陈培阳三机配套

1、煤矿电气化专业课程设计学 院： 矿业学院专业班级： 采矿1209 学 号： 2012002982姓 名：陈培阳 时 间： 2016年3月第一部分矿井排水设备选型设计一、固定排水设备的要求1) 工作水泵应能在20小时内排出24小时的正常涌水量；备用水泵的能力应不小于工作水泵能力的70%；工作和备用水泵的总能力，应在20小时内，排除矿井24小时的最大涌水量；检修水泵的能力应不小于工作水泵能力的25%。2) 工作水管的能力应能配合工作水泵在20小时内排出24小时的正常涌水量；工作和备用水管的总能力应能配合工作和备用水泵，在20小时内排出24小时的最大涌水量。3) 配电设备应同水泵相适应，并能够同时开

2、动工作和备用的水泵。主排水泵房的供电线路不得少于两回路，当一回路停止供电时，另一回路应能担负全部负荷的供电。4) 主排水设备应有预防用水突然增加致使设备被淹没的措施。5) 需采取防爆措施地区安装的排水系统，其电器设备应是防爆的。二、设计依据1）矿井年产量：420万吨/年2）矿井正常涌水量：425m3/h3）矿井最大涌水量：825m3/h4）矿井物理化学性质：PH=75）主井地面标高：+138M6）付井地面标高：+135M7）付井倾角：23°8）付井筒直径：6M9）主井筒直径：5M10）开采水平：-150M11）沼气等级：低12）矿井供电电压：6000V13）矿井最大涌水量持续时间：7

3、0h14）涌水为中性，水温为15，重度为10006Nm³三、 排水系统的确定矿井的排水系统分为：直接排水和分段排水1、直接排水系统的特点：具有泵房少，系统简单可靠，基建投资和运行费用少，维护工作量小，需要的人员少。2、分段排水系统的特点：泵房数量多，排水设备多，技术管理复杂，基建投资和运行费用多，工作人员多。根据上述排水系统的特点，在采用直接排水时，由于只使用一套排水设备，所需用于排水的基本设备费和生产费较少，管理也比较简单。同时,依据矿井的开拓方式和涌水的大小等给定的条件，只需在井底车场副井附近设立中央泵房，将井底所有涌水直接排至地面，故本设计的排水系统采用直接排水系统。四、水泵的

4、确定1、工作水泵的排水能力水泵必须具备的总排水能力，根据煤矿安全规程的要求，在正常涌水期，工作水泵具备的总排水能力为： 在最大涌水期，工作和备用水泵具备的总排水能力为：式中：工作水泵具备的总排水能力，；工作与备用水泵具备的总排水能力，；矿井的正常涌水量，；矿井最大涌水量，。2、水泵所需扬程的估算由于水泵和管路均未确定，因此就无法确切知道所需的扬程，一般可由下面公式来进行估算：式中：水泵扬程，；测地高度，一般取井底与地面标高差，；管路效率。当管路架设在斜井，且倾角时，；3、初选水泵的型号依据计算的工作水泵排水能力和估算的所需扬程及原始资料给定的矿水物理化学性质和泥砂含量，从泵产品样本中选取D28

5、0100×5型号泵，其额定流量，额定扬程，转数，电机功率，效率高达。则：工作泵台数 ，取。备用泵台数 ，取。检修泵台数 ，取水泵总台数 台五、 排水管路的确定1、管路趟数根据泵的总台数，在满足煤矿安全规程的前提下，在井筒内布置以不增加井筒直径的原则，选用典型五泵三趟管路的布置方式（如图1所示），其中二条管路工作，一条管路备用。2、选择排水管因为管径的大小涉及排水所需的电耗和装备管道的基本投资，若管径偏小，水头损失大，电耗高，但初期投资少；图1 泵房管路布置图若管径选择偏大，水头损失小，电耗低，所需的初期投资费用高。综合两方面考虑，可以找到最经济的管径，通常用试取管内流速的方法来求得，

6、。式中：排水管内径，；通过管子的流量，；排水管内的流速，经济流速取从标准YB23170钢管规格表中预选钢管，则排水管内径。3、验算壁厚因此所选壁厚合适。式中：标准管内径，；许用应力，无缝钢管取；管内水压，估算，；附加厚度，无缝钢管取4、选择吸水管由和从标准YB23170钢管规格表中选取的无缝钢管，内径。验算流速5、计算管路特性管路布置采用五泵三趟管路（如图1所示）的布置方式，。任何一台水泵都可以经过三趟管路中任一趟排水，（如图2所示）。估算管路长度排水管长度可估算为，取,吸水管长度可估算为。阻力系数计算计算沿程阻力系数。对于吸、排水管分别为：图2 管路布置图局部阻力系数，对于吸、排水管路附件其

