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CAD图纸、说明书 GC系列 支护 设备 采煤 选型 设计 CAD 图纸 说明书 GC 系列

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内容简介：

支护设备与采煤机的选型设计摘 要支护设备与采煤机的选型设计的主要内容包括：综采工作面液压支架的选型、综采工作面采煤机械的选型、综采工作面刮板输送机的选型。液压支架结构参数与支护强度的确认，采煤机生产率以及电机功率的验算，采高、卧底量与最大截割速度的校核，刮板机与各种辅助设备的验算。本次设计是根据原始数据来选择综采工作面的采煤设备以保证综采工作面的高产、高效和安全，并结合我国国情，做到技术经济指标上先进合理、安全可靠。关键词：液压支架 采煤机 刮板运输机目 录绪 言4第一节 机械化采煤工作面类型的确定与论证5第二节 液压支架的选型设计6第三节 单体液压支柱工作高度，支护强度及型式的选择14第四节 滚筒采煤机的选型15第五节 采煤机、支护设备、输送机配套关系图20绪 言一、设计意义我国是煤炭生产大国，随着近几年科学与经济事业的发展，煤炭产量也大幅度增加据中国煤炭工业协会所发布的2008年全国煤炭工业统计快报显示，2008年，我国煤炭产量完成27.16亿吨，同比增加1.93亿吨，同比增长7.65%。其中，山西、内蒙古、陕西等8个省区煤炭产量超过亿吨，神华集团、中煤能源、大同煤矿等35家大型煤炭企业产量超过1000万吨，神东等13个大型煤炭基地产量超过了20亿吨。当然，产量的增加是与综采工作面的机械设备所分不开的。而此次设计就是在原始数据的基础上选择综采工作面的各种机械设备，以达到高产，高效，安全，并且经济实用。也是让我们可以在以后的工作中更快的进入工作状态，更好的投入到煤炭事业中。二、设计题目参数选择设计任务书上的序号13题。1、煤层厚度hmax=3.0m，hmin由设计人员自定为2.0m截割阻抗A=340牛顿/毫米，煤层倾角23顶板条件：老顶级直接顶4类工作面设计长度130M，设计年产量90万吨2、生产安排、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。第一节 机械化采煤工作面类型的确定与论证机械化采煤工作面，根据支护设备型式不同。可分为普通机械化采煤工作面(简称普采)及综合机械化采煤工作面(简称综采)。综采工作面主要设备为双滚筒采煤机、刮板输送机、液压支架，综采工作面机械化程度高、安全、生产率高，国内不少综采工诈面年产量超过100万吨但它的设备投资大，对煤层厚度、倾角、地质条件变化要求严格普采工作面主要设备为滚筒采煤机、刮板机输送机、金属摩擦支柱或单体液压支住及金属铰接顶梁。(采用单体液压支往、金属铰接顶粱的工作面亦称高档普采工作面)。普采工作面设备投资小，在煤层厚度、倾角、地质条件变化较大时，适应性好，但它的机械化程度、安全、生产率比综采低。当工作面的煤层厚度、倾角、地质条件，设计生产能力等已知时，究竟采用那种类型的机械化采煤工作面，应经过经济技术方面认真分析，论证后再去确定，一般讲当工作面内煤层厚度较厚，煤层倾角及煤层厚度变化不大，地质条件比较稳定，没有大的断层，夹矸等，工作面没计生产能力又比较高采用综采比较好，相反，当煤层厚度不大但厚度、倾角变化较大，工作面设计生产能力不很高时，采用高档普采能更好的适应煤层地质条件的变化，并能取得较好的经济效益我国目前规定普采年生产量为2030万吨。综采；当采高大于2米，年产量为5080万吨，采高1.1米时年产量为3050万吨。由于工作面内煤层厚度教厚，煤层倾角及煤层厚度变化不大，且地质条件比较稳定，而且没有大的断层、夹矸等出现。设计年产量为90万吨/年，应该选用综采配套工作面比较合适。第二节 液压支架的选型设计一、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。本设计顶板的稳定性比较大。而且煤层顶板坚硬，可选择支撑掩护式支架。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1-1选型。表1-1 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MPa2.02.04.0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本设计地板稳定性为一般粘土岩或半煤岩，应选用强力支撑支架，才能保证安全。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。本设计煤层厚度为hmax=3.0m，hmin=2.0m。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。本设计煤层倾角23。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。本设计煤层掩埋的稳定性好，很少有断层。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。本设计煤层瓦斯含量不大，属低瓦斯矿井。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。综合上述的条件，可选用支撑掩护式支架。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1.52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11.5米以上，范围占全工作面长度12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。、值可查阅陶驰东主编“采掘机械”书及有关资料得到。根据并参考直接顶类别的确定见表2-2。表1-2 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D3031707ll20120无直接顶层厚在25米以上，=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）S91 8l 92S2 52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1-3。表1-3老顶分级级别周期来压不明显明显强烈极强烈指标N350.3N35Ll=2550(M)0.350(M)N0.3Ll=2550(M)N50(M)本设计煤层顶板为坚硬性顶板，极难于冒落，采后需强制进行放顶，老顶分级为级，周期强烈来压。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、液压支架的选型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1-4选择支架型式。