礦山機(jī)械課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書（綜合機(jī)械采煤工作面配套機(jī)械選型設(shè)計(jì)）機(jī)電工程系機(jī)械工程教研室

綜合機(jī)械采煤工作面配套機(jī)械選型設(shè)計(jì)對于采礦工程專業(yè)的學(xué)生，對綜采工作面的機(jī)械設(shè)備選型，是必須掌握的知識及能力。具體條件及要求是：在給定的采面地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，學(xué)生根據(jù)相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范、法規(guī)，對該工作面采用綜合機(jī)械化采煤方法所用的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行合理、科學(xué)的計(jì)算選型。書寫選型設(shè)計(jì)說明書，說明書應(yīng)書寫工整、章節(jié)層次分明；圖標(biāo)規(guī)范、計(jì)算準(zhǔn)確。采煤工作面中，采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和支護(hù)設(shè)備（液壓支架或單體支柱與頂梁）等組成一個(gè)稱為采煤機(jī)的有機(jī)整體來實(shí)現(xiàn)采煤工藝的各個(gè)工序，它們在工作能力和結(jié)構(gòu)尺寸的配套關(guān)系，直接影響到采煤工藝的順利實(shí)施和設(shè)備能力的充分發(fā)揮。因此，為了正確地選擇采煤機(jī)組各種設(shè)備的形式，不僅要看它們各自能否滿足采煤工藝的要求，同時(shí)要注意它們之間的配套性能。一、綜采工作面參數(shù)及選型基本原則本次綜采工作面的基本參數(shù)選定為原始參數(shù)第三組：工作面長度：150米；傾角：30度；煤層平均厚度：3.5米；頂板中等穩(wěn)定；A=230N/mmf=4選型基本原則：綜采工作面三機(jī)配套方案：綜采工作面的“三機(jī)”是指采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī),是綜采工作面的主要設(shè)備。其選型首先必須考慮配套關(guān)系,選型正確先進(jìn)、配套關(guān)系合理是提高綜采工作面生產(chǎn)能力、實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的必要條件?！叭龣C(jī)”的基本選型原則：a.采煤機(jī)的選型原則(1)采煤機(jī)能適合的煤層地質(zhì)條件,其主要參數(shù)(采高、截深、功率、牽引方式)的選取要合理,并有較大的適用范圍。(2)采煤機(jī)應(yīng)滿足工作面開采生產(chǎn)能力的要求,其生產(chǎn)能力要大于工作面設(shè)計(jì)能力。(3)采煤機(jī)的技術(shù)性能良好,工作可靠,具有較完善的各種保護(hù)功能,便于使用和維護(hù)。采煤機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)能力、采高、截深、截割速度、牽引速度、牽引力和功率等參數(shù)在選型時(shí)必須確定。實(shí)際生產(chǎn)能力主要取決于采高、截深、牽引速度以及工作時(shí)間利用系數(shù)。采高由滾筒直徑、調(diào)高形式和搖臂擺角等決定。滾筒直徑是滾筒采煤機(jī)采高的主要調(diào)節(jié)變量,每種采煤機(jī)都有幾種滾筒直徑供選擇,滾筒直徑應(yīng)滿足最大采高及臥底量的要求。截深的選取與煤層厚度、煤質(zhì)軟硬、頂板巖性以及移架步距有關(guān)。截割速度是指滾筒截齒齒尖的圓周切線速度,由截割部傳動(dòng)比、滾筒轉(zhuǎn)速和滾筒直徑確定,對采煤機(jī)的功率消耗、裝煤效果、煤的塊度和煤塵大小等有直接影響。牽引速度的初選是通過滾筒最大切削厚度和液壓支架移架追機(jī)速度驗(yàn)算確定。牽引力是由外載荷決定的,其影響因素較多,如煤質(zhì)、采高、牽引速度、工作面傾角、機(jī)身自重及導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和摩擦系數(shù)等,沒有準(zhǔn)確的計(jì)算公式,一般取采煤機(jī)電機(jī)功率消耗的10%~25%。滾筒采煤機(jī)電機(jī)功率常用單齒比能耗法或類比法計(jì)算,然后參照生產(chǎn)任務(wù)及煤層硬度等因素確定。b.液壓支架的選型原則(1)液壓支架的選型就是要確定支架類型(支撐式、掩護(hù)式、支撐掩護(hù)式)、支護(hù)阻力(初撐力和額定工作阻力)、支護(hù)強(qiáng)度與底板比壓以及支架的結(jié)構(gòu)參數(shù)(立柱數(shù)目、最大最小高度、頂梁和底座的尺寸及相對位置等)及閥組性能和操作方式等。(2)選型依據(jù)是礦井采區(qū)、綜采工作面地質(zhì)說明書。