掘进工作面选型设计.docx
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掘进工作面选型设计
辽宁工程技术大学
《采掘机械》综合训练
题目：
掘进工作面选型设计
班 级：
矿电11-3
姓 名：
刘龙涛
指导教师：
师建国
完成日期：
2015.01.09
目录
1掘进设备选型的基本原则１
2掘进设备的选型１
2.1掘进设备的选型原则１
2.2基本形式的选择２
2.2.1纵轴式３
2.2.2横轴式３
2.2.3悬臂不可伸缩式４
2.2.4悬臂可伸缩式４
2.3整机重量确定５
2.4功率的选择５
2.4.1切割功率５
2.4.2总装机功率的选择６
2.5功率密度６
2.6截割头转速６
2.7巷道条件７
2.8生产率７
2.9喷雾方式７
2.10可靠性和维修技术水平７
2.11掘进机型号与技术特征：
８
2.12巷道掘进工艺９
3配套方式与设备选择９
3.1对配套作业线的基本要求９
3.2运输配套方式选择９
3.2.2用半吊挂带式转载机和矿车配套１２
3.3通风除尘方式选择１２
3.4巷道支护配套选择１４
3.4.1临时支护形式１４
4掘进工作面配套设备１４
4.1掘进工作面配套设备技术参数１４
参考文献１５
综合训练任务书
1设计题目及设计条件
（1）掘进工作面设备选型设计
（2）设计条件
掘进巷道原始条件：
巷道类型
掘进
长度
（m）
掘进断面
（㎡）
截割
高度
（m）
截割
宽度
（m）
坚固性系数
掘进
坡度
（°）
接地比压
（MPa）
卧底深度
（mm）
双巷
1273
24.3
3.2
7.6
11
8
1.1
80
2设计任务及要求
（1）根据所给原始数据进行掘进设备选型的详细计算；
（2）编写掘进设备选型设计说明书；
（3）掘进设备配套关系图。
3进度安排
（1）熟悉设计任务，收集相关资料
（2）拟定设计方案
（3）绘制图纸
（4）编写说明书
（5）整理及答辩
4、成绩评定
成绩：
教师
日 期
1掘进设备选型的基本原则
综合机械化掘进工作面，除由掘进机、转载机和运输设备完成落、装、转、运作业外，还需要配置辅助运输设备，以便运输支护材料和其他器材。
为了创造一个良好的作业环境，需要设置通风和除尘设备，此外，还需要配备相应的供电和控制设备。
为了实现安全生产，需要安设瓦斯断电仪等必要的安全装置。
因此，根据综合机械化掘进工作面的地质条件和掘进工艺，对配套的单机进行合理选择并组成综合机械化掘进成套设备不仅十分必要，而且还可以为取得良好的技术、经济效益创造有利的条件。
为了提高综合机械化掘进成套设备的可靠性，保证配套单机的最佳工况和协调工作，设备配套应遵循以下原则:
（1）配套单机的主要技术特征和参数必须满足掘进巷道的地质条件及巷道掘进工艺的要求。
（2）综合机械化掘进成套设备的综合生产能力，应以掘进机的生产能力为主要依据（掘进机的掘进速度经常受支护和转运设备的影响而不能连续工作），其他配套设备（桥式转载机、可伸缩带式输送机）的生产能力应稍高于掘进机的生产能力，但过高或偏低都会影响整套设备的协调工作。
（3）选择掘进机时，应把满足巷道断面和所截割煤岩硬度的要求作为主要依据。
2掘进设备的选型
2.1掘进设备的选型原则
选择掘进机时应以满足巷道断面和巷道地质条件要求作为主要依据
（1）根据巷道断面积选型本次设计的掘进断面面积为21.8m²。
巷道断面积大小基本决定了机型的尺寸大小和重量，机型的选择应满足下式：
式中：
—机型可掘最小断面；
—机型可掘最大断面；
—巷道断面；
应当说每一种机型都在一定的巷道断面积范围内适应，但更应考虑最佳的巷道断面积。
如：
AM50可掘巷道断面为6-18.1m²而当截割6-13m²左右的巷道时，机器左右调动最少，掘进效率最高。
