煤矿综采工作面配套设备选型设计

矿山机械课程 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 综采工作面配套设备选型设计（90万吨/年）专业班级：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿学　　号：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿姓　　名：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿日　　期：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿河南理工大学综采工作面配套设备选型设计任务书（一）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4）原始数据及条件煤层厚度(M)截割阻抗A（N/mm）煤层倾角(°)顶板条件工件面长度（M）设计产量（万吨/年）生产安排HmaxHmin老顶直接顶2.8自定27528Ⅲ级2类12090一年工作日按300天计算实行四班工作制，三班采煤，一班准备，每天生产时间为18小时。（二）具体要求根据所给已知参数，综采工作面配套设备选型设计，并绘出综采面配套设备关系图；1）装订顺序如下：封面－任务书－目录－说明书正文。2）图纸折叠好装入毕业设计专用袋内。3）图纸、说明书必须手绘、手写，且严禁图纸、说明书复印件或抄袭他人成果，发现雷同设计成绩一律不及格。4）图纸一律用A3号图纸绘制；说明书用A4开纸书写，内容应在20～30页。目　录TOC\o"1-3"\h\z\uHYPERLINK\l"_Toc278963140"综采工作面配套设备选型设计说明书1HYPERLINK\l"_Toc278963141"第1节　“三机”的选型原则和装备 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 1HYPERLINK\l"_Toc278963142"第2节滚筒采煤机的选择5HYPERLINK\l"_Toc278963143"第3节液压支架的选型PAGEREF_Toc278963143\h12HYPERLINK\l"_Toc278963144"第4节工作面可弯曲刮板输送机、转载机、破碎机18HYPERLINK\l"_Toc278963145"第5节采煤机、支护设备、输送机配套关系图PAGEREF_Toc278963145\h22HYPERLINK\l"_Toc278963146"第6节　选型设计结果汇总25HYPERLINK\l"_Toc278963147"参考文献26HYPERLINK\l"_Toc278963148"结束语27综采工作面配套设备选型设计说明书综采工作面的“三机”是指采煤机、液压支架、刮板输送机，是综采工作面的主要设备。其选型首先必须考虑配套关系，选型正确先进、配套关系合理是提高综采工作面生产能力、实现高产高效的必要条件。第1节　“三机”的选型原则和装备标准建设高产高效矿井是煤炭工业的发展方向，提高矿井机械化水平是发展高产高效的有效途径。我国从70年开始经过对综合机械化采煤技术不断探索、引进、消化、创新，使之有了突飞猛进的发展，降尘、防尘、防火、防瓦斯积聚及提高采出率研究在“九五”期间取得重大进展，装备水平不断提高。目前采煤机朝大功率、大截深、高速电牵引方向发展；运输设备朝大运量、大功率、重型化、高强度、多点驱动、高自动化方向发展；液压支架朝简单实用、高工作阻力、高强度、高可靠性方向发展，采用电液控制系统，提高移架速度和安全性能。针对这种发展趋势，结合本井田煤层倾角较大等实际情况，在工作面主要设备选型时考虑以下原则：一、采煤机的选型原则1、采煤机能适合的煤层地质条件，其主要参数(采高、截深、功率、牵引方式)的选取要合理，并有较大的适用范围。2、采煤机应满足工作面开采生产能力的要求，其生产能力要大于工作面设计能力。3、采煤机的技术性能良好，工作可靠，具有较完善的各种保护功能，便于使用和维护。采煤机的实际生产能力、采高、截深、截割速度、牵引速度、牵引力和功率等参数在选型时必须确定。实际生产能力主要取决于采高、截深、牵引速度以及工作时间利用系数。采高由滚筒直径、调高形式和摇臂摆角等决定。