井下巷道矸石充填机的研发

2013 届本科毕业设计（论文）摘 要摘要：近几年，开滦生产方法由“资源支撑型”向“科技支撑型”转变，积极探索新技术、新工艺，深挖老矿资源潜力，有效解决建筑物下压煤的问题已成为一项重要工作。针对建筑物下煤炭资源回收和矸石井下处理等问题,开滦提出了矸石充填开采的研究思路及井下充填方案，利用胶带运输机工作原理,研发了井下巷道矸石填充机，并利用其充填巷道。这样降低了矸石的运输成本，也不会因矸石堆放占用大量的土地，达到了环保的要求降低了工程费用，而且最大限度的减少地表沉陷对延长矿井寿命、提高企业效益、确保矿井安全稳定生产、降低地面矸石堆放造成的环境污染，打造资源节约型企业，适应绿色生态建设创造有利条件。关键词： 1、煤矿设备 2、充填 3、节能环保2013 届本科毕业设计（论文）AbstractAbstract: in recent years, the production method of transformation from resources to science and technology, and actively explore the new technology and new process, deep old ore resources potential, effectively solve the problem of coal under buildings has become an important work. In view of the problems of coal resource recovery and waste treatment in Shijing, put forward the research ideas and schemes of underground filling gangue filling mining, the work principle of belt conveyor, research and development of the mine gangue filling machine, and by using the filling roadway. This reduces the gangue transportation costs, not because of gangue pile up large amounts of land, to achieve the requirements of environmental protection to reduce the project cost, but also reduce the maximum surface subsidence to extend the mine life, improve enterprise efficiency, to ensure that the pollution of the environment of mine safety production, lower ground gangue piling up, create a resource-saving enterprise, to create favorable conditions of green ecological construction.Keywords: 1, 2, 3, filling mining equipment of energy saving and environmental protection2013 届本科毕业设计（论文）目 录一、概述 .6二、充填机设计.6（一）抛射机构参数和结构形式的设计.61、抛矸输送机长度的设计.72、抛矸输送机输送带宽的确定.73、抛矸输送机带速和充填步距的确定.74、抛矸皮带机电动滚筒功率的确定.85、 抛矸输送机的结构形式.10（二） 、行走底盘、液压制动和液压转向装置的确定.10（三） 、旋转工作部结构形式的设计.11（四） 、抛矸机底座结构形式的确定.12（五） 、调平机构的设计.13（六） 、调偏装置结构形式的设计.13（七） 、卸载机构的结构设计.14.（八） 、尾部皮带输送机张紧结构的确定.15（九） 、井下巷道矸石充填输送机的整体结构 .16三、实验及试用效果.17四、结论.18致谢.18参考文献.182013 届本科毕业设计（论文）一、概述煤矿设备在两个多世纪的应用中不断扩大，近几年发展迅猛，已成为我国煤炭行业中不可缺少的设备。