三机配套终极版.docx

1、三机配套终极版综采工作面配套设备选型设计任务书设计任务1)根据所给原始数据进行设备配套选型的详细计算2)编写综采设备配套选型设计的说明书3)工作面综采设备配套关系图原始数据及条件煤层厚度(M截割阻 抗A(N/mm)煤层 倾角( )顶板条件工作面 长度(M)设计 产量(万 吨/年)生产安排HmaxHmin老 顶直接顶2.42.0200102级U类110651、 一年工作日按300天计算2、实行四班工作 制，三班 采煤，一班准备，每 天生产时间为18小 时。综采工作面配套设备选型设计说书 第一章液压支架的选型 . 第二章滚筒采煤机的选型 第三章工作面可弯曲刮板输送机的选型 第四章工作面运输巷带式输

2、送机的选型 第五章采区负荷统计及变压器、电缆、开关的选型 第六章总结 第七章参考文献第一章液压支架的选型一、影响液压支架选型的因素影响液压支架选型的因滚主要是矿山地质条件，如顶、底板稳定性、煤 层厚度、煤层倾角、煤层赋存状况及瓦斯含量等，其中以煤层及顶，底扳稳定 性影响最大。1、 顶板稳定性顶板稳定性直接影响支架的架型支护强度，顶板岩性的不同.决定支架的架 型的型式，岩层载荷和顶板的稳定性主要影响支架支护强度和顶梁的结构型式。 一般讲：煤层顶板稳固平整，应选用支撑式支架；煤质松软、顶板破碎煤层，应 选用掩护式支架；而煤层顶板坚硬。则应选用支撑掩护式支架。2、 底板稳定性底板岩石的组成.结构及岩

3、石力学性质是支架选型不可忽视的另一重要条 件.底板的稳定性.对支架底座影响颇大.支架架型选取不当，会使支架陷入底 板，使移架困难。根据我国煤层底板岩石抗压强度。建议按表 1-1选型。表1-1不同底板条件下选用的架型岩石松软粘土岩页岩（或 松软煤）较软粘土岩页岩（或 松软煤）一般粘土岩砂页 岩、砂岩（或煤）抗压强度MPav 2.0 2.0 4.0应选架型掩护式液压支架式两柱支掩式掩护式支架支掩武支架支掩式及强力支撑四柱及强力支撑3、 煤层厚度煤层厚度主要影响支架支护强度，煤层厚度越大支护强度应越高，煤层厚度 大小及变化情况，又决定着支架的结构高度和伸缩范围。厚度超过2.5m，顶板有水平推力时，应

4、选用抗水平推力强的掩护式或者支 撑掩护式支架，一般不宜采用支撑式支架。厚度在 2.52.8m （软煤取上限，硬煤取下限）以上时，支架应带支护帮装置，当厚度较大时，支架应选用调高范围 较大的双伸缩立柱或者带机械加长杆的单伸缩立柱， 若为假顶分层开采， 应选用 掩护式支架。4、 煤层倾角煤层倾角主要影响支架稳定性， 煤层倾角大则易使支架发生倾倒、 下滑等现 象。必须采取防倒防滑措施。当倾角大于1015 （支撑式支架取下限，掩护式和支撑掩护式取上限） 时，应选用有防滑装置的支架。当倾角大于 18时，应选用防滑、防倒和调架 装置的支架。5、 煤层埋藏稳定性对于断层十分发育、断层落差大、煤层厚度变化过大

5、、顶板的允许暴露面 积小于58 m2,允许暴露时间在20min以下的工作面，暂时不宜使用液压支架。实践证明：煤层埋藏越平稳， 综采的效果越好。 断层及其性质对支架的使用 好坏起决定性的影响。若断层落差大，综采设备通不过，断层条数多，综采面搬 家次数多。6、 煤层瓦斯含量瓦斯含量大的煤层应采用通风断面大的支架。液压支架架型选择是否合适， 最终必然反映到经济效果上。 应尽量做到安全、 高效，而又能降低吨煤成本。 支撑式液压支架虽然价格便宜， 但使用性能远不如 掩护式和支撑掩护式液压支架优越。 因此：在可能情况下， 应优先选用掩护式和 支撑掩护式两种架型。除矿山地质条件外， 采矿技术条件， 如回采方

