矿山机械课程设计大纲（综合机械采煤工作面配套机械选型设计）

矿山机械课程设计大纲（综合机械采煤工作面配套机械选型设计）矿山机械课程设计大纲（综合机械采煤工作面配套机械选型设计）机电工程系机械工程教研室综合机械采煤工作面配套机械选型设计对于采矿工程专业的学生，对于综采工作面的机械设备选型，是必须掌握的知识及能力。本课程设计主要针对《矿山机械与液压传动》课程，同时必须和《采煤方法》的知识相结合，在给定的工作面的具体条件的情况下（或自己假定工作面的地质条件），制定科学合理高产高效安全可行采煤操作规程，这项工作是采煤工程技术人员必须具备的素质。由于操作规程和地质条件影响“三机”的结构以及性能要求，所以，二者密不可分。具体要求是：在给定（或自己假定）的采面地质条件的基础上，学生根据相关的设计规范、法规，对该工作面采用综合机械化采煤方法制定安全操作规程，并对所用的机械设备进行科学合理的计算选型，对于自移式液压支架不仅要选择架型，还要初步确定其基本参数主要部件的结构以及其它特殊要求。书写选型设计说明书，说明书应书写工整、章节层次分明；图标规范、计算准确。采煤工作面中，采煤机、刮板输送机和支护设备（液压支架或单体支柱与顶梁）等组成一个称为采煤机的有机整体来实现采煤工艺的各个工序，它们在工作能力和结构尺寸的配套关系，直接影响到采煤工艺的顺利实施和设备能力的充分发挥。因此，为了正确地选择采煤机组各种设备的形式，不仅要看它们各自能否满足采煤工艺的要求，同时要注意它们之间的配套性能。一、原始参数学生按照下面给定的原始参数，按照相关的规定选择综合机械化采煤工作面的配套设备（采煤机、工作面刮板运输机、自移动式液压支架、桥式转载机和可伸缩胶带运输机）。第一组：工作面长度：160米；倾角：30度；煤层平均厚度：6>23>.5米；顶板中等稳定；A=230N/mmf=3.5.第二组：工作面长度：180米；倾角：35度；煤层平均厚度：3米；顶板中等稳定；A=300N/mmf=3.5.第三组：工作面长度：150米；倾角：30度；煤层平均厚度：3.5米；顶板中等稳定；A=230N/mmf=4.第四组：工作面长度：320米；倾角：12度；煤层平均厚度：2.5米；顶板中等稳定；A=230N/mmf=3.5.第五组：工作面长度：200米；倾角：40度；煤层平均厚度：4.5米；顶板中等稳定；A=230N/mmf=3.5.第六组：工作面长度：350米；倾角：20度；煤层平均厚度：1.5米；顶板中等稳定；A=230N/mmf=3.5.第七组：工作面长度：150米；倾角：40度；煤层平均厚度：3米；顶板中等稳定；A=330N/mmf=2.5.第八组：工作面长度：300米；倾角：54度；煤层平均厚度：2.5米；顶板中等稳定；A=230N/mmf=3.5.第九组：工作面长度：300米；倾角：45度；煤层平均厚度：5米；顶板中等稳定；A=230N/mmf=3.5.第十组：工作面长度：350米；倾角：30度；煤层平均厚度：2.0米；顶板中等稳定；A=270N/mmf=4.注：在选型过程中，由于校及网络能够查阅到的资料的限制，可能选不到非常适合的型号的情况下，可以自行修改参数。（f:煤坚硬系数，A：煤截割阻抗）综采工作面的机械设备发展现状以及发展趋势综采工作面的机械设备发展现状以及发展趋势滚筒采煤机的选型的主要要点（一）滚筒采煤机的适用条件1、适用的倾角：开采倾角可达80(。2、煤岩的硬度；3、采高：0.55～0.9m，一般宜选用爬底采煤机；0.8～1.2m以上的煤层使用骑溜子采煤机；1.1～1.9m的普采工作面，一般选用单滚筒采煤机；1.2～2.5m的普采工作面，可选用单滚筒或双滚筒采煤机；综采工作面必须选用双滚筒采煤机。注：1、采煤机的装机功率应根据采高确定；2、对于高产高效综采工作面，电牵引采煤机应首选。（二）生产率的计算1、理论生产率2、技术生产率3、实际生产率（三）截深一般为0.6m；薄煤层中一般可加大到0.75～1.0m；电牵引采煤机一般达到0.8～1.0m，少数可达1.2m。