支护设备与采煤机选型设计.doc

目 录第一部分 支护设备与采煤机选型设计 3第一节 设计原始数据 3第二节 机械化工作面类型的确定 3第三节 液压支架的选择 5第四节 滚筒采煤机的选择 8第五节 支架、采煤机确定（论证） 10第六节 采煤机、支护设备及输送机配套关系 11第二部分 矿山运输机械选型设计 12第一节 工作面刮板输送机的选择 16第二节 采区顺槽运输的选择设计.17第三节 采区上运带式输送机选择.18第四节 主要运输巷道运输21第三部分 立井单绳缠绕式提升设备的选型设计 27第一节 设计原始数据 27第二节 提升容器的选择 28第三节 提升钢丝绳的选择 29第四节 提升机及提升电动机的选择30第四部分 矿井排水、通风、压气设备选型设计 36第一节 矿井排水设备 37第二节 矿井通风设备 41第三节 矿井压气（力）设备的选型 46第五部分 采区供电设备选型计算50第一节 设计原始数据 51第二节 采区供电方案拟定 51第三节 采区移动变电站的选择 52第四节 采区高低压电缆的选择 53第五节 采区低压开关的选择 58第六节 采区开关的整定计算 60附 件 62第一部分 支护设备与采煤机选型设计第一节 设计原始数据1、煤层最大厚度h=2.0米，煤层最小厚度h=1.6米，2、截割阻抗a=160 牛顿/毫米。3、煤层倾角12。4、顶板条件：老顶是级，直接顶是4类。5、工作面长度为120米。6、设计产量为50万吨/年。7、生产工作安排：一年工作日按300天计算，实行四班工作制，三个采煤班，一个准备班（检修），每天生产时间为18小时。第二节 机械化工作面类型的确定与论证一、采煤工作面的类型及设备配套机械化采煤工作面，根据支护设备型式不同，可以分为普采和综采工作面。综采主要设备为双滚筒采煤机、刮板输送机、液压支架等，其优点是机械化程度高、安全、生产率高，缺点是设备投资大，对倾角、地质条件变化要求严格；普采主要设备为滚筒采煤机、刮板输送机、金属摩擦支柱或单体支柱及金属铰接顶梁，其优点是设备投资小，对倾角、地质条件变化较大时，适应性好，缺点是机械化程度、安全、生产率比综采面低。二、工作面类型的确定我国目前规定：采高大于2米，年生产产量为5080万吨时，应选择综采设备，而年生产产量为2030万吨时，应选择普采。根据设计提供的原始数据，产量为50万吨/年及煤层厚度h=2.0米，则确定该采煤工作面设备应选择综采设备，其工作面主要设备为：双滚筒采煤机、刮板输送机、液压支架，因此根据已知条件（原始数据）进行综采设备选型。第三节 液压支架的选择1、架型的选型1）支架的类型液压支架根据对顶板的支护方式和结构特点不同，可以分为：支撑式支架、掩护式支架和支撑掩护式支架。2）选型影响液压支架选型的主要因素有1、顶板稳定性2、地板稳定性3、煤层厚度4、煤层倾角根据给定的原始数据工作面直接顶为4类，老顶为级，采高h=2.0米，可查毕业设计指导书表2-4选择掩护式支架，一次采全高。查综采设备设计手册，规定：倾角15时，支架要增设可靠的防滑防倒装置，故根据给定的原始数据煤层倾角为12，确定该支架可以不设防滑防倒装置，但选择的支架必须满足煤层倾角要求。2、液压支架结构参数的确定液压支架最大结构高度hmax=hmax+a=2.0+0.2=2.2（米）液压支架最小结构高度hmin=hmin-s2-b-c=1.6-0.05-0.1-0.1=1.35（米）式中：hmax-煤层最大采高（m）hmin-煤层最小采高，（m）s2-顶板最大下沉量，老顶为级取最小值50mma -支撑高度补偿量，因该工作面属中厚煤层，则可取200mmb -支架卸载前移时立柱伸缩余量煤层厚度大于1.2米取80100mmc -浮煤、浮矸石厚度，一般取a=50 100mm根据原始数据中煤层的最大厚度2.0米及计算结果，可以选取支架的高度hmax=2.2米; 最小结构高度hmin=1.35米。3、支架支护强度的确定按经验公式估算：支架支护强度q=k.h.r=62.22.3=30.36（吨/米2）式中：k-作用于支架上的顶板岩石厚度系数，取6h-最大采高2.2米r-岩石容积重量，一般取2.3吨/米直接查表选取根据顶板条件和煤层厚度，直接由毕业设计表2-4中查取：q=235=70（吨/米2）估算强度30.36吨/米2通过对支架支护强度估算与支架支护强度直接查表选取的数值比较可得：q=35吨/米2。