综掘机技术应用

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1、新元矿建井期间高产高效综掘技术的应用我公司 现担负着国家级重点工程阳泉煤 业集团新元 矿的建 设, 自进入回 风井平巷工程的施工以后 ,利用炮掘和耙岩机的施工方式 已无法满足新元公司的投产要求，为早日实现投产，经多方研究 论 证，并考虑到新元公司 矿 井断面大，巷道 为半煤岩，决定运 用 S200M综掘机（趴坡能力：16度；截割硬度： 80MPA;截割范围：高 约 2.45.1 米；宽约 3 6.5 米；功率：高速200 KW ; 低速 130KW。 适用于煤巷和 半煤岩巷道）。此综掘机为目前国内最先 进的综掘机， 在集团公司初 次投入使用。为了高效率的 利用综掘机，首先必 须对立井提 升系统

2、进 行改 造 立井提升系 统是矿井生产的瓶颈，它的好坏，直接影响到 矿井 的生 产能力。新元 矿回风井就是利用立井提升系 统，从井口至井底 距离 为506米。原主提升采用 2JK3.5/15.5 型提升机，电机功率 为 500 KW ，提升容器使用 1 吨矿车单层 双车临时 罐笼，翻罐笼使 用转 笼式翻罐笼,矿车使用1.0吨矿车，提升钢丝绳使用18X7 $ 37 170-特，是按 8 个普掘工作面的生 产能力 设计。如采用综掘 机施工， 原有提升系 统不能满足生产需要，必须解决提升能力，因 此，经多方 研究决定 对提升系 统进 行第二次改造。其次，需要解决 综掘机的下 放问题，保证下放的安全，

3、省 时省力。再次，要解决供 电、出煤系 统。 最终解决快速支 护、高速掘进，达到高产高效的目的。 自 2004年 9 月份投入使用第一台 S200M 综掘机，至目 前已累计投入使用三台 ,经过 一年多的生 产 实践,各方面取 得 卓有成效的成果 , 平均月 进 200 米 ，最高月 进 尺达到 230 米，80%的巷道都 能 达到优 良。在工程施工中基本完成了 质与量的 飞跃 。第一部分 提升 系统的改造首先考虑的是第 一种方案：方案 1、对罐笼、套架、翻罐笼、钢丝绳 、绞车 全部进行更换。 即罐笼改为 1 吨双车双层罐笼，矿车不更 换，更换套架，钢丝绳改 为 18X7$ 46170-特。18

4、X7 $ 4670-特钢丝绳每米绳重8.323kg/m ,钢丝绳悬 挂 长度为530m,绳重为4.4T，破断力为151T;罐笼重6T , 1T矿车自重为0.592T，最大载重量为1.8T,此时钢丝绳 的最大静张力:4.4+6+ 1.8+0.592)X4=19.968T 2JK 3.5/15.5绞车最大静 张力为17T，19.968T17T,绞车不符合要求 ,因此必 须将绞车更换为 2JK4/20 加强型(最大静 张力 为 24T) 。18X7$ 46170-特钢丝绳 安全系数 为:提物料 时 151/19.968=7.567.5, 钢丝绳符合要求。提人时按每罐20人每人重量75Kg计(1.5T

5、)，此时钢丝绳最大静张力为：4.4+6+1.5=11.9T151/11.9=12.69钢丝绳符合要求。若采用方案 1，施工工期很长，至少需要2 个月的时间，为避 免井下长期停产，制定并采用了以下方案 2:方案 2、对原有罐 笼进行加固，对绞车电 机、矿车、钢丝绳 、翻罐笼进行更换。绞车电机由原来的500KW改为800KW，矿车改为I. 5吨非标矿车,钢丝绳 改为18X7$ 4070-特18X7 $ 4070-特每米绳重6.252kg/m，钢丝绳悬 挂长度为530m,绳重为3.3T，破断力为113.5T;1.5T矿车自重0.718T,最大载 重量2.7T,此时钢丝绳 的最大静张力:3.3+3+

6、2.7+0.718) X2=13.136T 13.136TV 17T,则绞车不必更换。18X7 $ 4070-特钢丝绳安全系数 为：提物料 时113.5/13.136=8.647.5,钢丝绳符合要求。提人时按每罐20人，每人重量75Kg计(1.5T)，此时钢丝绳 最大静张力为:3.3+3+1.5=7.8T113.5/7.8=14.59钢丝绳符合要求。500KW 电机的提升能力 为7.435T,800KW 电机的提升能力 为12.77T，此系统静张力差为13.136-3-0.718 2=8.7T,绞车静张力差为II. 5T,所以更换为800KW电机能满足要求。对罐笼的校核基本数据：1T矿车单层