6、式，采面长度，采煤机械类型、 生产环节等因素对液压支架的造型也有一定的影响。二、煤层顶板及顶板分类 覆盖在煤层上的岩石，依次分为伪顶、直接顶、老顶，它们统称为煤层的顶 板。伪顶是紧贴在煤上极易冒落的较薄岩层， 通常在煤层被采下后随即冒落， 对 液压支架的选型一般没有影响。直接顶位于伪顶之上， 无伪顶时直接位于煤层之上， 通常是在移架或回柱后 随即冒落，直接顶下部 1.52 米厚的岩石叫直接顶下位岩石，它对架型的选择 有决定性的影响。1、直接顶分类我国将缓倾斜煤层回采工作面直接顶根据其稳定程度分为四类1） 、不稳定顶板：也称破碎顶板，这类顶板很易冒落。冒落后岩石能基本充 满采空区。泥质页岩，再生

7、顶板等属于这类顶板。2） 、中等稳定顶板：强度较高，但有大量节理裂隙，局部较完整，冒落后 不能充满采空区，一般在支护设备前移后随即冒落。砂质页岩，粉砂岩属予这 类顶板。3） 、稳定顶板：难于冒落，需支架帮助切顶。4） 、坚硬顶板：极难于冒落，采后需强制放顶，砂岩，坚硬砂质页岩等属于 这后两类。表1-2 直接顶分类类别指标1234不稳定顶板中等稳定 顶板稳定顶板坚硬顶板主 要 指 标强度指数D120无直接顶层厚在25米以上，岩石 单向抗压强度6080MPa节理裂隙间距和分层 厚大于1米的整 体岩层。参考指标直接顶初次跨落步距L：（M252、基本顶分级基本顶位于直接顶之上，顶板分级主要由直接顶厚度

8、刀h与采高H之比值N 来决定，再参考老顶初次来压步距 L2，N的意义是指冒落带充满采空区的程度， L2是指工作面初次切顶线到开切眼煤壁之间老顶悬露的长度。老顶周期来压的强弱，对确定支架的吨位即支护强度有决定性影响， N越 大L2越小，说明老顶周期来压不明显，作用在支架上的载荷小而稳定， 支架的 支护强度不需要很大，相反，N越小，L2越大，老顶周期来压就越强烈，作用在支架上的载荷就越大且有冲击，支架的支护强度就要求比较高。根据 N和L2值老顶被分为四级。见表1-4。表1-4老顶分级级别InIV周期来压不明显明显强烈极强烈指标N3 50.3NW 3 5L =25 50(M)0.350(M)N 0.

9、3Li =25 50(M)N50(M)三、液压支架的选型液压支的选型，包括选择支架的架型，支架的结构参数和支架强度的确定。1、架型的选择液压支架根据对顶板的支护方式和结构特点不同，可分为支撑式、掩护式、 支撑掩护式三种基本型式。支撑式支架顶梁长，立柱多，且垂直支撑，工作阻力大，切顶能力强通风 断面大，后部有简单的挡矸装置，架间不撑紧，对顶板不密封，它适用于稳定或 坚硬以上直接顶和周期来压明显或强烈的老顶条件。掩护式支架有宽大的掩护梁可挡住采空区冒落的矸石， 它的顶梁较短，支柱少且倾斜支撑，架间密封，支架工作阻力较小，切顶能力差，但由于顶梁较短控 顶面积小，支护强度不一定小，它适用于不稳定和中等

10、稳定直接顶条件。支撑掩护式支架兼有支撑式和掩护式支架结构特点，顶梁较长，立柱较多，呈垂直或倾角较小倾斜支撑，故工作阻力大，切顶能力强，具有掩护梁架间密封， 挡矸掩护性能好。它适用稳定以下各类顶板，有取代支撑式支架的趋势，但它的 结构复杂，重量较大，价钱较高。当工作面直接顶类别，老顶级别已确定经过分析论证后，可按表1-4选择支 架型式。表1-4适应不同类级顶板的架型及支护强度老顶级别In出V直接顶类别12312312344架型掩护式掩 护 式:支 撑 式掩 屛式奄护式，支 撑掩护式支:撑;式:支 撑 掩 护 式支 撑 掩 护 式掩护式，支撑掩护式掩护 式，支 撑掩护 式采咼2.5m支撑式，采高2