（2）巷道地质条件
1）底板条件
目前掘进机履带接地比压在45-180KPa范围，根据巷道底板坚硬情况在上述范围内选机型,对于小于70KPa以下的松软底板,应向制造厂说明，否则将引起行车阻力过大等不良后果。
本次设计要根据掘进机履带接地比压在1.9MPa以下选择机型。
2）煤岩特征
煤岩类型和坚固性系数是决定机型和截割头特征的又一个重要参数。
我国煤矿巷道分煤巷、半煤岩和全岩巷道。
从坚固性系数与机型的关系来看，f≤5时，选用煤巷部分断面掘进机，5≤f≤10时，选用半煤岩部分断面掘进机，f≥10时，选用岩巷部分断面掘进机或全断面掘进机或钻爆法。
本次设计f=11,所以掘进机类型选用岩巷部分断面掘进机或者全断面掘进机或钻爆法。
3）巷道弯曲情况
根据巷道的弯曲情况选型掘进机的原则：
巷道的弯曲半径必须与所选机型能达到的转弯半径相吻合。
（3）其他还应考虑生产能力对机器的要求，以及配件供应，维修能力，职工素质等因素。
2.2基本形式的选择
现代掘进机，按其工作机构的不同有摆动式、悬臂式、钻削式三种。
而巷道掘进机大都为其有悬臂结构的部分断面掘进机。
它主要由切割机构、装载机构、转运机构、行走机构、及液压和电气系统组成。
典型结构见图1。
各机构分别宽成巷道扭进的主要工序，即破碎煤岩、装载并转运至运输设备上、随巷道掘进移动整套掘进设备等。
在各机构中，切割机构对整机性能影响最大，也是各种机型主要区别之所在。
常见的切割机构有：
图1掘进机的典型结构
1一切割悬臂，2一回转台，3一装载铲板，4一转载机，
5一履带行走机机，6一电控箱，7一中间输送机，8一液压装置。
2.2.1纵轴式
纵轴式切割机构切割头的轴线与悬臂轴线相重合，如图2所示。
图2纵轴式切割机构
1一切割头，2一切割悬臂
它的特点是：
传动方式简单，切割头钻逆较易，巷道断面形状不受限制，可开柱窝、挖水沟、操作简单等。
但其排屑困难，切割头受力不合理，当机器重量轻时，工作中振动较大。
其截割头多为柱体和锥体，截齿多为径向安装的扁截齿，主要用来破碎岩体。
安装镐形截齿的滚筒和截割头则主要用来截割煤体。
2.2.2横轴式
横轴式截割机构的轴线，垂直于悬臂的轴线，如图3所示。
其特点是：
为表面截割，可充分利用煤岩体表层的压张效应，截割阻力小，排屑也较有利，切割反力可被机体自重所平衡，机器振动较小，稳定性也较好，操作不方便，切割断面的形状受到限制。
图3横轴式切割机构
l一切割头，2一切割悬臂
切割头形状多为双半球体，多采用切向安装的镐形截齿，可用来破碎煤体或半煤岩体。
切割悬臂是否可伸缩又有：
2.2.3悬臂不可伸缩式
切割悬臂为一长度不可改变的刚性结构。
切割头在刚开始工作时是借助于行走机构推力钻入煤壁。
该种结构的特点：
（1）切割机构的结构简单。
（2）切割头钻煤岩壁的阻力较大，履带易打滑加剧磨损，且要频繁开动履带。
（3）不能利用切割头挖水沟和开柱窝。
2.2.4悬臂可伸缩式
工作时，悬臂的长度可以改变。
开始工作时，切割头借助工作臂的伸缩钻入煤岩，不需要开动履带行走机构。
其特点为：
（1）减少履带行走机构的升动次数，延长了行走机构的使用寿命。
（2）对掘进巷道的形状没有限制，可利用切割头开水沟和挖柱窝。
（3）便于检查引更换截齿，也可以及时支护巷道。
（4）截割硬度较大的煤岩时，掘进机（尤其是轻型掘进机）振动比较历害。
可见，悬臂可伸缩式的掘进机具有较多的优点，因而获得了较多的应用。
从目前的使用情况来看，可伸缩的纵轴式掘进机一般用来截截值较低（小于4）的煤巷或半煤岩巷，可充挥发挥其诸多优点，避免产生较强的振动，当f值较高（大于6）时，则多采用横轴式切刮机构的机型，以减少振动和故障的发生率，延长机器的大修周期和使用寿命。
