毕业设计(论文)-煤矿机电选型设计.doc
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1、煤矿机电选型设计第一部分 支护设备与采煤机选型设计已知条件:1. 煤层厚度:3.3m;2. 截割阻抗:235N/mm;3. 年产量:105万吨/年;4. 顶板条件:2级3类;5. 煤层倾角:12;6. 工作面长度:120m.一、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。普采工作面主要设备为滚筒采煤机、刮板输送机、金属摩擦支柱或单体液压支柱及金属铰接顶梁。一般当工作面内煤层厚度较厚、煤层倾角及煤层厚度
2、变化不大,地质条件比较稳定,没有大的断层、夹矸等,工作面设计能力又比较高,采用综采较好。据已知条件,选用综采工作面较好。二、液压支架的选型1影响液压支架选型的因素影响液压支架选型的因素,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、底板稳定性影响最大。(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。(2) 底板
3、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。按毕业设计指导书P.22,表2-1选取支撑式支架。(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。(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、下滑现象。必须采取防倒防滑措施。(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
4、,综采设备通不过,断层条数多,综采面搬家次数多。(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。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。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。2煤层顶板及顶板分类覆盖在煤层上的岩石,依次分为伪顶、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
5、即冒落,直接顶下部1.52为厚的岩石叫直接下位岩石,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:不稳定顶板:很易冒落;中等稳定顶板:一般在支护设备前移后随即冒落;稳定顶板:难于冒落,需支架帮助切顶;坚硬顶板:极难于冒落,采后需强制放顶。(2) 老顶分级老顶位于直接顶之上,按毕业设计指导书P.24,表23可知2级老顶周期来压明显。3、液压支架的选型液压支架的选型,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) 架型的选择: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。支撑式支架顶梁
6、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,但由于顶梁较短控顶面积小,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,帮工作阻力大,切顶能力强,具有掩护梁架间密封,挡矸掩护性能好。它适用于稳定以下各类顶板,有取代支撑式支架的趋势,但它的结构复杂,重量较大,价
7、钱较高。注意因素:(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)煤层倾角在1015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)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。 据毕业设计指导书P.24,表2-4可知,由给定的已知条件2级3类应选用支撑式支架,但因煤层厚度是4m2.52.8m,顶板
8、有侧向推力,这时,一般不宜采用支撑式支架,应选用带护帮装置的掩护式或支撑掩护式支架。因此我选用2级2类,支撑掩护式支架。(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,应能适应采高的要求,它根据煤层厚度和采区范围内地质条件的变化等因素来确定。其选择的原则是: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Hmax和最小结构高度Hmin,具体由下面经验公式计算: Hmax = hmax+a= 3.3+0.3= 3.6m Hmin = hminS2bC= 2.90.180.10.08= 2.54m式中:hmax 煤层最大厚度,3.3
9、米;hmin 煤层最小厚度,2.9米;a 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;厚煤层可取得300毫米;S2 顶板最大下沉量,一般取支架后排立柱处顶板的下沉量。可按劳取酬100200毫米选取,1级老顶取大值,四级老顶取小值;b 支架卸载前移时,立柱伸缩余量,煤层厚度大于1.2米时,取80100毫米;C 支架顶梁上存留的浮煤和碎矸石厚度,一般取50100毫米。(3) 支架支护强度的确定支架支护强度q: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:a. 按经验公式估算: q = KHR=83.32.3=60.72t/m2式中:K 作用
10、于支架上的顶板岩石厚度系数,我国中厚煤层取68;H 最大采高,4米;R 岩石容重,一般取2.3t/m3。b. 据顶板条件和煤层厚度,由毕业设计指导书P.24,表2-4可查取2级3类,采高3.3米,支护强度为1.345=58.5t/m2.由采掘机械与液压传动P.243,表3-4-1,注:(2)可知1.3为2级老顶的分级增压系数;结果选取大值:q=60.76t/m2(4) 选择液压支架型号:参看采掘机械与液压传动P.230,表3-2-1,选取支撑掩护式支架:架型:BC52025/47支撑高度:2.54.7m工作阻力:5069KN初撑力:4704KN支护强度:0.3370.849Mpa煤层倾角:15
11、 质量:18.5t四、滚筒采煤机的选择(一) 采煤机性能参数的计算与决定1. 滚筒直径的选择双滚筒采煤机滚筒直径应大于最大采高的一半,一般可按D=(0.520.6)hmax选取,采高大时取小值,采高小时取大值,即D=0.563.3=1.848m2. 截深的选择滚筒截深是采煤机工作机构截入煤壁的深度,是影响采煤机装机功率及生产率的主要因素;国内生产的采煤机,为了制造方便,大部分截深都在0.6m左右。我选取0.60m.3. 滚筒转速及截割速度滚筒转速对截煤比能耗、装载效果、粉尘大小都有很大影响。由截齿最大切屑厚度hmax公式: hmax = 1000v/(mn)= 10004/(350)= 26.
