矿山机械课程设计模板

河南工程学院

《矿井运输提升及采掘机械》课程设计

综合机械采煤工作面配套机械选型设计

学生姓名：

学 院： 安全工程学院

专业班级： 采矿工程1141班

专业课程： 矿井运输提升及采掘机械

指导教师：

2014年06月19日

《矿井运输提升及采掘机械》课程设计任务书

题目 综合机械采煤工作面配套机械选型设计

专业 采矿工程 班级 采矿工程1141

一、设计题目

综合机械采煤工作面配套机械选型设计

二、设计资料

工作面长：150m；倾角：12°；煤层平均厚度：3m；顶板中等稳定；截割阻抗：A=300N/m；煤的坚硬度系数：f=3.5。

三、完成的任务

（1）设计内容：试确定综采机械采煤工作面采煤机、液压支架、刮板输送机的型号及它们的配套关系。

（2）提交课程设计报告。

四、成果要求

设计说明书。

指导教师签名：

2014年 6 月 5 日

目录

一、绪论 ................................................. 1

（一）概述 ...................................................... 1

（二）原始参数 .................................................. 1

（三）选型基本原则 .............................................. 1

二、采煤机选型设计 .............................................. 3

（一）采煤机械的基本要求 ........................................ 3

（二）采煤工作面参数 ............................................ 4

（三）采煤机选型 ................................................ 4

（四）结果 ..................................................... 10

三、支护设备选型设计 ........................................... 12

（一）支护设备的基本要求 ....................................... 12

（二）支护设备工作面参数 ....................................... 13

（三）支护设备机选型 ........................................... 15

（四）结果 ..................................................... 16

四、刮板运输机选型设计 ......................................... 16

（一）刮板运输机的基本要求 ..................................... 16

（二）采煤工作面参数 ........................................... 17

（三）刮板运输机选型 ........................................... 18

（四）结果 ..................................................... 25

五、综采工作面机械配套设计 .................................... 27

（一）设备主要空间尺寸的配套关系 ............................... 27

（二）设备主要参数的匹配 ....................................... 28

六、结论 ......................................................... 28 参考文献 ......................................................... 29 结束语 ........................................................... 29

一、绪论

（一）概述

综采工作面配套设备由采煤机、支护设备、刮板输送机等设备组成.所谓综采工作面配套设备的选型含义,系指依据煤层赋存和矿井生产技术条件,可获得良好使用效果而实际选用的综采成套设备。综采工作面设备配套的目的,首先在于总体配套是单机设计的依据,要解决成套设备各单机间的能力相互匹配和空间几何关系的配套;其次在于使成套设备性能与采煤工艺间相互适应。因而总体配套又是采区设计和采煤工艺设计的依据。采煤工作面中，采煤机、刮板运输机和支护设备（液压支架或单体支柱于顶梁）等组成一个采煤机的有机整体来实现采煤工艺的哥哥工序，他们在工作能力和结构尺寸的配套关系，直接影响采煤工艺的顺利实施和设备能力的充分发挥。 因此，为了正确的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，同时也要注意它们之间的配套性能，特别要把工作面“三机”— —“采煤机、刮板输送机、液压支架”配套搞好，否则综采生产将无法进行，勉强生产也获得不了好效果。

（二）原始参数

本次综采工作面的基本参数选定为原始参数第十组： 工作面长：150m；倾角：12°；煤层平均厚度：3m；顶板中等稳定；截割阻抗：A=300N/m；煤的坚硬度系数：f=3.5。

（三）选型基本原则

综采工作面三机配套方案： 综采工作面的“三机”是指采煤机、液压支架、刮板输送机,是综采工作面的主要设备。其选型首先必须考虑配套关系,选型正确先进、配套关系合理是提高综采工作面生产能力、实现高产高效的必要条件。 “三机”的基本选型原则：

1. 采煤机的选型原则

（1）采煤机能适合的煤层地质条件，其主要参数(采高、截深、功率、牵引方式)的选取要合理,并有较大的适用范围。

（2）采煤机应满足工作面开采生产能力的要求,其生产能力要大于工作面设计能力。

（3）采煤机的技术性能良好,工作可靠,具有较完善的各种保护功能,便于使

用和维护。

采煤机的实际生产能力、采高、截深、截割速度、牵引速度、牵引力和功率等参数在选型时必须确定。实际生产能力主要取决于采高、截深、牵引速度以及工作时间利用系数。采高由滚筒直径、调高形式和摇臂摆角等决定。滚筒直径是滚筒采煤机采高的主要调节变量，每种采煤机都有几种滚筒直径供选择，滚筒直径应满足最大采高及卧底量的要求。截深的选取与煤层厚度、煤质软硬、顶板岩性以及移架步距有关。截割速度是指滚筒截齿齿尖的圆周切线速度，由截割部传动比、滚筒转速和滚筒直径确定，对采煤机的功率消耗、装煤效果、煤的块度和煤尘大小等有直接影响。牵引速度的初选是通过滚筒最大切削厚度和液压支架移架追机速度验算确定。牵引力是由外载荷决定的,其影响因素较多，如煤质、采高、牵引速度、工作面倾角、机身自重及导向机构的结构和摩擦系数等，没有准确的计算公式，一般取采煤机电机功率消耗的10%~25%。滚筒采煤机电机功率常用单齿比能耗法或类比法计算，然后参照生产任务及煤层硬度等因素确定。

