综 合 机 械 采 煤 工 作 面
配套机械选型设计
班级：采矿B07-3班
姓名：*** 2010年01月07日
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目 录
一、采煤机械的基本要求------------------------------------3 二、采煤工作面有关资料------------------------------------3 三、采煤机----------------------------------------------------3 四、液压支架-------------------------------------------------9 五、刮板运输机---------------------------------------------14 六、转载机--------------------------------------------------16 七、胶带输送机---------------------------------------------17 八、采煤工作面综采设备布置图--------------18
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一、采煤机械的基本要求
对采煤机械的基本要求是高效、经济、安全。具体要求为：
（1）采煤机械的生产率应能满足采煤工作面的产量要求。
（2）工作机构能在所给煤层力学特性（硬度、截割阻抗）的条件下正常截割；装煤效果好；落煤块度大、煤尘、能耗低。
（3）能调节采高，适应工作面煤层厚度变化；能自开缺口。
（4）有足够的牵引力和良好的防滑、制动装置，能在所给煤层倾角下安全生产；牵引速度能随工作条件变化而调节，其大小能满足工作要求。
（5）有可靠的喷雾降尘装置和完善的安全保护装置，电气设备必须能够防爆。
（6）采煤机械是机采工作面的关键设备，它的维护费用在吨煤成本中所占比例相当大。因此，要求采煤机械的性能必须可靠，维持正常工作所必需的各种消耗（动力、液压油、润滑油、易损失等）应较低。
二、采煤工作面有关资料
1. 工作面长度200m; 2. 倾角：40度;
3. 煤层平均厚度：4.5m; 4. 顶板中等稳定; 5. A=230N/mm f=3.5.
三、采煤机
1..根据煤层厚度选择采煤机
根据开采技术要求,将煤层厚度分为三类:从最小开采厚度至1.3m为薄煤层,1.3~3.5m为中厚煤层,3.5m以上为厚煤层 .
煤层的厚度决定着所需采煤机的最小采高,最大采高,机面高度,过煤高度,过机高度以及电动机功率大小.
采高在1.1~2.0m左右的采煤工作面,煤质中硬,应选用单滚筒采煤机;采高在1.3~2.5m时应选用双滚筒采煤机或单滚筒采煤机. 2.根据力学性质选择采煤机械
煤的力学性质主要包括煤的坚硬度系数f,抗压强度,截割阻抗A,韧性,层理和节理的发育状况,夹石含量及分布等.这些因素关系到选择采煤机械的工作机构形式和采煤机械的功率大小.
根据煤的坚硬度系数f和截割阻抗A,将煤分为三类 （1）软煤----f<=1.5,A<180N/mm
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（2）中硬煤----f=1.5~30,A=180~240N/mm （3）硬煤----f>=3.0,A=240~360N/mm
各种刨煤机最合适开采软煤,特别是脆性软煤;韧性中硬煤应选用中等功率的滚筒式采煤机;脆性中硬煤宜选用中等功率的滑行刨煤机;硬煤必须选用大功率的滚筒式采煤机.滚筒式采煤机可截割各种硬度的煤. 1.煤层倾角对选择采煤机的影响
根据开采技术特点,将煤层倾角分为三类:0~25度为缓倾斜煤层;25~45度为倾斜煤层;45~90度为急倾斜煤层.
倾角小于12度的煤层,对机械化开采最为有利,一般不考虑采煤机械的防滑问题.
在工作面干燥的条件下,金属对金属的摩擦系数为0.23~0.30,相应的摩擦角为13~17度.因此倾角大于12度时,骑溜子工作的采煤机和以输送机支撑和导向的爬底板采煤机,必须带防滑装置.
在工作面潮湿的条件下,摩擦系数要降低,倾角大于8度时就得备有防滑装置.
无链牵引采煤机,由于具有可靠的制动装置,牵引力又大,故可用到倾角40~50度的工作面.