4、初选液压支架型号（确定）根据液压支架最大结构高度（2.2米）、最小结构高度（1.35米）及支护强度（35吨/米2）数值，直接查教材矿山机械与设备表1-6-11得：初选型号为： zyq2000/10/26zyq2000/10/26掩护式支架技术特征（表“1”）型号高度/宽度/初力撑/kn工作面阻力/kn支护强度/ mp对地比度/ mp适应坡度/度质量/zyq2000/10/261.0-2.61.42- 1.59956- 12211493- 19670.37- 0.451.51-1.68155.19第四节 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、滚筒直径的选择双滚筒采煤机滚筒直径应大于最大采高hmax的一半，y一般可按d=（0.52-0.6）hmax计算，则可得：采煤机滚筒直径d=（0.52-0.6）hmax=0.62.2=1.32米）2、截深的选择中厚煤层截深可取0.5-0.8米，根据国产采煤机的技术特征，故选择截深为0.6米。3、滚筒转速及截割速度一般认为滚筒转速在30-50转/分较为适宜，故选择50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/分左右较好，故选择截割速度为4米/分。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、等候支护、处理片帮等因素，经常出现等候，可引入有效开动率，我国采煤机的有效开动率一般取0.2。因此，采煤机最小设计生产率qmin为：qmin=w/240.2=1667/4.8347（吨/时）式中：w-采煤工作面的日平均产量500000300=1667（吨/日）5、采煤机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，选择截割时的牵此速度，要根据下述几方面因素，综合考虑。根据采煤机最小设计生产率qmin决定牵引速度v1= qmin/60.h.b.r=347/602.00.61.353.56( 米/分)式中：qmin-采煤机最小设计生产率h-采煤机平均采高b-采煤机截深，0.6米r-煤的容重为1.35吨/米3按截齿决定牵引速度由于本工作面属于截割阻抗较大的煤层，因此，滚筒螺旋叶片宜采用3头，截齿宜用切向截齿。由截齿最大切削厚度hmax公式hmax=1000v/(mn)，可得采煤机牵引速度： v2=mnhmax/1000 式中 hmax-截齿最大切削厚度,为截齿伸出齿座长度的70%，切向截 齿伸出齿座长度约为4152mm，这里取45；m-同一截线上的截齿数，3；n-滚筒转速，50r/min。 则 v2=350450.7/10004.72 (m/min) 综合以上两方面情况，采煤机截割时的牵引速度v，应满足v1vv2，同时，还应与液压支架推移速度相协调，因此可取v=4m/min。采煤机的生产率q为q=60hbvr=602.00.64.01.35=389(t/h)6、采煤机所需电机动率由于采煤机在截割和装载过程中，受到很多因素的影响，所需电动机功率大小，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实验资料来确定，如果比能耗值确定适当，计算值就比较合理。因选择双滚筒采煤机且采煤机滚筒直径按最大采高60%选取时，则双滚筒采煤机所需电机动率：n=q hx /k1k2.=4650.31/10.9160(kw） 式中： k1-功率利用系数，单台电机驱动取1 k2-功率水平系数，因采用人工调速，则取0.9 hx =ax/a. hb =160/2000.38=0.317、牵引力采煤机的牵引力主要取决于煤质、采高，牵引速度，煤层倾角，机器质量。导向装置结构及摩擦力等，精确计算也很困难，有链牵除按公式估算外，可以参考毕业设计指导书2-9表初选200kn。8、采煤机牵引速度取最大数值4米/min，在选择支架时，应考虑支架推移速度大于此数值，这样可以保证采煤机安全生产。