（四）滚筒直径单滚筒采煤机一次采全高或薄煤层双滚筒采煤机：D=Hmin—（0.1～0.3）（Hmin为最小采高）；中厚煤层使用的单滚筒采煤机D=（0.55～0.6）Hmax（Hmax为最大采高）；双滚筒采煤机的直径应略大于最大采高之半。注：应核算过煤高度C。中厚煤层C250mm～300mm；薄煤层中应达到C200mm～240mm。（五）牵引速度一般采煤机的最大牵引速度在10m/min以下。四、支护设备的选型设计要求要点正确选择支架的架型，对于提高综采工作面的产量和效率，充分发挥综采设计的效能，实现高产高效，是一个很重要的因素。在具体选择架型时，首先要考虑煤耗层的顶板条件表2-2就是根据国内外液压支架的使用经验，提出了各种顶板条件下适用的架型。它是选择支架架型的主要依据。1、煤层厚度煤层厚度不但直接影响到支架的高度和工作阻力，而且还影响到支架的稳定性。当煤层厚度大于2.5～2.8m（软煤取下限，硬煤取上限）时，应选用抗水平推力强且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。2、煤层倾角煤层倾角主要影响支架的稳定性，倾角大时易发生倾倒、下滑等现象。当煤层倾角大于10°～15°时，应设防滑和调架装置，当倾角超过18°时，应同时具有防滑防倒装置。3、底板性质底板随支架的全部载荷，对支架的底座影响较大，底板的软硬和平整性，基本上决定了支架底座的结构和支承面积。选型时，要验算底座对底板的接触比压，其值要小于底板的允许比压（对于砂岩底板，允许比压为1.96～2.16Mpa，软底板为0.98Mpa左右）。4、瓦斯涌出量对于瓦斯涌出量大的工作面，支架的通风断面应满足通风的要求，选型时要进行验算。5、地质构造地质构造十分复杂，煤层厚度变化又较大，顶板允许暴露面积和时间分别在5～8㎡和20min以下时，暂不宜采用液压支架。6、设备成本在满足要求的前提下，应选用价格便宜的支架。表1、适应不同等级顶板的类型和支护强度 老顶级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 直接顶类别 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 4 支架类型 掩护式 掩护式 支撑式 掩护式 掩护或支撑掩护式 支撑式 支撑掩护式 支撑掩护式 支撑或支撑掩护式 支撑或支撑掩护式 支撑式 采高小于2.5m时 支撑掩护式 采高大于2.5m时 支架支护强度（Mpa） 采高（m） 1234 0.2940.343(0.245)0.441(9.343)0.539(0.441) 1.3×0.2941.3×0.343(0.245)1.3×0.441(0.343)1.3×0.539(0.441) 1.6×0.2941.6×0.3431.6×0.4411.6×0.539 >2×0.249>2×0.343>2×0.441>2× 应结合深孔爆破，软化顶板等措施处理采空区 单体支柱支护强度（Mpa） 采高（m） 123 0.1470.2450.343 1.3×0.1471.3×0.2451.3×0.343 1.6×0.1471.6×0.2451.6×0.343 按采空区处理方法确定 注：①括号内的数字是掩护式支架的支护强度。表中所列支护强度在选用时，可根据本矿情况允许有±5%的波动范围。②表中1.3、1.6、2分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级老顶的分级增压系数；Ⅳ级老顶只给出最低值2，选用时可根据本矿实际确定适宜值。（二）液压支架和单体液压支柱参数的确定1、支护强度和工作阻力（1）支护强度（2）工作阻力Fz注：有一种观点认为，支架制造费用主要决定于支撑高度，而与工作阻力关系不大，因此用高工作阻力有利。2、初撑力3、支架高度4、支架中心距与宽度支架中心距应与一节溜槽的长度相适应，一般为1.2～1.5m。