测控技术与仪器专业论文 —综采工作面设备选型12047.doc

内蒙古科技大学 学生毕业设计说明书（毕业论文）题目：综采工作面设备选型学生姓名： 学 专 班 号： 业：矿山机电 级： 指导教师： 摘要本设计主要研究了综采工作面采煤机、液压支架、刮板输送机以及乳化液泵站的选 型设计。综合机械化采煤是指完成落煤、装煤、运煤以及顶板支护等一系列机械化的总 称。本设计中所研究的煤层为采高 2.9 米的中厚煤层，是较为常见的，所以选型较为容 易，采煤机型号的选择主要根据煤层硬度、厚度、倾角等因素来选取，选型后还要计算 采煤机的主要参数，采高、截深、生产力、牵引速度、牵引力、截割速度、装机功率。 本设计中选用了 mg400/920wd 采煤机，本采煤机在我国使用较为普遍。在运输方面本 设计选用了跟 mg400/920wd 配套的 sgz880/800 型输送机，并对输送机的输送能力以 及刮板链的强度进行了验算。在顶板支护中根据顶板的稳定性选用了支撑掩护式支架， 架型需要根据采高、工作阻力等来确定，本设计中选用了 zz4000/17/35 型，也是使用较 为普遍的一种架型，还对支护强度进行了验算，确定了中作面所需支架的总数量。本设 计还对乳化液泵站进行了具体的设计计算，根据所选液压支架的主要技术参数计算了泵 站的压力，并对乳化液泵进行了选型。最后本设计还对整体进行了配套验算，并做出了 三机配套图。 关键词： 关键词： 综采 工作面 选型abstractthis design mainly studied the synthesis to pick the working surface coal mining machine, the hydraulic support, the scraper conveyer conveyer as well as the emulsion pumping station shaping design. synthesis mechanization mining coal is refers to completes falls the coal, the coaling, to transport the coal as well as the roof supports and protections and so on a series of mechanized general name. in this design studies the coal bed to pick the height 2.9 meter thick seams, is more common, therefore the shaping is easier, the coal mining machine models choice mainly according to factors and so on coal bed degree of hardness, thickness, inclination angle selects, after the shaping, must calculate coal mining machines main parameter, picks, the truncation depth, the productive forces, the pulling speed, the force of traction, the cutting speed, the installed power high. in this design has selected the mg400/920 coal mining machine, this coal mining machine uses in our country is more common. in transportation aspect this design has selected with mg400/920 necessary pair of chain scraper conveyer sgz880/800, and has carried on the checking calculation to conveyers delivery capacity as well as the scraper chains intensity. selected the support shield type support in the roof supports and protections according to the roof stability, has needed according to pick, the working resistance and so on to determine high that in this design has selected zz4000/17/35, was also uses a more universal one kind of frame, but also has carried on the checking calculation to the supports and protections intensity, had determined made the surface institute to need supports total quantity. this design has also carried on the concrete design calculation to the emulsion pumping station, according