现代悬臂式掘进机分类方法有两种:
一是按用途分类，切割煤岩硬度f<4的叫煤巷掘进机，切割煤岩硬度f>4的叫半煤岩掘进机.切割硬度J>8的岩巷掘进机。
二是按工作机构破落煤岩的方式不同，分为纵轴式掘进机和横轴式掘进机两类。
由于本次设计此大巷的煤岩坚固性系数f=11，故选用横轴式岩巷掘进机。
2.3整机重量确定
掘进机的重量是其一项重要的经济和性能指标，影响到机器的稳定性和工作时振动的大小。
主要应根据巷道断面和巷道长度加以选择：
（1）巷道断面为4～6m，长度不小于200m时，机器重量应小于15t。
（2）巷道断面为6～12m，长度不小于300m时，机器量应大于15t。
（3）巷道断面为10-20m，长度不小于600m对，机器重量应大于20t。
此外，机器的重量也和装机功率有关。
装机功率越大，机器的重量也就越大。
由于本次设计此大巷断面面积为21.8m²，掘进长度为1335m。
故机器重量应大于20t。
2.4功率的选择
掘进机的功率参数主要有切割功率和装机功率。
2.4.1切割功率
掘进机的切割功率是指截割机构电动机的功率，是掘进机生产能力的重要标志。
影响功率的主要因素有：
煤岩的硬度、构成、粘结性、研磨性节理和层理的发育状况等。
由于煤岩的物理机机械性能复杂多变，影响截割过程的因素较多，故对切割过程的功率消耗至今尚未有利学的计算方法。
选型时，可根据所要切割的煤岩硬度加以选择：
（1）对于f值小于4的煤岩，可选用切割功率小于50kw的机型。
（2）对于f值为4～6的煤，可选用切割功率为50-100kw的机型。
（3）对于f值为6～8，可选用切割功率在100-160kw的机型。
本次设计f值为11，大于6～8，初选掘进机切割功率200KW-350KW。
2.4.2总装机功率的选择
现代掘进机大多采用分部驱动的传动方式，以减化传动系统的结构，缩短传动链，提高传动效率。
总装机功率即是攒工作机构、装载机构、转运机构、行走机构强液压系统中所有电动机功率的总和。
为使各部有足够的驱动功率又不致于造成功率的浪费，从现有机型前使用效果来看，总装机功率和切割功率的比值在下列范围内较为合适。
（1）切割功率小于60kw时，总装机功率和切割功率的比值应控制在1.8～2.2之间。
（2）切割功率在60～100kw之间时，总装机功率和切割功率的比值应控制1.4～1.7之间。
影响总装机功率的因素较多，使其变化范围较大，在满足使用要求的前提下，应取较小值。
则由于所选切割部功率为200kw-350KW，即取总装机功率280kw-490KW。
2.5功率密度
掘进机的功率密度是指总装机功率和机器总重的比值，可以作为评价掘进机技术经济性的一项重要指标。
可掘煤岩硬度、巷道断面大小及巷道长度相同或相近的情况下，应优先选用功率密度能较大的机型。
但此值也不能过大，否则会影响机器工作时的稳定性，加剧机器的振动。
其限制值为：
（1）切割功率小干100kw时，功率密度值小于7。
（2）切割功率小于60kw时，功率密度值应小于5。
要说明的是，功率密度并不是掘进机技术参数中的一项指标。
因掘进机的总装机功率和整机重量对其技术经济性能有较大影响，而功率密度则综台考虑了这两方面的影响，所以应该加以考察。
2.6截割头转速
采用较低的截割头转速可以提高输出扭矩，增大截割力，降低切割煤岩体的单位比能耗，减少粉尘的产生。
所以掘进机的切割头转速、和采煤机一样，也有低速化的趋势，实验表明：
掘进机截割头的转速在每分钟20～30转之间较为合适。
现有机型的转速大都在每分钟40-80转之间。
所以，在满足其它要求的前提下应优先选用具有较低截割头转速的机型。
最好是选用刷具有两种截割头转速的机型。
适应不同煤岩硬度的需要。