滚筒直径是滚筒采煤机采高的主要调节变量，每种采煤机都有几种滚筒直径供选择，滚筒直径应满足最大采高及卧底量的要求。截深的选取与煤层厚度、煤质软硬、顶板岩性以及移架步距有关。截割速度是指滚筒截齿齿尖的圆周切线速度，由截割部传动比、滚筒转速和滚筒直径确定，对采煤机的功率消耗、装煤效果、煤的块度和煤尘大小等有直接影响。牵引速度的初选是通过滚筒最大切削厚度和液压支架移架追机速度验算确定。牵引力是由外载荷决定的，其影响因素较多，如煤质、采高、牵引速度、工作面倾角、机身自重及导向机构的结构和摩擦系数等，没有准确的 计算公式 六西格玛计算公式下载结构力学静力计算公式下载重复性计算公式下载六西格玛计算公式下载年假计算公式 ，一般取采煤机电机功率消耗的10％～25％。滚筒采煤机电机功率常用单齿比能耗法或类比法计算，然后参照生产任务及煤层硬度等因素确定。二、液压支架的选型原则1、液压支架的选型就是要确定支架类型(支撑式、掩护式、支撑掩护式)、支护阻力(初撑力和额定工作阻力)、支护强度与底板比压以及支架的结构参数(立柱数目最大最小高度、顶梁和底座韵尺寸及相对位置等)及阀组性能和操作方式等。2、选型依据是矿井采区、综采工作面地质说明书。在选型之前，必须将所采工作面的煤层、顶底板及采区的地质条件全部查清。然后依据不同类级顶板选取架型。最后依据选型内容结合国内现有液压支架的主要技术性能直接选定架型及其参数所对应的支架型号。三、刮板输送机的选型原则1、刮板输送机的输送能力应大于采煤机的最大生产能力，一般取1．2倍。2、要根据刮板链的质量情况确定链条数目，结合煤质硬度选择链子结构型式。3、应优先选用双电机双机头驱动方式。4、应优先选用短机头和短机尾。5、应满足采煤机的配合要求，如在机头机尾安装张紧、防滑装置，靠煤壁一侧设铲煤板，靠采空区一侧附设电缆槽等。在选型时要确定的刮板输送机的参数主要包括输送能力、电机功率和刮板链强度等。输送能力要大于采煤机生产能力并有一定备用能力。电机功率主要根据工作面倾角、铺设长度及输送量的大小等条件确定。刮板链的强度应按恶劣工况和满载工况进行验算。四、“三机”的合理配套从采煤机、液压支架、刮板输送机的选型原则中看到，综采设备的合理配套是很复杂的系统工程。1、满足生产能力要求采煤机生产能力要与综采工作面的生产任务相适应，工作面刮板输送机的输送能力应大于采煤机的生产能力，液压支架的移架速度应与采煤机的牵引速度相适应，而乳化液泵站输出压力与流量应满足液压支架初撑力及其动作速度要求。2、满足设备性能要求输送机的结构形式及附件必须与采煤机的结构相匹配，如采煤机的牵引机构、行走机构、底托架及滑靴的结构，电缆及水管的拖移方法以及是否连锁控制等。输送机的中部槽应与液压支架的推移千斤顶连接装置的间距和连接结构相匹配。采煤机的采高范围与支架的最大和最小结构尺寸相适应，而其截深应与支架推移步距相适应。五、满足安全和工作方便要求1、从安全角度出发，工作面无立柱空间愈小愈好。2、为防止移架后支架前柱与电缆相碰和采煤机司机的人身安全，前柱与电缆槽之间必须留有间隙X=150～240mm。3、梁端距顶一般为150～300mm，用来防止滚筒切割顶梁。4、推移千斤顶行程应比采煤机截深大100～200mm。5、保证过煤高度C>250～300mm，以便煤流顺利从底托架下通过。6、过煤空间y最小值为90mm至200～250mm之间，前者适于底板清理良好及采煤机机身短的场合。此外，当煤层倾角大于16°时(大采高支架工作面倾角大于10°)，输送机必须设置防滑锚固装置，而支架必须带防倒防滑及调架装置。六、实际工作中如何做到选型正确先进配套合理依据上述“三机”的选型原则及配套关系的分析可以看到，其选型工作是一项复杂的系统工程，涉及地质学、岩石力学、采矿学、机电和机制等多门学科，同时又是提高综采工作面矿井效率和效益的前提所在。目前的选型设计还是以“经验类比”为主，虽然基本上能够满足生产需要，但在某些环节上还存在着严重的不合理现象。如移架循环时间长，不能满足采煤机牵引速度的要求；有些选型设计参数是符合要求的，但在实际使用中无法达到或实现。如液压支架初撑比一般为0．5～0．8，而实际应用中仅为0．25-0．4。这说明，综采工作面“三机”配套不能停留在简单的“经验类比”上，而应开发研制综采设备选型的专家系统，避免在选型设计中受决策者个人偏见或感情色彩的影响。同时还要对系统中的主要环节进行动态优化设计，使其设计参数与实际运行参数得到统一。