2. 液压支架的选型原则

（1）液压支架的选型就是要确定支架类型（支撑式、掩护式、支撑掩护式）、支护阻力（初撑力和额定工作阻力）、支护强度与底板比压以及支架的结构参数（立柱数目、最大最小高度、顶梁和底座的尺寸及相对位置等）及阀组性能和操作方式等。

（2）选型依据是矿井采区、综采工作面地质说明书。在选型之前,必须将所采工作面的煤层、顶底板及采区的地质条件全部查清。然后依据不同类级顶板选取架型。最后依据选型内容结合国内现有液压支架的主要技术性能直接选定架型及其参数所对应的支架型号。

3. 刮板输送机的选型原则

（1）刮板输送机的输送能力应大于采煤机的最大生产能力,一般取1.2倍。

（2）要根据刮板链的质量情况确定链条数目,结合煤质硬度选择链子结构型式。

（3）应优先选用双电机双机头驱动方式。

（4）应优先选用短机头和短机尾。

（5）应满足采煤机的配合要求,如在机头机尾安装张紧、防滑装置,靠煤壁一

侧设铲煤板,靠采空区一侧附设电缆槽等。在选型时要确定的刮板输送机的参数主要包括输送能力、电机功率和刮板链强度等。输送能力要大于采煤机生产能力并有一定备用能力。电机功率主要根据工作面倾角、铺设长度及输送量的大小等条件确定。刮板链的强度应按恶劣工况和满载工况进行验算。

综上所述，选型的基本原则就是： 在满足生产能力要求采煤机生产能力要与综采工作面的生产任务相适应,工作面刮板输送机的输送能力应大于采煤机的生产能力,液压支架的移架速度应与采煤机的牵引速度相适应,而乳化液泵站输出压力与流量应满足液压支架初撑力及其动作速度要求。 同时满足设备性能要求输送机的结构形式及附件必须与采煤机的结构相匹配,如采煤机的牵引机构、行走机构、底托架及滑靴的结构,电缆及水管的拖移方法以及是否连锁控制等。输送机的中部槽应与液压支架的推移千斤顶连接装置的间距和连接结构相匹配。采煤机的采高范围与支架的最大和最小结构尺寸相适应,而其截深应与支架推移步距相适应。

二、采煤机选型设计

（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）采煤工作面参数

1、工作面长度150m；

2、倾角：12度；

3、煤层平均厚度：3m；

4、顶板中等稳定；

5、A=300N/mm f=3.5。

（三）采煤机选型

正确选择采煤机是提高采煤工作面生产能力的一项主要任务，对采煤工作面的生产效率、能耗、安全等都具有重要影响，但采煤机选型涉及问题较多，它不仅与煤层的厚度，倾角及煤的物理机械性质、地质条件等有关，还要考虑与支护设备，运翰设备之间的配套关系，因此，在选型过程中要考虑诸多方面的因素，经综合分析后再确定。

(1)滚筒的直径

由于综采工作面双滚筒采煤机一般都是一次采全高，故滚筒直径D应稍大于最大采高之半，即

D>1/2×Hmax （2-1）

D0.53.31.65

（m）

目前采煤机滚筒直径已经系列化，分别为0. 6m、0.65m、0.7m、0.8m、0.8m、0.9m、1.0m、1. 1m、1.25m、1. 4m、1.6m、1.8m、2.0m、2.3m、2.6m。

计算结果要按照滚筒系列化标准进行圆整后，最后确定滚筒直径。根据上述计算参数，并结合采煤机系列化标准，初步确定采煤机滚筒直径为2.0m。

(2)滚筒的截深

(3)截深是指采煤机一次循环的推进量，选择滚筒的截深要与现有的滚筒系列和选定支架等设备配套

(4)目前采煤机的截深有：0.5，0.6，0.7，0.75，0.8，0.9及1.0m等几种，初步确定采煤机截深为0.8m。

(5)(3)滚筒的转速

类似滚筒直径一样，现代滚筒采煤机的每种型号都有几种滚筒转速供选择。采煤机滚筒转速的选择要兼顾截煤及装煤两种工艺，以适应不同的煤质情况，目前大部分厂家的采煤机基本都已匹配好的。

滚筒转速的取值：直径为0.5～0.6m的滚筒转速n=80～120r/min;直径为

1.8～2.0m的滚筒转速n=30～40r/min。大直径滚筒选用低档转速，小直径滚筒选用高档转速。为防止碎煤抛过筒缘循环的转速，一般认为滚筒转速为30～50r/min较适宜，目前滚筒转速有降低的趋势。根据上述所确定的采煤机滚筒直径为2.0m，设计推荐滚筒转速为30r/min较合适。

Vf过高将使煤尘增多，目前常用的截割速度Vf=3～5m/s，最好在4m/s左右。

大大降低截齿的寿命。

式中：

D——选定的滚筒直径，1250mm;

n——选定的滚筒转速，60r/min。

则： VfDn60000 （2-2）

6 综合机械采煤工作面配套机械选型设计

Vf3.192(m60000

/s)