二、初选采煤机根据采高(2.0m)、滚筒直径(1.32m)、截深(600mm)、生产率（388吨/时）、电机功率（160kw），牵引力(200kn)及牵引速度(4米/min)等，查教材矿山机械与设备初选mls3p-170采煤机为宜。mls3p-170采煤机主要技术参数（表“2”）序号名称参数（单位）备注1生产能力550-670t/h2外形尺寸6905184111853适应条件采高1.63.0m倾角030度硬度23f4牵引速度0-9.3米/分5截割部滚筒直径1.3m截深0.6 m筒速50转/分6电动机型号dmb-170s功率170kw电压 660/1140 v转速1460转/分7灭尘方式内、外喷雾8质量22t三、初选采煤机主要技术参数的校核1、最大采高的校核 max=a-0.5h+l sin+0.5d =1.317-0.50.46+1.19sin65+0.51.32=2.825（）2.2m可以参考毕业设计指导书2-10表mls3p-170采煤机参数。a采煤机高度，1.317米h采煤机截割面减速箱高度，0.46米l摇臂长度，1.19米amax摇臂向上摆动最大角度，65d滚筒直径，1.32米经过校核，初选采煤机最大采高满足工作面最大采高要求。2.最小采高校核 mina+h1+h2 =1.317+0.5+0.25 =2.06min=2.2m2.06ma采煤机高度，1.317米h1铰接顶梁高度h2过机高度经过校核，初选采煤机满足工作面最小采高要求。3.卧底量校核最大卧底量kmax=a-h/2-sinbmax-d/2 =1.317-0.46/2-sin17-1.32/2 =0.133m(一般为90-300mm)sinbmax摇臂向下摆动最大角度4、采煤机最大截割速度的校核v=q/60.h.b. =500/602.00.61.35 =5.14（米/分）4米/分q运输机输送能力，t/hh-采煤机平均采高，2.0mb-采煤机截深，0.6米r-煤的容重为1.35吨/米3第六节 采煤机、支护设备、输送机配套关系一、支架选择论述：支撑式支架适宜于顶、底板较完整和较坚硬的中厚煤层，根据设计中要求工作面直接顶为4类、老顶是级类及煤层厚度2.0米（一次采全高为2.0米），应选择此系列支架，但由于该系列支架适应坡度仅qc=532吨/小时故所选该皮带运输机的运力满足要求。 式中: k -物料断面系数,查矿山机械与设备教材表2-6-10取458b -输送带宽度1mv -输送带速度1.88m/sr-物料的散碎密度，查矿山机械与设备教材取0.9c -倾角系数,查矿山机械与设备教材表2-6-11取0.92 因b(1000)2aax+200=2300+200=800() 故所选该皮带运输机的带宽满足要求。计算输送带运行阻力1）重段直wzh=（q+qd+qg）lgcos（q+qc）lgsin=( 55.6+6.6+17)1000100.2cos12-( 55.6+6.6)1000sin14=93.6-2.9=90.7（kn）式中：q-每米输送机的货载质量q=55.6（kg/）qd-每米输送带的质量qd=1.116=6.6（kg/）qg-托辊转动部分的质量qg=17/1=17（kg/）l - 输送机的铺设长度l=1000 g - 重力加速度g=10 /s2- 阻力系数查矿山机械与设备教材取0.2 - 输送机铺设倾角=122)空段直线段的运行阻力wk=（qd+qg）lgcosqdlgsin =（6.6+7.5）1000100.2cos12+6.61000sin6=28.8（kn）计算输送带强度对煤矿阻燃输送带,可用公式m=1110所以输送带强度的强度满足需要式中sd-阻燃带的纵向拉断强度查毕业设计指导书附表2-4取650b-阻燃带宽度1000m sma-输送带运行所受的最大静张力60334n由于该设备选型为成套设备,其它技术参数不必验算。附加说明由于该台胶带机安装倾角为12度，要求机头、机尾做基础。机尾用地锚拉。机头增设逆止器。第四节 主要运输巷道运输一、设计要求： 1、采区年产量120万吨，则按东、西两翼进行选型计算，东、西两翼采区距井底车场的距离l=2000m；2、该矿井年产50万吨；3、低瓦斯矿井。二、电机车选型按照低瓦斯矿井，大巷运输初选为架线式电机车运输，再根据设计提供的原始数据该矿井年产量为50万吨，查矿山机械教材表2-7-1选电机车 zk7-7/250型。