现行国内外高产高效综采工作面装备能力的配比关系主要是：刮板输送机与采煤机的功率配比应为1：1，最好为1.2～1.4：1，这样才能把输送机的事故减少到最低限度。综采设备的能力应以工作面生产能力为基础，采煤机、工作面刮板输送机、运输巷可伸缩带式输送机的生产能力一般按工作面生产能力分别乘以系数1.2、1.3、1.4来确定。需要说明的是：上述各种配套关系不是唯一的。也就是说，采煤机、液压支架、刮板输送机的选型完全可以用性能和能力相似的同类产品所代替。而在实际生产中，即使采用相同综采设备的不同工作面或不同矿井，其实际生产能力和全员效率可能有较大差距，这主要是由于矿井的开采条件、组织管理水平存在着客观的差距。如果客观条件不具备，即使选择生产能力很高的配套设备，也远不能达到提高生产能力的目的。高产高效综采工作面的三机选型应从实际出发，因地制宜，具备什么档次的开采条件，就选用相应档次的配套设备。新建矿和旧矿井的改造还应区别对待，现有设备的充分利用也是不可忽视的问题。综采发展的原则不是要增加综采工作面数量，而是应该提高综采工作面单产，减少辅助作业环节，提高集中生产化的程度。七、原始数据及条件煤层厚度(M)截割阻抗A（N/mm）煤层倾角(°)顶板条件工件面长度（M）设计产量（万吨/年）生产安排HmaxHmin老顶直接顶2.8自定1.827528Ⅲ级2类12090一年工作日按300天计算实行四班工作制，三班采煤，一班准备，每天生产时间为18小时。我国目前规定：采高大于1.1米时，年产量为30～50万吨时，应选择综采。因此根据以上提供的原始数据确定该采煤工作面应该选用综采配套工作面比较合适。第2节滚筒采煤机的选择正确选择和使用采煤机是提高采煤工作面，生产能力的一项主要任务，对采煤工作面的生产效率、能耗、安全等都具有重要影响，但采煤机选型涉及问题较多，目前还缺乏一套完善的计算方法。它不仅与煤层的厚度，倾角及煤的物理机械性质、地质条件等有关，还要考虑与支护设备，运输设备之间配套关系，因此，在选型过程中要考虑多方面因素，综合分析后去确定。一、采煤机性能参数的计算与决定 1、滚简直径的选择滚筒直径大些对装煤有利，但不宜过大．并应满足采高的要求。双滚筒采煤机滚简直径应大于最大采高的一半，一般可按D=(0.52~0.6)选取，采高大时取小值D=0.52×2.8=1.46米，采高小时取大值D=0.6×2.8=1.68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=-(0.1~0.2)=1.8-(01~0.2)=1.7/1.6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0.6~0.8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邦，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0.8～1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275牛顿/毫米，阻抗较大选用截距深度为0.6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DR—100100采煤机，滚筒最低转速分别为21.2转/分和25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30～50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60~100转/分。转速及滚筒直径经确定后截齿截割速度也就定了，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，等侯支护，处理片邦等，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0.15~0.35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：QMIN=式中：W为采煤机工作面日平均产量吨/日，W==3000吨/日；k——有效开动率。上式有效开动率取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。