煤与底板的摩擦系数一般为0.7~0.8,相应的摩擦角为36~40度,故煤层倾角大于40度时,煤可沿底板自溜下滑,而不必安装输送机.但实际上,为了使煤流沿着要求的安全方向运输,并且无链牵引的采煤机也需要为之导向,故在倾角大于40度的工作面条件下,仍配备工作面输送机. 2.顶底板性质对选择采煤机械的影响
顶底板性质主要影响顶底板管理方法和支护设备的选择,因此,选择采煤机时应同时考虑选择何种支护设备.例如,对于不稳定顶板,控顶距应当尽量小,应选用窄机身采煤机和能超前支护的支架;若底版松软,则不宜选用拖钩式刨煤机,底板支撑式爬底板采煤机和混合支撑式爬底板采煤机,而应选用靠输送机支撑和导向的滑行刨,悬臂支撑式爬底板采煤机,骑溜子工作的滚筒式采煤机和对底板接触比压小的支架. 3.采煤机参数选择
（一）采煤机的生产率 1.理论生产率
它是采煤机的最大生产率,是在所给工作条件下,以最大参数运行时的生产率,其计算公式为:
Qt=60HBvqr
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式中，H为工作面的平均采高，m；vq为在所过工作面条件下可能的最
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大工作牵引速度，m/min；r为煤的实体密度，一般为1.3～1.4t/m。
采煤机的理论生产率是选择与采煤机配套的工作面输送机,转载机，带式输送机生产能力的依据。一般工作面输送机的生产率应略大于采煤机的理论生产率。
采煤机的截深B、工作面的采高H和煤的实体密度r都是一定的，故理论生产率Q主要取决于采煤机的工作牵引速度vq的大小。采煤机司机应当根据工作面的具体条件随时调节牵引速度，以尽可能大的vq值割煤。但同时必须注意，vq值的增大要受到采煤机电动机装机功率、滚筒装煤能力以及移架速度等多方面因素的限制：工作牵引速度过大，会造成电动机过载；碎煤在滚筒中的循环煤量增多，会使装煤效果变差；移架速度跟不上采煤机割煤，会造成顶板冒落。 2. 技术生产率
它是指除去采煤机必要的辅助工作（如调动机器，检查机器，更换截齿，自开缺口等）和排除故障所占用的时间外的生产率。其计算公式为：
Q=Qt*K1
式中，K1为采煤机技术上的可靠性和完备性有关的系数，一般为0.5～0.7。
3．实际生产率
它是采煤机工作面每小时的实际产量，其计算公式为：
Qm=Q*K2
式中，K2为考虑由于工作面其他配套设备的影响（如采区运输系统衔接不良，输送机和支护设备出现故障等），处理顶底板事故，劳动组织不周等原因造成的采煤机被迫停机所占用时间的系数，一般为0.6～0.65。
采煤机的实际生产率应当满足工作面的计划日产能力的要求。 （二）滚筒直径和截深
滚筒直径是指到截齿齿尖的直径。滚筒直径大小应按煤层厚度来选择。 薄煤层双滚筒采煤机其滚筒直径是指到截齿齿尖的直径应按下式选取
D=Hmin-(0.1～0.3) m
式中，Hmin为煤层最小厚度，m。减去（0.1～0.3）m是考虑到割煤后的顶板下沉量，防止采煤机返回装煤时因顶板下沉导致滚筒割支架顶梁。
中厚煤层单滚筒采煤机其滚筒直径为：
D=（0.5～0.6）Hmax
式中：Hmax为煤层最大厚度
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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，故滚筒直径应稍大于最大采高的一半。
截深是指滚筒外缘到端盘外侧截齿齿尖的距离，即一次截割深度。中厚煤层采煤机常用0.6或0.63m，MG360-W采煤机采高范围在2.1～3.5m之间，属于中厚煤层采煤机，它的截深为0.6m。 1．采高范围卧底量和机面高度的验算
最大采高：Hmax=A-h/2+Lsinαmax+D/2 最小采高：Hmin=A-h/2+Lsinαmin+D/2 最大卧底量：Kmax=A-h/2-Lsinβmax-D/2 最小卧底量：Kmin=A-h/2-Lsinβmin-D/2
A为机面高度,D滚筒直径,h为电动机高度，L为采煤机摇臂长度 α为摇臂是向上摆角，β为摇臂向下摆角。 2．牵引速度
采煤机滚筒上截齿在滚筒转一周时切入煤体的最大切削度hmax为： Hmax=1000vq/mn (mm/r) 式中，vq为工作牵引速度，m/min；m为滚筒每条截线上的截齿数目；n----滚筒转速，r/min.