11、.5m支撑掩护式支架支护强度/.MPa采高（米）10.31.3 X 0.31.6 X 0.302 X 0.30结合深孔 爆破，软化 顶板等措 施处理采 空区20.35(0.25)1.3 X 0.35(0.25)1.6 X 0.352 X 0.3530.45(0.35)1.3 X 0.45(0.35)1.6 X 0.452 X 0.4540.55(0.45)1.3 X 0.55(0.45)1.6 X 0.552 X 0.55使用表1-5时，还应注意下列因素：1、 煤层厚度大于2.5米，顶板有侧向推力时，一般不宜采用支撑式支架，煤层 厚度在2.52.8米以上时，应选用带护帮装置的掩护式或支撑掩护式

12、支架，煤 层厚度变化大时应采用调高范围大的双伸缩支柱。2、 煤层烦角在101 5 （支撑式支架取下限，掩护式取上限）以上时，支架应 有可靠的防滑防倒装置。3、 底板强度、支架对底板比压应小于底板岩石允许抗压强度。4、 瓦斯含量，瓦斯涌出量大的工作面，应优先选用通风断面大的支撑式或支撑 掩护式支架。5、 地质构造、断层发育、煤层厚度变化大，顶板允许暴露时间和面积分别为 20 分钟以下和58m时，暂不宜米用综米设备。6设备成本，能同时允许选用不同架型时，应优先选用价格便宜的支架。另外，表1-4中的支护强度是指单位面积上的支撑力大小， 括号内数字是 掩护式支护强度；但允许有 5%的波动范：1.3，1

13、.6，2分别为I、U、W级 老顶比1级老顶的增压倍数，W级老顶由于地质条件变化较大，只给出最低限 2，具体数字应根据实际情况确定，单体液压支柱的支护密度，可用表中的支 护强度除以工作阻力计算。表中采高系最大采高，具体采高下的支护强度可用插值法计算。2、 液压支架结构参数的确定液压支架的结构参数，主要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（或采高）和采区范国内地质条的变化等因 素来确定。其选择的原则时：在最大采高时，液压支架应能 顶得住”在最小采高时，支架能过得去”支架最大结构高度H max和最小结构高度H min，具体 由下面经验公式计算：H max =

14、 h max+a=2.4+0.2 =2.6（m）Hmin = hmin-S2-b-c=2.0-0.15-0.05-0.05=1.75（m）式中,Hmax , Hmin :煤层最大米高和最小米高，m （已知）；a :考虑伪顶，煤皮冒落后，支架仍有可靠初撑力所需要的支撑高度 的的补偿量；一般取0.20.3m，中厚煤层取小值，厚煤层取大 值，薄煤层适当减小。S2最大控顶距处顶板下沉量，一般取 0.10.2m。b:支架卸载前移时，最小可伸缩量，一般取 0.05m；c：支架顶梁上留存的浮煤和碎矸石厚度，一般取 0.05m；3、 支架支护强度的确定.支架支护强度Q：支架单位支护面积上的支撑力。它是衡量液压

15、支架性能的 一个重要参数，可由下列方法确定；1）按经验公式估算q=KH怒 10-2 MPaq=8X 2.4 x 2.5 x 10-2 =0.48 MPa式中：K 作用于支架上的顶板岩石厚度系数，一般取 4 8;顶板较好时、周期来压不明显时，取低值，否则取高值；日本取5,苏联取6 9； 英国取5 7;我国中厚煤层取68；H 最大采高， m ；R 岩石容重，一般取 2.5t/m3。液压支架的伸缩比液压支架的伸缩比Ks定义为支架最大支撑高度和支架最小支撑高度之比，它反映 了支架对采高的适应能力。Ks= H max/ Hmin=2.4/2.0=1.2支架支撑顶板的有效工作阻力Q=qFXlO3 KN故工

16、作阻力Q=qFX 103=0.48X5.71 X 103 =2740.8(KN)。上式 F 为支架的支护面积， m2F=(L+C)(B+K) m2L:支架顶梁长度，mC:梁端距，mB:支架顶梁宽度，mK: 架间距， m选定液压支架为 ZZ4000/17/35 的支护面积为 5.71m2。2)直接查表选取根据顶板条件和煤层厚度，直接由表 1-4 中查取。 根据顶板条件和煤层厚度选取支架支撑掩护式满足工作面支护强度。4、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， 从液压支架产 品目录中选择合适液压支架的型号，并列出支架规格和主要技术参数表 支撑掩护式支架该机具有支撑效率