7、阻力系数分别列于表1、表2中。表1 吸水管路附件其阻力系数吸水管附件名称数 量系 数 值底 阀13.790°弯头10.294收缩管10.1 表2 排水管路附件其阻力系数排水管附件名称数 量系 数 值闸 阀2止回阀1四 通190°弯头4直流三通4扩大管130弯头2 管路阻力损失系数，其值为： 式中：、吸、排水管的长度，；、吸、排水管的内径，；、吸、排水管的沿程阻力系数，对于流速，其值可按舍维列夫公式计算如下：、吸、排水管附件局部阻力系数之和，可查阻力损失系数表得，g重力和速度，。管路特性方程新管旧管绘制管路特性曲线，确定工况点，根据新、旧管路特性方程，取六个流量求得相应的损失

8、（表3所示）。表3 290.64292.69295.56299.25303.76309.09291.79295.27300.15306.43314.09323.15利用表3中各点数据绘出管路特性曲线（如图3所示），图3 管路特性曲线与泵特性曲线管路特性曲线与扬程特性曲线的交点M1、M2，即为新、旧管工况点，由图中可知，新管工况点参数为，旧管工况点参数为，因均大于0.7，允许吸上真空度符合煤矿井下排水设计技术规定要求。六、 校验计算1、由旧管工况点验算排水时间 旧管状态时，每台水泵的流量最小 ：正常涌水期，采用2泵2管排水，则每天必须的排水时间为和最大涌水期，采用4泵3管排水，则每天必须的排水时

9、间为式中：工况点流量正常涌水量最大涌水量无论正常涌水期和最大涌水期，每昼夜的排水时间均不超过20小时，符合煤矿井下排水设计技术规定规定。2、经济性校核工况点效率应满足。故经济性满足要求。3、稳定性校核单级平均额定扬程必须大于管路的测地高度。4 、计算允许吸水高度在新管状态下，允许的吸水高度最小。取，则允许的吸水高度为： 七、电动机功率计算根据工况参数，可算出电机必须的容量为：根据产品样本取。八、电耗计算1、全年排水电耗式中：、年正常和最大涌水期泵工作台数；、正常和最大涌水时期泵工作昼夜数；、正常和最大涌水时期泵每昼夜工作小时数；、电机效率，电网效率，传动效率。2、吨水百米电耗校验第二部分支护设

10、备与采煤机选型设计序号姓名设计原始数据及条件煤层厚度(M)截割阻抗A（牛顿/毫米）煤层倾角(°)顶板条件工件面长度（M）设计产量（万吨/年）生产安排1、一年工作日按300天计算2、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。hmaxhmin老顶直接顶6陈培阳2.42.220010级2类11065一、液压支架的选型（一）架型的选择 由设计原始数据及条件可知，直接顶是2类不稳定顶板，基本顶 是类分级，周期来压强烈，底板为泥岩、砂质泥岩，顶板为顶板位泥岩、砂质泥岩。平均厚度为2.3m，地质条件简单，瓦斯涌出量低。综上所述，结合表1-4，选择支撑掩护式液压支架。（2） 液压支

11、架结构参数的确定支架的最大结构高度 支架的最小结构高度 式中 煤层最大采高，m；煤层最小采高，m；伪顶厚度，考虑伪顶冒落后支架仍能支撑顶板，中厚煤层取0.2 顶板最大下沉量，I级基本顶取=0.1；移架时支架的最小可伸缩量，一般取=0.05m；支架顶梁上存留的浮煤和碎矸石厚度，一般取=0.05；因此，液压支架的伸缩比 （3） 支护强度的确定 1、按经验公式估算式中 顶板的岩石厚度系数，我国中厚煤层取68，设计去7。最大采高，设计取2.4m。顶板岩石的密度，一般取为。因此，按照经验公式估算，支护强度为: 2、直接查表选取 根据顶板条件和煤层厚度，查表1-4得， 综上所述，支护强度选最大值，则。（4