滚筒转速n和每条截线上的截齿数目m是固定的。由上式知道，最大切屑厚度hmax将随着工作牵引速度vq的增大而增加。研究证明，在一定范围内增大hmax可使采煤机的落煤能耗降低。但牵引速度调得太大，以至hmax超过截齿伸出齿座的长度，使无切削刃的齿座与煤体相接触而摩擦，会造成采煤机截割功率的急剧上升，甚至电动机过载。因此，尽管采煤机最大牵引速度一般为6～10m/min，但工作牵引速度却比上述值小得多，一般为2～4m/min。最大牵引速度仅用于采煤机返程清理余煤或空载调动机器用。 3．牵引力
牵引力大小取决于煤质硬软，牵引速度，煤层倾角，采高，机器质量等因素。目前使用的链牵引采煤机的牵引力P(kN)与装机功率的N(kW)的关系
P=(1～3)N
无链牵引采煤机由于要用于大倾角煤层，一般都是双牵引部，帮牵引力比链牵引的大一倍。 4．滚筒的转速和转向
滚筒转速高,则切削度小,截割能耗大,粉煤量多,煤尘飞扬严重;转速过低则切削厚度增大,受到截齿伸出长度的限制。一般认为滚筒转速以30～50r/min为宜。目前有降低滚筒转速的趋势，有的采煤机滚筒转速仅为15～
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20r/min。 5．装机功率
采煤机装机功率的大约85%用于截煤和装煤，用在牵引的功率只有一小部分。为了防止电动机经常处于过载状态运转，一般电动机功率都有一定的富余量。
用于中硬用中硬以下煤质的采煤机装机功率与煤层厚度有中表的关系。 采高/m 0.6~0.9 0.9~1.3 1.3~2.0 2.0~3.0 3.0~4.5 采煤机装机功率/kw 单滚筒 <50 50~100 100~150 150~200 ----- 双滚筒 <100 100~150 150~200 200~300 300~450 对于硬煤及极硬煤，装机功率应较上表值加大一倍。 6．采煤机的质量
采煤机的质量太小，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M(t)与电动机功率N(kw)之间关系如下：
M=(0.0~70.1)N 7．截齿与截线排列图
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根据上述资料,选择如下采煤机:
生产厂家：西安煤矿机械有限公司（原西安煤矿机械厂） 型号：MG300/700－AWD型系列交流电牵引采煤机
MG300/700－AWD型系列交流电牵引采煤机主视图及断面图
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四、液压支架
1 .架型选择
选择架型主要根据顶板条件,但同时还应考虑下列因素: (1)煤层厚度
根据我国煤层赋存的特点,当厚度超过2.5m,顶板有水平推力时,应选用抗水平强的支架,一般不宜选用支撑式支架.当煤层厚度在2.5~2.8m以上时,应选用带护帮装置的掩护式或 支撑掩护式支架.当煤层厚度变化较大时,应选用调高范围大的支架.