17、高， 切顶换能力强， 支架稳定性好的特点。 采 用分体顶梁铰接前梁形式，切顶效果好， 便于运输。采用前后双连杆形式，可减 少支架重量改善底板比压的平均分布和前端比压。 综合以上数据， 初步选定液压 支架型号 ZZ4000/17/35ZZ400CK17 / 35液压支架技术参数总体型式支撑掩护式支撑高度1.7-3.5m支护宽度1.43-1.60m工作阻力4000KN P=31.5 MPa初撑力3141.6KN P=25 MPa中心距1.5m支护面积5.71m2支护强度0.72MPa底座面积2.428m2最小外形尺寸5500X 1420X 1700mm支架重量10180Kg立柱缸径 200mm活柱

18、直径 185mm活柱仃程930mm加长杆直径 157mm初撑力785KN P=28MPa降柱力113.33KN P=28MPa工作阻力1000KN P=31.5MPa短柱缸径 140mm杆径 105mm仃程140mm初撑力384.65KN P=28MPa拉力168.28KN P=28MPa工作阻力584.67KN P=38MPa前梁端部初撑力76.93KN前梁端部最大工作阻力116.93KN前梁摆角向上15 向下19 推移千斤顶缸径 140mm杆径 85mm仃程700mm推溜力242.86KN P=28MPa拉架力384KN P=28MPa侧推千斤顶缸径 63mm杆径 45mm仃程170mm推

19、力77.89KN P=28MPa拉力38.15KN P=28MPa护帮千斤顶缸径 80mm杆径 45mm仃程350mm工作阻力147.71KN P=22.4=1.248米，采高小时取大 值 D=0.62.4=1.44米。单滚筒采煤机滚筒直径选择时 为了防止滚筒在顶板下沉时被夹住而截割岩 石，直径 D= H min-(0.10.2) =2.0-(0.10.2)=1.81.9米，采煤机的滚筒已经系列 化，可选用与计算值相近的标准滚筒，以降低制造成本。2、截深的选择滚筒截深是采煤机工作机构截入煤璧的深度， 是影响采煤机装机功率及生产 率的主要因素，决定截深时应充分考虑煤层的压张效应，截割阻抗 (截齿

20、截割单位切屑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 定性等。另外：为了管理顶板方便，截深应等于液压支架的推移步距。 中厚煤层截深可取 0.60.8 米，若顶扳稳定，截割阻抗小可适当加大。 厚煤层为了减轻煤壁片帮， 减轻液压支架载荷和避免煤从运输机溢出， 截深宜小， 可取 0.5 米左右。薄煤层由于工人行走困难， 牵引速度比较低。 为了保证大的生产率截深可取 0.81米。国内生产采煤机，为了制造方便，大部分截深在0.6米左右，薄煤层为1米 左右。根据截据阻抗为200牛顿/毫米，阻抗较大选用截距深度为 0. 6 2米的截深3、 滚筒转速及截割速度滚筒转速对截煤比能耗、装

21、载效果、粉尘大小都有很大影响，由截齿最大 切屑厚度hmax公式可知，当滚筒每条截线上的截齿数 m,牵引速度V已定，转速n愈高，切屑厚度愈小，煤尘产生量大，截割比能耗增大。另外，实践表 明，滚筒转速过高，循环煤会增多，装载效率降低，装煤效果不好，所以，现 代采煤机，滚筒转速出现降低的趋势， 如英国AM 500、日本DR100 100采煤机，滚筒最低转速分别为21.2转/分和26转/分。但滚筒转速也不能太低，否 则会在牵引速度不太高时，出现堵塞现象。一般认为滚筒转速在3050转/分较为适宜，薄煤层小直径滚筒由于装煤能 力差，为了提高生产率转速可增大到 60100转/分。转速及滚筒直径经确定后截齿截

22、割速度也就定了， 截割速度一般控制在4米/秒左右较好。4.采煤机最小设计生产率采煤机在采煤过程中，由于处理故障，检查和更换刀具，日常维修，等候支 护，处理片帮等，经常出现停顿，采煤机实际生产率比设计的理论生产率小的多， 为了表明这些因素的影响，可用有效开动率表示。有效开动率是指采煤机在一天或一班内有效工作时间与一天或一班占有 时间的比值，它综合反映了设备可靠性，选型及组织管理水平，工人技术熟练 程度等，西德高产工作面有效开动率可达 51%，苏联高产综采工作面可达50%， 我国根据有些典型工作面的推算大约在 0.150.35之间，一般可取0.20。当采煤工作面生产能力已定，其每小时的平均产量就是