根据上述验算结果，截割速度为3. 192m/s符合要求。

(4)采煤机生产率

采煤机和其他工作面设备的基本功能就是按照所要求的生产率完成其生产过程。采煤机的生产率取决于矿山地质和矿山技术条件、机器工况和结构参数以及时间利用率等因素。因此采煤机的生产率分别以理论、技术和使用生产率表示。

1)理论生产率

在给定条件下，以最大参数连续运行时的生产率称为理论生产率，理论生产率Q的计算公式为：

式中：

Q——理论生产率，t/h;

H——工作面平均采高，m；

B——滚筒有效截深，m；

vq——给定条件下可能的最大牵引速度，m/min;

——煤的密度，一般为1.3～1. 4 t/m3。

则：

Q6030.841.3749Q 60HBvq （2-3）

（t/h）

采煤机的理论生产率是确定与其配套设备生产能力的依据，是由工作条件、机器工况和结构参数确定的。在实际工作中，只有与其配套的设备生产能力大于采煤机的生产能力时，采煤机才能达到给定的理论生产率。

2)技术生产率

考虑根据循环图表而进行的辅助工作，如更换截齿、开切口、检查机器和排除故障所花费时间后的

生产率称为技术生产率，技术生产率Q的计算公式为：

7 综合机械采煤工作面配套机械选型设计

式中：

Q——技术生产率，t／h；

k1——采煤机技术上可能达到的连续工作系数，一般k1=0.5～

0.7。

则：

Qt7490.5374.5Qt Qk1 (2-4)

（t／h）

3)实际生产率

实际使用中，考虑了工作中发生的所有类型的停机状况，如处理输送机和支架的故障、处理顶底板事故等。使用生产率可由下列公式计算：

式中：

Qm——实际生产率，t／h；

k2——采煤机在实际工作中的连续工作系数，一般k2=0.6～0.65。

则：t／h

4)采煤机允许的最大牵引速度

牵引速度是采煤机的一个重要参数，牵引速度直接决定了机器的生产能力。装机容量、移架速度、输送机生产能力等因素又限制了牵引速度的增长；从另一方面讲，牵引速度加大后，切屑厚度过大将导致齿座挤压煤体，造成截割阻力的急剧上升。

随着装机容量的加大，采煤机牵引速度已达8～13m/min，国外有的采煤机牵引速度高达l5～20m/min。然而增加装机容量，加大牵引速度，并不是增加工Qm Qk2 (2-5)

作面生产能力的唯一途径，综合机械化采煤是一个复杂的生产过程，除了需要解决和改进技术和装备上的问题外，尚需改进管理上存在的问题，其中首要的问题是提高采煤机的开机率。统计资料表明，即使年产百万吨的综采工作面，其生产班的平均开机率也不足50%，而全国的平均水平仅为其一半，足见改进管理的潜力是很大的。

采煤机最大牵引速度用下式计算：

Vq'max=(0.7nm)／1000

(2-6)

式中：

Vq'max——牵引速度，m/min;

n——滚筒转速，r/min;

m ——每条截线上的齿数，一般取1～3;

I——滚筒的齿长若未知，可近似取刀型截齿l=65～lOOmm;镐型截齿l=60～80mm。

则：

Vq'max=(0.760)／10002.52

（m/min）

5)采煤机功率 1)预计装机功率 2)采煤机的装机功率：

N0

60BHmaxvqmaxHw

3.6

(2-7)

式中：

Hw——采煤机截煤的单位能耗，MJ/m3：一般取Hw=1.1～4.4，硬煤及韧性煤取上限，软煤及脆性煤取下限。本次设计取4。

则：

N0

600.8

403

3.6

（kW）

6)截割功率

采煤机工作机构消耗的功率一般占装机功率的80%～85%；故采煤机截割功率：

（kW） Nj (0. 8～0. 85) N00. 8403322.4

7)牵引和辅助功率

牵引和辅助装置消耗装机功率的15%～20%，其中，牵引系统消耗的功卒占到90%以上，故采煤机牵引

功率：

Nq0.9(0. 15～0. 2) N00.90.1540354.4（kW）

辅助装置功率：

0.154036 Nf0.1(0. 15～0. 2) N0.1

kW

8)装机功率

上述计算结果，要按采煤机配备电动机的标准功率进行圆整。则采煤机实际装机功率：

N NjNq Nf322.454.46382.8（kW）

采煤机的装机容量是由生产能力决定的，生产能力为500～700 t/h时，装机容量约600～750 kW。国外一些采煤机的生产能力已达到1500～2000 t/h，其装机容量也高达1100～1500 kW。

采煤机的生产能力正比于采高，因此也可以根据采高估计装机容量的大小。对于硬煤，装机功率应加大一倍。

9)采煤机牵引力

采煤机的牵引力与装机容量关系密切，装机功率150kW时，牵引力为160～180kN;装机容量300kW时，牵引力达250～300kN。牵引力与牵引机构的刚度系数、采煤机的质量、摩擦系数、牵引速度、截割阻力及载荷的不均衡性、机道形状等因素有关，很难精确计算，一般用经验公式确定。