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(2)煤层倾角
煤层倾角在10~15度以上时,支架应有防滑和调架装置 ,当倾角超过18度时,应同时具有防滑和防倒装置. (3)底板强度
支架底座的对底板接触比压应小于底板的允许比压,允许比压与底板的岩石性质有关,对于砂岩底板,其值一般为1.96~2.16MPa,软底板为0.98MPa左右.接触比压与具体支架有关,选型时应验算接触比压值. (4)瓦斯涌出量
对于瓦斯涌出量大的工作面,应优先选用通风断面大的支撑式和支撑掩护式支架. (5)地址构造
断层十分发育,煤层厚度变化大,顶板允许暴露面积和时间在5~8平方米和20min以下时,暂不宜采用综采设备. (6)设备成本
能同时允许使用几种架型时,应优先选用价格便宜的支架.在一般情况下,支撑式支架最轻,造价也最便宜.而支撑掩护式支架最重最贵.
此外,对于对于特定的开采要求,应选用特种支架.如厚煤层分层开采时选用铺网支架,冒落法开采时选用放顶煤支架,工作面端头支护选用端头支架,等等.
2.支架参数确定
(1)支护强度和工作阻力
顶板所需的支护强度取决于顶板的等级和煤层厚度,他可按以下公式确定:
q=KHρg x 0.00001(MPa)
式中,K为作用于支架上的顶板岩石厚度系数,一般去5~8;H为采高,m;ρ为岩石强度,一般取2500kg每立方米;g为重力加速度，取10m/s2。
支架支撑顶板的有效工作阻力Q=qF x1000 (kN) 式中,F为一支架的支护面积,按下列公式计算：
F=(L+C)x(B+K) 单位 平方米
式中,L为支架顶梁长度,m;C为梁端距,m;B为支架顶梁宽度,m;K为架间距,m.
有效工作阻力与支架工作阻力的比值,称为支架的支撑效率η.支撑式支架的支撑效率为100%;掩护式和支撑掩护式支架,由于顶梁与掩护梁铰接,立柱又斜撑,故支撑效率总是小于1,初选支架时可取80%左右.在考虑了支撑效
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率后,所需每架立柱的总工作阻力P应为:
P=Q/η (MPa) (2)初撑力
初撑力大小对支架的支护性能和成本都有很大的影响.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.一般取初撑力为0.6~0.8倍的工作阻力.
(3)移架力和推溜力
移架力与支架结构,质量,煤层厚度,顶板性质等有关.一般薄煤层支架的移架力为100~150kN;中厚煤层支架为150~300kN;厚煤层支架为300~400kN.
推溜力一般为100~150kN. (4)支架调高范围
支架最大结构高度 Hzmax=Mmax+S1 (m) 支架最小结构高度 Hzmin=Mmin-S2 (m)
式中,Mmax,Mmin为分别为煤层最大,最小采高,m;S1为伪顶冒落的最大厚度,一般取0.2~0.3m;S2为顶板在周期来压时的最大下沉量,移架时支架的下降量,顶梁上及底座下的浮矸厚度之和,一般为0.25~0.35m.
支架伸缩比
K2=Hzmax/Hzmin
K2反映了支架对煤层厚度变化的适应能力。其值越大，支架对煤层厚度变化的适应能力就越大。单伸缩立柱的支架，k2不超过1.6；若k2大于1.6，需加机械加长段或采用双伸缩立柱。通常薄煤层支架的k2值为2.5～3.0；中厚煤层支架k2值为1.4～1.6。 (5)覆盖率
支架覆盖率是顶梁接触顶板的面积与支架面积之比值,即 δ=BL/(L+C)(B+K)x100%
覆盖率的大小与顶板性质有关。对于不稳定顶板δ不小于85%~95；中等稳定顶板δ不小于75%~85%；稳定顶板δ不小于60%~70%。否则会引起冒顶。 3.液压泵站
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4.液压支架工作原理和过程
液压支架的主要动作有升架、降架、推移输送机和移架。这些动作是利用乳化液泵站提供的高压乳化液，通过液压控制系统控制不同功能的液压缸来实现的。每架支架的进回液管路都与连接泵站的工作面主供液管路和主回液管路并联，全工作面的支架共用一个集中的泵站作为液压动力源。工作面的每架支架形成各自独立的液压系统，其中液控单向阀和安全阀均设在本架内；操纵阀可设在本架内，也可装在相邻支架上，前者称为“本架操作”，后者为“邻架操作”。