高速用于破碎较软的煤岩体，低速用于破碎较硬的煤岩体。
2.7巷道条件
巷道条件包括坡度，弯曲程度、底板性质等。
所选用的掘进机必须和巷道条件相适应。
为此，必须满足：
（1）掘进机的爬坡能力应大于巷道坡度。
（2）掘进机的可通过曲率半径应小于巷道的弯曲半径，否则，无法通过。
（3）履带的接地比压应小于底板的许用比压。
最好是选用接地比压较小的宽履带，以增强对松软底板的适应能力和爬坡能力。
2.8生产率
一般的掘进机技术特征中给出的都是技术（理论）生产率，它是指单位时间内工作机构所能破落的煤岩量。
技术生产率的高低，应能满足生产的要求。
技术生产率的发挥同管理水平、操作水平、配套方式等有密切关系，就现有机型的使用情况来看：
一般情况下，掘进机的技术生产率都得不到充分的发挥。
生产率越高，掘进机的装机功率、体积、重量、价格也就越高，所在选型时不应只一味地追求生产率的高低，也就是说，选型时，不应把生产率作为决定性指标。
2.9喷雾方式
掘进机本身所采用的喷雾方式有内、外两种。
内喷雾的降尘效果好耗水量少并兼有对截齿的冷却作用，应优先选用。
为提高降尘效果，所以本次设计可选用内、外喷雾相结合的机型,也可直接按照所选取的喷雾系统。
2.10可靠性和维修技术水平
（1）要求掘进机在3至4年内不上井大修，因此要选用可靠性高也即故障率低的机型。
机器的技术特征中并没有可靠性指标，应在充分的调研之后选用故障率低并具有完善保护装置的机型。
（2）应优先选用本矿区有能力进行维修的机型。
要求所选择的机型具有结构简单、拆装方便、维修容易的特点。
机器中最容易出问题的是各传动部，从目前的使用情况看：
有全部采用电动机一减速器传动的机型（如AM一50型），也有采用电动机一泵一马达（减速器）传动的机型，其中以电动机一减速器传动的机型，比较适合目前的维修技术水平，故障率也较低。
值得强调的是：
在选择机型时，不应一味地追求技术的先进性，而应考虑到现有的管理、使用和维修水平，以免造成不必要的浪费。
以上对掘进机型式选择中的几个主要方面分别进行了阐述。
由于巷道条件多变，影响选型的因素较多，很难给出一个综合的选型指标。
一般地说，应先根据所要切割的煤岩硬度，巷道断面的大小和长度确定掘进机的功率和重量的大致范围，再考察在此范围内各种机型的工作机构型式、功率密度、切割头转速、坡能力、比压大小．技术生产率，可通过弯曲半径，喷雾方式，可靠性和维修技术水平等，在各方面不能兼顾时，应抓住主要矛盾，选择出能适应本矿区条件，满足生产要求，价格较低，能耗较少，易于维修，故障率低的机型。
2.11掘进机型号与技术特征：
由于截割宽度较大可以分为两次，此大巷可选EBH200横轴式掘进机，其技术参数如表2-1。
表2-1EBH200悬臂式掘进机技术参数
机重（t）
58
机长（m）
10.33
机宽（m）
3.6/3
机高（m）
1.8
最大截割高度（m）
4.45
最大截割宽度（m）
6.21
截割功率（kw）
200
装机总功率（kw）
290
卧底深度（mm）
190
供电电压
AC1140V-50HZ
切割轴形式
横轴式
技术生产能力（m3/h）
240
行走速度（m/min）
6.4/2.9
接地比压（Mpa）
0.14
除尘形式
外喷雾方式
外来水量（L/min）
100
爬坡能力
16°
外喷雾水压力（Mpa）
1.5
2.12巷道掘进工艺
目前国内外采用最多的是部分断面掘进机，这种掘进机比较灵活，可使煤岩分掘。
根据已知原始参数的巷道地质条件，接地比压适合选用掘进机，根据煤岩坚固性截割硬度，选用EBH200横轴式掘进机。
掘进机截割程序如2-4所示，半煤岩工作面，先软后硬。
沿煤岩分界线的煤侧钻进开切，沿线掏槽。
图2-4掘进机截割煤岩程序
3配套方式与设备选择