则采煤机的最小设计生产率：QMIN===625吨/时 5．采煤机截割时的牵引速度 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。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。因此，①根据采煤机最小设计生产率Qmin决定牵引速度V1V1=米/分式中：Qmin——采煤机最小设计生产率吨/时H——采煤机平均采高，2.25米B——采煤机平均截深，0.6米R——煤的容重，1.35吨/米3V1===5.71米/分②按截齿最大切削厚度决定的牵引速度V2Hmax=毫米式中：Hmax——截齿最大的切削厚度毫米V——牵引速度米/分m——滚筒一条截线上安装的截齿数个n——滚筒的转速Hmax=毫米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70﹪，即h1max=70%hmax即V2==70%V=3.99米/分③按液压支架推移速度决定牵引速度为V3考虑截割时牵引速度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。现选V=4.0米/分。6、采煤机装机功率装机功率包括截割电动机、牵引电动机、破碎电动机、液压泵电动机、机载增压喷雾泵电动机等电动机功率总和。装机功率由下式估算：P=Q×Hw式中：P——装机功率，kW；Q——采煤机生产率，625t/h；Hw——比能耗，一般0.6～0.7，取0.7。经计算本设计装机功率为437.5kW。7、采煤机所需电机功率采煤机的比能耗HWB=0.42（千瓦.小时/吨）所选采煤机的比能耗HWX===0.29—0.44（千瓦.小时/吨）式中：HWX——被截割煤的比能耗HWB——基准煤的比能耗查阅参考表2—5AX——被截割煤层的截割阻抗牛顿/毫米A——基准煤的截割阻抗查表2—6得（240-360）牛顿/毫米单滚筒采煤机的所需电机功率N=千瓦式中：Q——采煤机的生产率吨/小时K1——功率利用系数，本设计选用一台电机驱动时取1K2——功率水平系数，与牵引速度调节方式，电机超载能力。因素有关按表2—7查得本设计选用电机超载能力为2.0—2.2之间，牵引速度调节方式采用人工调节选取0.8。N===192千瓦双滚筒采煤机的后滚筒截割比能耗H1WX=K3×HWXK3——表示后滚筒工作条件系数，由表2—8选取后滚筒开采煤层的下部向着前滚筒截割自由面的方向选取0.8。N=（0.6HWX+0.4H1WX）=（0.6×0.35+0.4×0.8×0.35）=176千瓦根据国产采煤机电机功率系列化的情况，本设计选用最接近的200—300千瓦电机即可。8、采煤机所需牵引力据经验统计，采煤机牵引力一般为其装机功率数值的0.5～1倍。按表2—9查得250——300千牛。二、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、牵引力及牵引速度等初选采煤机.然后和初选的支护设备一起。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见附录(该表仅供选型时参考，不作硬性规定，用户可按实际情况自行组合改装)，尽可能与表中提供的成套设备吻含，以节约费用，并通过配套设备表选择输送机。采煤机初选决定后，通过产品说明等有关资料得到采煤机高度、质量、电机或减速箱高度，摇臂长度、摆角范围等尺寸。并列表说明初选采煤机主要技术参数。确定采煤工作面采煤机的主要参数如下：装机功率101kW左右，截深不小于800mm，采高2.2～4.5m，生产能力不小于1.44Mt/a，牵引方式为链轨式或销排式无链电牵引，牵引力不小于100kN，额定电压3300V，频率50Hz。根据分析结果，参照国内外高产高效矿井工作面装备情况，本设计工作面选用国产MG400/920-QWD型无链电牵引采煤机。采煤机主要技术参数见表1-1。表1-1采煤机技术参数表采煤机型号总装机功率（kW）截割功率（kW）采高（m）截深（m）滚筒直径（m）驱动方式牵引速度（m/min）适应煤层倾角供电电压（V）MG400/920-QWD144400×22.0～4.00.81.8交流电牵引0～14.5≤45°3300初选采煤机主要技术参数的校核1、最大采高的HMAx的校核HMAx=A-+Lsinmax+米式中：A——采煤机高度（机身上平面至底板之间距离）米H——采煤机截割部减速箱高度，一般等于电机高度米L——摇臂长度（摇臂摆动中心到滚筒中心距离）米amax——摇臂向上摆动最大角度D——滚筒直径米HMAx=A-+Lsinmax+=1.25-0.6/2+1.695×sin60+1.65/2=3.24米＞3米最大采高符合设计要求。