在選型之前,必須將所采工作面的煤層、頂?shù)装寮安蓞^(qū)的地質(zhì)條件全部查清。然后依據(jù)不同類級頂板選取架型。最后依據(jù)選型內(nèi)容結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)有液壓支架的主要技術(shù)性能直接選定架型及其參數(shù)所對應(yīng)的支架型號。c.刮板輸送機(jī)的選型原則(1)刮板輸送機(jī)的輸送能力應(yīng)大于采煤機(jī)的最大生產(chǎn)能力,一般取1.2倍。(2)要根據(jù)刮板鏈的質(zhì)量情況確定鏈條數(shù)目,結(jié)合煤質(zhì)硬度選擇鏈子結(jié)構(gòu)型式。(3)應(yīng)優(yōu)先選用雙電機(jī)雙機(jī)頭驅(qū)動(dòng)方式。(4)應(yīng)優(yōu)先選用短機(jī)頭和短機(jī)尾。(5)應(yīng)滿足采煤機(jī)的配合要求,如在機(jī)頭機(jī)尾安裝張緊、防滑裝置,靠煤壁一側(cè)設(shè)鏟煤板,靠采空區(qū)一側(cè)附設(shè)電纜槽等。在選型時(shí)要確定的刮板輸送機(jī)的參數(shù)主要包括輸送能力、電機(jī)功率和刮板鏈強(qiáng)度等。輸送能力要大于采煤機(jī)生產(chǎn)能力并有一定備用能力。電機(jī)功率主要根據(jù)工作面傾角、鋪設(shè)長度及輸送量的大小等條件確定。刮板鏈的強(qiáng)度應(yīng)按惡劣工況和滿載工況進(jìn)行驗(yàn)算。綜上所述，選型的基本原則就是：在滿足生產(chǎn)能力要求采煤機(jī)生產(chǎn)能力要與綜采工作面的生產(chǎn)任務(wù)相適應(yīng),工作面刮板輸送機(jī)的輸送能力應(yīng)大于采煤機(jī)的生產(chǎn)能力,液壓支架的移架速度應(yīng)與采煤機(jī)的牽引速度相適應(yīng),而乳化液泵站輸出壓力與流量應(yīng)滿足液壓支架初撐力及其動(dòng)作速度要求。同時(shí)滿足設(shè)備性能要求輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)形式及附件必須與采煤機(jī)的結(jié)構(gòu)相匹配,如采煤機(jī)的牽引機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、底托架及滑靴的結(jié)構(gòu),電纜及水管的拖移方法以及是否連鎖控制等。輸送機(jī)的中部槽應(yīng)與液壓支架的推移千斤頂連接裝置的間距和連接結(jié)構(gòu)相匹配。采煤機(jī)的采高范圍與支架的最大和最小結(jié)構(gòu)尺寸相適應(yīng),而其截深應(yīng)與支架推移步距相適應(yīng)。詳見下圖：液壓支架、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)幾何關(guān)系示意圖其計(jì)算公式為:R=B+E+W+X+d/2（1-1）式中??R———無立柱空間寬度,mm??B———截深,mm??E———鏟煤板空距,規(guī)定為50～100mm??W———輸送機(jī)寬度,mm??X———前柱與電纜槽間距,mm??d———前柱外徑,mmW=F+G+J+V（1-2）式中??F———鏟煤板寬度,150～240mm??G———中部槽寬度,mm??J———導(dǎo)向槽寬度,mm??V———電纜槽寬度,mm二、滾筒采煤機(jī)的選型2.1對采煤機(jī)械的基本要求對采煤機(jī)械的基本要求是高效、經(jīng)濟(jì)、安全。具體要求是：1.采煤機(jī)械的生產(chǎn)率應(yīng)能滿足采煤工作面的產(chǎn)量要求2.工作機(jī)構(gòu)能在所給煤層力學(xué)特性（硬度、截割阻抗）的條件下正常截割、裝煤效果好、落煤塊度大、煤塵少、能耗低。3.能調(diào)節(jié)才高，適應(yīng)工作面煤層厚度變化；能自開缺口。4.有足夠的牽引力和防滑、制動(dòng)裝置，能在所給煤層傾角下安全生產(chǎn)；牽引速度能隨著工作面條件的變化而調(diào)節(jié)，其大小能滿足工作要求。5.此，要求采煤機(jī)械的性能必須可靠，維持正常工作所必需的各種消耗（動(dòng)力、液壓油、防滑油、易損件等）應(yīng)較低。2.2初選采煤機(jī)采煤機(jī)選型原則通常是要符合煤層賦存條件，滿足對生產(chǎn)能力的要求，以及與刮板輸送機(jī)和液壓支架的匹配要求。并結(jié)合以下四點(diǎn)依據(jù)，確定采煤機(jī)的選型：根據(jù)煤層厚度選擇采煤機(jī)械給出的設(shè)計(jì)參數(shù)中煤層平均厚度為2.5m，屬于中厚煤層，可選用雙滾筒采煤機(jī)。根據(jù)煤的力學(xué)性質(zhì)選擇采煤機(jī)械煤的力學(xué)性質(zhì)主要包括煤的堅(jiān)硬度系數(shù)f、抗壓強(qiáng)度、截割阻抗A、韌性、層理和節(jié)理的發(fā)育情況、夾石含量及分布等。這些因素關(guān)系到選擇采煤機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)形式和采煤機(jī)械的功率大小。