以掘进机为主要设备所组成的掘进机械化作业线就是要在一条作业线上使掘进、运输、通风等设备配套成龙，形成一条相互配台、高效、连续、均衡的生产线生产线中各设备配套的好坏直接影响到掘进机生产率的发挥，所以掘进机配套方式是否合理也是机掘作业中的个十分重要的方面，应给予高度重视，可以说，机型选得再好，若配套不当，也不能发挥应有的效益。
3.1对配套作业线的基本要求
（1）应最大限度地发挥作业线上各种机械设备的生产能力。
（2）尽量减少工作面作业人员，改善劳动环境，降低劳动强废。
（3）能保证稳定的高速度，高效率指标。
掘进机的配套主要包括运输、通风除尘，巷道支护等方面，下面分别阐述。
3.2运输配套方式选择
为把掘进机破落的煤岩运出工作面，必须选用合适的运输设备和掘进机配套。
常用的主要有带式输送机配套和刮板输送机配套两种方式。
3.2.1与可伸缩胶带运输机配套
此种配套方式主要用于大型煤矿连续掘进独头巷道长度大于800m的顺槽机掘的后配套。
布置方式及胶带延长顺序见图3-1：
（I）
（II）
（III）
图3-1胶带延长顺序
1一桥式转载机，2一外段胶带输送机尾部；3一可伸缩胶带输送机的中间架
可伸缩带式输送机的胶带宽度一般为800mm，以与安装在顺槽中的永久胶带宽度保持一致。
胶带的储存长度一般为50—100m，外段胶带输送机的尾部长度，必须延伸至12～15m．以满足桥式转载机搭接长度的要求。
延长胶带顺序为：
（1）当工作面掘进到转载机胶带的最大搭接长度后，将掘进机后退，并使其机尾和可伸缩胶带机的尾部联接，同时将外段胶带输送机的尾部与中间架部分的联接装置脱开如图3-1（I）（II）所示。
（2）掘进机前进，将外段胶带机尾部拖前12～15m，使外段胶带机尾部与中间架之间，留出12～15m的自由空间，如图3-1（III）所示。
（3）在自由空间组装中间架。
常用的可伸缩胶带输送机的型号有：
SJ-44，SJ-80，SD-80．SDJ-150，SD-150等。
使用较多的与可伸缩胶带机配套的转载机型号有SDZQ-11，SDZB-6，ZS-650，QZP-160。
转载机的机头直接连在掘进机机尾上，当转载机后配可伸缩胶带机时。
机尾支撑小车骑坐在胶带机机尾两侧的轨道上，其搭接长度可以调整。
典型结构见图3-2。
图3-2QZP-160型桥式胶带转载机
l一机头，2一机身，3一中身，4一机尾，5一支撑小车。
转载机与掘进机的连接形式主要有以下两类：
（4）转载机与掘进机的刮极输送机连接，见图3-3。
图3-3转载机与捌进机的刮板输送机连接图3-4转载机与掘进机机操连接
l一掘进机，2一转载机，3一连接耳檄1一掘进机，2一转载机，3一连接件
（5）转载机与掘进机的机架连接，见图3-4。
此种配套方式其主要优点：
可在实现矸石连续运输，减少煤、矸转运停歇时间，能充分反映掘进机的生产效率，切割、装载、运输生产能力大，掘进速度快；上胶带出矸，下胶带运料，可做到一机多用，减少辅助运料系统，特别是在巷道跨度较小的情况下，这一优点更为明显；胶带延长速度快，并能利用缩胶带接长时间进行永久支架安设工作，有效地利用掘进循环时间。
其主要缺点：
该套方案投资比较大，连续掘进的独头巷道长度小于800m的条件下，它的高速度、高工效不能最好的发挥。
3.2.2用半吊挂带式转载机和矿车配套
此种方式主要用于掘进宽度小于3m，围岩顶板破碎，需要大型钢材做永久支护的巷道。
布置方式见图3-6。
图3-6用半吊挂转载机与矿车配套
为了提高掘进效率和增加设备的纯机动时间，而采用了长度较大的半吊挂可弯曲胶带转载机，一次调车可达8—10个矿车。
转载机的一端可与掘进机联接，另一端吊挂在巷道顶板的工字钢单轨上。
转载机下部可存放一定数量的矿车，同时可随掘进机前移。