式中：

P——牵引力，kN；

N——采煤机装机容量，kW。

则：

P1.1421（N）

P 1. 11.3N

(2-8)

（四）结果

根据上述资料,选择如下采煤机:

生产厂家：鸡西煤矿机械有限公司（原鸡西煤矿机械厂） 型号：MG700－WD1型系列交流交频电牵引采煤机，见表1所示。

表1 采煤机型号

三、支护设备选型设计

（一）支护设备的基本要求

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 m2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。

（二）支护设备工作面参数 （1）支护强度

qnM,KN/m2

(2-9)

式中：q——支护强度 M——采高，m；

——为岩石容重；kN/m3,g,岩石密度如上取1.35t/m3，g取10m/s2 N——不同条件下的倍数,一般认为，对中等稳定以下顶板，取6~8；对周期来压明显、顶板稳定性条件，取9~11；对来压及其强烈的坚硬性顶板，取n>11，此处取n=10（公式参见《煤矿矿井支护新技术与支护设计计算及支护产品选型、设计、维护实用手册；刘文韬》）

则：

qnM10313500405000kN/m20.405（MPa）

（2）工作阻力

工作面支护强度确定以后，支架工作阻力主要取决于支护顶板的控顶面积。支架控顶面积主要与工作面“三机”配套设备的断面纵向尺寸有关。

工作阻力：

式中 q——为综采工作面支护强度 L——为支架中心距。取L=1.5m：

Bc——为控顶距，为梁端距与顶梁长度之和，取Bc=4.2m； 支撑效率，取 =0.9。

（取值参见《矿山机械》中国矿大出版社）

对以上计算结果考虑一定富裕量，工作阻力取1900kN。

FqBcL/0.90.4051.54.2/0.92835（kN）

（3）初撑力

初撑力大小对支架的支护性能和成本都有很大影响。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。

支架初撑力的大小由立柱的缸径、数量和泵站压力所决定，支架的初撑力一般控制在70～85％。根据该矿井的煤层赋存条件，认为支架初撑力为75％比较适宜，则初撑力P初与工作阻F阻有以下关系式：

4）移架力与推溜力

移架力与支架结构，质量，煤层厚度，顶板性质有关。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。

取推溜力一般为100~150kN。 5）支架高度的确定 支架最大结构高度

支架最小结构高度

式中，Mmax,Mmin为分别为煤层最大，最小采空间高，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。根据此次设计最大采高确定在1.8m,保证支架发挥正常支护作用．选取支架的最大结构高度2m。

支架伸缩比

K2HZmax/HZmin HZminMminS2

PF75%19000.751425kN 初

HZmaxMmaxS1

(2-10)

(2-11)

(2-12)

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。

支架最低结构高度应满足最低采高时顶板下沉、采煤机和运输机配套及运输要求。根据目前成熟的架型以及立柱液压行程(即支架伸缩比)的数值．液压支架最小结构高度确定为1.6m。 （6） 支架中心距和宽度的确定

支架中心距是指相邻支架中心之间的距离，现液压支架中心距有3种：1.75 m、1.5 m、1.25m。大采高支架为提高稳定性中心距可采用1.75m。考虑到支架的稳定性及便于刮板输送机的配套联接．确定支架中心距为1.5m。支架顶端有活动侧护板，侧护板行程一般为170~200mm。支架中心距为1.5m时，最小宽度一般取1300~1330mm，最大宽度一般取1670~1700mm。本设计选取支架宽度为1300mm，

（三）支护设备机选型 1、液压支架选型原则

(1)支护强度应与工作面矿压相适应。支架的初撑力和工作阻力要适应直接顶和基本顶岩层移动产生的压力，将空顶区的顶底板移近量控制到最小程度。

(2)支架结构应与煤层赋存条件相适应。

(3)支护断面应与通风要求相适应，保证有足够的风量通过，而且风速不得超过《煤矿安全规程》的有关规定。

(4)液压支架应与采煤机、刮板输送机等设备相匹配。支架的宽度应与刮板输送机中部槽长度相一致，推移千斤顶的行程应较采煤机截深大，支架沿工作面的移架速度应能跟上采煤机的工作牵引速，移架速度还应满足生产指标的要求，支架的梁端距应为70%左右。

2、液压支架选型依据及内容

(1)选型依据支架选型前必须将工作面的煤层、顶底板及采区的地质条件全面查清、探明，编出综采采区、综采工作面地质说明书。

(2)选型内容选择支架时，要确定下述内容：支架类型，如支撑掩护式或掩护式；立柱根数；支护阻力，包括初撑力、额定工作阻力；支架结构高度，包括最大和最小高度；项梁和底座的结构形式、尺寸及其相对位置；对防滑、防倒、防片帮、调架、移架、端面维护等装置的要求；操作方式、阀组性能等。