2、最小采高的校核Hmin＞A+h1+h2式中：h2——过机高度不应小于0.15米h1——支架或交接顶梁高度取0.1米hmin＞A+h1+h2=1.25+0.1+0.15=1.50米＜2.0米最小采高符合设计要求。3、卧底量校核最大卧底量KMAX=A--sinβmax-式中：βmax摇臂向上摆动最大角度KMAX=A--sinβmax-=1.25-0.23-sin-22-0.825=1.25-0.23+sin22-0.825=0.195米卧底量小于90——300毫米满足设计要求4、采煤机最大截割速度的校核V1=米/分Q1——运输机的运输能力400吨/小时H——平均采高2.5米B——采煤机截深0.6米r——煤的实体容重，r=1.35吨/米3V1=米/分==4.935米/分＞4.0米/分的截割牵引速度，本设计选择符合要求。5、牵引阻力估算采煤机移动时必须克服的牵引阻力T为T=K2G+fd（cosa-k2+2k1）±Gsina吨力式中：f——磨檫系数取决于采煤机导向机构表面状况和湿度及采煤机运动速度等平均取0.18k1——经验系数，估算为0.7k2——估算系数因是初算，所以取0.1k3——侧面导向力对牵引阻力影响系数，因煤层倾角为23°，取0.07T=K2G+fd（cosa-k2+2k1）±Gsina吨力=0.1×22+0.18×1.65×（cos23-0.1+2×0.7）±22×sin23=2.8595±8.596=11.4555吨力，=5.7365吨力及上行时牵引力为11.4555吨力，下行时牵引力反向大小为5.7365吨力。第3节液压支架的选型一、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1-2选型。表1-2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MPa＜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式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。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。5、煤层埋藏稳定性实践证明：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1.5～2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。直接顶分类的主要指标是强度指数D，并参考直接顶初次跨落步距L1(米)来决定。直接顶初次跨落步距Ll是指工作面推进一定距离后，直接顶冒落高度在1～1.5米以上，范围占全工作面长度1/2以上时，初次切顶线距开切眼煤壁之间距离。强度指数D可由下式求出：式中：——岩石的单向抗压强度，公斤／厘米2；——节理裂隙影响系数；——分层厚度影响系数。、、值可查阅有关资料得到。根据D并参考直接顶类别的确定见表1-3。表1-3直接顶类别类别指标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D≤3031～707l～120>120无直接顶层厚在2~5米以上，6D>560800Kgf/cm2，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L：（M）≤S9～1819～2S>252、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ⅠⅡⅢⅣ周期来压不明显明显强烈极强烈指标N>3～50.350(M)N≤0.3Ll=25～50(M)N<0.3Ll>50(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。