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1、毕业设计（论文）说明书 共 95 页第 81 页 第一章 综采工作面配套设备选型1.1机械化采煤工作面类型的确定与论证XXX煤矿煤层最大厚度2.9m，煤层倾角6，煤层截割阻抗A375N/mm，顶板岩性：老顶为级，直接顶为2类，工作面设计长度为110m，设计年产量为75万t/a。本矿煤层赋存条件较好，煤层为进水平煤层，煤层厚度适中，为2.9m，井型为中型矿井，设计能力为75万t/a，直接顶为2类中等稳定顶板，老顶为类顶板，周期来压强烈，要求工作面支护强度较大。根据本矿工作面条件及我国目前采煤方法的类型及设备配套情况，设计确定工作面的方法为综采一次采全高。1.2液压支架的选型1.2.1影响液压支架
2、选型的因素影响液压支架选型的因素，主要考虑煤层顶底板稳定性，煤层厚度、倾角赋存状况及瓦斯含量等情况，其中以煤层及顶、底板稳定性影响较大。本矿煤层厚度2.9m，倾角6，煤层赋存条件较好。本矿工作面煤层直接顶为2类顶板，属中等稳定顶板，强度较高，强度指数在3170kg/cm2之间，发育大量节理裂隙，随采随落。本矿工作面老顶为级顶板，周期来压强烈，对支架支护强度的要求较高。1.2.2液压支架的选型1.2.2.1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
3、置，架间不撑紧，对顶板不密封，它适应于稳定或坚硬以上直接顶和周期来压明显和强烈的老顶条件。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，它使用于不稳定和中等稳定直接顶条件。支撑掩护式支架兼有上述两种支架的结构特点，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，它使用于稳定以下各类顶板，有取代支撑式支架的趋势，但结构复杂，重量较大，价钱相对较高。由于本工作面的直接顶类别及老顶级别均以确定，所以可直接根据“适应不同类级
4、顶板的架型及支护强度表”直接选择。根据表中给定的架型选择标准，确定本工作面的支架类型为支撑掩护式。虽然该支架结构复杂，成本较高，但该类型支架技术成熟，安全性高，工作性能稳定，对不同地质条件的煤层适应性强，应用广泛。1.2.2.2液压支架结构参数的确定HmaxhmaxaHminhminS2bC式中：Hmax支架最大支护高度，m， Hmin支架最小支护高度，m， hmax煤层最大厚度，2.9m hmin煤层最小厚度，取2.4m， a考虑伪顶，煤皮冒落后，支架仍有可靠初撑力所需要的支 撑高度的补偿量；中厚煤层取200mm， S2顶板最大下沉量，取160mm， b支架卸载前移时，立柱伸缩余量，煤层厚度
5、大于1.2m时取 80100mm，本次设计取100mm， c支架顶梁上存留的浮煤和碎矸石厚度，取100mm。则：Hmax2.90.23.1m Hmin2.40.16-0.1-0.1=2.04m1.2.2.3支架支护强度的确定1、根据经验公式估算：qKHR式中：q支架支护强度，t/m2, K作用于支架上的顶板岩石厚度系数，我国取68，设计取 8， H最大采高，2.9m， R岩石容重，一般取2.3t/m3。则： q82.92.3=53.36 t/m22、直接查表选取根据顶板条件及煤层厚度，直接查表可知支架支护强度为：72 t/m2据以上计算及查表选取，确定支架支护强度为72t/m2。1.2.2.4
6、选择液压支架型号根据支架结构参数及支护强度，设计选取支架型号为ZY35型。该支架技术参数如下：支架初撑力：188.4吨力（1884kN），支架工作阻力：400吨力（4000kN），底板比压：18.6公斤力/厘米2（1.86MPa），泵站工作压力：200公斤力/厘米2(20 MPa），支护强度：73吨力/米2(0.73 MPa）。1.3单体液压支柱工作高度，支护强度及型式的选择1.3.1支柱最大工作高度Hmax及最小工作高度Hmin的计算HmaxhmaxcHminhminsca式中: Hmax支柱最大工作高度，m， Hmin支柱最小工作高度，m， hmax，hmin煤层最大最小采高，分别为2.9
7、m，2.4m， c顶梁高度，96mm， s最大控顶距处顶板顶板下沉量，160mm， a支柱卸载高度，80mm。则：Hmax2.90.096=2.804（m） Hmin2.40.160.0960.08=2.064（m）1.3.2单体液压支柱的工作阻力及支护密度单体液压支柱的工作阻力选取DZ-25型，即工作阻力为25kN。单体液压支柱的支护密度确定如下：由于工作面最大采高为2.9m，选型时按照3m采高进行选取支护强度为：1.635=56(吨/米2)即0.56MPa。支护密度：5625=2.24（根/m2）1.3.3单体液压支柱型式及铰接顶梁的选择单体液压支柱的型式分为内注式及外注式。根据内注式和外