根據(jù)煤的堅(jiān)硬度系數(shù)f和截割阻抗A，將煤分為三類：軟煤——f≤1.5，A＜180N/mm;中硬煤——f＝1.5～3.0，A＝180～240N/mm;硬煤——f≥3.0，A＝240～360N/mm。各種刨煤機(jī)最適合開采軟煤，特別是脆性軟煤；韌性中硬煤應(yīng)選用中等功率的滾筒式采煤機(jī)；脆性總硬煤宜選用中等功率的滑行刨煤機(jī)；硬煤必須選用大功率的滾筒式采煤機(jī)。滾筒式采煤機(jī)可以截割各種硬度的煤。設(shè)計(jì)參數(shù)中A=230N/m、f=3.5，屬于偏硬一些的中硬煤，因此，滾筒采煤機(jī)宜選用中等偏大功率。煤層傾角對選擇采煤機(jī)械的影響。根據(jù)開采技術(shù)特點(diǎn)將煤層傾角分為三類：0°～25°為緩傾斜煤層；25°～45°為傾斜煤層；45°～90°為急傾斜煤層。傾角小于12°對機(jī)械化開采最為有利，可由于設(shè)計(jì)條件中傾角為20°，一般對于實(shí)際則開始考慮采煤機(jī)的防滑問題。因此，本次選用采煤機(jī)可用也可不用設(shè)置防滑裝置。頂?shù)装逍再|(zhì)對選擇采煤機(jī)械的影響。頂?shù)装逍再|(zhì)主要影響頂板管理方法和支護(hù)設(shè)備的選擇，因此，選擇采煤機(jī)時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮選擇何種支護(hù)設(shè)備。例如，對于不穩(wěn)定頂板，控頂距應(yīng)當(dāng)盡量小，應(yīng)選用窄機(jī)身采煤機(jī)和能超前支護(hù)的支架；若底板松軟，則不宜選用拖鉤式刨煤機(jī)、底板支撐式爬底板采煤機(jī)和混合支撐式爬底板采煤機(jī)，而應(yīng)選用靠輸送機(jī)支撐和導(dǎo)向的滑行刨、懸臂支撐式爬底板采煤機(jī)、騎溜子工作的滾筒式采煤機(jī)和對底板接觸比壓小的支架。2.3設(shè)計(jì)選用采煤機(jī)參數(shù)綜上所述，可選用MG400/920-WD系列采煤機(jī)，該采煤機(jī)的外觀、簡介以及基本參數(shù)如下：MG400/920-WD型交流電牽引采煤機(jī)是國產(chǎn)功率最大的電牽引采煤機(jī)，它與SGZ880/800-W型刮板輸送機(jī)、ZZ4000-17/35型支撐掩護(hù)式支架等組成綜采設(shè)備配套，適用于高產(chǎn)高效綜合機(jī)械化開采，可用與煤層厚度2～4m傾角小于21°，煤層硬或中硬的煤層綜采。該行走機(jī)采用交流變頻調(diào)速，用擺線輪-銷軌無鏈機(jī)構(gòu)牽引。采煤機(jī)操作點(diǎn)設(shè)置在機(jī)身中間及兩端，可直接操作按鈕或把手，也可用無線電發(fā)射器隨機(jī)操作。MG400/920-WD型采煤機(jī)是左右滾筒、左右擺臂減速箱、左右截割電動(dòng)機(jī)、大框架、行走部箱、左右調(diào)高泵站、冷卻噴霧系統(tǒng)。電控箱、變頻器、變壓器及各種輔助裝置等組成。附表 同種類型采煤機(jī)對比表【1】MG400/920-WDMG400/985-WD該機(jī)的結(jié)構(gòu)布置與MG400/985—WD型采煤機(jī)基本相同，取消了破碎機(jī)構(gòu)。其主要技術(shù)參數(shù)也相同，不同之處是：1.供電電壓（V）:3300；2.牽引電機(jī)型號：YBQYS—50（比985多5KW）；3.截割電機(jī)型號：YBCS4—400；4.泵電機(jī)型號：YBRB—20；5.總裝機(jī)功率（KW）：920；（其中兩個(gè)截割電機(jī)2×400KW，兩個(gè)牽引電機(jī)2×50KW，一個(gè)泵電機(jī)20KW，總裝機(jī)功率2×400＋2×50＋20=920KW）6.主電纜型號：UGFP3×70＋1×25＋4×4（一根外徑￠65）7.最大不可拆卸的部件為電控箱，其尺寸和重量分別為：長×寬×高（MM）：2900×1380×925重量（T）：9.58.兩滾筒水平中心距（M）：10.69.兩搖臂回轉(zhuǎn)中心距（M）：6.4810.兩行走輪跨距（M）：4.85與MG400/985-WD采煤機(jī)的不同特點(diǎn)為：1.交流變頻調(diào)速系統(tǒng)采用瑞士ABB公司生產(chǎn)的ACS600系列變頻器，或美國的WOLKMANM9000系列變頻器。2.整機(jī)拖一根3×70＋1×25＋4×4外徑￠65的主電纜，所用電壓等級全部在3300V以下。3.該機(jī)設(shè)有應(yīng)急功能：當(dāng)主控系統(tǒng)出現(xiàn)故障不能正常工作時(shí)，可將正常/應(yīng)急開關(guān)置于應(yīng)急位置，切斷主控系統(tǒng)，同時(shí)輔助控制系統(tǒng)投入工作。這時(shí)操作站只能完成搖臂的開降功能，開停牽引用變頻控制盤控制。4.該機(jī)可安裝啞鈴銷，可徹底解決螺絲松動(dòng)問題。1.采高（M）：1.9～3.75（配￠2M滾筒)；2.適應(yīng)傾角（°）：≤15；