to chose hydraulic supports major technique parameter to calculate the pumping station pressure, and has carried on the shaping to the emulsion pump. finally this design has also carried on the necessary checking calculation to the whole, and has made the three machines necessary chart. key words: fully mechanized working surface model selection目摘录要2 1.1 设计题目、任务和要求、设计条件 - 7 1.2 选型的基本原则 - 8 -1. 绪 论 - 7 -2. 滚筒采煤机的选型- 13 2.1 初选采煤机（确定型号） - 13 2.2 滚筒 - 16 2.2.1 滚筒直径 - 16 2.2.2 滚筒宽度 b - 17 2.2.3 截深 - 17 2.3 电机功率- 18 2.3.1 根据煤的比能耗选择电动机功率 - 20 2.3.2 根据采髙选择电动机功率 - 20 2.4 牵引力 20 2.4.1 采煤机理论牵引力 - 21 2.4.2 实践经验确定牵引力 21 2.4.3 根据电动机功率选择牵引力采煤机电动机与牵引力选择见表 21 2.4.4 牵引力的选择 21 2.4.5 实际牵引力验算- 22 2.5 防滑设备 23 2.6 采煤机允许的最大牵引速度 23 2.7 采煤机喷雾供水装置 24 2.8 采煤机的稳定性 24 3. 支护设备的选型 26 3.1 确定架型 26 3.1.1 煤层厚度 26 3.1.2 煤层倾角 26 3.1.3 底版强度 26 3.1.4 瓦斯涌出量 263.1.5 设备成本 26 3.2 主要参数计算和支架型号的确定 26 3.2.1 液压支架的工作原理和过程 27 3.2.2 初撑力 pc 30 3.2.3 支架工作的最大高度 31 3.2.4 支架工作的最小高度 31 3.2.5 支架的伸缩量和伸缩比 31 3.2.6 工作阻力 p 32 3.2.7 移架力和推溜力 32 3.2.8 支架型号的确定 32 3.3 性能验算 33 3.3.1 底板比压 33 3.3.2 工作阻力（支护强度）和初撑力的验算 36 3.3.3 顶板覆盖率 36 3.3.4 压力损失的验算 36 3.3.5 系统温升的验算 38 3.4 支架布置台数 39 4. 输送设备的配套选型 40 4.1 初选刮板输送机 40 4.1.1 转载机的选择 44 4.1.2 可伸缩胶带输送机的选择 45 4.2 运输能力的验算 46 4.2.1 按采煤机生产能力计算刮板输送机的运输能力 46 4.2.2 按刮板输送机的工作状况及有关参数计算输送能力 46 4.3 刮板输送机电机功率的验算及电机的数量 50 4.3.1 电机功率 50 4.3.2 电机数量 52 4.4 刮板链强度验算 52 5. 乳化液泵站的选型 54 5.1 乳化液泵 54 5.1.1 泵站压力的确定 54 5.1.2 泵站流量确定 56 5.1.3 选择乳化液泵 565.2 乳化液泵的电机功率 60 5.3 乳化液箱容积的验算 60 5.4 乳化液 61 5.4.1 乳化液一般的选型原则 61 5.4.2 乳化液一般应注意的事项 61 6. 配套验算 63 6.1 通风计算 63 6.1.1 采煤工作面需风量计算 63 6.1.2 按工作面温度计算 63 6.1.3 按工作人员数量和炸药需要量计算 64 6.1.4 按风速验算 64 6.1.5 经验供风 64 6.2 设备的空间尺寸配套关系 65 6.3 综采工作面布置图 66 结 致 论 67 谢第一章1.1 设计题目、任务和要求、设计条件 设计题目、任务和要求、设计题目：综采工作面机械化设备选型绪 论设计的目的和要求：在指导老师的指导下，独立完成所要完成的毕业设计全部内 容。包括：方案选择；正确的进行分析计算；通过调查研究和毕业实习，搜集和查阅 有关图纸；根据课题设计需要进行必要的实验、测试和经济核算；绘制出符合国家标 准的图样；编写设计说明书；具体要求如下： 1.培养自己综合应用所学理论知识和技能，分析和解决该设计项目的原理和方 法，熟悉该设计项目的组成及编成。 2.培养自己懂得该设计项目工作所必须的全局观念、生产观念和经济观念，树立 正确的设计思想和严肃认真的工作作风。 3.培养自己调查研究，查阅技术言文献、资料、手册，进行工程计算、图样绘制 及编写技术文件的能力。 4.通过自己独立完成设计来更深刻的了解并懂得以下内容： 综采工作面配套设备由采煤机、支护设备、刮板输送机等设备组成.所谓综采工 作面配套设备的选型含义,系指依据煤层赋存和矿井生产技术条件,可获得良好使用 效果而实际选用的综采成套设备。 综采工作面设备配套的目的,首先在于总体配套是单机设计的依据,要解决成套 设备各单机间的能力相互匹配和空间几何关系的配套;其次在于使成套设备性能与采 煤工艺间相互适应。因而总体配套又是采区设计和采煤工艺设计的依据。 采煤工作面中，采煤机、刮板运输机和支护设备（液压支架或单体支柱于顶梁） 等组成一个采煤机的有机整体来实现采煤工艺的哥哥工序， 他们在工作能力和结构尺 寸的配套关系，直接影响采煤工艺的顺利实施和设备能力的充分发挥。因此，为了正 确的选择采煤机组各种设备的形式，不仅要看它们各自能否满足采煤工艺的要求，同 时也要注意它们之间的配套性能，特别要把工作面“三机”“采煤机、刮板输送 机、液压支架”配套搞好，否则综采生产将无法进行，勉强生产也获得不了好效果。 