23、所需采煤机的最小 实际生产率，考虑到有效开动率，则采煤机按工作面生产能力要求的最小设计 生产率Qmin为：小 W 650000 “、Qmin =24 x 0.2=300 x 24 x 0.2= 5 .39( t )式中：W为采煤机工作面日平均产量 吨/日,k有效开动率。上式有效开动率K取0.2,充分考虑使采煤机有增产潜 力，当有效开动率能进一步提高，采煤仍有富裕能力，使工作面生产能力 得到提高5采煤机截割时的牵引速度及生产率采煤机截割时牵引速度的高低，直接决定采煤机的生产率及所需电机功率， 由于滚筒装煤能力，运输机生产率，支护设备推移速度等因素的影响，采煤机在 截割时的牵引速度比空调时低的多。

24、采煤机牵引速度在零到某个值范围内变化， 选择截割时的牵引速度，要根据几方面因素，综合考虑。(1、根据采煤机最小设计生产率 Qmin决定牵引速度ViQmin 451.39 ,Vi =6ohb p = 60 x 2.2 x 0.62 x i =3.9O(m/min)式中：Qmin采煤机最小设计生产率 451.39吨/时H 采煤机平均采高，2.2米B采煤机平均截深， 0.6 2米p煤的实体密度，一般为1.3 1.4吨/米3。现在取1.35t/m3(2)、按截齿最大切削厚度决定的牵引速度 V2采煤机截割过程中，滚筒以一定的转速n转动，同时采煤机又以一定的牵引 速度V沿工作面移动，切削厚度以月牙规律变化

25、。截齿最大的切削厚度bmax在月 牙形中部，可用下式计算1000vbmax = mm式中V 采煤机的牵引速度 m/mi nm滚筒一条截线上安装的截齿数个，一般取 3个n 滚筒的转速,取40r/min.当n、m决定后，bmax与牵引速度v成正比，V越大bmax越大，当bmax大于齿 座上截齿伸出的长度，使齿座及螺旋叶片也参与截割，则截割阻力及功率剧增， 同时齿座磨损严重。为了避免上述情况的发生，一般要求截齿的最大切削厚度应小于截齿伸出齿座长度的0.7，bmax是截齿在齿座上伸出长度的70%，取45mm，按上述要求 可得到采煤机的牵引速度V20.7mnbmax 3 x40 x45V2 = -IT

26、= = 5.4m/min（3、）按液压支架推移速度决定牵引速度为 V3一般支架的推移速度稍大于采煤机的牵引速度较好，这样可以保证采煤机安 全生产。截割时牵引速度V,应根据上述三方面情况综合分析后确定，其最大值应等 于或大于Vi,但应小于V2,并于V3相协调。使采煤机能够满足工作面生产能 力的要求，有可避免齿座或叶片参与截割，保证采煤机安全生产。现在取采煤机 牵引速度v=4.0m/min。采煤机截割时的牵引速度v确定后，采煤机的生产率 Q为Q=60HBv 尸60 X2.2 X0.62 x 4.0 xi.35=463.32（t/h）6、采煤机所需电机功率由于采煤机在截割和装载过程中，受到很多因素的

27、影响，所 需电机功率大小，很难用理论方法精确计算，常采用类比法或比 能耗法来估算。采用比能耗法估算电机功率，是根据采煤机生产 率和比能耗（截割单位体积煤所消耗电功率）试验资料来确定。 如果比能耗确定适当，计算值就比较合理。取截割阻抗A=180 200N/mm 的为基准煤，当采煤机以不同的 速度截割时，包括牵引部及辅助液压系统在内，其比能耗的估算 值如表1-6所示螺旋滚筒采煤机比能耗Hb牵引速度(m/mi n)H (KW.h/t) 0.5 0.44 0.42 0.40 0.38本设计煤层截割阻抗为Ax= 200N/mm ,而且采煤机的牵引速度为4.0m/min 。所以采煤机的比能耗为0.42 kW h/t ,如果截割的煤层，其截割阻抗不在180 200N/mm 范围时，可 按下列公式计算比能耗。H X H BA式中：H o x -煤层截割比能耗，kW h/t，Ax -煤层截割阻抗A 基准煤截割阻抗，Hb 基准煤比能耗，双滚筒采煤机，前滚筒和后滚筒截割条件不同，前滚筒截割 时，煤层只有面向采空区一个自由面，后滚筒截割时，前滚筒已 经截割出第二个自由面，若以H co X表示前滚筒截割比能耗，后滚 筒截割比能耗为Ho x1=K3H o式中K3为后滚筒工作条件系数可由下表选取滚筒转向后滚筒开米煤层部位下部上部向着前滚筒截割自由面0.