3.煤質(zhì)硬度:F≤4；4.機(jī)面高度（M）：1.5；

5.過煤高度（M）：0.655；6.機(jī)重（T）：55

7.牽引速度(M/MIN)：7.12/128.69/14.2；8.牽引力（KN）：620/360506/304；

9.截深（M）：0.630.8；10.滾筒直徑（M）：￠1.6￠1.8￠2.0；

11.電壓（V）：1140；

12.臥底量（M）：0.326～0.526（￠1.6M滾筒為0.326、￠2.0M滾筒為0.526）；

13.滾筒水平中心距（M）：10.2；14.搖臂回轉(zhuǎn)中心距（M）：6.08；

15.最大生產(chǎn)能力（T/H）：2033；

16.牽引形式：機(jī)載交流變頻調(diào)速銷排式或鏈軌式無鏈牽引；

17.調(diào)高泵型號：A2F28RP4泵電機(jī)型號：YBRB—18.5；

18.截割電機(jī)型號：YBCS2—400；19.牽引電機(jī)型號：YBQYS—45；

20.主電纜型號：UCEP3×120＋1×25＋4×6（兩根）；21.配套開關(guān)型號：DQZBH—400/1140（兩臺）；

22.供水管型號：KJR38～100/L；電纜夾型號：C型；23.最大不可拆卸部件是電控箱，其尺寸及重量為：長×寬×高（MM）：2500×1380×890；

24.重量（T）：7.8裝機(jī)功率（KW）：985（其中兩個(gè)截割電機(jī)2×400KW，兩個(gè)牽引電機(jī)2×45KW，一個(gè)破碎電機(jī)75KW，一個(gè)泵電機(jī)18.5KW，

