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1、支护设备与采煤机选型设计毕业设计本次毕业设计给出的设计原始数据及条件是：煤层厚度3.7m，截割阻抗为235牛/毫米，煤层倾角为14，老顶级（周期来压明显，0.3N35，L2=2550（M），直接顶4类（属坚硬顶板，强度指数D120，直接顶初次跨落步距L125M，无直接顶层厚在25米以上，6D560800Kgf/cm，节理裂隙间距和分层度大于1米的整体岩层。）工作面长度为115M ，设计年产量为105万吨，一年工作日按300天计算，实行四班工作制，三班采煤，一班准备，每天生产18小时。第一部分 支护设备与采煤机选型设计第一节 机械化采煤工作面类型的确定随着采煤技术的不断发展，采煤机械化已经是采煤
2、行业的主流。机械化采煤产量高，效益好，煤炭储量损失少，但不同的地质条件下，要选择合适的机械化采煤配套设备，才能经济合算。 机械化采煤工作面，根据支护设备形式不同，可分为普通机械化采煤工作面和综合机械化采煤工作面，前者简称普采，后者简称综采。综采工作面主要设备为双滚筒采煤机、刮板输送机、液压支架，机械化程度高、安全性好，生产效率产量高，但设备投资大，对煤层厚度、倾角、地质条件变化要求严格。普采工作面设备主要引诱滚筒采煤机、刮板输送机，金属摩檫支柱或单体液压支柱及金属铰接顶梁，设备投资小，在煤层厚度、倾角、地质条件变化交大时，适应性好，但它的机械化程度、安全，生产效率比较低。近年来随着采煤技术的发
3、展，大倾角煤层综采开采已经成为现实。当工作面的煤层厚度、倾角、地质条件、设计生产能力等已知时，采用那种类型的机械化采煤工作面，要通过经济、技术，安全等方面的分析论证。一般来说，煤层后，倾角小，煤层厚度变化小，地质条件比较稳定，没有大的断层，夹矸等，却工作面生产设计能力比较高，采用综采防顶煤比较经济合算。相反，当煤层厚度不大，但厚度倾角变化较大，工作面设计生产能力不是很高时，采用高档普采能更好适应煤层地质条件的变化，并能取得较好的经济效益。第二节 液压支架的选型设计一、 影响液压支架选型的因素影响液压支架选型的因素，主要有矿山地质条件，比如顶、底板的稳定性、煤层的厚度、煤层倾角，煤层赋存状况及瓦
4、斯含量等，其中以煤层及顶底板稳定性影响较大。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，决定支架的架型形式，岩层载荷和顶板的稳定性主要影响支架支护强度个顶梁的结构形式。一般来说，煤层顶板稳固平整，应选支护式支架；煤质松软、顶板破碎，应选用掩护式支架；而煤层顶板坚硬，则应选择支撑掩护式支架。2、 底板稳定性：底板岩石的组成，结构及岩石力学性质是支架选型不可忽略的另一重要条件。底板的稳定性，对支架的底座影响颇大。支架架型选取不当，会使支架陷入底板，导致移架困难。根据我国煤层底板岩石抗压强度。按下表选型：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
5、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围。（表一）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MPa2.02.04.0应选架型掩护式液压支架两柱支掩式掩护式支架支掩式支架支撑式及强力支撑四柱及强力支撑4、 煤层倾角：、煤层倾角主要影响支架的稳定性，煤层倾角大则易使支架倾倒、下滑等现象。必须采取防倒滑措施。5、 煤层的埋藏稳定性：实践证明：煤层埋藏越平稳，综采的效果越好。地质构造的性质对支架的使用好坏起决定性的影响。断层的落差如果太大，综采设备无法通过，断层的条数多，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
6、用通风断面大的支架。液压支架架型选择是否合适，最终必然反映在经济效果上。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，但使用性远不如掩护式和支撑掩护式液压支架优越。因此，在尽可能的情况下，应先考虑掩护式和支撑掩护式液压支架。另外，采矿技术，比如回采方式，工作面长度，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与支架选型覆盖在煤层上的岩石，依次分为伪顶、直接顶、老顶，它们统称为煤层顶板。伪顶是紧贴在煤上极易冒落的教薄岩层，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过大影响。直接顶位于伪顶之上，无伪顶时，直接位于煤层之上，通
7、常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以下四类： 1）不稳定顶板：亦称为破碎顶板，它很容易冒落。冒落后岩石能基本充满采空区，一般为泥质页岩，还有再生顶板等。2）中等稳定顶板：强度教高，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。砂质页属于这类顶板。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，采后需要强制放顶，砂岩，坚硬砂质页岩等属于这后两类。离后，直接顶冒落高度在11.5米以上，围占全工作面长度1/2以上