（四）结果

根据以上计算数据查找网络信息可得，应选用山东华岳煤矿设备责任有限公司的ZY2400/10/24型放顶煤液压支架。其主要参数见表2所示。

表2 液压支架型号

四、刮板运输机选型设计

（一）刮板运输机的基本要求

刮板输送机应能保证工作面落煤生产能力的需要，选择刮板输送机、转载机和带式输

送机等都应以工作面最大生产能力乘以1.2的不均衡系数作为基数。选择刮板输送机可

参考下列经验：

(1)结构型式：一般与采煤机配套使用时。

(2)要根据链子负荷情况决定链子数目，结合煤质硬度选择链子结构型式。煤质较

硬、块度较大时优先选用双边链；煤质较软时可选用单链和双中心链。 (3)输送机槽的结构，一般应选用开底式，封底式主要用于底板较松软条件。当前高

产高效综采工作面选用的输送机槽均为铸造、封底式。溜槽宽度尺寸应尽可能选用通用尺寸，并应考虑能与采煤机底托架和行走机构尺寸相匹配。

(4)在传动装置布置方式、电动机台数和铺设长度方面，综采工作面刮板输送机通常

采用多电机驱动，一般#＆%台，应优先选用双电机双机头驱动方式。为了便于采煤机工作，应尽量将传动装置布置在采空区一侧。当项板条件较好，为了供电方便，也可选用单机头双电机布置方式。采用多台电机驱动时，为了均衡各电机之间的负荷，一般在传动装置中使用液压偶合器。电机功率大小及台数应根据工作面倾角、输送机铺设长度及输送量大小而定，输送机铺设长度可根据刮板输送机技术特征、输送量、链速和工作面倾角等因素确定。

(5)为了配合滚筒采煤机斜切进刀不开切口，应优先选用短机头和短机尾，但机头架和机尾架中板的升角不宜过大，以减少通过压链块时的能耗。

(6)与无链牵引的采煤机配套时，机身附设结构型式相应的齿条或销轨与采煤机的行走轮齿相咬合。为了配合采煤机有链牵引或钢丝绳牵引的需要，在机头和机尾部应附设采煤机牵引链的张紧装置及其固定装置。此种牵引方式很不安全，现已很少采用。

(7)为了防止重型刮板输送机下滑，应在机头机尾安装防滑锚固装置。 (8)刮板输送机溜槽两侧应附设采煤机滑靴或行走滚轮跑道，为防止采煤机掉道，还应设有导向装置。在输送机靠煤壁一侧附设铲煤板，以清机道的浮煤。此外，为了配合采煤机行走时能自动铺设拖移电缆和水管，应在输送机靠采空区一侧附设电缆槽（一般与挡煤板制成一体）刮板输送机计算主要内容包括：输送能力的计算、运行阻力及链条张力的计算、电动机功率计算以及刮板链的强度计算等。

（二）采煤工作面参数 1、工作面长度150m；

2、倾角：12度； 3、煤层平均厚度：3m； 4、顶板中等稳定； 5、A=3000N/mm f=3.5。 （三）刮板运输机选型 1.输送能力的计算

刮板输送机是连续式运输设备，其输送能力为 Q3.6qv3600Fv t/h

式中：

Q----刮板输送机的输送能力，t/h；

q-----刮板输送机上单位长度货载质量，kg/m； ------链运行速度，m/s； F------最大横断面积，m2；

-----的装满系数，一般取0.65—0.9；

------货载的松散密度，t/m3，对于煤炭=0.85—1.0。 Q36000.230.80.91.1655.8（t/h） q1000F0 kg/m

式中：

F0-----刮板输送机溜槽中货载断面积，㎡

------货载的松散密度，t/m3，对于煤炭=0.85—1.0 q10000.230.9207（kg/m)

选择刮板输送机

3-1） (3-2)

（

刮板输送机运输能力至少为749t/h，工作面长150m。

选用SGZ764/400刮板输送机，长度200m，输送量800t/h,刮板链速1.1m/s

图3-1 运输能力计算示意图

只有当货载沿溜槽均匀分布、连续不断地均速运行时，由上式计算的刮板输送机的输送能力才是正确的。货载连续不断地运行有赖于刮板间距的正确选择：货载块度大，刮板间距大；向下倾斜运输刮板间距比向上倾斜运输刮板间距大；刮板高度高，允许间距大。而且刮板间距还与煤本身的内摩擦角和刮板链的加速度有关。

设计新输送机时，为适应不同性质物料、不同安装倾角及考虑一定富裕量的需要，装满系统可取小些。 由上式算出的刮板输送机的运输能力应大于或等于设计运输生产率。

图3-2

2.刮扳输送机直线段运行阻力

直线段运行阻力包括：货载及刮板链在溜槽中移动的阻力；倾斜运输时，货载及刮板链的自重分力。直线段运行阻力又分为重段阻力和空段阻力两部分。图3-2为沿倾斜运行的刮板输送机的重段直线段。运行时除了要克服煤和刮板链重力引起的阻力外，还需克服煤和刮板链重力引起的下滑力，通常将它们一起计为总运行阻力。

Wzh(qq11)Lgcos(qq1)Lgsin

(3-3)

同理，刮板链在空段直线段的运行总阻力为

Wkq1Lg(1cossin)

(3-4)

式中：

Wzh-----重段直线段的总阻力，N； Wk------空段直线段的总阻力，N； q-----单位长度上的装煤量，kg/m；207kg/m q1----刮板链单位长度的质量，kg/m,13.7kg/m3 L------刮板输送机的长度，m；200m ----煤在溜槽内运行的阻力系数；0.7 1----刮板链在溜槽内运行的阻力系数；0.3 g----重力加速度，m/s2,10 m/s2 ----刮板输送机的辅设倾角。30

式中“+

阻力系数的数值，与煤的性质、刮板链型式、中部槽型式、安装条件等许多因素有关。准确值需由实验得到，通常计算时，可参考表3-1近似选用。

表3-1 煤及刮板链在溜槽中运行的阻力系数

.

