华北科技学院矿山机械课程设计.doc

华北科技学院 矿矿山山机机械械课课程程设设计计 综合机械采煤工作面配套机械选型设计 姓姓 名名 学学 号 号 专业班级 专业班级 指导教师 指导教师 二二 一二年一月四日一二年一月四日 目目 录录 第一篇 绪 论 2 第二篇 综采工作面机械选型 2 第一章 采煤机械的选型 4 一 采煤机的选型原则 4 二 采煤机的选型 4 三 滚筒直径与截深 6 四 牵引速度 6 五 采煤机生产率的计算 6 第二章 支护设备的选型 10 一 支护设备的选型原则 10 二 支护设备的选型 11 三 液压支架参数的确定 12 第三章 输送设备的配套性能 15 一 刮板输送机与采煤机及支架的配套原则 15 二 刮板运输机的选型 16 第四章 转载机的选型 17 一 设备主要空间尺寸的配套关系 18 二 设备主要参数的匹配 18 第三篇 参考文献 19 第四篇 课程设计总结 20 华北科技学院课程设计 第 1 页 第一篇第一篇 绪绪 论论 对于采矿工程专业的学生 对于综采工作面的机械设备选型 是必须掌握的知识及能力 本课程设计主要针对 矿山机械与液 压传动 课程 同时必须和 采煤方法 的知识相结合 在给定 的工作面的具体条件的情况下 或自己假定工作面的地质条件 制定科学合理高产高效安全可行采煤操作规程 这项工作是采煤 工程技术人员必须具备的素质 由于操作规程和地质条件影响 三机 的结构以及性能要求 所以 二者密不可分 具体要求是 在给定 或自己假定 的采面地质条件的基础 上 学生根据相关的设计规范 法规 对该工作面采用综合机械 化采煤方法制定安全操作规程 并对所用的机械设备进行科学合 理的计算选型 对于自移式液压支架不仅要选择架型 还要初步 确定其基本参数主要部件的结构以及其它特殊要求 书写选型设 计说明书 说明书应书写工整 章节层次分明 图标规范 计算 准确 采煤工作面中 采煤机 刮板输送机和支护设备 液压支架 或单体支柱与顶梁 等组成一个称为采煤机的有机整体来实现采 煤工艺的各个工序 它们在工作能力和结构尺寸的配套关系 直 接影响到采煤工艺的顺利实施和设备能力的充分发挥 因此 为 了正确地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 同时要注意它们之间的配套性能 华北科技学院课程设计 第 2 页 第二篇第二篇 综采工作面机械选型综采工作面机械选型 综采机械设备选型的重点是工作面 三机 选型 三 机 指的是采煤机 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 华北科技学院课程设计 第 3 页 第一章第一章 采煤机械的选型采煤机械的选型 一 采煤机的选型原则一 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 二 采煤机的选型二 采煤机的选型 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尖的 圆周切线速度 由截剖部传动比 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 华北科技学院课程设计 第 4 页 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 此次设计所选择的原始条件如下表 工作面长 度 煤层倾角 煤层平均 厚度 顶板稳定 程度 煤层坚硬 度系数 f A 180 米35 度3 米中等稳定3 5300N mm 1 根据煤层坚硬度选型 由上表知 本次设计条件是煤层坚硬度系数 f 3 5 A 300N mm 属坚硬以上的煤层 故而必须选用大功率采 煤机 2 根据煤层厚度选型 由于煤层厚度为 3 米 属中厚煤层 开采这类 煤层 在技术 上比较成熟 根据煤的坚硬度等因素可选用的大功率采煤机型号 如 MG340 MXA 300 3 5 MG300 W 2x300 MG 200 2 x200 等 3 根据煤层倾角选型 由于表中煤层倾角大于 10 属于倾斜煤层 所选采煤机 必须增设防滑装置 以防止生产过程中意外事故的发生 