国外有加大支架宽度的趋势，现最大值为2m。5、顶梁长度?Bstyle='color:white;background-color:#00aa00'>2顶梁长度与支架的结构形式、支护方式、输送机宽度和采煤机的结构尺寸有关。（1）直接撑顶掩护式支架的顶梁长度（2）支撑掩护式支架的顶梁长度支撑掩护式支架在工作面的尺寸关系图4—4，其前排柱顶梁柱窝至梁前端的长度应满足下面的公式：五、输送设备的配套性能（一）刮板输送机与采煤机及支架的配套（1）刮板输送机与采煤机的配套（2）刮板输送机的输送能力不小于采煤机的理论生产率；（3）刮板输送机的结构形式必须与采煤机结构相配套；（二）、刮板输送机与液压支架的配套原则（1）刮板输送机的结构形式要与液压支架架型相匹配；（2）刮板输送机的溜槽长度要与液压支架的中心距相匹配；（3）刮板输送机溜槽与支架推移千斤顶连接装置的间距和结构要匹配。（三）转载机的选择(四)伸缩胶带输送机的选用六、采煤设备的配套性能（一）设备主要空间尺寸的配套关系1、普采工作面采煤设备的尺寸配套关系从安全的角度，由前排支柱到煤壁之间的无立柱空间宽度R愈小愈好，必须符合顶板性质的要求。公式中的各项参数应合理取值。2、综采工作面采煤机组的配套尺寸关系注：必须绘制绘制综采工作面配套尺寸关系图，并标注完整的配套尺寸。综合机械化采煤工作面机械配套情况图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（二）设备主要参数的匹配综采机组主要参数的匹配应满足两方面的要求：一是生产率相适应；二是移架速度适应采煤机的牵引速度。1、生产率相适应要求采煤机、刮板输送机、转载机、破碎机和伸缩胶带输送机组成的生产系统中，每一后者的生产率要大于前者。2、移架速度与采煤机的牵引速度适应七、考核办法及评分标准评定成绩既要看最后的设计答辩(如表达情况、回答问题是否正确)，也要考虑学生在整个设计过程中的情况(如理论基础掌握情况、题目难易程度、是否有独创的见解、解决问题的能力、图纸质量、工作量和纪律等)。课程设计采用五级计分制(优秀、良、中、及格和不及格)。其中书面成绩(包括图纸、插图和设计说明书)占70％，答辩成绩占30％）。评分标准 成绩 任务完成情况 综合技能 说明书及图纸 答辩情况 优（90|100） 按期圆满完成任务书规定的任务 能熟练地综合运用所学理论和专业知识；设计、计算、分析、实验正确与严密，结论、工艺合理；独立工作能力较强，科学作风严谨；设计有独到见解，水平较高 图纸完备、整洁、正确；说明书条理清楚，论述充分，文字通顺，符合技术用语要求，符号统一，编号齐全，书写工整 思路清晰，论点正确，回答问题有理有据，基本概念清楚，对主要问题回答正确、深人 良（80|89） 按期圆满完成任务书规定的任务 能较好地运用所学理论和专业知识；设计、计算、分析、实验正确，结论合理；有一定的独立工作能力，科学作风良好；设计有一定的水平 设计图纸完备、整洁、正确；说明书条理清楚，论述正确，文字通顺，符合技术用语要求，书写工整 思路清晰，论点基本正确，能正确地回答主要问题 中（70|79） 按期圆满完成任务书规定的任务 运用所学理论和专业知识上基本正确，但在非主要内容上有欠缺和不足；设计、计算、分析、实验基本正确；有一定的独立工作能力；设计水平一般 图纸完备，基本正确，但质量一般，有小的缺陷；说明书文理通顺，但论述有个别错误(或表达不清楚)，书写不够工整 对主要问题的回答基本正确，但分析不够深入 及格（60|69） 在指导教师指导帮助下，能按期完成任务 独立工作能力较差且有一些小的疏忽和遗漏；在运用理论和专业知识中没有大的原则性错误；设计、计算、分析、实验基本正确，并达到了基本要求 图纸质量不高，工作不够认真，有个另明显错误；说明书文理通顺，但叙述不够恰当和清晰，文字、符号方面问题较少 主要问题能答出，或经启发后能答出，回答问题较肤浅 不及格（0|59） 未按期完成