共計(jì)2×400＋2×45＋75＋18.5≈985KW）

25.配套運(yùn)輸機(jī)：SGZC880/800；SGZ880/800；26.超級鏈軌2000（英國）；27.LW11200—800/600（英國）2.4采煤機(jī)生產(chǎn)率的計(jì)算由采煤機(jī)可得，理論生產(chǎn)率=60×2.5×0.63×7.12×1.35=908.33t/h，式中——理論生產(chǎn)率，t/h；——工作面平均才高，m；——滾筒有效截深，m；——在給定條件下可能的最大牽引速度，m/min；——煤的密度，一般為1.3～1.4，t/m3。技術(shù)生產(chǎn)率=908.33×0.6=545.00t/h式中——技術(shù)生產(chǎn)率，t/h；1——采煤機(jī)技術(shù)上可能達(dá)到的連續(xù)工作系數(shù)，一般為0.5～0.7，式中為0.6；實(shí)際生產(chǎn)率=545.00×0.625=340.63t/h式中——實(shí)際生產(chǎn)率，t/h；——采煤機(jī)在實(shí)際工作中的連續(xù)工作系數(shù)，一般為0.6～0.65，式中為0.625。2.5滾筒直徑與截深滾筒直徑單滾筒采煤機(jī)一次采全高或薄煤層雙滾筒采煤機(jī)：D=Hmin－（0.1～0.3）Hmin=A-h/2+Lsinαmin+D/2中厚煤層使用的單滾筒采煤機(jī)：D=（0.55～0.6）HmaxHmax=A-h/2+Lsinαmax+D/2式中A——用戶在選定機(jī)面高度，m；D——滾筒直徑，m；H——電動(dòng)機(jī)高度，m；L——采煤機(jī)搖臂長度，m；αmax——搖臂向上最大；αmin——最小擺角。綜采工作面雙滾筒采煤機(jī)一般都是一次采全高，故滾筒直徑D應(yīng)稍大于最大采高之半，即：D>2/1Hmax式中D——滾筒直徑，m；Hmax——最大采高之，m。滾筒寬度B由于有效截深影響采煤機(jī)生產(chǎn)能力，因此合理選擇滾筒寬度很重要。目前綜采多數(shù)截深采用0.6m因此所選滾筒寬度B=630mm。薄煤層及大功率采煤機(jī)也可根據(jù)實(shí)際情況增大到800-1000mm。當(dāng)頂板條件較差時(shí)，也可減小到B=500mm。目前國際上大功率采煤有加大滾筒寬度到1000mm趨勢，以提髙生產(chǎn)能力。2.6牽引力牽引力取決于煤質(zhì)硬度、采高、牽引速度、煤層傾角、機(jī)器質(zhì)量以及導(dǎo)向裝置的結(jié)構(gòu)和摩擦系數(shù)等因索。由于影響因索太多，目前還沒有準(zhǔn)確的計(jì)算方式。1.采煤機(jī)理論牽引力P=1.3［4600x9.8(sina+0.18xcosa)+400］=69673N式中采煤機(jī)移動(dòng)時(shí)，在導(dǎo)向部分產(chǎn)生的附加阻力系數(shù)，一般取：——1.3-1.5；M——采煤機(jī)質(zhì)量，kg；g——重力加速度，g=9.8m/a——煤層傾角；f——摩擦系數(shù)，采煤機(jī)輸送機(jī)工作時(shí)，f=0.18-0.25；爬坡工作時(shí),f=0.3-0.4;Rq——滾筒上截尺的總平均牽引阻力。由于截齒的總平均牽引阻力Rq影響的因素太多，理論與實(shí)際會有較大的出入，因而影響計(jì)算準(zhǔn)確性。目前在設(shè)計(jì)中均采用經(jīng)驗(yàn)總結(jié)數(shù)據(jù)如類比方法簡單迅速地確定牽引力與功率。2.實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)確定牽引力綜合國內(nèi)外采煤機(jī)的技術(shù)參數(shù)，一般牽引力為機(jī)器重力的1.2—1.5倍，下限適用于緩傾斜中厚煤層工作面或薄煤層工作面，上限適于傾角較大或煤層較厚的工作面。3.實(shí)際牽引力驗(yàn)算采煤機(jī)使用過程中，有時(shí)需要對現(xiàn)有采煤機(jī)的實(shí)際牽引力進(jìn)行驗(yàn)算，以確定牽引力不足的原因井采取相應(yīng)措施。驗(yàn)算時(shí)，查得減速器R中各齒輪的齒數(shù)及驅(qū)動(dòng)輪的節(jié)畫直徑D0，然后即可按下式確定采煤機(jī)的實(shí)際牽引力：=560kN式中：——原動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，；——減速器的總傳動(dòng)比，可按照傳動(dòng)系統(tǒng)求得；——減速器的總機(jī)械效率，可根據(jù)齒輪精度及級數(shù)確定值；——牽引機(jī)構(gòu)的機(jī)械效率，對鏈引取為0.95，對銷輪齒軌為0.90-0.92，對齒輪銷軌為0.90-0.92；——驅(qū)動(dòng)輪節(jié)圓直徑，mm。常用采煤機(jī)牽引力及其相關(guān)參數(shù)見各采煤機(jī)技術(shù)特征表。隨著牽引速度及小時(shí)生產(chǎn)能力的提高，采煤機(jī)牽引力也越來越大。這樣，一方面擴(kuò)大了采煤機(jī)對各類煤層開采條件的適應(yīng)性，另一方面對各傳動(dòng)元件的可靠性（或稱強(qiáng)度裕度）也提出更髙的要求。4.防滑設(shè)備騎在輸送機(jī)上工作的采煤機(jī)，當(dāng)煤層傾角大于10°時(shí)，就有下滑的危險(xiǎn)。特別是鏈牽引采煤機(jī)向上工作時(shí)，一旦斷鏈，就會造成機(jī)器下滑的重大事故。因此，煤礦安全規(guī)程規(guī)定：當(dāng)傾角大于10°時(shí)，應(yīng)設(shè)防滑裝置。防滑桿：最簡單，這種防滑裝置只用于中小型采煤機(jī)上。抱閘式：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不易調(diào)整，現(xiàn)并不常用。制動(dòng)器：目前大多數(shù)的采煤機(jī)都設(shè)有這種裝置（采煤機(jī)自帶）。即防止采煤機(jī)下滑，又能防止“回鏈敲缸”，同時(shí)能起到低壓保護(hù)作用。