伴随着新技术、新材料的不断涌现，煤矿设备的品种也日益增多，但作为煤矿运输用的带式输送机因其结构简单，自动化程度高，使用却最为普遍，也将是本世纪中最经济、最可靠、最安全的输送散状物料的重要工具，值得我们不断加以研究开发。同时煤矿用带式输送机深入发展，也需要我们大家的共同努力。这次设计开发的最初原型就是带式输送机的原理，以带式输送机为原型，开发设计了井下巷道矸石充填输送机。由于节能环保的要求，河北省规定煤矿井下掘进所产生的矸石不允许上井，在井下的矸石就地消耗掉。这样不仅降低矸石的运输成本，也不会因矸石堆放占用大量的土地，节约了成本，又达到环保的要求，而且能够最大限度地打造资源节约型企业，真正实现井下煤炭的绿色开采。井下巷道矸石充填机是充填系统中不可或缺的设备，在全国各地煤矿几乎未被使用，因此，开发这种设备将会有很大的市场空间，具有很高的推广价值。2013 届本科毕业设计（论文）二、充填机设计（一） 抛射机构参数和结构形式的设计我们开发的这台抛矸机（即井下巷道矸石充填输送机）已在开滦（集团）公司林南仓矿试点使用，这矿要求填充的巷道断面高度为 2m 到 4m、宽度为 4.3m 的梯形截面。在设计中我们考虑用皮带机运输、改造掘进机行走部和机械抛扬等多种方式来达到设计目的。由于带式输送机运输是井下较常用的一种经济、可靠、简便的运输方式，同时考虑到其它运输方式在扬尘和安全等方面的因素，最后经过研究决定抛射部分采用皮带机运输形式。1、抛矸输送机长度的设计根据设计基本参数要求，抛矸机构前端必须达到的最大高度为4m，粒度不能超过 150mm 的矸石向上运输时，抛矸机的最大倾角为 16。为了减少抛矸机首尾两改向滚筒的中心距，抛矸机处的上托辊组采用了 V 形托辊组，且槽角为 25，这样抛矸机的最大倾角可达到为 20左右。根据以上条件，再综合考虑行走部和旋转工作部的高度，便设计了抛射输送机首尾两滚筒的中心距为 8.3 米。2、 抛矸输送机输送带宽的确定在设计时考虑用 DSJ65/20/222 皮带机与自移填充机构配套使用。DSJ65/20/222 皮带机的带速为 1.6 m/s，为了抛矸机的运量应大于 DSJ65/20/222 皮带机的运量，考虑采取抛矸机的带速要大于DSJ65/20/222 皮带机的带速。因此，确定为抛矸机的带宽为650mm。2013 届本科毕业设计（论文）3、抛矸输送机带速和充填步距的确定按输送物料粒度为 150mm 的矸石，抛射皮带向上的最大倾角为20，带速为 2.5 m/s，不考虑空气阻力，经过计算便可得如下结果。第一种情况：物料形成抛物线从抛出点，达到最高点，至落到与抛出点同样高时向前抛出的水平距离为 0.41m，向上抛出的最大高度为 0.037m。第二种情况：在物料向前抛出 0.5m 时，物料比抛出点降低了 0.04m。第三种情况：当物料向前抛出 1m 时，物料比抛出点降低了 0.524m。因此，如果选用 0.5 米作为一个矸石填充步距，以2.5 m/s 的速度填充，矸石自然形成的堆状物顶部将会形成如下的波状起伏：最高点比矸石抛离点高 0.037m，而波谷比抛离点低0.04m。由于物料从抛离点不是以质点的形式抛出，而以物料的形式抛出，由于物料的最大粒度为 150mm，故抛射皮带机的卸载滚筒顶面距巷道顶面的距离至少为 150mm，物料才能顺利的从抛出点抛出。如果抛矸皮带机的倾角越大、带速越高，填充效果会更好。如果抛矸输送机带速、带宽与带式输送机跑偏的关系考虑，当抛矸输送机带速一定，带宽越窄，输送带越易跑偏；如果带宽一定，输送带速越高，输送带越易跑偏。综合考虑填充效果和跑偏因数，最后确定抛矸输送机的带速为 2.5 m/s。根据抛矸输送机的输送速度，确定自移填充机构的一个回填步距为 0.5 米。4、抛矸皮带机电动滚筒功率的确定由于电动滚筒与电机+减速机驱动组合比较具有重量轻、体积小、外观整齐、性能可靠和维修方便等优点，因此抛矸输送机采用电动滚筒作为驱动构件。2013 届本科毕业设计（论文）由于与自移填充机构配套的输送设备选用 DSJ65/20/222 皮带机，如果用这种皮带机来运输矸石，虽然满载时它的运量可达到400t/h，但是 DSJ65/20/222 皮带机原配电机匹配的运量为 200t/h，因此皮带输送机的运量确定为 200t/h。与之配套的抛矸皮带机的带速为 V=2.5 m/s，带宽为B=650mm，运输倾角为 =20，上托辊组采用槽角为 =25的V 形托辊组，矸石的密度为 =1.6t/h。上托辊组形成的装料断面面积如下，根据以上参数可计算出装料断面面积 Amax 的大小：Amax= =0.0495 2sin180sincoi2cos2bb 2m根据以上参数计算抛矸皮带机的最大输送能力 Q：Q = =540 stVCmax360ht/根据计算结果可以断定抛矸皮带机的输送能力能与DSJ65/20/222 皮带机的输送能力相匹配。