华北科技学院课程设计 第 5 页 三三 滚筒直径与截深滚筒直径与截深 中厚煤层综采工作面采用双滚筒采煤机 一般都是一次采全 高 即上行或下行各进行一刀 各完成一个循环 故滚筒直径稍 大于最大采高一半 D H 1 2 3 2 1 5m 又由于滚筒直径已经系列化 此处选用 D 1 6m 截深即滚筒宽度 是指滚筒外缘到端盘外侧截齿齿尖的距离 即一次截割的深度 一般为 0 6 或 0 63m 此次设计取 0 6 四四 牵引速度牵引速度 牵引速度是采煤机的一个重要参数 它直接决定了机器的生 产能力 随着装机容量的加大 采煤机牵引速度已达 8 10m min 此次设计取 8 2m min 电牵引情况下 五 采煤机生产率的计算五 采煤机生产率的计算 1 理论生产率 在给定条件下 以最大参数连续运行时的生产率成为理论 生产率 理论生产率 Qt的计算公式为 Qt 60HBvq 式中 H 工作面平均采高 m B 为滚筒有效截深 m 华北科技学院课程设计 第 6 页 vq 为在所给工作面条件下可能的最大工作牵引 速 m min 为煤的实体 密度 取 1 3 1 4t m3 故故 Qt 60HBvq 60 x 3x0 6 x 8 2x1 35 1195 6t h 2 技术生产率 考虑根据循环图表而进行的辅助工作 如更换截齿 开切口 检查机器和排除故障所花费时间后的生产率称为技术生产率 技 术生产率 Q 的计算公式为 Q Qt k1 式中 k1 采煤机技术上可能达到的连续工作系数 一般 k1 0 5 0 7 故故 Q Qt K1 0 6 x1195 6 717 4t h 3 实际生产率 实际使用中 考虑了工作中发生的所有类型的停机状况 如 处理输送机和支架的故障 处理顶底板事故等 实际生产率 Qm 的计算公式为 Qm Qk2 式中 k2 采煤机在实际工作中的连续工作系数 一般 k2 0 6 0 65 华北科技学院课程设计 第 7 页 故故 Qm 717 4 x0 60 430 4t h 综合以上采煤机的选型的主要要点 且滚筒式采煤机的采高 范围大 对各种每层适应性强 能切割硬煤 并能适应较复杂的 顶底板条件 因而此处选择滚筒式采煤机 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 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 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 确定选择如下图所示的 MG300 730 WD 型双滚筒采煤机 型双滚筒采煤机 华北科技学院课程设计 第 8 页 MG300 730 WD 型双滚筒采煤机型双滚筒采煤机 主机技术参数及配套设备主机技术参数及配套设备 采高 m 2 1 3 82 1 4 1 截深 m 0 63 0 8 适应倾角 液压牵引 40 电牵引 15 35 滚筒直径 m 1 6 1 8 2 0 滚筒转数 r min 42 40 35 29 摇臂长度 mm 2160 摇臂摆动中心距 mm 6220 牵引力 KN 550 450 牵引速度 m min 液压牵引 0 5 4 0 6 6 电牵引 0 7 1 0 8 7 牵引型式 电液互换 无链 销轨 机面高度 mm 1460 卧底量 mm 264 364 464 灭尘方试 内外喷雾 装机功率 KW 2 200 90 2 200 2 45 20 2 250 90 2 250 2 45 20 2 300 90 2 300 2 45 20 2 300 2 45 20 55 2 300 2 50 30 2 400 90 电压 V 1140 机重 T 45 输送机 SGZ730 320 SGZ764 400 SGZ830 630 支架 ZY35 等 华北科技学院课程设计 第 9 页 第二章第二章 支护设备的选型支护设备的选型 综采装备选型的重点是工作面 三机选型 其中液压支架是 核心 而液压支架选型实质上是研究支架与围岩相互作用关系 因此 液压支架选型涉及采面顶板分类 要根据综采工作面的矿 压特性选定液压支架支护阻力 并要考虑煤层赋有条件对支架结 