7、双车罐笼侧体各杆件、物理几 何性质杆件名称型钢名称横截面积惯性矩抗弯模数内竖杆加强槽钢14aa21.95mm273.3 y)16.3 Wy)罐笼自重：0= 3000kgQ 1.5t 矿车 自重：Q2=720kg1.5t矿车载矸重量：Q3=2700kg罐笼载重:Qi=2 Q2+ Q3)=6840kg1) 侧体荷载：每根弦梁的均布荷载集度为q30001596N cmMl 4470M 罐体弦梁数，M=4I每根弦梁 计算长度，即外竖杆重心间距，I =470cm罐笼最大静载重,按两辆矿车及矸石重量 计算,每个车轮施加 到钢轨上的集中力为：P 88 8550NQi 68400I JJc l L C I车轮

8、通过钢轨传给横梁的力，就等于横梁在 结点施加给该梁的力， 把钢架视为三跨连续梁。如图，这是一个二次超 静定结构，利用对 称性，取半个结构，如图，此为一次超静定 结构，用力法计算。nXi1P 01 P式中11、 分别代表单位多余未知力X1=1和荷载0单独作用于得一-:八如方向的位移，它们由图乘法P下:力力力1力力力力力力力iii Efai(a22aQ12 (a22 2a) 3 (a2a1)3E(a2 a)2U2ai ip 暑ai(a2 ai)(ao ai)a2)1(ao2、2ai) (a2ai)13(aoai)FoE| (aoa)3(aoai)(a2ai)(aoa)式中El 钢轨的抗弯刚度P0a

9、o=92.5cmai=10cm a2=i8ocmc iFo=2 =17100N将ii IP代入式得iPiiia) (aoai)a2)F0 (aoai)3(ao a)(a22(a2ai) i(2ai55489N(于是可知横梁 作用于弦梁的力 为:Pi Foi ii55iiN()F2i 554田 N ()Pi、P2及q即为所求侧体载荷。 侧体内力计算：2罐笼落到罐座上时2p)Da、/3 .X 2232)li(li32)(h2)(2qlPpiP2-5 -li12(Cm|i 115cma 14.5cm93D 119510NcmX 1270N2) 罐笼由链条提升时力力力厂rXrXIpo力力力力X 1ql

10、 2P 2 p 21386N3 211 (|1 312)侧体竖杆在罐笼提开时受力最大。为保证足够的安全系数，对 内竖杆槽钢14进行了加强，两侧各焊接了4mm铁板，则横截面F 21.95cm，1丫 73.3cm163cm3， b 420N mm。N max 27722 NY maxCF27722eCW776210.95 2195368N cm0.95 16.3236.8N mm安全系数:42011410ymax36.83侧体内竖杆在加强后，安全系数能满足要求。2）链的计算。作用在每根链条上的荷载为:|P1Q4 cos cosQQ4cos cos30000684004cos30 cos20.230

11、284N取载荷不均匀系数K=1.33 则每根链的计算荷载为：P1=K 1|=1.33 30284=40278NP链用20-号钢i=3.0cm许用拉应力32.3 1 N mm132链的拉应力:12()22850N cm 285 N mm22cos492002cos3028406J考虑力的不均匀性，取不均匀系数1.33,则下孔荷载为P 133P37780N上孔挤压应力:492002iy3195 Ncm31.95 N mm 27.02.2t$为孔径，为厚度安全系数:1.7 61031.95324513 故安全。iyF孔的挤压应力:P 37780iydt 6.552.22622N cm2622N2 m

12、md为下孔直径。安全系数为：n1.7 b1.7 61039.526.22Q3 故 1安全。iy4）销轴的计算：P 56813销轴为45号钢，作用于销轴的力为P56813,56813N2 cos309.2 cmq161 75.3N cm bq29.2P12912N cm2a 22.2中间截面弯矩 最大，其值为 ：M maxab 610n 1346.92 N mm296582Ncm弯曲应力:42.2J mmi_km吨仁 96582 4223 爲0.1 d 0.1 6.5合格剪切应力：P 1568131K()1.26.5)222 d 222221027N cm1Q27 N mm安全系数：n0.6 b

13、 0.6 61010.2735.613 故安全2iyK挤压应力:d1.2 568132 2.2 652384N cm23.84 N mm21.7niy1.761023.8443.513故安全因此，罐笼符合要求 方案比较:时间方面：采用方案1,更换套架及绞车需重新打基础、重新安 装，工程完工时间最快为60天，井下需要 长期全面停产，并且套架 的设计和绞车的定制至少需要2个月。采用方案2,只对原罐笼进行加固，更换钢丝绳、绞车电机最多只用3天。时间节省55天以上提升能力方面：按原来提升系 统，每小时 只能提 30 方，按方案 1，每小时能提 40 方，而按方案 2，每小时则能提能提 45 方。方案 1、2 都能满足生产，方案2 比方案 1 提升能力 还要大。经济方面：采用方案 1 主提升 绞车费 用需要 380 万元、更换罐 笼费用需 20 万元、钢丝绳费 用需 20 万。更换套架费用 100 万元、 安装绞车费 用 100 万元，总计费用为 620 万元。采用方案 2 加固罐 笼需用费用 1 万元、更换钢丝绳费