三、选择电机车的原始数据设计生产率由于该系统电机车是专线运输原煤，故不考虑运输材料及运矸，且设计提供的原始数据该矿井年产量为50万吨。加权平均运输距离设计要求，按东、西两翼进行选型计算，加权平均运输距离为lq=2 （km）式中：lq-加权平均运距km l1 l2 ln-各装车站的运距km，式中取2kmq1、q2、qn-各装车站的运量t，式中取300000吨线路平均坡度运输大巷按平巷设计，坡度不必进行计算，巷道一边做水沟，为了考虑排水轨道平均坡度按1-3%设计。四、选择电机车的粘着质量根据毕业设计指导书表4-1选择电机车初选为质量为7吨，配套矿车载重1吨，矿车质量0.6吨。五、列车组成计算按粘着力条件计算n=4.3810.9=47.7 取n=47辆式中：p-机车质量7tg-矿车载重1tg0-矿车质量0.6tn-列车中的矿车数-粘着系数，取0.24zh-重车起动的阻力系数，查表4-2得0.0135ip-轨道的平均坡度，取0.003a-列车起动加速度，井下取0.03-0.05m/s2按牵引电动机温升计算n=0.62551.38=32.1 取32辆式中：fch-牵引电机车长时牵引力,查表得3.24kna-调车系数，取1.25t-相对运行时间, t =0.654t -列车往返一次所需时间t=tzh+tktzh-重车运行时间tk-空车运行时间tzh= tk=l-运输距离2000vch-长时速度,查表得16.9k/h-调车及休止时间，取18-22分钟zh-重车运行的阻力系数，查表4-2得0.009idz-等阻坡度,取0.002按制动条件计算n=40.77 取40辆式中：-制动状态的粘着系数，取0.17ip-轨道的平均坡度0.003b-制动减速度,按计算 b=23vs-取长时速度为16.9lsh-实际制动距离, lsh= lzh- vst,lzh-运料时不超过40米t-制动空行程时间，手动取2秒lsh= lzh- vst=40-16.92=6.2 b=23根据以上三组数据,取最小值，所以该电机车串车数量应为23辆车。六、列车组成的验算验算实际电动机温升按照平均坡度及最长运输距离来验算计算列车运行时的牵引力重列车下坡时的牵引力fzh=1000p+n（g+g0）（zh- ip）g=10007+32（1+0.6） 9.8 (0.009-0.003)=3422（n）空列车上坡时的牵引力fk=1000(p+ng0）（k+ ip）=1000(7+320.6)(0.11+0.003)=2960（n）计算重、空列车在最大运输线路上的运行时间tzh=7.1(分)8分tk=6.86(分)7分计算等效电流idx=a= 1.25=23(a)检验温升条件查表知zk7-7/250电机车长时制电流为ich=34a idx=23 aich=34a所以电机车在运行过程中电机温升不会超过允许值，因此选择zk7-7/250型架线式电机车符合要求。七、电机车台数的确定一台电机车在一个班内能往返的次数z1z1=9.7910次式中：tb-电机车每班工作小时数h，不送人员时，取7h。 t-机车往返一次的运输时间15min。t=+=+=20.9min l-加权平均距离km，为2km vzh、vk-重空列车实际运行速度km/h，查表分别为11和25。-调车及休止时间,取18-22分钟。每班需要运送煤的列车数zbzb=52.1 取52式中： k1-运输不均匀系数，取1.25k2-煤矸石系数,按实际量取, k2=1+(每班外运煤矸石量/ ab)ab-每班运煤量6000003003=667n-车组中的矿车数g-矿车载重k2=1+(每班外运煤矸石量/ ab)=1+(667/667)=2由于该系统电机车是专线运输原煤，所以每班运人所需的列车数zr=0每班所需运行的总次数z0=zb+zr=52 确定电机车工作台数n0=5.25台矿井电机车总台数(仅指专运原煤线路,其它不计) n =n0+nb式中nb-备用电机台数,按工作电机台数的25%算。nb= n025%=1.251台所以所需电机车总台数应为：n =n0+nb=5+1=6台第三部分 立井单绳缠绕式提升设备的选型设计第一节设计原始数据1、矿井年产量an=60万吨。 