12、） 选择液压支架型号根据支架结构参数及支护强度，设计选取支架型号为ZY35型。经查阅可知，ZY-35型液压支架支护面积为5.45m2，工作阻力为4000kN，则kN<4000kN，可以选用。ZY-35型液压支架参数如下所示：支架 工 作 阻力支 高 架度支 架宽 度支护 面 积支护 强 度底座 比压推移 千斤 顶 行程推 溜 力拉架 力支架 中心 距总重工 作压力4 0 吨1 . 7 3 . 5米1 . 4 2 一 1 . 5 9 米5 . 4 5 米7 3 . 4 吨 /米1 9 . 1公 斤 力 /厘米7 0 毫 米1 4 . 6 吨2 3 . 1吨1 . 5米1 1 . 1吨1 5

13、 0 公斤 力 /厘米 2二、滚筒采煤机的选择 （一）采煤机性能参数的计算与决定 1、滚筒直径的选择根据目前我国采煤机生产现状及使用情况，设计选用双滚筒采煤机。双滚筒采煤机滚筒直径应大于最大采高的一半，一般可按选取，采高大时取小值，采高小时取大值。目前双滚筒采煤机的滚筒直径也已经系列化，所以滚筒直径的选取选取和标准直径相近的数值。D=0.52×2.4=1.248(m)根据计算，设计取1.3m。（二）截深的选择截深的选择，受煤层厚度、倾角、顶板稳定性、截割阻抗、及液压支架的推移步距影响。中厚煤层一般选取0.6m0.8m，同时考虑到我国生产的采煤机大部分截深在0.6m左右，设计选取截深为

14、0.6m。下面验证：工作面长度为110m，工作制为实行四班工作制，三班采煤，一班准备，每天生产时间为18小时。产量为65万吨 /年。则每天的产量为650000/300=21.67t采煤班一小时产量2167/18=120.37t一小时割煤体积120.37/1.35=89.16m3一小时割煤长度3×60=180m则截深为 89.16/180/2.4=0.21 取截深B=0.6（3） 滚筒转速及截割速度滚筒转速的选择，直接影响截煤比能耗、装载效果、粉尘大小等。转速过高，不仅煤尘产生量大，且循环煤增多，转载效率降低，截煤比能耗降低。根据实践经验，一般认为采煤机滚筒的转速应控制在3050较为适

15、宜，设计取40。滚筒直径为1.3m，转速为40，则可计算出截割速度为，40÷60××1.3=2.72。（四）采煤机最小设计生产率采煤机最小设计生产率与采煤机有效开动率有关。虽然综合机械化开采在我国中厚煤层一次采全高工作面的应用已经成熟，机械设备的生产加工技术也比较完善，设备可靠性也大大提高，但采煤工作面煤层潜在的变数及机械设备的检修等的各种因素均影响采煤机有效开动率，我国平均水平在40左右。设计取正常开动率为40。最小设计生产率由下式计算： 式中 Qmin采煤机最小设计生产率，t/h， W采煤工作面的日平均产量，650000÷300=2167（t） 0.

16、4采煤机有效开动率。则（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，直接决定采煤机生产率及所需电动机功率，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载调动时低得多。采煤机的牵引速度可在零到最大速度范围内调节，选择截割时的牵引速度，要根据下述几方面因素，综合考虑。 1、根据采煤机最小设计生产率决定的牵引速度式中 采煤机最小设计生产率，；采煤机平均采高，m；采煤机截深，m；煤的实体密度，一般为1.31.4，可取1.35。则采煤机的牵引速度为 2、按截尺最大切削厚度决定的牵引速度 采煤机几个过程中，滚筒以一定的转速转动，同时采煤机

17、又以一定的牵引速度沿工作面移动，切削厚度呈月牙规律变化。截尺最大切削厚度在月牙形中部，可用下式计算式中 采煤机的牵引速度，；滚筒一条截线上安装的截尺数；滚筒的转速，；上式中，m一般取3，n根据上面的计算取40。一般来说，bma(50)应小于截齿伸出齿座长度的70，根据国产采煤机的实际情况，取45mm。则： m/min式中：bmax截齿在齿座上伸出长度的70，取45mm。则： 3、按液压支架推移速度决定的牵引速度 一般支架的推移速度稍大于采煤机的牵引速度较好，这样可以保证采煤机安全生产。 截割时的牵引速度，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，但应小于，并与相协调，使采煤机既