8、注式的使用条件，本设计选用外注式单体液压支柱。外注式单体液压支柱重量相对较小，制造成本低，伸缩比大，适用于中厚煤层之中。铰接顶梁的选择：根据采煤机截深，取0.6m，铰接顶梁的长度取截深的整数倍。1.4滚筒采煤机的选择1.4.1采煤机性能参数的计算与决定1.4.1.1滚筒直径的选择根据目前我国采煤机生产现状及使用情况，设计选用双滚筒采煤机。双滚筒采煤机滚筒直径应大于最大采高hmax的一半，一般可按D=（0.520.6）hmax选取，采高大时取小值，采高小时取大值。目前双滚筒采煤机的滚筒直径也已经系列化，所以滚筒直径的选取选取和标准直径相近的数值。D=0.522.9=1.508(m)根据计算，设计
9、取1.6m。1.4.1.2截深的选择截深的选择，受煤层厚度、倾角、顶板稳定性、截割阻抗、及液压支架的推移步距影响。中厚煤层一般选取0.6m0.8m，同时考虑到我国生产的采煤机大部分截深在0.6m左右，设计选取截深为0.6m。1.4.1.3滚筒转速及截割速度滚筒转速的选择，直接影响截煤比能耗、装载效果、粉尘大小等。转速过高，不仅煤尘产生量大，且循环煤增多，转载效率降低，截煤比能耗降低。根据实践经验，一般认为采煤机滚筒的转速应控制在3050转/分较为适宜。设计取45转/分。滚筒直径为1.6m，转速为45转/分，则可计算出截割速度为3.768米/秒。1.4.1.4采煤机最小设计生产率采煤机最小设计生
10、产率与采煤机有效开动率有关。虽然综合机械化开采在我国中厚煤层一次采全高工作面的应用已经成熟，机械设备的生产加工技术也比较完善，设备可靠性也大大提高，但采煤工作面煤层潜在的变数及机械设备的检修等的各种因素均影响采煤机有效开动率，我国平均水平在40左右。设计取正常开动率为40。采煤机最小设计生产率由下式计算：式中： Qmin采煤机最小设计生产率，t/h， W采煤工作面的日平均产量，750000300=2500（t） 0.4采煤机有效开动率。则：1.4.1.5采煤机在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效率及所需电机功率，由于滚筒装煤能力，运输机生产效率，支护设备
11、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得多，采煤机牵引速度在零到某个值范围内变化，选择截煤机时的牵引速度，要根据下述几个方面因素，综合考虑。1、根据采煤机最小设计生产率Qmin决定的牵引速度V1, m/min式中：Qmin采煤机最小设计生产率，260.4t/h， H采煤机平均采高，2.65m， B采煤机截深，0.6m 煤的容重，1.35t/m32、根据截齿最大切削厚度决定的牵引速度V2，采煤机截割过程中，是滚筒以一定的转速n，同时又以一定的牵引速度V2沿工作面移动，切削厚度呈月牙规律变化，如果滚筒一条截线上安装的截齿数为m，则截齿最大的切削厚度hmax在月牙中部，可用下式求出
12、。 mm上式中，m一般取3，n根据上面的计算取45转/分。一般来说，hmax应小于截齿伸出齿座长度的70，根据国产采煤机的实际情况，取45mm。则： m/min式中：hmax截齿在齿座上伸出长度的70，取45mm。则：3、按液压支架的推移速度决定牵引速度V3一般讲支架的推移速度应大于采煤机的牵引速度较好，这样可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V1，但应小于V2，并与V3协调，使采煤机既能满足工作面生产能力的要求，又可避免齿座或叶片参与截割，并能保证采煤机安全生产。综上所述，采煤机的牵引速度取V4m/min采煤机的牵引速度确定后，则采煤
13、机的生产率Q为Q60HBV t/h将上述确定的直带入公式求得采煤机的生产率为Q602.650.641.35515.16（t/h）1.4.1.6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。 本设计煤层截割阻抗为AX375N/mm，根据下述公式可求得采煤机截割时的比能耗HX式中：HX煤层截割比能耗，kWh/t， AX煤层截割阻抗，375 N/mm， A基准煤截割阻抗，取
14、190 N/mm， HB基准煤比能耗，通过插入法计算知，当牵引速度为5.5m/min时，基准煤比能耗为0.39 kWh/t。则：由于本设计采煤机为双滚筒采煤机，所以后滚筒的截割比能耗可由下式求得。式中：K3后滚筒工作条件系数，根据采煤机割煤方式，取0.8。则：采煤机所需电机功率为：式中：K1功率利用系数，采煤机用一台电机驱动，取1， K2功率水平系数，查表取0.95(牵引速度调节方式为自动调节，电机最大转矩和额定转矩的比值取2.22.4)则：由于国内采煤机的功率均以系列化，根据计算数值就近选取，设计选采煤机的功率为300kW。1.4.1.7采煤机牵引力根据采煤机电动机的功率，可直接查表求得采煤机的牵引力。查表：采煤机牵引力250300kN。1.4.2初选采煤机及其配套设备根据采高，滚筒直径，截深，生产率，电机功率，牵引力及牵引速度，初步选择采煤机型号为MLS3H-340，查阅煤炭科学院等编制的采煤机械化成套设备参考资料一览表，确定选用ZC5-ZY35成套设备。但其刮板机的运输能力偏小，设计选取电机功率为320kW。且其机电设备选型大部分为国家淘汰产品，本次设计根据实际进行了适当调整。设备选型配套情况见下表141：表141 ZC5ZY