2、工作制度：年工作日300天，日工作18小时。3、矿井单水平开采。4、提升方式：双箕斗提升。5、散煤容量=0.9t/m3。6、井深hs：230米。7、装载高度hz：18米,卸载高度hx：18米。第二节 提升容器的选择在矿井年产量，工作制度一定的情况下，我们可以选择大容量低速提升，也可以选择小容量容器以较高速度提升，这两种提升方式，前者因容器大，所需提升钢丝绳直径粗，提升机直径大，电动机功率大，也就是说，设备初期投资高，但运行电费低，后者则反之，在实际工作中确定提升方案时，要先对两种方案进行选型计算，从初期投资、运行电费等各方面进行技术经济比较。考虑现场特殊需要，确定经济合理的提升方案，在做方案设计时，可采用经济提升速度的方法。一、提升容器的确定根据毕业设计，选立井单绳缠绕式提升提升容器选择为立井单箕斗。二、经济的提升速度为：vm =（0.30.5）米/秒 =0.4 =6.52（米/秒）一般取中间值vj=0.4，对于箕斗升h=hs+hx+hz式中：h-提升高度（米）h= hshxhz=2301818=266米hs-矿井深度230米hx-卸载高度箕斗提升18米hz-装载水平与井下运输水平的高差18米三、经济的提升时间：tj =+u+ = +10+10=68.9（秒）式中： u-容器爬行阶段附加时间箕斗取10秒-每次提升终止休息时间可取10秒 a-箕斗提升加速度可取0.8米/秒2 四、一次经济提升量：qj=5.1（吨）式中：an-矿井年产量：600000吨/年 af-提升能力富裕系数，单水平提升取2 t-日工作小时数，取18小时 b-年工作日，取300天 c-提升不均匀系数，取c=1.2根据计算所得qj=51吨，查矿山机械与设备书表2-3-3得箕斗为il-6型，其参数如下（表“8”）：序 号名 称参 数（单位）备 注1名义装载质量6吨2有效容积6.6m33箕斗中心距1370毫米4箕斗质量5.0吨5最大终端负荷12吨6最大提升高度700m7钢丝绳的直径为43mm箕斗选定后因实际载重与经济提升量一般情况不相等，所以要按照实际载重重新估算完成生产任务所需的最大提升循环时间tx/下面再次演算。五、重新估算完成生产任务所需的最大提升循环时间tx/，tx/q =6.60.9 =80.19（秒） 式中：q -实际载重量 q=v=0.96.6=5.94v箕斗的有效容积估算完成生产任务所需提升速度最小值v 4.926(m/s) 第三节 提升钢丝绳的选择一、钢丝绳终端载荷重力qo = q + qz =（5.0+5.94）10009.8n/= 107212（n）式中：q-实际载重量5.94吨 qz-箕斗质量5.0吨二、钢丝绳悬垂长度 ho=hs+hz+hj/=230+18+30=278（米）式中：hj/-估算井架高度对箕斗估取30米l0-钢丝绳安全长度，l0=1.1b/mab -钢丝绳公称抗拉强度 ，一般选用170009.8n/2 ma=6.5-提重物时的安全系数。p/-钢丝绳每米重力p/=q0/（l0-h0）= 107212/2441=43.9（n/m）查表得破断力之和qq=876000（n）查表得钢丝绳直径为37mm钢丝绳安全系数为根据煤矿安全规程规定，提升设备用的钢丝绳，悬挂时的安全系数，必须符合下列规定：专用于升降人员的，不低于9；升降人员和物料用的，升降人员时不低于9，升降物料时不低于7.5； 专用于升降物料的，不低于6.5；ma=qp/（q0+ph0）=9.3ma6.5则此绳可用钢丝绳为：619-37 gb1102第四节 提升机及提升电动机的选择一、滚筒的直径d/=80d d/=1200最大静张力fj=q+qz+ph+qhb（n） =107212+26648 =119980（n）最大静张力差fc=q+ph-qh =107212-26648 =94444（n）式中：hb尾绳环高度q尾绳每米重力，无尾绳时q=0 p-钢丝绳每米重力根据上列四值d/、d/、fj、fcd/=8037=2960（mm）选择提升机直径为3000毫米，卷筒宽度为1500毫米。二、计算滚筒上缠绕宽度b/=（d +）=1.42米式中：-钢丝绳圈间距离取3mm2bb/b则缠绳二层。um=5米/秒由矿山机械教科书表146选的提升机型号为2jk3/11.5。三、估