构的要求进行选型 正确选择支架的架型 对于提高综采工作面 的产量和效率 充分发挥综采设计的效能 实现高产高效 是一 个很重要的因素 一 支护设备的选型原则一 支护设备的选型原则 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 3 总的来说 架选型应使支护强度与采面矿压相适应 支架 结构与煤层赋存条件相适应 支护断面与通风要求相适应 液压支 架与采煤机 输送机等设备相匹配 华北科技学院课程设计 第 10 页 二 支护设备的选型二 支护设备的选型 1 依据煤层厚度 煤层厚度直接影响到支架的高度和工作阻力以及稳定性 设 计煤层厚度 H 3 米 应选用选用抗水平推力强且带护帮装置的掩 护式或支撑掩护式支架 2 依据煤层倾角 煤层倾角主要影响支架的稳定行 倾角 30 支架易发生 倾倒 下滑 故应采用同时具有防滑 防倒功能的支架 3 地板条件 底板随支架的全部载荷 对支架的底座影响较大 底板的软 硬和平整性 基本上决定了支架底座的结构和支承面积 选型时 要验算底座对底板的接触比压 其值要小于底板的允许比压 对 于砂岩底板 允许比压为 1 96 2 16Mpa 软底板为 0 98Mpa 左 右 4 瓦斯涌出量 对于瓦斯涌出量大的工作面 支架通风断面要满足通风要求 选型时进行验算 5 地质构造 地质构造十分复杂 煤层厚度变化又较大 顶板允许暴露面 积和时间分别在 5 8m2和 20min 以下时 暂不宜采用液压支架 6 考虑设备成本 在满足要求的前提下 在地质条件允许的情况下 液压支架 选择范围较大 且使用数量较多 此时应优先考虑经济型的液压 支架 以降低企业成本 在管理上做好液压支架的日常检修和维 华北科技学院课程设计 第 11 页 护 可大大减少使用过程中的维检资金 争取最大的经济效益 综合以上个条件 煤层厚度超过 2 5m 时 煤壁和悬顶部 分顶板可能在矿压作用或采煤机割煤时振动而引起的垮落 需要 选用带有护帮装置的液压支架 一般多采用四柱式支撑掩护式支 架 故此次设计初步选用支撑掩护式支架 三 液压支架参数的确定三 液压支架参数的确定 1 支护强度和工作阻力 1 支护强度 q KH x x 10 5 7 5x x3 x x 2 3 x x 103 x x 10 5 0 52MP 0 52MPa a 此处取此处取 q 0 6q 0 6 MPaMPa 2 工作阻力 工作面支护强度确定以后 支架工作阻力主要取决于支护顶 板的控顶面积 支架控顶面积主要与工作面 三机 配套设备的 断面纵向尺寸有关 工作阻力 F P Bc L 0 95 0 6 1 5 4 2 0 95 3979kN 式中 P 为综采工作面支护强度 L 为支架中心距 取 L 1 5m Bc 为控顶距 取 Bc 4 2m 支撑效率 取 0 95 对以上计算结果考虑一定富裕量 工作阻力取 4600kN 2 初撑力 华北科技学院课程设计 第 12 页 初撑力大小对支架的支护性能和成本都有很大影响 较大的 初撑力能使支架较快达到工作阻力 减慢顶板的早期下沉速度 增加顶板的稳定性 但对乳化液泵站和液压元件的耐压要求也将 提高 支架初撑力的大小由立柱的缸径 数量和泵站压力所决定 支架的初撑力一般控制在 70 85 根据该矿井的煤层赋存条 件 认为支架初撑力为 75 比较适宜 则初撑力 P 初与工作阻 力 P 阻有以下关系式 P 初 P 阻 75 4600 75 3450kN 3 支架高度的确定 根据此次设计最大采高确定在 3 2m 在最大采高支架保留 200 300mm 行程 保证支架发挥正常支护作用 选取支架的最大 结构高度 3 5m 支架最低结构高度应满足最低采高时顶板下沉 采煤机和运 输机配套及运输要求 根据目前成熟的架型以及立柱液压行程 即支架伸缩比 的数值 液压支架最小结构高度确定为 2 7m 4 支架中心距的确定 支架中心距是指相邻支架中心之间的距离 现液压支架中心 距有 3 种 1 75 m 1 5 m 1 25m 考虑到支架的稳定性及便于 刮板输送机的配套联接 确定支架中心距为 1 5m 5 支架移架步距的确定 根据此次设计的煤层赋存条件和国内采掘机械技术发展现状 工作面截深确定为 