支撑式支架顶粱长，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，但由于顶粱较短控顶面积小，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1-5选择支架型式。表1-5适应不同类级顶板的架型及支护强度老顶级别ⅠⅡⅢⅣ直接顶类别12312312344架 型掩护式掩护式支撑式掩护式掩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高<2.5m支撑式采高>2.5m支撑掩护式支架支护强度(吨/米2)采高(米)112343035(25)45(35)55(45)1.3×301.3×35(25)1.3×45(35)1.3×55(45)1.6×301.6×351.6×451.6×55>2×30>2×35>2×45>2×55结合深孔爆破，软化顶板等措施处理采空区使用表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2.5～2.8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采用调高范围大的双伸缩支柱。2）、煤层烦角在10～15°(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5~8m2时，暂不宜采用综采设备。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2-4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：1.3，1.6，2分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ级老顶比1级老顶的增压倍数，Ⅳ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”。支架最大结构高度和最小结构高度，具体由下面经验公式计算：=2.8+0.2=3.0（m）=1.8-0.15-0.1-0.1=1.45(m)式中：，——煤层最大厚度和最小厚度，m（已知）；——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；中厚煤层可取200mm，厚煤层可取300mm；薄煤层适当减小；——顶板最大下沉量（一般取支架后排立柱处顶板的下沉量，可借鉴邻近工作面的观测资料选取，若无这方面资辩，可按100~200mm选取，I级老顶取大值，Ⅳ级老顶取小值；——支架卸载前移时，立柱伸缩余量，煤层厚度大于1.2m时，取80~100mm；——支架顶粱上存留的浮煤和碎矸石厚度，一般取50~100mm。3、支架支护强度的确定  ．支架支护强度：支架单位支护面积上的支撑力。它是衡量液压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＝52(t/m2)式中：——作用于支架上的顶板岩石厚度系数，日本取5，苏联取6—9；英国取5—7；我国中厚煤层取6—8；——最大采高，m；——岩石容重，一般取2.3t/m3。2)直接查表选取根据顶板条件和煤层厚度，直接由表2-4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（表1-6）。支撑掩护式支架该机具有支撑效率高，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。表1-6支架规格和主要技术参数表型号名称ZZ4000/18/39型支撑掩护式液压支架高度主要技术参数高度m中心距m宽度m初撑力kN工作阻力kN支护强度MPa底板比压(前端)MPa泵站压力MPa整体运输尺寸mm适应倾角操纵方式重量t1.8～3.91.51.41～1.583136～32363990～41180.70～0.720.45～1.96254250×1410×1800≤30°本架控制13.55第4节工作面可弯曲刮板输送机、转载机、破碎机一、刮板机的选择由于煤层厚度仅为3.0米,采用综采一次采全高,所以只选取前部刮板机。根据有资料可直接查出工作面配套设备的型号为SGD-630/180PB型刮板输送机。