Wzh2070.713.70.315010cos30-20713.715010sin3028.04(kN)Wk13.7200100.3cos30sin3020819N20.8(kN)

3）刮板链张力

（1）最小张力点的位置及最小张力值的确定

首先必须确定出刮板链上最小张力点的位置及数值的大小，才能进行下一步的牵引力、电动机功率及刮板链强度的计算。

在计算刮板链的张力时，采用逐点张力法进行计算。所谓逐点张力法，是计算牵引构件在运行时各点张力的方法。逐点张力法的规则是：牵引构件某一点上的张力，等于沿其运行方向后一点的张力与这两点间的运行阻力之和。用公式表达为

式中：

Si，Si1-----分别为牵引构件上前后两点的张力； W(i1----)i前后两点间的运行阻力。

最小张力点的位置传动装置的布置方式、输送视倾斜铺设时的运输方向有关。工作面刮板输送机一般都是倾斜向下运输，如图3-3所示。

SiSi1W(i1)i

（3-5）

图3-3

（2）单端驱动的刮板输送机

水平运输时，最小张力点一定在主动链轮的分离点，如图3-4所示中1点的张力S1Smin。

倾斜向下运输时，如图7-17(b)，Wk>0，当时，根据“逐点计算法”有

S2S1Wk，S3S2Wc，S4S3Wzh故1点张力最小，即S1Smin

当Wzh

当WzhWk，忽略Wc，即S3S2，则4点为最小张力点。 由以上计算知S1

Smin

图3-4 （2）单端驱动的刮板输送机

水平运输时，最小张力点一定在主动链轮的分离点，如图2所示中1点的张力S1Smin。

Wk>0，倾斜向下运输时，如图2(b)，当时，根据“逐点计算法”有S2S1Wk，

S3S2Wc，S4S3Wzh故1点张力最小，即S1Smin

当Wzh

当WzhWk，忽略Wc，即S3S2，则4点为最小张力点。 由以上计算知S1Smin

图3-5

（3）刮板链张力的算

1逐点张力法求张力

如图3-5所示布置的双链刮板输送机，其主动链轮的分离点1为最小张力点，由逐点张力法得

S2S1Wk

S1Smin2(2000~3000)N

(3-6)

(3-7)

S3S2W23S2(0.05~0.06)S2(1.05~1.06)S

(3-8)

2主动链轮的牵引力

对于可弯曲刮板输送机，在计算运行阻力时，还要考虑由于机身弯导致刮板链和溜槽侧壁之间的摩擦而产生的附加阻力。为简化计算，该附加阻力用一个附加阻力系数f (f =1.1)计入，故可弯曲刮板输送机的总牵引力为

S4271103739364503（N）

S31.052581927110（N）

S250002081925819(N）

S4S3Wzh(1.05~1.06)S2Wzh

(3-9)

W01.11.1(WzhWk)1.21(WzhWk) N

(3-10

)

W01.21373932081970437N70.4（KN）

4.电动机功率 （1）电动机等效功率

对用于机械化采煤工作面与采煤机配合工作的可弯曲刮板输送机，其货载（煤）的装载长度随采煤机的移动而变化。在这种情况下，输送机电动机功率应按等效功率来计算，并验算电动机的启动能力与过载能力。

Nd

可按下式计算

(3- 11)

Nmin

1.12q1L1gcos

1000

(3-12)

Nmax

W0 1000

(3-13)

式中：

Nmax——输送机满负荷时，电动机的最大功率，按（3-13）式计算； Nmin——刮板输送机空载时（即 q=0时），电动机的最小功率。 v------刮板链运行速度，m/s;

-----传动装置效率（包括减速器及液力偶合器），=0.8~0.85。

Nmin

1.1213.72000.31.110cos30

20.3（KW）

10000.85

Nd61.68（KW）

Nmax

704371.1

91.1（KW）

10000.85

SGZ764/400刮板输送机功率为400KW够用。 2.刮板输送机电动机容量

刮板输送机电动机容量为 式中

N0kdNd kW

(3-14)

kd-----备用系数，一般取kd=1.15~1.20。

N01.2061.6874.16（KW）

SGZ764/400刮板输送机功率为400KW够用。 5.刮板链强度

K

2Sp1.2Smax

3.5

(3-15)

式中：

Sp-----一条刮板链的破断拉力，N；

------双链负荷不均匀系数，对于模锻链名= 0.65，圆环链=0.85。

故符合要求 （四）结果

根据上述资料,选择如下刮板输送机型号: 型号：SGZ764/400刮板输送机，见表3

表3 SGZ764/400刮板输送机

K

28330000.85

18.33.5

1.264503

五、综采工作面机械配套设计

（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、综采工作丽采煤机组的配套尺寸关系

图5-1 综采工作面采煤机组的配套尺寸关系

其中A—机面高度；B—截深； E—过煤空间；F—铲煤板宽度；G—中部槽宽度；H—工作面采高； J—导向槽宽度；L—摇臂长度；T—梁端距；V—电缆槽宽度；W—输送机宽度；X—支架前柱与电缆槽间距；