设计条件： 资料 2 1.工作面长度 210m。 2.倾角 20。 3.煤层平均厚度 2.9m.。 4.顶板中等稳定 5.f=2.3。1.2 选型的基本原则综采工作面三机配套方案： 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。 “三机”的基本选型原则： a.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,一般取采煤机电机功率消耗的 10%2 5%。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。 b.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、顶梁和底座的尺寸及相对位置等)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。 c.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。 综上所述，选型的基本原则就是： 在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。 同时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。 详见下图： 液压支架、采煤机、刮板输送机几何关系示意图其计算公式为: r=b+e+w+x+d/2 式中 （1-1）r无立柱空间宽度,mm b截深,mm e铲煤板空距,规定为 50100 mm w输送机宽度,mm x前柱与电缆槽间距,mm d前柱外径,mm w=f+g+j+v （1-2）式中f铲煤板宽度,150240 mm g中部槽 宽度,mm j导向槽宽度,mm v电缆槽宽度,mm及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=150240 mm。 (3)梁端距 t 一般为 150300 mm,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 100200 mm。 (5)保证过煤高度 c250300 mm,以便煤流顺利从底托架下通过。 (6)过煤空间 y 最小值为 90 mm 至 200250mm 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 160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。 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 0.50.8,而实际应用中仅为 0.250.4。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 11, 最好为 1.21.41,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。第二章 滚筒采煤机的选型2.1 初选采煤机（确定型号） 初选采煤机（确定型号）采煤机选型原则通常是要符合煤层赋存条件，满足对生产能力的要求，以及与刮板 输送机和液压支架的匹配要求。并结合以下四点依据，确定采煤机的选型： 1.根据煤层厚度选择采煤机械 给出的设计条件中煤层平均厚度为 2.9m，属于中厚煤层，可选用双滚筒采煤机。 2.根据煤的力学性质选择采煤机械 煤的力学性质主要包括煤的坚硬度系数 f、抗压强度、截割阻抗 a、韧性、层理和节 理的发育情况、夹石含量及分布等。这些因素关系到选择采煤机械的工作机构形式和采 煤机械的功率大小。 3.根据煤的坚硬度系数 f 和截割阻抗 a，将煤分为三类： 软煤f1.5，a180n/mm 中硬煤f1.53.0，a180240n/mm 硬煤f3.0，a240360 n/mm。 各种采煤机最适合开采软煤，特别是脆性软煤；韧性中硬煤应选用中等功率的滚筒 式采煤机；脆性总硬煤宜选用中等功率的滑行采煤机；硬煤必须选用大功率的滚筒式采 煤机。滚筒式采煤机可以截割各种硬度的煤。 设计条件中 a=230n/m、f=2.3，属于中硬煤，因此，滚筒采煤机宜选用中等偏大功 率。 4.煤层倾角对选择采煤机械的影响。 根据开采技术特点将煤层倾角分为三类： 025为缓倾斜煤层； 2545为倾 斜煤层；4590为急倾斜煤层。 倾角小于 12对机械化开采最为有利，可由于设计条件中倾角为 20，一般对于实 际则开始考虑采煤机的防滑问题。因此，本次选用采煤机可用也可不用设置防滑装置。 5.顶底板性质对选择采煤机械的影响。 顶底板性质主要影响顶板管理方法和支护设备的选择，因此，选择采煤机时应同时 考虑选择何种支护设备。例如，对于不稳定顶板，控顶距应当尽量小，应选用窄机身采煤机和能超前支护的支架；若底板松软，则不宜选用拖钩式刨煤机、底板支撑式爬底板 采煤机和混合支撑式爬底板采煤机，而应选用靠输送机支撑和导向的滑行刨、悬臂支撑 式爬底板采煤机、骑溜子工作的滚筒式采煤机和对底板接触比压小的支架。 综上所述， mg400/920 920- 系列采煤机，该采煤机的外观、 综上所述，可选用 mg400/920-wd 系列采煤机，该采煤机的外观、简介以及基本参数 如下： 如下：mg400/920-wd 型交流电牵引采煤机是国产功率最大的电牵引采煤机，它与 sgz880/800-w 型刮板输送机、 zz4000-17/35 型支撑掩护式支架等组成综采设备配套， 适用于高产高效综合机械化开采，可用与煤层厚度 24m 倾角小于 21，煤层硬或 中硬的煤层综采。 