8、时，初次切顶线距离开切眼煤壁之间距离。强度指数D可由下式求出 D=6DC1C2式中：6D岩石的单向抗压强度，公斤/厘米 C1节理裂隙影响系数C2分层厚度影响系数6D、C1、C2值可从采掘机械书中及有关资料得到。根据D并参考L1直接顶类别的确定见下表：（表二）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系数D30317071120120无直接顶层厚在25米以上，6D560800Kgf/cm，节理裂隙间距和分层度大于1米的整体岩层参考指标直接顶初次跨落步距L1（M）89181925252、 老顶分级 老顶位于直接顶之上，顶板分级主要由直接顶厚度h与采高H之比来决定，在
9、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。老顶初次来压的强弱，对确定支架的吨位即支护强度有决定性的作用，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太大，相反，N越小L2越大，老顶的周期来压就越强烈，作用在支架上的载荷就大切有冲击，支护的支架强度就要求高。根据N和L2直接顶可分为四级，如下表：（表三）级别周期来压不明显明显强烈极强烈指标N350.3N35，L2=2550（M）0.3N35，L250（M）N0.3L2=2550（M）N0.3L250（M）三、 液压支架的选型液压
10、支架的选型，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、 支架的选择：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形式。支撑式支架顶梁长，立柱多，切垂直支撑，工作阻力大，切顶能力强，通风断面大，后部有简单的挡矸石装置，架间不撑紧，对顶不密封。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，支柱少切倾斜支撑，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稳定直接顶条件。支撑掩护式支架兼有支撑和掩护式支架的结构特点
11、，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。她适用于稳定以下各类顶板，有取代支撑式支架的趋势，但它的结构复杂，重量较大，价格较高。当工作面直接顶的类别、老顶级别已经确定时，经过分析论证后可按下表选择支架形式：（表四）老顶级别直接顶类别1 2312312344架型掩护式掩护式支撑式掩护式支撑掩护式掩护式支撑式支撑掩护式支撑掩护式支撑掩护式支撑式支撑掩护式支撑式采高2.5m时支撑式采高2.5m时支撑掩护式支架支护强（吨/m）采高m12343035（25）45（35）55（45）1.3301.335（25）1.345（35）1.355
12、（45）1.6301.6351.6451.655230235245255结合伸孔爆破软化顶板等措施处理采空区.单体支柱支护强度（吨/m）采高m1231525351.3151.3251.3351. 6151. 6251. 635按采空区处理方法确定使用上表时，还应注意以下因素：1）煤层厚度大于2.5米时，顶板有侧向推力时，一般不宜使用支撑式支架，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支架，煤层厚度变化大时应使用调高围比较大的双伸缩支柱。2）煤层倾角在1015 （支撑式支架取下限，掩护式取上限）以上时，支架应有可靠的防倒滑装置。3）底板强度，支架对底板的压力应小于底板
13、岩石允许的抗压强度。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为20分钟以下和58m时，暂不适宜采用综采设备。6）设备成本，能同时选用不同支架架型时，应优先选择经济实惠的支架。另外，上表中的支护强度是单位面积上的支撑力的大小，括号的数字是掩护式支护强度，但允许有5的波动围：1.3、1.6、2分别为、 级老顶比级老顶的增压倍数，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
14、度可用插值法计算。根据本次设计要求：直接顶4类（属坚硬顶板，强度指数D120，直接顶初次跨落步距L125M，无直接顶层厚在25米以上，6D560800Kgf/cm，节理裂隙间距和分层度大于1米的整体岩层。）首先选定支撑掩护式支架。2、 液压支架结构参数的确定 液压支架结构参数，主要指液压支架的结构高度，它应能适应采高的要求。它根据煤层厚度（采高）和采区围地质条件的变化等因素来确定。其选择的原则是：在最大采高时，液压支架应能“顶得住”，在最小采高时，支架应能“过的去”。支架最大结构高度Hmax和最小结构高度Hmin，具体由下面经验公式计算：Hmax=hmax+a =3.7+0.2=3.9（米）Hmin= hmin-S2-b-C =2.2-0.15-0.09-0.09=1.870（米）式中：hmax，hmin-煤层最大厚度和最小厚度（自定为2.5米），米a-考虑伪顶，煤壁冒落后，支架任有可靠初撑力所需要的支撑高度的补偿量；中厚煤层可取200毫米，厚煤层可取300毫米，薄煤层适当减小； S2-顶板最大下沉量（一般取支架后立