對于鏈牽引采煤機(jī)，不能防斷鏈下滑。液壓安全絞車：它可與各種采煤機(jī)配套使用，在一定的煤層傾角范圍內(nèi)防止下滑及斷鏈跑車事故，保障人身設(shè)備安全。配用本絞車后又可起輔助牽引作用，補(bǔ)充采煤機(jī)牽引力不足，更好地發(fā)揮采煤機(jī)的作用。這種設(shè)備愈來愈廣泛地被使用。5.采煤機(jī)允許的最大牽引速度采煤機(jī)截煤時(shí)，牽引速度越高，單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)煤量越大，但電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷和牽引力也相應(yīng)增大。為使?fàn)恳俣扰c電動(dòng)機(jī)負(fù)荷相適應(yīng)，牽引速度應(yīng)能隨截割阻力的變化而變化。當(dāng)截割阻力變小時(shí)，應(yīng)加快牽引，以獲得較大的切屑厚度，增加產(chǎn)量；當(dāng)截割阻力變大時(shí)，則應(yīng)降速牽引，以減小切屑厚度，防止電動(dòng)機(jī)過載，保證機(jī)器正常工作。為此，牽引速度應(yīng)是無級的，至少是多級的，并且能隨截割阻力的變化自動(dòng)調(diào)速。目前，雙滾筒采煤機(jī)的最大截割牽引速度可達(dá)10?12m/min；有的采煤機(jī)最大牽引速度高達(dá)18?20m/min。截煤時(shí)，牽引速度一般不超過5?6m/min，而較大的牽引速度只用于調(diào)動(dòng)機(jī)器和裝煤。選擇工作牽引速度時(shí)，首先應(yīng)考慮采煤機(jī)的生產(chǎn)能力應(yīng)與采區(qū)運(yùn)輸設(shè)備的運(yùn)輸能力相適應(yīng)，以便使采下的煤能順利地運(yùn)出去；此外，還應(yīng)考慮采煤機(jī)的負(fù)荷，以免機(jī)器過載。采煤機(jī)的生產(chǎn)能力Q（單位：t/h）計(jì)算公式為:Q=60HB?q?Qx1.2=2033t/h則牽引速度?q（單位：m/min）公式為：式中H———采煤機(jī)采高，m；B———采煤機(jī)截深，m；?———煤的密度，一般為1.2?1.4t/m3另外，選擇牽引速度時(shí)還應(yīng)考慮滾筒截齒的最大切削厚度。對于一定的滾筒轉(zhuǎn)速和允許的截齒切削厚度，可用下面公式求出允許的工作牽引速度Vq=8.7m/min式中t———采煤機(jī)允許的截割切屑厚度，mm；m———滾筒每一截線上的截齒數(shù)；n———滾筒轉(zhuǎn)速。三、支護(hù)設(shè)備的選型3.1支護(hù)設(shè)備的用途和種類在回采工作面中，為了保護(hù)工作面內(nèi)機(jī)器和人員的安全生產(chǎn)，要對頂板進(jìn)行支撐和管理，以防止工作面空間的頂板冒落?；夭晒ぷ髅媸褂玫氖褂玫闹ёo(hù)設(shè)備有金屬摩擦支柱、單體液壓支柱和自移式液壓支架。它們與采煤機(jī)和工作面輸送機(jī)分別組成“普采”、“高檔普采”和“綜采”設(shè)備。液壓支架是以高壓液體為動(dòng)力，由金屬構(gòu)件和若干液壓元件組成。它使支架的支撐、切頂、移架和輸送機(jī)推移等工序全部實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。因而大大地改善了回采工作面的工作條件、降低了人們的勞動(dòng)強(qiáng)度，有效地增加了搖動(dòng)安全性，使工作面的產(chǎn)量和效率得到了很大的提高，并為工作面的自動(dòng)化創(chuàng)造了條件。但液壓指教對煤層的地質(zhì)條件要求較高，初期投資較大。3.2確定架型正確選擇支架的架型，對于提高綜采工作面的產(chǎn)量和效率，充分發(fā)揮綜采設(shè)計(jì)的效能，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效，是一個(gè)很重要的因素。在具體選擇架型的時(shí)，首先要考慮煤耗層的頂板條件，它是選擇支架架型的依據(jù)。⒈煤層厚度根據(jù)我國煤層賦存的特點(diǎn)，當(dāng)厚度超過2.5m、頂板有水平推力時(shí)，應(yīng)選用抗水平力強(qiáng)的支架，一般不宜選用支撐式支架。當(dāng)煤層厚度在2.5～2.8m以上時(shí)應(yīng)選用帶護(hù)幫裝置的掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式支架。當(dāng)煤層厚度變化較大時(shí)，應(yīng)選用調(diào)高范圍大的支架。⒉煤層傾角煤層傾角在10°～15°以上時(shí)，支架應(yīng)有防滑和調(diào)架裝置；當(dāng)傾角超過18°時(shí)，應(yīng)同時(shí)具有防滑和防倒裝置。⒊底版強(qiáng)度支架底座對底板的接觸比壓應(yīng)小于底板的允許比壓，允許比壓與底板的巖石性質(zhì)有關(guān)，對于砂巖底板，其值一般為1.96～2.16Mpa，軟底板為0.98Mpa左右。接觸比壓與具體支架有關(guān)，選型時(shí)應(yīng)驗(yàn)算接觸比壓值。⒋瓦斯涌出量對于瓦斯涌出量大的工作面，應(yīng)優(yōu)先選用通風(fēng)斷面大的支撐式和支撐掩護(hù)式支架。⒌地質(zhì)構(gòu)造斷層十分發(fā)育、煤層厚度變化大、頂板允許暴露面積和時(shí)間分別在5～8m和20min以下時(shí)，暫不宜采用綜采設(shè)備。⒍設(shè)備成本能同時(shí)允許使用幾種架型時(shí),應(yīng)優(yōu)先選用價(jià)格便宜的支架.在一般情況下,支撐式支架最輕,造價(jià)也最便宜.而支撐掩護(hù)式支架最重最貴.此外,對于對于特定的開采要求,應(yīng)選用特種支架.如厚煤層分層開采時(shí)選用鋪網(wǎng)支架,冒落法開采時(shí)選用放頂煤支架,工作面端頭支護(hù)選用端頭支架,等等。