附表 1： 同种类型采煤机对比表 mg400/920-wd 该机的结构布置与 mg400/985wd 型采煤机基本相同，取消了破碎机构。 其主要技术参数也相同，不同之处是： 1.供电电压（v） : 3300； 2.牵引电机型号 ：ybqys50（比 985 多 5kw） ； 3.截割电机型号：ybcs4400； 4.泵电机型号 ：ybrb20； 5.总装机功率（kw） ：920； （其中两个截割电机 2400kw， 两 个牵引电机 250kw， 一个泵电机 20kw， 总装机功率 2400250 20=920kw） 6.主电缆型号 ：ugfp3701 2544（一根外径65） 7.最大不可拆卸的部件为电控箱， 其尺寸和重量分别为： 长宽高（mm） 29001380 ： 925 重量（t） 9.5 ： 8.两滚筒水平中心距（m） ：10.6 9.两摇臂回转中心距（m） ：6.48 10.两行走轮跨距 （m） ：4.85 与 mg400/985-wd 采煤机的不同特 点为： 1.交流变频调速系统采用瑞士 abb 公司生产的 acs600 系列变频器，或美 国的 wolkmanm9000 系列变频器。 4 外径65 的主电缆，所用电压等级全 mg400/985-wd1.采 高 ： （m） 1.93.75 配2m 滚筒)； （ 2.适应倾角（） ：15 ； 3.煤质硬度 : f4； 4.机面高度（m） 1.5； ： 5.过煤高度（m） 0.655 ； ： 6.机 重（t） 55 ： 7.牵引速度(m/min)：7.12/12 8.69/14.2； 8.牵 引 力（kn） 620/360 506/304； ： 9.截 深（m） 0.63 0.8； ： 10.滚筒直径 （m） 1.6 1.8 ： 2.0； 11.电 压（v） 1140； ： 12.卧 底 量 （m） 0.3260.526（ ： 1.6m 滚筒为 0.326 、 2.0m 滚筒为 0.526） ； 13.滚筒水平中心距（m） 10.2； ： 14.摇臂回转中心距（m） 6.08； ： 15.最大生产能力 （t/h） 2033； ： 16.牵 引 形 式 ： 机载交流变频调速 销排式或链轨式无链牵引； 17.调高泵型号： a2f28rp4 泵电机型 号： ybrb18.5； 18.截割电机型号： ybcs2400； 19.牵引电机型号： ybqys45； 20.主电缆型号：ucep3120125 46（两根） ； 21.配套开关型号： dqzbh400/1140 （两台） ； 22.供水管型号：kjr38100/l； 电缆 23.最大不可拆卸部件是电控箱， 其尺寸2.整机拖一根 3701254 夹型号： c 型；部在 3300v 以下。 出现故障不能正常工作时，可将正常/ 应急开关置于应急位置，切 断主控系 及重量为： 长宽高（mm） ：3.该机设有应急功能： 当主控系统 25001380890； 24.重量（t） 7.8 装机 功率 （kw） ： ： 985（其中两个截割电机 2400kw，两个牵统，同时辅助控制系统投入工作。这时 引电机 245kw，一个破碎电机 75kw，一个 操作站只能完成摇臂的开降功能，开停 泵电机 18.5kw， 牵引用变频 控制盘控制。 螺丝松动问题。 共计 240024575 25.配套运输机： sgzc880/800； sgz880/800 ； 26.超级链轨 2000（英国） ； 27.lw11200800/600（英国） 4.该机可安装哑铃销， 可彻底解决 18.5985kw）2.2 滚筒2.2.1 滚筒直径 单滚筒采煤机一次采全高或薄煤层双滚筒采煤机： d=hmin（0.10.3） （2-1） （2-2）hmin=a-h/2+l sinmin+d/2=1.547-2.9/2+0.608sinmin+1.8/2= 0.87 中厚煤层使用的单滚筒采煤机： d=（0.550.6）hmax hmax= a-h/2+l sinmax+d/2=1.547-2.9/2+0.608sinmax+1.8/2=0.97 式中 a用户在选定机面高度，m； d滚筒直径，m； h电动机高度，m； l采煤机摇臂长度，m； max摇臂向上最大； min最小摆角。( 2-3 )综采工作面双滚筒采煤机一般都是一次采全高，故滚筒直径 d 应稍大于最大采高之 半，即： d2/1hmax d=(0.520.6) h=0.62.9=1.74m式中 d滚筒直径，m； hmax最大采高之，m。 2.2.2 滚筒宽度 b 由于有效截深影响采煤机生产能力，因此合理选择滚筒宽度很重要。目前综采多数截深采用0.6m因此所选滚筒宽度b=630mm。薄煤层及大功率采煤机也 可根据实际情况增大到800-1000mm。当顶板条件较差时，也可减小到b=500mm。 目前国际上大功率采煤有加大滚筒宽度到 1000mm 趋势，以提髙生产能力。 2.2.3 截深采煤机截割机构（如滚筒）每次切入煤体内的深度 b 称为截深。它决定工作面每次 推进的步距，是决定采煤机装机功率和生产率的主要因素，也是支护设备配套的一个重要参数。截深与煤层厚度、煤质软硬、顶板岩性以及支架移架步距有关。在薄煤层中，由于 工作条件困难， 采煤机牵引速度受到限制， 为了保证适当的生产率， 宜用较大的截深 （可 达 0.81.0mm）;反之，在厚煤层中，由于受输送机能力和顶板易冒顶片帮条件的限制， 宜用较小的截深。 采煤机截深和支护设备的推移应相适应，以便于顶板控制。当用液压支架支护时， 要求采煤机截深略小于液压支架的移架步距，保证采煤机每开采一个截深后液压支架可 以推进一个步距。