18、能满足工作面生产能力的要求，又可避免齿座或叶片参与截割，并能保证采煤机安全生产。 这里，设计采用的采煤机的牵引速度为。 采煤机截割牵引速度确定后，采煤机的生产率为 式中 采煤机平均采高，m；采煤机截深，m；煤的实体密度，一般为1.31.4，可取1.35。采煤机的牵引速度。则设计中的采煤机生产率为（6） 采煤机所需装机功率 由于采煤机在截割和装载过程中，收到很多因素的影响，所需电动机功率的大小，很难用理论方法精确计算，常用类比法或比能耗法来估算。采用比能耗法估算电动机功率，是根据采煤机生产率和比能耗（截割单位体积煤所消耗的功率）实验资料来确定的，如果比能耗确定适当，计算值就比较合理。本设计煤层截

19、割阻抗为AX220N/mm，根据下述公式可求得采煤机截割时的比能耗式中 AX煤层截割阻抗，220 N/mm， A基准煤截割阻抗，取140 N/mm，HB基准煤比能耗，通过查表1-6可知，当牵引速度为4m/min时，基准煤比能耗为0.42 kW·h/t。则比能耗由于设计中采煤机为双滚筒采煤机，所以后滚筒的截割比能耗可由下式求得。式中：K3后滚筒工作条件系数，根据采煤机割煤方式，取0.8。则：采煤机所需电机功率为：式中：K1功率利用系数，采煤机用一台电机驱动，取0.8， K2功率水平系数，查表1-8取0.95(牵引速度调节方式为自动调节，电机最大转矩和额定转矩的比值取2.22.4)则：由

20、于国内采煤机的功率均以系列化，根据计算数值就近选取，设计选采煤机的功率为400kW。（7） 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。根据采煤机电动机的功率，可直接查表求得采煤机的牵引力。3、初选采煤机综上，设计的采煤机部分型号应满足采高/m滚筒直径/m截深 /m生产率t/h电动机功率/kW牵引力/kN牵引速度m/min2.41.30.6447.124003004根据采高，滚筒直径，截深，生产率，电机功率，牵引力及牵引速度，初步选择采煤机型号为MG250/575-W。采煤机型号参数如下：采煤机型号采高（m）截深（m）适应倾角滚筒直径（m）

21、滚筒转数（r/min）摇臂长度（mm）摇臂摆动中心距（mm）摇臂向上摆动最大角度摇臂向下摆动最大角度MG250/575-W1.63.20.635°1.446.32058.5640042°-20°牵引力（KN）牵引速度（m/min）牵引型式机面高度（mm）最小卧底量（mm）单体液压支柱灭尘方式装机功率 kW电压设计生产能力最大不可拆卸尺寸机重43709销轨式无链牵引1200237液压支架内外喷雾2×250+751140v500t/h2720x975x65036t4、初选采煤机主要技术参数的校核 最大采高的HMAx的校核 式中 A采煤机高度（机身上平面至底板

22、之间距离）米 H采煤机截割部减速箱高度，一般等于电机高度米 L摇臂长度（摇臂摆动中心到滚筒中心距离）米 amax摇臂向上摆动最大角度D滚筒直径米 最大采高符合设计要求。 最小采高的校核 式中 h2过机高度不应小于0.15米 h1支架或交接顶梁高度取0.1米 最小采高符合设计要求。 卧底量校核 最大卧底量 式中  max摇臂向下摆动最大角度  满足设计要求 采煤机最大截割速度的校核式中 Q运输机的运输能力700吨/小时 H平均采高2.3米 B采煤机截深0.6米 r煤的实体容重，r=1.35吨/米 本设计选择符合要求。 牵引阻力估算 采煤机移动时必须克服的牵引阻力T为

23、 式中 f磨檫系数取决于采煤机导向机构表面状况和湿度及采煤机运动速度等平均取0.18；k1经验系数，估算为0.7；k2估算系数因是初算，所以取0.1； k3侧面导向力对牵引阻力影响系数，取0.15。 即上行时牵引力为261.26吨力，下行时牵引力反向大小为187.5吨力。满足三、刮板输送机的选型1、回采工作面生产能力Qc（t/h）2、刮板输送机的铺设长度L（m）设计工作面长度为110m，刮板铺设长度为110m。3、刮板输送机的铺设倾角（）煤层倾角为10°，刮板输送机的铺设倾角最大按10°考虑。 则根据表2-12选取的刮板输送机型号为SGB-730/320，其详细参数数据如下