抛矸皮带机两改向滚筒中心距的水平投影长度为 L=7.8m，矸石的提升最大高度为 H=2.84m，抛矸皮带机的运输量 Q=200 t/h，根据2013 届本科毕业设计（论文）以上参数计算电动滚筒的轴功率 ：AP= =4.01 kwAPQHLVBL0273.140130436.0 对于胶面电动滚筒的传动总效率 为 89%，因此电动滚筒的电机功率 P 的计算公式如下：P= =4.51kwA当每天电动滚筒工作超过 16 小时、频繁启动和滚筒包胶后，电动滚筒上电机功率应提高一级，因此确定电动滚筒的功率为7.5kw。5、 抛矸输送机的结构形式抛矸输送机由导料槽、电动滚筒、张紧滚筒、张紧千斤顶、V形上托辊、下平行托辊和首尾两改向滚筒组成。为了符合下井尺寸，机架由前后两段组成。物料经导料槽，由输送带运输到卸载滚筒处，由卸载滚筒以 2.5 m/s 的速度抛出，卸载到巷道中，达到填充巷道的目的。抛矸机由电动滚筒驱动，张紧形式采用液压千斤顶，由液压操纵阀手动张紧，操纵方便。2013 届本科毕业设计（论文）（二） 、行走底盘、液压制动和液压转向装置的确定行走底盘借用了 100 掘进机的行走底盘，底盘的行走机构、转向和制动都靠液压控制。行走机构在两个相同的液压马达驱动，液压马达和行走驱动轮之间布置了液压制动装置，控制行走机构的行走和停止。在自移填充部正常工作时，左右制动手柄或按钮同时处于制动状态，两侧行走驱动马达停止工作，自移填充部就会停车；当自移回填部需要行走时，左右制动手柄同时处于松开状态，两侧行走液压马达同时工作，操作行走液压杆，自移填充部就能前后行走。如果自移填充部需要左转向，操作左制动手柄处于制动状态，右侧制动手柄处于松开状态，操作右行走马达，即可实现左转向。反之，则可实现右转向。（三） 、旋转工作部结构形式的设计抛矸机是安装在行走底座本体架上的，要实现抛矸输送机高度的调整和水平的旋转摆动，就要研制一个能联接抛矸输送机和行走部的机构，且在垂直和水平方向上能旋转的旋转工作部。旋转工作部由工作台面、底座和大直径的推力轴承组成。旋转工作部的后铰接耳座与抛矸输送机的后支点用销子铰接，旋转工作部的前铰接耳座与调节抛矸输送机升降油缸下端用销轴联接。当升降油缸工作时，抛矸输送机就会绕工作部后铰接耳座处的销轴旋转，实现抛矸输送机的高度调整。旋转工作部上还设计了一个联接旋转油缸的铰接耳座，旋转油缸底端联接这个耳座，另一端联接在行走本体架上的固定耳座上，当旋转油缸工作时，并会驱动旋转工作部中的工作台面，从而驱动抛矸输送机旋转，实现绕行走底盘左右旋转摆动的目的。2013 届本科毕业设计（论文）（四） 、抛矸机底座结构形式的确定根据整体结构和各部件布置的需要，抛矸机底座由液压泵站及开关底架、调平架联接耳座、调平液压缸联接耳座和底座本体架组成。抛矸机底座由插入装置及螺栓组装在行走底盘上，和行走地盘形成一个整体。旋转工作部安装在抛矸机底座的前部，抛矸机底座的后部沿纵向对称中心线前后设计了两个耳座，用来安装联接调平装置；抛矸机底座下面靠纵向对称中心线的右侧还设置一个销轴联接耳座，调平千斤顶的下端与此耳座联接，调平千斤顶穿过抛矸机底座的面板，另一端与调平装置联接。靠调平千斤顶来调整调平机构及以上各装置，可以让它们始终保持水平状态，达到抛矸机平稳运转。2013 届本科毕业设计（论文）（五） 、调平机构的设计调平机构由调平架、调平千斤顶及连接销组成。调平架的下端沿纵向对称中心线设计了两个耳座，和抛矸机底座上的两个耳座用销轴联接。在抛矸机底座上相应的位置还设计了另外一个耳座，和调平千斤顶的上端用销轴联接。当调平千斤顶工作时，调平架就能相对于抛矸机底座保持其水平状态。调平机构沿横向对称中心线上前后设计了两条轨道，供调偏架的轮子左右行走。调平架的上端还设计了一个调偏千斤顶的联接耳座。2013 届本科毕业设计（论文）（六） 、调偏装置结构形式的设计调偏装置由调偏架、调偏千斤顶、联接销轴、电磁阀和跑偏开关等构成。调偏架的底部前后两侧分别设计了两个支撑轮和两个水平调整轮，分别支撑在调平架的两条轨道内。调偏千斤顶一端联接调平架的耳座上，另一端联接在调偏架的耳座上。当DSJ65/20/222 皮带机跑偏时，跑偏的皮带就会挤压防跑偏开关，防跑偏开关把跑偏信号传递给电磁阀，电磁阀就会自动驱动调偏千斤顶伸缩，自动实现调偏架的调偏动作。2013 届本科毕业设计（论文）（七） 、卸载机构的结构设计卸载机构的前端用销轴联接在调偏架前端，中部两侧靠两个支撑滚轮支撑在调偏架的轨面上。