由以上依據(jù)和設(shè)計(jì)條件提供的數(shù)據(jù)可初確定為ZZ4000/17/35型支撐掩護(hù)式支架。3.3支架選擇內(nèi)容⒈液壓支架的工作原理和過程升架:操縱手動(dòng)換向閥,使得液壓油進(jìn)入缸體下腔,上腔回油,立柱逐漸上升(初撐階段),處于增阻階段。增阻階段,下腔壓力上升,一直達(dá)到安全閥調(diào)定壓力。降架:(為推移架做準(zhǔn)備)操縱手把,立柱上腔進(jìn)壓力油,下腔回油(液控單向閥),立柱下移。移架：操縱手動(dòng)閥，溜子為支點(diǎn)，移架，然后緊接著升架。推溜：支架為支點(diǎn)，推溜。⒉初撐力Pc初撐力大小對支架的支護(hù)性能和成本都有很大影響。較大的初撐力能使支架較快達(dá)到工作阻力，減慢頂板的早期下沉速度，增加頂板的穩(wěn)定性，但對乳化液泵站和液壓元件的耐壓要求也將提高。一般取初撐力為0.6～0.8倍的工作阻力。在此我們?nèi)?.8倍的工作阻力計(jì)算如下：2083×0.8＝1666.4kN。⒊工作阻力P有效工作阻力與支架工作阻力的比值,稱為支架的支撐效率η.;在考慮了支撐效率后,所需每架立柱的總工作阻力P應(yīng)為:P=Q/η(MPa)⒋移架力和推溜力移架力與支架結(jié)構(gòu)、質(zhì)量、煤層厚度、頂板性質(zhì)等有關(guān)。3.4支架型號的確定根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，可以求出支護(hù)的強(qiáng)度q：=0.55Mpa式中——作用于支架上的頂板巖石系數(shù)，一般取5～8。頂板條件好、周期來壓不明顯是時(shí)取下限，否則取上限；——采高，m；——頂板巖石密度，一般為2.3×103kg/m3；故綜合各方面因素，選用ZZ4000/17/35型支撐掩護(hù)式支架：該支架的外觀如圖圖：ZZ4000/17/35型支撐掩護(hù)式支架HYPERLINK表：ZZ4000/17/35型支撐掩護(hù)式支架主要技術(shù)特征序號項(xiàng)目單位數(shù)值1支架最小/最大高度mm1700/35002支架中心距mm15003支護(hù)強(qiáng)度Mpa0.744對地板比壓kpa2105支架初撐力kN39466工作阻力kN40007操作方式/本架8泵站壓力Mpa329推移步距mm60010支架尺寸mm5220×1430×450011支架重量t10.53.5性能驗(yàn)算1.底板比壓頂板壓力是通過頂梁、支柱傳到底板的，如底板的抗壓如強(qiáng)度小于支架所要求的抗壓強(qiáng)度，則支架底座會被壓如底板。因此，合理的選擇支架對底板的最大比壓（支架技術(shù)特征表中可查），是支架選型中一個(gè)很重要的指標(biāo)，特別對于底板松軟的工作面更為重要，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行測定和計(jì)算。計(jì)算公式如下：＞式中：------實(shí)測底板的最小抗壓入強(qiáng)度，kg/cm2；------底板載荷集中系數(shù)，一般取3；------灑水影響系數(shù)，一般取1.2～1.6；------支架對底板的最大比壓，kg/cm2。可由支架特征表查得，若查不到也可計(jì)算。的計(jì)算：1）平均接觸比壓：若正壓力正好通過底座的形心，且底座為剛性，則接觸比壓在整個(gè)接觸面積上是均勻分布的。它的平均接觸比壓為：==4400/5220x1430=5.89式中：------支架工作阻力；------底座與底板的接觸寬度；------底座與底板的接觸長度；（2）最大接觸比壓：實(shí)際上，支架底座對底板的正壓力并不通過底座的形心。如圖3.3所示底座正壓力作用點(diǎn)的位置。底座正壓力作用點(diǎn)的位置可按下述公式求出：=—（+）+tg式中：------正壓力作用點(diǎn)到底座前端的距離；------底座與底板的接觸長度；------的作用點(diǎn)到O點(diǎn)水平距離；------底座后端到O點(diǎn)的水平距離；------支護(hù)高度；------頂梁與頂板的摩擦角f=tan=0.1～0.3。正壓力作用點(diǎn)位于接觸長度前半段時(shí)：當(dāng)≤時(shí)：接觸比壓分布圖形為三角形，如圖3.4a所示。最大接觸比壓數(shù)值為：=≥2當(dāng)＜＜時(shí)：接觸比壓分布圖形為梯形，如圖3.4b所示，最大接觸比壓數(shù)值為：=＜＜2正壓力作用點(diǎn)位于接觸長度后半段時(shí)：最大接觸比壓位于底座后端與底板的接觸點(diǎn)處。接觸比壓分布圖形與前面所述相似，如圖3.4c和d所示。的計(jì)算類同上述情況，只要將式中用代替即可。若（）確定不下來，可按=2來驗(yàn)算。2.工作阻力（支護(hù)強(qiáng)度）和初撐力的驗(yàn)算對于掩護(hù)式和支撐—掩護(hù)式支架、立柱，多為傾斜布置。因此，工作阻力和初撐力隨支架的工作高度的不同而不同。高度大，支撐力大，支架的技術(shù)特征大多給出的是最大值（在最大高度下）。為此，對于立柱傾角比較大時(shí)，需驗(yàn)算該支架用于這個(gè)采高下的工作阻力和初撐力，即：所選定的支架在H采高時(shí)的支撐力（支護(hù)強(qiáng)度）≥計(jì)算值。當(dāng)然若使用高度與支架本身的最大高度相差不多或立柱傾斜角較少時(shí)，可以不用計(jì)算。3.頂板覆蓋率支架頂梁對支護(hù)面積的覆蓋率為(3-18)≈86%式中：------覆蓋率；------頂梁寬度，m；------支架間距，m；------頂梁長度，m；------梁端距，m；由側(cè)護(hù)板的支架取0.1m，無側(cè)護(hù)板的支架取0.1～0.2m。-----覆蓋率應(yīng)符合頂板性質(zhì)的要求，一般不穩(wěn)定頂板不小于85%～95%；中等穩(wěn)定頂板不小于75%～85%；穩(wěn)定頂板不小于60%～70%。