24、所示：设计长度运输量链速减速器速比电动机型号额定功率额定电压额定转速联轴器型号额定功率200m700t/h0.93m39.739YSB-160160x2kW660/11401480r/minTV562160kW工作液体充液量刮板链型式规格连环破断力紧链方式每米质量长x宽x高水平可弯角度垂直可弯角度难燃液17.1L单中30x108-1mm1130kN闸盘42.2kg1500x730x2221.2°4°整机质量 140t4、 刮板输送机的验算（1） 输送能力的计算式中 F运行物料的断面积，经过SGZ764-320型刮板的运行物料断面积为0.28m2 物料的散碎密度，0.95t/

25、m3 V刮板链速，1.1m/s Vc采煤机牵引速度，4m/min 装满系数，查表可知，当为10°时，取0.8（2） 运行阻力的计算（1）重段直线段的总阻力Wzh（q·q1·1）L·g·cos（qq1）L·g·sin 225689N式中：q中部槽单位长度货载质量，kg/m qQc/3.6V700/3.6×0.93=180.8kg/m， q1刮板链单位长度质量，42.2kg/m物料在溜槽中运行阻力系数，取0.71刮板链在溜槽内移行的阻力系数，取0.3L刮板输送机的铺设长度，200m刮板输送机的铺设倾角，10°

26、。（2）空段直线段的总阻力Wkq1·L·g（1cos-sin）16046.1N（3）弯曲段运行阻力工作面刮板输送机在推溜时，机身产生蛇形弯曲，由此产生的附加阻力为重段弯曲段的附加阻力Wzhw0.1Wzh=22568.9N式中：Wzhw重段弯曲段附加阻力，N空段弯曲段附加阻力Wkw0.1Wk=1604.6N刮板链绕经从动链轮处的阻力Wc（0.050.07）Sy式中：Sy刮板链在从动链轮处的阻力刮板链绕经主动链轮时的阻力Wz（0.030.05）（SySl）式中：Sy刮板链在主动链轮相遇点的张力 S1刮板链在主动链轮分离点的张力。总的牵引力W0可按下式计算W01.21(WzhWk

27、) 1.21(225689+16046) =241735N（4）刮板链张力的计算 判断最小张力点的位置逐点法 Wk>0,Wzh>0,Wc>0,则S1<S3,1点为最小张力点 WB为B端牵引力，Wc刮板链绕经从动轮出的阻力，A端电动机台数为nA，B端为nB，牵引机构总牵引力为W0，又 , 故当>0，S3>S1 Smin=S1 反之 Smin=S3 n=2=2×3000=6000N= 6000N=6000+225689=231689 N =231689-=110821.5N=110821.5+16046=126867.5N （5）电动机电机功率的计算

28、kW符合 （6）刮板输送机强度验算刮板链强度足够 四、供电系统设计 采区供电方式选择 采区变电所移动变电站工作面配电点 的方式。其中移动变电站选用2个，1#移变给采煤机供电，2#移变为刮板输送机和皮带运输机供电。 对供电系统进行设计需要完成以下计算： （1）采区用电设备负荷统计，确定变压器容量、台数。 （2）高低压电缆选择。 （3）短路电流的计算。 （4）高低压配电装置选择。（一）1#移动变电站选型 表3 回采工作面符合统计表1#移动变电站电压(V)设备数量设备容量总计（台）工作（台）总计(kW)工作(kW)采煤机114011355355PN=380 kW kd=0.4+0.6=1查表煤矿各组

29、用电设备的需用系数和加权平均功率因数得：cosav=0.7,则=507 kV·A选择KBSGZY-630、10/1.2kV、630kVA 移动变电站1台。（二）2#移动变电站选型2#移动变电站电压(V)设备数量设备容量总计（台）工作（台）总计(kW)工作(kW)1刮板输送机1140113203202皮带运输机114011400400PN=320+400=720 kW kd=0.4+0.6=0.73查表煤矿各组用电设备的需用系数和加权平均功率因数得：cosav=0.7,则=751 kV·A选择KBSGZY-800、10/1.2kV、800kVA 移动变电站1台。（3） 高低压电缆选择（设计中电缆长度统一选择500m）（1） 从采取变电所到1#移变电缆选择 1)按经济电流密度选择电缆截面= 60.6A查表可得，经济电流密度Jec=2，故所选电缆的经济截面为：=30.3mm2初选MYPTJ-6/10-3×35型电缆。2）按长时允许电流校验截面。查得3*35型电缆的Iac=118 A，乘以修正系数0.94后为110.92 A，大于60.6A，故符合。3）按正常工作