当尾部皮带机张紧运行时，输送带拉动卸载机构中头部滚筒，整个卸载机构绕铰接点旋转，使抛矸机与尾部皮带机保持在一条直线上。卸载机构筐架上左右两侧各设计了一个防跑偏开关，以控制调偏架的偏移。在卸载机构还设计了槽型三联托辊组、平行下托辊组及下皮带压辊。卸载机构后部两侧还设计有伸缩梁，以方便皮带顺利地从 DSJ65/20/222 皮带机的标准H 架过渡到卸载机构组架，达到输送带的平稳过渡。2013 届本科毕业设计（论文）（八） 、尾部皮带输送机张紧结构的确定尾部皮带输送机张紧装置采用了 SZL-650/100 型液压自动张紧装置的张紧方式，液压自动张紧装置由液压泵站、张紧油缸、回柱绞车、井下用隔爆电控箱、储能站及附件组成。当抛矸机充填后退移时，输送带松弛，拉力随之下降，拉紧油缸便会收缩，使尾部输送机自动张紧。当油缸收缩到一定限度时，井下用隔爆电控箱开动回柱绞车，油缸拉出回到初始位置，直到自动将输送带重新张紧到设定的拉力状态，慢速绞车自动停止。运行时，当出现皮带机运行不平稳和给料不均匀等情况下，张紧油缸和皮带之间的拉力失去了平衡，这时，在储能站和液压泵站的作用下，拉紧油缸便会自动收缩，游动小车向后移动，直到输送带重新张紧，达到设定的拉力状态，使输送带始终保持在一个特定的张力值。2013 届本科毕业设计（论文）（九） 、井下巷道矸石充填输送机的整体结构井下巷道矸石充填输送机以 DSJ65/20/222 皮带机为输送工具，DSJ65/20/222 皮带机机头布置在巷道入口部。当巷道掘进时，驱动滚筒正转，皮带机正向运行，把原煤由机尾运输到机头；当需要进行巷道填充时，驱动滚筒打反转，皮带机反向运行，把矸石由机头运输到机尾，再由自移填充机进行巷道填充。当 DSJ65/20/222皮带机反转时，将自移填充部的卸载滚筒作为它的可移动机尾，增加卸载滚筒的自动调平、调向和调偏装置，使自移填充部在向后退移过程中，卸载滚筒始终与 DSJ65/20/222 皮带机的机头滚筒保持一致，使 DSJ65/20/222 皮带机能够保持正常运行。自移填充部备有行走装置，行走底盘为液压马达驱动的履带式行走装置，制动和转向都靠液压操纵，行走转向灵活可靠。在行走底盘上设计安装了回转工作台，将抛矸机安装在回转工作台上，通过液压控制，抛矸机就能在回转工作台上进行高度调整和水平左右摆动，能够适应巷2013 届本科毕业设计（论文）道高度和宽度的变化。三、实验及试用效果本设备在出厂验收的时候，完全通过了模拟实验，行走机构运行平稳，旋转机构运转可靠，输送机构运转可行；本机充填高度可达到 2m 到 4m、宽度为 4.3m 的梯形截面；适应巷道倾角可达到520；矸石运输量最大可达 200t/h。经过在林南仓井下巷道中的使用情况来看，填充效果效果非常好，充填率可达到 95%。设备在使用过程中，发现了一些不足，行走机构及抛矸机底座比较笨重，不利于下井及井下运输；在运行及填充过程中，需要在巷道上吊挂供电电缆，使用不太方便。这些问题在使用中影响不大，根据现场实际使用条件不断改进和完善。2013 届本科毕业设计（论文）四、结论总之，充填开采是一项新的采煤技术，通过巷道充填，实现开采矸石不上井，降低地面矸石堆放造成环境污染，并可节约土地及矸石上井成本，打造资源节约型企业，从而实现绿色开采。本次设计的 煤矿井下巷道矸石填充机正是充填开采系统中不可缺少的设备，其总体设计合理，技术先进，处于行业领先水平，经矿井现场使用，证明该设备具有结构合理，性能稳定可靠，适应性强，充填效果好、效率高，维护简单、故障率低等优点，适合煤矿井下巷道使用。使用后能够达到资源节约和环境保护的目的，具有极大的经济、社会效益和广阔的推广前景。2013 届本科毕业设计（论文）致 谢经过这几个月的努力，在各位老师的督促指导，以及一起学习的同学们的支持下，本次毕业设计已圆满结束，由于自身经验的匮乏和学习上的欠缺，整个设计中肯定还存在尚未发现的缺点和错误，设计上还有许多考虑不周全的地方，恳请评阅的各位老师，多予指正，不胜感激在我将在以后工作中一定会逐步改正。首先，我要特别感谢指导老师这段时间对我的悉心指导。每次与导师见面的时候，指导老师总是会仔细询问我们的设计状况，我设计内容中遇到困难，指导在百忙之中通过邮件来给我指出错误并附加说明，细心的为我讲解设计中的疑惑，让我改正，让我能更好的完成毕业设计。他严谨的治学和科研精神是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。其次，我要感谢大学里所有给予我知识的老师。正是有了你们的教导，我学到了丰富的专业知识，使自己的知识储备得到了升华。你们无私的奉献促使我们尽早的成