12、7mm式中m 滚筒每条截线上的截齿数;一般取24;n 滚筒转速,一般认为在3050转/分较为适宜;v 截割速度,一般控制在4m/s左右较好。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,处理片邦等,经常出现停顿,采煤机实际生产率比设计的理论生产率小的多,为了表明这些因素的影响,可用有效开动率表示。有效开动率是指采煤机在一天或一班内有效工作时间与一天或一班占有时间的比值,一般可取0.50。当采煤工作面的生产能力已定,其每小时的平均产量就是所需采煤机的最小实际生产率,考虑到有效开动率,则采煤机按工作面生产能力要求的最小设计生产率Qmin为:式中:W
13、采煤工作面的日平均产量,吨/日; 上式中有效开动率取0.5.5. 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,采煤机牵引速度在零到某个值范围内变化,选择截割时的牵引速度,要根据下几方面因素综合考虑。a. 根据采煤机最小设计生产率决定的牵引速度V1 =417/(603.10.61.35)=27.6m/min式中Qmin 采煤机最小设计生产率,t/h;H 采煤机平均采高;B 采煤机的截深,取0.60mR 煤的容重,取1.35t/m3b. 按截齿最大切屑厚度决定的牵引速度V2 采煤机截割过程是滚筒以一定的转速n,同时又以一定的牵引速度V沿工作面移
14、动,切屑厚度呈月牙规律变化,如果滚筒在一条截线上安装的截齿数为m,则截齿最大的切屑厚度已在上面求出。 一般要求截齿的最大切屑厚度应小于截齿伸出齿座长度的70%,所以采煤机的牵引速度 V2 = mnhmax /1000=350521000=7.8m/min式中hmax 截齿在齿座上伸出长度的70%(毫米),国产径向截齿。大约为4455毫米;切向截齿大约为4152毫米。煤坚硬度f及截阻抗大时取小值。 m 滚筒每条截线上的截齿数;一般取24; n 滚筒转速,一般认为在3050转/分较为适宜。c. 按液压支架推移速度决定牵引V3 一般讲支架的推移速度应大于采煤机的牵引速度较好,这样可保证采煤机安全生产
15、。 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,并与V3相协调,使采煤机既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。决定采煤机截割速度V=3m/min,因此采煤机的生产率: Q = 60HBVR=603.10.6031.35=451.98t/h6. 采煤机所需电机功率常采用比能耗法来估算电机功率,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,如果比能耗值确定适当,计算值就比较合理。取截割阻抗A=385N/mm的煤为基准煤,当采煤机以不同的牵引速度截割时,包括牵引部及辅助液压系统在内其
16、比能耗的估算值可参看毕业设计指导书P.29,表25:当牵引速度是2m/min时,螺旋滚筒采煤机比能耗接近HwB=0.44kwh/t,如果截割的为层,其截割阻抗不同上述值,可用下式计算比能耗值: Hwx=AX/A0.44=0.539式中:AX 被截割煤层的截割阻抗参考毕业设计指导书P.29,表26决定;A 基准煤的截割阻抗,180200N/mm;HwB 基准煤的比能耗已查取。双滚筒采煤机,前滚筒与后滚筒截割条件不同,前滚筒截割时,煤层只有面向采空区一个自由面,后滚筒截割时,前滚筒已截割出第二个自由面,若以HwX表示前滚筒截割比能耗,后滚筒截割比能耗HwX为HwX= K3HwX= 0.80.46=
17、0.4312式中:后滚筒工作条件系数,可由毕业设计指导书P.30,表28选取。如果滚筒直径按最大采高60%选取时,双滚筒采煤机所需电机功率为:=451.98(0.60.539+0.40.4312)/0.95=217kw式中: Q 采煤机生产率;K1 功率利用系数,用一台电机驱动时取1,两台电机分别驱动时取0.8;K2 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,可按毕业设计指导书P.30,表27选取,超载能力是指最大转矩Mmax与额定转矩MH比值。7. 牵引力采煤机的牵引力大小主要取决于煤质软硬、采高、牵引速度、煤质倾角、机器质量,导向装置结构及摩擦力等到因素。采煤机工作条件比较
18、恶劣,应有足够大的牵引力。目前使用的链牵引采煤机的牵引力P与装机功率N之关系为: P=(11.3)N= (11.3)217=217282KN8. 装机功率由采煤机械与液压传动P.191页表281查得,当采高为34.5m时,双滚筒采煤机装机功率为300450KW。9. 采煤机的质量采煤机的质量,会影响机器工作的稳定性,太大又要增大牵引力。常用采煤机的质量与电机功率之间有如下关系M=(0.070.1)N(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、牵引力及牵引速度等初选采煤机:选自液压传动与采掘机械 型号:MXA300/4.5WG 采高:4500mm卧底量:185mm
19、 倾角:空顶距:2342滚筒直径:2300mm截深:0.60摇壁长度:2228mm牵引力:400KN牵引速度:3m/s总功率:300kw机面高度:2205mm摆角:电机高度:0.6m配套的刮板输送机型号:SGZ-730/320 设计长度:200m输送能力:700t/h电动机型号:KBY160功率:2160(三)、初选采煤机主要技术参数的校核1最大采高hmax的校核= 4.453.3 满足最大采高 式中:A 采煤机高度(机身上平面至底板之距离); H 采煤机截割部减速箱高度,一般等于电机高度; L 摇壁长度(摇壁摆动中心到滚筒中心距离); D 滚筒直径。2 最小采高的校核采煤工作面最小采高应大于
20、采煤机高度、支架或铰接顶梁高度,过机高度(顶梁与采煤机机身上平面之间距离)三项尺寸之和,即采煤机与支护设备应能通过煤层变薄带,滚筒不截割岩石。 Hmin=A+h1+h2=2+0.1+0.2=2.3m2.9.m符合式中h2 过机高度不应小于0.10.25m,机身短,浮煤清扫干净取小值;h1 铰接顶梁高度。3 卧底量校核最大卧底量Kmax为 =0.064.9m3 符合式中:Q 运输机的运输能力,700t/h; H 平均采高; B 采煤机截深; R 煤的实体容重,R=1.35t/m3上述计算的V值应大于前面决定的截割牵引速度V值。5. 引阻力的估算采煤机移动时必须克服的牵引阻力T为 式中: 摩擦系数
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