其技术特征如下：设计长度：200m出厂长度：150cm输送能力：QC=400吨/小时刮板链速度:0.92m/s电机功率：2*90KW链条形式：中双链1、对所选刮板输送机的验算运输能力刮板输送机的运输能力为：Q=3.6FґØV式中F------运行物料的断面积m2ґ------物料的散碎密度kg/m3Ø-------装满系数，按表1-1查出下运时取0.9-1V-------刮板链速度由于该工作面年产115万吨，平均每班生产原煤869吨，所以不需要加挡煤板，因此F=1/2H*B=0.94m2(按装满为矩形估算)物料的散碎密度按我矿的值取为1.32/1.5=0.88所以Q=3.6FґØV=3.6×0.94×0.88×1×0.92=2.74kg/s≈986吨/小时由于Q＞QC，所以输送机满足运输要求。2、运行阻力计算⑴重段直线段的总阻力W=（qω+qω）*L*g*cos-(q+q)*L*gsin式中：q—中部槽单位长度货载质量kg/m\q=Q/3.6*v=831/3.6*5.7=40.5kgq—刮板链单位长度质量，由SGD-630/180PB型刮板输送机技术参数查得：q=57kg/mω=0.7ω’=0.4由《矿山机械》表2-5-5查得=18为已知故：W=(q*ω+q*ω)*L*g*cos-(q+q)*L*gsin=(40.5*0.7+57*0.47)*110*10cos18=24543(N)⑵空段直线段的总阻力：Wi=qLg(ω’cos18+sin18)=57*110*10*(0.4*cod18+sin18)=43227.8N⑶总的运行阻力:w=1.2(w+w)=81325N3、刮板链张力的计算⑴判断最小张力点的位置，对双机头驱动，最小张力点的位置用下面方法判断：若0.6W-0.4W<0,则3点为最小张力点,如图⑵用逐点推算法求各点张力从最小张力点开始计算，以上图为例,已判定刮板输送机的最小张力点在1点。取最小张力为:S=0S=S+WS=S+0.06S=1.06S=1.06*43227.8=45821.5S=S+W=45821.5+24543=70364.5(N)4、牵引力及电机功率的计算机采工作面刮板输送机的等效功率:N=1/*N=K*W*V/1000*=1.2*70364.5*1/1000*0.85=99KW式中：K—电动机的备用系数取K=1.2V—刮板链运行速度取V=1m/s—传动装置的总效率取0.85W—刮板输送机牵引力N=1.1*2*q*w**g*cos18*1/1000*0.85=1.1*2*40.5*0.47*110*0.9511*1*10/1000*0.85=51.5(KW)则：N=1/*=76KW实际配用电机功率为:N=1.15*76=88KW5、刮板链的预紧力和紧链力计算预紧力T=1/4(S+S+S+S)=39889N式中:草药S、S—分别为刮板链在主动链轮相遇点和分离点的张力NS、S—分别为刮板链在从动链轮相遇点和分离点的张力N紧链力TT+L*q*g*ω6、刮板链的强度双链刮板输送机刮板链的安全系数为：N——刮板链的安全系数s——条链条的破断拉力式中：——刮板链最大静张力——双链不均匀系数，中双链取经以上计算得知，所选刮板输送机在给定条件下能适用。二、转载机的选择根据有关资料：该综采面选择SZZ830/315成套系列；转载机、破碎机能力应大于刮板输送机能力。由于转载机也是刮板输送机，验算过程与以上刮板输送机相同。经验算所选转载机在给定条件下能适用。设计选用国产SGZ830/630型刮板输送机、SZZ830/315转载机、PCM200破碎机。上述设备设计要求关键部件引进，技术参数见表1-7。表1-7刮板输送机、转载机、破碎机技术参数刮板输送机SGZ830/630转载机SZZ830/315破碎机PCM200输送能力(t/h)1200输送能力(t/h)2000输送能力(t/h)2200装机功率(kW)315×2装机功率(kW)315装机功率(kW)200链速(m)1.03设计长度(m)50出口粒度(mm)300～150刮板链型式中双链供电电压(V)3300/1140供电电压(V)3300/1140供电电压(V)3300/1140中部槽规格(mm(L×W×H))1500×780×290第5节采煤机、支护设备、输送机配套关系图通过计算或参考有关图册资料，给制采煤机，支护设备及输送机配套关系图。采煤机、液压支架和输送机组成的综采设备，有严格的配套要求。各单项设备的先进性能只有在搞好配套关系的基础上才能发挥出来。一、尺寸配套（一）高度配套采高与支架支护高度应适应。