表4-1所示
刮板运输机示意图
表4-1重型刮板运输机SGZ-764/320W性能参数
设计长度（m）
输送量（t/h）
破断拉力/kN
电动机功率/kW
链速（m/s）
链条规格/mm
中部槽宽/mm
重量/t
150
850
160
0.95
Φ26×
92
764
204
第五章转载机及胶带输送机的选型
一、转载机选型
由采煤机、液压支架、刮板输送机类型及其参数可选择合适的转载机，选择SZZ764/200型桥式转载机，其性能参数如表5-1
转载机示意图
表5-1SZZ764/200型转载机性能参数
系列型号
输送量
t/h
设计长度
m
中部槽内宽
mm
装机功率
kw
刮板链型式
SZZ764/200
1000
200
724
中双链
二、胶带输送机选型
由采煤机、液压支架、刮板输送机类型及其参数可选择合适的可伸缩胶带输送机，选择DSJ100/100/2×
160型或者DSJ120/100/2×
200型可伸缩胶带输送机，其性能参数如表5-2
胶带输送机示意图
表5-2DSJ100/100/2×
160（2×
200）型胶带输送机性能参数
产品型号
运量（t/h）
运距（m）
带宽（mm）
带速（m/s）
倾角（°
电机功率（kW）
传动滚筒（mm）
托锟直径（mm）
DSJ100/100/2×
1225
3.15
Φ830
Φ133
DSJ120/100/2×
1200
第六章配套验算
一、生产能力配套
生产能力配套的原则是：
工作面输送机的生产能力略大于采煤机的理论生产率，顺槽转载机和胶带输送机的生产能率应大于工作面输送机的生产率，否则采煤机割下的煤可能运不出去。
二、设备的空间尺寸配套关系
采煤机依靠工作面输送机导向并在其上移动，而工作面输送机与液压支架又互为支点移架和推溜，因此三者的尺寸应协调。
图6-1所示是三机配套尺寸的一般要求。
从安全角度考虑，工作面无立柱宽度R应尽可能减小，但它受到设备宽度的制约。
由6-1图可知：
R=B＋E＋W＋X＋d/2
式中B-截深，mm;
d-立柱外径，mm.
E-煤壁与馋煤板应留的空隙，一般取100～150mm;
W-工作面输送机的宽度，mm;
X-支架前柱与输送机电缆间的距离，一般取150～200mm;
为了减小无立柱空间宽度R，保证铲煤板端与煤壁间距离E及采煤机电缆拖移装置对准输送机的电缆槽。
采煤机的机身中心线相对于输送机中部槽中心线向煤壁方向偏移一个距离e，其大小随机型而定。
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