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

图1 综合机械化采煤工作面机械配套示意图

（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

六、结论

采煤机型号：MG400/985-WD型系列交流电牵引采煤机

支撑掩护式支架型号：ZZ560K-17/35支撑掩护式支架

28

刮板输送机型号：SGZ764/400刮板输送机

结束语

在整个设计过程中我都学到了很多，与通过各种途径去获取对于本设计有帮助的文件提高了动手动脑的能力。通过课程设计我对《矿山机械》理论知识的理解与运用更深了一层，它巩固了我的理论知识，提高了我对这门课程的认知。本次课程设计使我明白在以后的学习工作中要养成严谨认真的态度，整个过程我受益匪浅。在整个设计过程中我都学到了很多，与通过各种途径去获取对于本设计有帮助的文件提高了动手动脑的能力。通过课程设计我对《矿山机械》理论知识的理解与运用更深了一层，它巩固了我的理论知识，提高了我对这门课程的认知。本次课程设计使我明白在以后的学习工作中要养成严谨认真的态度，整个过程我受益匪浅。

参考文献

[1] 邓明.冲压工艺及模具设计[M].北京：化学工业出版社.2009(04)：11-15

[2] 曾霞文.模具设计[M].西安：西安电子科技大学出版社.2006(06)：30-35

[3] 田光辉.林红旗.模具设计与制造[M].北京：北京大学出版社.009(02)：110-1132

[4] 张荣立、何国纬、李铎主编.《采矿工程设计手册》（上册、中册、下册）. 北京：煤炭工业出版社，2003.

29

教师评价：

成绩：

教师签字：年 月 日

河南工程学院

《矿井运输提升及采掘机械》课程设计

综合机械采煤工作面配套机械选型设计

学生姓名：

学 院： 安全工程学院

专业班级： 采矿工程1141班

专业课程： 矿井运输提升及采掘机械

指导教师：

2014年06月19日

《矿井运输提升及采掘机械》课程设计任务书

题目 综合机械采煤工作面配套机械选型设计

专业 采矿工程 班级 采矿工程1141

一、设计题目

综合机械采煤工作面配套机械选型设计

二、设计资料

工作面长：150m；倾角：12°；煤层平均厚度：3m；顶板中等稳定；截割阻抗：A=300N/m；煤的坚硬度系数：f=3.5。

三、完成的任务

（1）设计内容：试确定综采机械采煤工作面采煤机、液压支架、刮板输送机的型号及它们的配套关系。

（2）提交课程设计报告。

四、成果要求

设计说明书。

指导教师签名：

2014年 6 月 5 日

目录

一、绪论 ................................................. 1

（一）概述 ...................................................... 1

（二）原始参数 .................................................. 1

（三）选型基本原则 .............................................. 1

二、采煤机选型设计 .............................................. 3

（一）采煤机械的基本要求 ........................................ 3

（二）采煤工作面参数 ............................................ 4

（三）采煤机选型 ................................................ 4

（四）结果 ..................................................... 10

三、支护设备选型设计 ........................................... 12

（一）支护设备的基本要求 ....................................... 12

（二）支护设备工作面参数 ....................................... 13

（三）支护设备机选型 ........................................... 15

（四）结果 ..................................................... 16

四、刮板运输机选型设计 ......................................... 16

（一）刮板运输机的基本要求 ..................................... 16

（二）采煤工作面参数 ........................................... 17

（三）刮板运输机选型 ........................................... 18

（四）结果 ..................................................... 25

五、综采工作面机械配套设计 .................................... 27

（一）设备主要空间尺寸的配套关系 ............................... 27

（二）设备主要参数的匹配 ....................................... 28

六、结论 ......................................................... 28 参考文献 ......................................................... 29 结束语 ........................................................... 29

一、绪论

（一）概述

综采工作面配套设备由采煤机、支护设备、刮板输送机等设备组成.所谓综采工作面配套设备的选型含义,系指依据煤层赋存和矿井生产技术条件,可获得良好使用效果而实际选用的综采成套设备。综采工作面设备配套的目的,首先在于总体配套是单机设计的依据,要解决成套设备各单机间的能力相互匹配和空间几何关系的配套;其次在于使成套设备性能与采煤工艺间相互适应。因而总体配套又是采区设计和采煤工艺设计的依据。采煤工作面中，采煤机、刮板运输机和支护设备（液压支架或单体支柱于顶梁）等组成一个采煤机的有机整体来实现采煤工艺的哥哥工序，他们在工作能力和结构尺寸的配套关系，直接影响采煤工艺的顺利实施和设备能力的充分发挥。 因此，为了正确的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，同时也要注意它们之间的配套性能，特别要把工作面“三机”— —“采煤机、刮板输送机、液压支架”配套搞好，否则综采生产将无法进行，勉强生产也获得不了好效果。

（二）原始参数

本次综采工作面的基本参数选定为原始参数第十组： 工作面长：150m；倾角：12°；煤层平均厚度：3m；顶板中等稳定；截割阻抗：A=300N/m；煤的坚硬度系数：f=3.5。