该配套方式的主要优点：
适应断面较小，地压较大且以金属材料作为永久支护的小型煤矿。
该方案的主要缺点：
掘进机工时利用率低，不能连续装载，掘进速度受影响，永久支架的安装质量要求比较严格，辅助工程量较大。
3.2.3梭车配套
该配套方式由掘进机、梭式矿车和牵引电机车等几部分组成。
掘进机切割下来的煤矸经装运机构、胶带转载机卸载于梭车内，然后和防爆电机车拉至卸载地点卸载。
该配套方式的主要优点：
工序衔接比较灵活，适用于不同弯角变化的巷道，梭车可以按实际需要穿套搭接，把工作效能提高到最大。
该配套方式的主要缺点：
不能连续装载，只适用于装卸地点运输距离较短的条件，并且井下必须具有卸载仓。
根据所给的原始数据及以上的选择原则，运输配套方式选择与可伸缩胶带运输机配套。
可伸缩胶带输送机的型号为SD-80，胶带机配套的转载机型号为QZP-160。
3.3通风除尘方式选择
通风除尘的好坏，关系到工作面劳动条件的改善和生产的安全，是实现连续生产的保障。
3.3.1通风的方式
通风的方式有压入式、抽出式和混台式三种。
实践证明，混合式通风具有较好的除尘效果。
所谓混合式通风就是一条巷道中同时使用压入式和抽出式通风，它能够克服抽出式通风作用范围小、压入式通风污染范围大的缺点，而兼具两者的优点。
混合式通风按其布置方式有长压短抽、前压后抽和前抽后压三种。
机掘工作面采用长压短抽式通风，效果较好。
3.3.2长压短抽式通风
此种方式压入式通风为主，靠近工作面一端用辅助抽出式通风，其特点：
（1）大部分采用柔性风筒，成本低，安全性好。
（2）可以把风机和除尘装置安装在掘进机上，随机移动，就地除尘其布置方式见图3-7。
图3-7长压短抽式通风
l一压八式风筒，2一掘进机，3一除尘风机，4一抽出式风筒，5一转载机，6一外段腔带输送机尾部。
满足下列条件可取得最佳除尘效果：
（1）采用湿式除尘风机（scF一6型）。
（2）压入式风筒口距工作面迎头距高22m，除尘风机吸尘口距工作面迎头离3m。
机掘工作面应优先选用此种通风方式。
通风风量可按下式计算：
Q=60V-S（m／min）
（1）式中：
V一允许的最低风速；排岩尘时V≥0.15m／s，排煤尘时，V≥0.25m／s。
，稀释瓦斯时，V=0.5m／s。
S一掘进巷道断面m．压风量应大于抽出风量的20％
3.4巷道支护配套选择
巷道支护有临时支护形式和永久支护形式两种。
3.4.1临时支护形式
（1）锚杆支护：
在掘进机机身范围内根据顶板性质进行适当的支护。
（2）无腿棚子或木支柱支护t根据顶板性质，在掘进机机身范围内进行适当的支护。
木支柱主要用于局部大块岩石，无腿棚子主要用于支护层状大面积即将跨落的岩层。
3.4.2永久支护形式
永久支护形式有锚杆支护．金属支架和木支柱。
锚杆支护具有操作方便，材料运输量小的优点，比较适合于掘进机的后配套，应优先选用。
3.4.3机械化支护方式
采用人工运科和操作进行永久支护时，支护速度慢、效率低、劳动强度大尤其在使用金属支架作为永久支护的巷道中，将严重的影响掘进机的连续作业。
在整个循环中，支护工作往往要占70%～80%的时间。
因此，为了充分发挥掘进机连续工作的效率，必须采用与掘进机配套的，一次成巷的机械化支护方式，以提高支护速度，降低工人劳动强度。
目前，国外已研制出了多种支架安装机和架棚机，并在实践中取得了很好的使用效果，将机掘作业线的生产率提高50%以上。
4掘进工作面配套设备
影响掘进机后配套方式的主要因素有：
地质条件、巷道断面、采区布置办式及采区运输系统等。
在确定掘进机后配套方式时应从各方进行综台考
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