表1-4 适应不同类级顶板的架型及支护强度老顶级别直接顶类别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支撑掩护式支架支护强度(吨/米2)采高(米)112343035(25)45(35)55(45)1.3301.335(25)1.345(35)1.355(45)1.6301.6351.6451.655230235245255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2.52.8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101 5(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58m2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、级老顶比1级老顶的增压倍数，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。综合上述的条件，本设计应选用支撑掩护式支架，支架支护强度为1.645吨/米2的支架。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：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100200mm选取，I级老顶取大值，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80100mm；支架顶粱上存留的浮煤和碎矸石厚度，一般取50100mm。即支架最大高度为=3+0.2=3.2米支架最小高度为2.00.180.10.081.64米3、液压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)按经验公式估算式中：作用于支架上的顶板岩石厚度系数，取7；最大采高，m；岩石容重，查表取2.3t/m3。48.3吨/米2根据计算结果查表1-4，选取=1.655吨/米2的支架。2)直接查表选取根据顶板条件和煤层厚度，直接由表1-4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、液压支架的型号选择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ZY4000/18/38型液压支架，支架初撑力为314吨力，支架工作阻力为400吨力，泵站工作压力为350公斤力/厘米2，支架支护强度为70.7吨力/米2。列出支架规格和主要技术参数表1-5。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1-5 支架规格和主要技术参数表型号名称ZY4000/18/38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t1.83.91.51.411.5831363236399041180.720.780.451.963542501410180030本架控制13.68第三节 单体液压支柱工作高度，支护强度及型式的选择一、支柱最大工作高度及最小工作高度Hmin的计算=3.0-0.096=2.904(米)=2.00.200.960.081.624(米)式中 ，煤层最大，最小采高c顶梁高度c=96毫米s最大控顶距处顶板下沉量，可参阅液压支架方法选取20毫米。a支柱卸载高度，取80毫米。二、单体液压支柱工作阻力及支护密度 单体液压支柱的工作阻力：内注式及外注式随油缸直径及支撑高度不同，其额定工作阻力有25吨/柱，30吨/柱及35吨/柱，具体参数可查有关资料。支护密度：根据表1-4单体液压支柱的支护强度(表1-4采高为最大采高实际采高，与表1-4采高不同时，可用插值法算出实际采高下的支护强度)除以支柱工作阻力可求出每平方米所需支柱数。三、单体液压支柱型式及铰接顶梁的选择根据供液方式不同可分为内注式和外注式，外注式结构简单，重量和制造成本比内注式低，伸缩比大，但需配备液压泵和供液管路，宜用于中厚煤层中，内注式重量大，制造成本高，但不需配备液压泵及供液管路，灵活性大，在薄煤层中使用比较方便。单体液压支柱铰接顶梁长度，应按采煤机截深整数倍选取，以便顶板的管理。第四节 滚筒采煤机的选型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、采煤油机性能参数的计算确定 1、滚简直径的选择 为了使用和提高效率，选用双滚筒采煤机。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=(0.520.6) 选取。=0.553=1.65米2、截深选择截据阻抗为340牛顿/毫米，阻抗较大选用截据深度为0.6米的截深。3、滚筒转速及截割速度截齿最大切削厚度hmax=毫米式中 m滚筒上的截齿数；n滚筒转速，转/分；v采煤机的牵引速度，米/秒。滚筒直径1.65米，滚筒转速过高，循环煤会增多，装载效率降低，装煤效果不好，所以选用滚筒转速为40转/分为宜。截割速度选用4米/秒。4、采煤机的最小设计生产率开动率选取0.20由公式QMIN=式中 W采煤机工作面日平均产量，吨/日，W=3000吨/日；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采煤机平均采高米B采煤机平均截深米R煤的容重1.35吨/米3V1=5.71米/分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、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、采煤机的生产率QQ=60HBVr=602.250.64.01.35=437吨/时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=0.290.44（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1-5AX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1-6得（240360）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，电机超载能力等因素有关按表2-7查得本设计选用电机超载能力为2.02.2之间，牵引速度调节方式采用人工调节选取0.8N=192千瓦双滚筒采煤机的后滚筒截割比能耗H1WX=K3HWXK3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）=（0.60.35+0.40.80.35）=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200300千瓦电机即可。8、采煤机的牵引力按表2-9查得250300千牛。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、牵引立即牵引力及牵引速度等初选采煤机的型号为MG-300-SA。成套型号ZC4-ZY38。液压支架型号为ZY4000-18/38型。刮板输送机型号为SGZ-830/500W,采高2.0-3.6米截深0.6米倾角小于30度,煤层硬度F为2-3,刮板输送机的敷设长度150米，额定运输能力600吨/小时,工作面走向长度大于800米。顶板条件老顶级别为级直接定类别为4级支架初撑力为314吨力，支架工作阻力为400吨力，泵站工作压力为350公斤力/厘米2，支架支护强度为70.7吨力/米2。三、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