采用不同高度的底托架，可以适应不同的采高。1、采煤机尺寸（图1-1）图1-1　采煤机尺寸示意图：采煤机最大采高，m；：摇臂向上的最大摆角，°；：机面高度，m；：机身高度，m；：摇臂长度，m；：滚筒直径，m；采煤机最大与最小采高之比为1.6～2.0之间；2、采高与支架高度关系：支架的最大最小高度，、：分别为前后柱处的顶板最大下沉量；：支架支撑高度富裕量，一般为200左右；：支柱伸缩余量，一般为50左右；3、4、如下图所示，支架支撑高度与采煤机机面高度之间关系，当采煤机处于最小高度时，机面至梁底面有富余，，通常，，用下式计算：式中：——梁的厚度；若机面高度过大，大于，则煤层变薄时，支架不能放下来，只能割顶或底板岩石；若机面高度过小，采煤机的过煤空间（值）小，不利于煤流通过。5、采煤机的下切量（图3-37）：能够：摇臂向下的最大摆角，ｏ；计算的数值一般为负数才是向下切割的深度，一般为150～200左右。6、：采煤机底托架高度；：运输机机槽高度；7、摇臂升角越大，采高越大，但当角度太大时，使滚筒中心距机身距离过小，装煤效果不好。二、横向尺寸配套1、机道宽度就是无立柱空定宽度，及时支护包括一个截深，采煤机与运输机的中心线偏离一定的距离，视情况而定。2、人行道宽度，位置可在两立柱之间，也可在前柱与输送机之间。3、端面距一般为～，采高小时取下限，大时取上限；4、移架千斤顶的行程距离比截深大～。（三）、能力配套采煤机、运输机、皮带、转载机、上山、煤仓、通风等。1、采煤机采煤机选择的依据主要是采高、煤的硬度、节理裂隙发育程度、地质构造发育程度。确定的参数为采高、牵引速度、电机功率。截深可以定做。2、输送机：（1）、尺寸与采煤机严格配套；（2）、机槽等部件的强度与采煤机的重量和运行特点相适应；（3）、能力与采煤机的相适应；（4）、尺寸与液压支架的结构尺寸相适应，合理配套；输送机的运输能力与铺设长度、电机功率、煤层倾角、机槽和刮板链的结构和特点等因素有关。为使输送机既不过载又能够发挥运输潜力，根据实际测量的运输机的实际运输能力，按下式计算采煤机的牵引速度：工作面的采高、截深、煤的密度；：考虑到运输机的运行条件差所考虑的系数，一般取1.1～1.15；：工作面采出率3、液压支架液压支架移架方式与生产能力相适应。（1）、液压支架的性能达到：有效支护顶板，能够快速移设；（2）、顶板稳定性好的条件，采用单架依次顺序式；（3）、顶板稳定性差的条件，采用分段作业或分段追机作业方式。分段时，工作面最多不能超过三段。4）、工作面的生产能力与顺槽、采区上下山、车场的运输能力、供风量的能力均应该相适应。二、综采工作面配套设备关系图（附图1）第6节　选型设计结果汇总90万吨/年的矿井的综采工作面三机配套设备选型（液压支架、采煤机和刮板输送机）：根据规定：采高大于1.1米，年产量大于30—50万吨时，应选择综采。根据以上提供的原始数据，经计算确定该采煤工作面选择ZC14-QY31成套综采设备：支架为QY200-14/31型掩护式支架；采煤机型号为MLS3P-170；刮板输送机型号SGD-630/180PB。经验算这些设备能够满足工作面的要求。参考文献[1]陶驰东等.《采掘机械》.北京：煤炭工业出版社，1993.[2]李昌熙，沈三立，高荣等著.《采煤机》.北京：煤炭工业出版社，1992.[3]程居山.矿山机械.徐州：中国矿业大学出版社，1997[4]王启广、李炳文、黄嘉兴.《采掘机械与支护设备》.中国矿业大学出版社，2006[5]综采技术手册编委会编.《综采技术手册（上、下）》北京：煤炭工业出版社，1997.[6]李连祝葛世荣等著.《矿山机械可靠性设计》.北京：煤炭工业出版社，1994.[7]刘春生.滚筒式采煤机理论设计基础.北京：中国矿业大学出版社.2003.[8]于文景，李富群等著.《现代化煤矿机械设备安装调试、运行检测、故障诊断、维修保养与标准 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分析，到说明书的撰写，都离不开老师的指导和同学们的帮助。从本次毕业设计中，我不仅学会了如何正确运用图书资源和网络资源，同时也体会到了冷老师严谨治学的态度，而且让我树立了正确的设计思想，掌握基本的设计方法，为我将要今后的学习及工作打下坚实的基础。由于本人能力有限，实际生产经验不够。因此，缺点和错误在所难免，希望评阅老师将本次设计中的不合理之处指出，并不啬赐教。