0 8m 支架推移千斤顶行程确定为 0 96m 通过以上的计算及论证 此次设计选用内蒙古北方重工集团 的 ZZX4000 17 35 型液压支架 其主要技术参数见下表 华北科技学院课程设计 第 13 页 内蒙古北方重工集团内蒙古北方重工集团 ZZX4000 17 35ZZX4000 17 35 型液压支架型液压支架 主要技术参数主要技术参数 支架形式型号 煤层倾角 支护高度 m 初撑力 KN 工作阻力 KN 支护强度 Mpa 质量 kg 支 撑 掩 护 式 ZZX4000 17 35 35 1 7 3 5351040000 73 0 7813889 附图 华北科技学院课程设计 第 14 页 第三章第三章 输送设备的配套性能输送设备的配套性能 一 刮板输送机与采煤机及支架的配套原则一 刮板输送机与采煤机及支架的配套原则 1 由工作面的预期年产量或日产量参照输送机的设计输送能力 确定大致的输送机型号范围 2 输送机的输送能力应大于采煤机的生产能力 3 工作面的实际铺设长度通常应小于输送机的设计长度 但要 注意的是 输 送机的输送 能力是工作 面长度和倾 角的函数 当工作面长 度或倾角变 化时 应对 输送能力进行调整 4 输送机的中部槽高度应与开采条件相适应 较薄煤层和普通 机械化开采应选用高度较矮的中部槽 高产高效综合机械化 开采一般不受中部槽高度的限制 5 工作面煤炭的可采储量应与输送机的寿命相适应 6 中双链输送机较边双链输送机具有更高的运行可靠性 尽量 不采用单链输送机 7 性能相同 相近 的输送机建议选择圆环链规格较大的输送 机 可大幅度减少圆环链断链事故的频次 华北科技学院课程设计 第 15 页 8 现代输送机选型倾向于具有较大的功率储备 二 刮板运输机的选型二 刮板运输机的选型 由以上原则 选用如下图所示的 SGZ 830 630 刮板输送机 SGZ 830 630 刮板输送机刮板输送机 SGZ 830 630 刮板输送机技术刮板输送机技术参数值参数值 华北科技学院课程设计 第 16 页 第四章 转载机的选型 根据采煤机 液压支架 刮板输送机类型及其参数确定转载 机型号 此次设计选用如下图所示的 SZZ 1000 160 200 型转载 机 SZZSZZ 1000 160 200 1000 160 200 型转载机主要技术参数型转载机主要技术参数 转载机 Stage loadSZZ1000 160 200 SZZ1000 375 输送能力 Output capacity2200 t h3000 t h 设计长度 Design length28 m70 m 装机功率 Power160 200 KW 375KW 额定电压 Rated voltage1140V 单速电机 single speed motor 3300 v 1140 双速电机 double speed motor 链速 Chain speed1 83 m s1 8 m s 刮板链型式 Flight bar type 中双链 twin board chain 链距 fight bar distance 200 mm 链条规格 Chain size 34 126 加强链 super chain 链条破断负 荷 Chain breaking load1850 KN 中部槽规格 line pan3000 1500 1000 750 mm 爬坡角度 10 华北科技学院课程设计 第 17 页 第五章第五章 采煤设备的配套性能采煤设备的配套性能 一 设备主要空间尺寸的配套关系一 设备主要空间尺寸的配套关系 如图 6 1 所示 为综采工作面采煤机组的配套尺寸关系 图图 6 1 二 设备主要参数的匹配二 设备主要参数的匹配 综采机组主要参数的匹配应满足两方面的要求 一是生产率 相适应 二是移架速度适应采煤机的牵引速度 1 生产率相适应 要求采煤机 刮板输送机 转载机 破碎机和伸缩胶带输送 机组成的生产系统中 每一后者的生产率要大于前者 2 移架速度与采煤机的牵引速度适应 华北科技学院课程设计 第 18 页 第三篇第三篇 参考文献参考文献 1 煤炭行业职业技能鉴定指导中心 液压支架工职业技能鉴 2 定培训教材 M 北京 煤炭工业出版社