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（1）支架的升降和推移
将操纵阀置于上阀位置，由乳化泵站来的工作液体经操纵阀和液控单向阀8进入立柱1下腔，立柱上腔回液，支架升起，并撑紧在顶底板之间。当操纵阀位于下阀位置时，工作液体进入立柱上腔，同时打开液控单向阀，立柱下腔回液，支架下降。
移架时，先使支架卸载，立柱下腔回液，再将操纵阀位于下阀位，工作液体进入推移千斤顶的活塞杆腔，后腔回液，此时支架以输送机为指点前移动。此后，再把支架撑紧在顶底版之间。将操纵阀位于上阀位置，工作液体进入推移千斤顶的活塞杆腔，前腔回液，此时以支架为支点就将输送机推向煤壁。
(2).支架的承载过程
支架的承载过程可分为三个阶段。 a．初撑阶段
在升架过程中，从顶梁接触顶板，至立柱下腔液体压力逐渐上升到泵站工作压力为止，为初撑阶段。 b.增阻阶段
初撑结束后，操纵阀移到中间阀位，液控单向阀关闭，立柱下腔的液体被封闭。随着顶板的下沉，立柱下腔内的液体压力逐渐升高，支架的支撑力增大，呈现承载增阻状态，这就是支架的增阻阶段。
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c.恒阻阶段
当支柱下腔内的液体压力的增大而升高到安全阀的调定压力时，安全阀开启溢流，立柱下缩，立柱下腔内的液体压力也随之降低，当压力降低到安全阀的调定值时，安全阀又关闭。支架承载时，随着顶板的继续下沉，安全阀重复着这一过程。受安全阀调定压力的限制，支架的支撑力维持在某一恒定数值上，即呈现恒阻特性，这就是支架的恒阻阶段。
液压支架的选择
五、刮板运输机
（1）选型原则
⑴输送能力不小于采煤机的理论生产率；
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⑵结构形式必须与采煤机结构相配套； ⑶结构形式必须与液压支架架型相匹配； ⑷溜槽长度要与液压支架的中心相匹配；
⑸溜槽与支架推移千斤顶连接装置的间距和结构相匹配。 （2）选择刮板输送机
生产厂家：淄博先河机电有限责任公司（原山东省淄博矿务局机械制造厂） 型号：SGZ764/500中双链刮板输送机 铺设长度 (m)：200 输送量（t/h）：1000 链速（m/s）：1.07 电 动 机：型号YBSS250 功率2×315KW 电压1140V
减速机转动比：34.5：1 中部槽规格：1500×764×275
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六、转载机
由采煤机、液压支架、刮板输送机类型及其参数可选择合适的转载机，选择SZZ830/200型桥式转载机。
系列型号：SZZ830/200 输送量（t/h）: 1500 设计长度（m）:50 装机功率（kW）:200 中部槽内宽（㎜）:780 刮板链型式:双链
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七、胶带输送机
生产厂家：新乡市中科矿山设备有限公司
由煤输送量及采煤机、液压支架、刮板输送机类型及其参数可选择输送机型号，经筛选可选择TD75型。
主要参数： 带宽：1400mm 带速：1.0~4.0m/s 输送能力：891~2996t/h 功率：4~185kw
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八、采煤工作面综采设备布置图
1.双滚筒采煤机 2.输送机 3.液压支架 4.端头支架 5.锚固支架 6.巷道捧梁 7.转载机 8.转载机推移装置 9.可伸缩胶带机 10.控制台 11配电点 12.泵站 13.移动装置 14.移动变电站 15.煤仓 16.绞车 17.单轨吊车 参考文献:
1.《矿山机械》 中国矿业大学出版社 程局山主编
2.《采掘机械与液压传动》 中国矿业大学出版社 朱真才主编
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