同時(shí)在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)束后，需要量對所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的技術(shù)性能進(jìn)行驗(yàn)算，判斷設(shè)計(jì)質(zhì)量，即以便調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)及方案。四、輸送設(shè)備的選用4.1初選刮板輸送機(jī)刮板輸送機(jī)應(yīng)能保證工作面落煤生產(chǎn)能力的需要，選擇刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)和帶式輸送機(jī)等都應(yīng)以工作面最大生產(chǎn)能力乘以1.2的不均衡系數(shù)作為基數(shù)。同時(shí)刮板輸送機(jī)承擔(dān)著直接從采煤工作面運(yùn)煤的艱巨任務(wù)，因此，刮板輸送機(jī)選擇的合適與否，直接影響著煤炭的運(yùn)輸與生產(chǎn)。刮板輸送機(jī)的選型原則和要求詳細(xì)可見表4.1。表4.1刮板輸送機(jī)的選型原則和要求選型的條件與匹配選型說明按采煤工藝方法1.大采高工作面一般生產(chǎn)能力較高，應(yīng)選用輸送能力較大的刮板輸送機(jī)，如900t/h以上,以滿足高產(chǎn)高效的要求2.放頂煤開采使用中、低位放頂煤液壓支架時(shí)，后部輸送機(jī)應(yīng)選用與放頂煤支架相匹配的放頂煤刮板輸送機(jī)，這種輸送機(jī)的中部槽只有簡單的擋煤板，無電纜架3.應(yīng)根據(jù)工作面設(shè)計(jì)的長度配置輸送機(jī)，盡量使輸送機(jī)的長度與工作面長度一致，根據(jù)需要配置傳動(dòng)裝置與電動(dòng)機(jī)功率4.對仰采和俯采工作面宜選用較寬的中部槽，以增加采煤機(jī)的穩(wěn)定性，避免采煤機(jī)向采空區(qū)或煤壁傾斜按煤層賦存條件1.對薄煤層應(yīng)選用薄煤層刮板輸送機(jī)或與爬底板采煤機(jī)相匹配的刮板輸送機(jī)2.對軟底板、軟煤質(zhì)應(yīng)采用封底溜槽，以減少推移輸送機(jī)的阻力3.對較硬煤質(zhì)條件且生產(chǎn)能力較小的工作面宜選用敞底式溜槽、邊雙鏈刮板輸送機(jī)，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)比較簡單4.對傾角較大的工作面應(yīng)在機(jī)頭、機(jī)尾選用錨固裝置，在中間增設(shè)防滑千斤頂?shù)难b置，中部槽間選用高強(qiáng)度連接裝置按采煤機(jī)械的匹配要求1.刮板輸送機(jī)的輸送能力必須與采煤機(jī)或刨煤機(jī)的生產(chǎn)能力相匹配，應(yīng)使輸送機(jī)的輸送能力等于或大于采煤機(jī)或刨煤機(jī)的生產(chǎn)能力。2.為了配合滾筒采煤機(jī)自開切口，應(yīng)優(yōu)先選用短機(jī)頭和短機(jī)尾，但機(jī)頭架和機(jī)尾架中板的升角不宜過大，以滅少通過壓鏈塊時(shí)的能耗。3.為了配合有鏈牽引或無鏈牽引的需要，在輸送機(jī)機(jī)頭和機(jī)尾部設(shè)采煤機(jī)牽引鏈的張緊裝置及其固定裝置，而與無鏈牽引的采煤機(jī)配套時(shí)，機(jī)身應(yīng)附設(shè)結(jié)構(gòu)型式相應(yīng)的齒條或銷軌，與采煤機(jī)的行走輪齒相嚙合4.為了配合采煤機(jī)雙向往復(fù)采煤的需要，在輸送機(jī)靠煤壁一側(cè)應(yīng)設(shè)鏟煤板，以清理機(jī)道浮煤5.為了防止采煤機(jī)掉道，在溜槽上應(yīng)設(shè)有導(dǎo)向裝置6.為了配合采煤機(jī)行走時(shí)能自動(dòng)鋪設(shè)拖移電纜和水管，應(yīng)在輸送機(jī)采空區(qū)一側(cè)附設(shè)電纜槽7.開采較薄煤層配用騎溜式采煤機(jī)時(shí)，究采用邊雙鏈?zhǔn)?、封底溜槽和矮平機(jī)頭、機(jī)尾按液壓支架的匹配要求1.刮板輸送機(jī)溜槽及其擋煤板座結(jié)構(gòu)應(yīng)與液壓支架的架型相匹配，如插腿式、非插腿式2.刮板輸送機(jī)溜槽的長度應(yīng)與支架的寬度相匹配3.刮板輸送機(jī)溜槽及其擋煤板座與液壓支架的推移千斤頂連接裝置的間距及連接方式相匹配4.配放頂煤液壓支架時(shí)，應(yīng)考慮輸送機(jī)在架前、架中或架后連接的位置與轉(zhuǎn)載機(jī)的匹配1.刮板輸送機(jī)與轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)尾的連接方式和卸載方式要匹配2.采用端卸式或側(cè)卸式機(jī)頭的結(jié)構(gòu)及布置方式均應(yīng)與轉(zhuǎn)載機(jī)匹配輸送機(jī)自身的結(jié)構(gòu)1.綜采工作面刮板輸送機(jī)必須是可彎曲自移式2.要根據(jù)鏈子的負(fù)荷情況決定鏈子的數(shù)目，結(jié)合煤質(zhì)硬軟情況選擇鏈子的結(jié)構(gòu)形式（單鏈、邊雙鏈、中鏈或準(zhǔn)邊雙鏈）煤質(zhì)較硬、塊度較大時(shí)，優(yōu)先選用雙邊鏈，煤質(zhì)較軟時(shí)，可選用單鏈或中雙鏈3.在傳動(dòng)裝置布置方式、電動(dòng)機(jī)臺數(shù)方面，應(yīng)采用平形布置、多電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，一般2-4臺，應(yīng)優(yōu)先選用雙電動(dòng)機(jī)雙機(jī)頭驅(qū)動(dòng)方式。為了便于采煤機(jī)工作，應(yīng)盡量將傳動(dòng)裝置布置在采空區(qū)一側(cè)4.電動(dòng)機(jī)宜優(yōu)先選用雙速電機(jī)，以改善電網(wǎng)的條件、簡化傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)、提高傳動(dòng)效率，這一點(diǎn)對