（三）选型基本原则

综采工作面三机配套方案： 综采工作面的“三机”是指采煤机、液压支架、刮板输送机,是综采工作面的主要设备。其选型首先必须考虑配套关系,选型正确先进、配套关系合理是提高综采工作面生产能力、实现高产高效的必要条件。 “三机”的基本选型原则：

1. 采煤机的选型原则

（1）采煤机能适合的煤层地质条件，其主要参数(采高、截深、功率、牵引方式)的选取要合理,并有较大的适用范围。

（2）采煤机应满足工作面开采生产能力的要求,其生产能力要大于工作面设计能力。

（3）采煤机的技术性能良好,工作可靠,具有较完善的各种保护功能,便于使

用和维护。

采煤机的实际生产能力、采高、截深、截割速度、牵引速度、牵引力和功率等参数在选型时必须确定。实际生产能力主要取决于采高、截深、牵引速度以及工作时间利用系数。采高由滚筒直径、调高形式和摇臂摆角等决定。滚筒直径是滚筒采煤机采高的主要调节变量，每种采煤机都有几种滚筒直径供选择，滚筒直径应满足最大采高及卧底量的要求。截深的选取与煤层厚度、煤质软硬、顶板岩性以及移架步距有关。截割速度是指滚筒截齿齿尖的圆周切线速度，由截割部传动比、滚筒转速和滚筒直径确定，对采煤机的功率消耗、装煤效果、煤的块度和煤尘大小等有直接影响。牵引速度的初选是通过滚筒最大切削厚度和液压支架移架追机速度验算确定。牵引力是由外载荷决定的,其影响因素较多，如煤质、采高、牵引速度、工作面倾角、机身自重及导向机构的结构和摩擦系数等，没有准确的计算公式，一般取采煤机电机功率消耗的10%~25%。滚筒采煤机电机功率常用单齿比能耗法或类比法计算，然后参照生产任务及煤层硬度等因素确定。

2. 液压支架的选型原则

（1）液压支架的选型就是要确定支架类型（支撑式、掩护式、支撑掩护式）、支护阻力（初撑力和额定工作阻力）、支护强度与底板比压以及支架的结构参数（立柱数目、最大最小高度、顶梁和底座的尺寸及相对位置等）及阀组性能和操作方式等。

（2）选型依据是矿井采区、综采工作面地质说明书。在选型之前,必须将所采工作面的煤层、顶底板及采区的地质条件全部查清。然后依据不同类级顶板选取架型。最后依据选型内容结合国内现有液压支架的主要技术性能直接选定架型及其参数所对应的支架型号。

3. 刮板输送机的选型原则

（1）刮板输送机的输送能力应大于采煤机的最大生产能力,一般取1.2倍。

（2）要根据刮板链的质量情况确定链条数目,结合煤质硬度选择链子结构型式。

（3）应优先选用双电机双机头驱动方式。

（4）应优先选用短机头和短机尾。

（5）应满足采煤机的配合要求,如在机头机尾安装张紧、防滑装置,靠煤壁一

侧设铲煤板,靠采空区一侧附设电缆槽等。在选型时要确定的刮板输送机的参数主要包括输送能力、电机功率和刮板链强度等。输送能力要大于采煤机生产能力并有一定备用能力。电机功率主要根据工作面倾角、铺设长度及输送量的大小等条件确定。刮板链的强度应按恶劣工况和满载工况进行验算。

综上所述，选型的基本原则就是： 在满足生产能力要求采煤机生产能力要与综采工作面的生产任务相适应,工作面刮板输送机的输送能力应大于采煤机的生产能力,液压支架的移架速度应与采煤机的牵引速度相适应,而乳化液泵站输出压力与流量应满足液压支架初撑力及其动作速度要求。 同时满足设备性能要求输送机的结构形式及附件必须与采煤机的结构相匹配,如采煤机的牵引机构、行走机构、底托架及滑靴的结构,电缆及水管的拖移方法以及是否连锁控制等。输送机的中部槽应与液压支架的推移千斤顶连接装置的间距和连接结构相匹配。采煤机的采高范围与支架的最大和最小结构尺寸相适应,而其截深应与支架推移步距相适应。

二、采煤机选型设计

（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）采煤工作面参数

1、工作面长度150m；

2、倾角：12度；

3、煤层平均厚度：3m；

4、顶板中等稳定；

5、A=300N/mm f=3.5。

（三）采煤机选型

正确选择采煤机是提高采煤工作面生产能力的一项主要任务，对采煤工作面的生产效率、能耗、安全等都具有重要影响，但采煤机选型涉及问题较多，它不仅与煤层的厚度，倾角及煤的物理机械性质、地质条件等有关，还要考虑与支护设备，运翰设备之间的配套关系，因此，在选型过程中要考虑诸多方面的因素，经综合分析后再确定。

(1)滚筒的直径

由于综采工作面双滚筒采煤机一般都是一次采全高，故滚筒直径D应稍大于最大采高之半，即

D>1/2×Hmax （2-1）

D0.53.31.65

（m）

目前采煤机滚筒直径已经系列化，分别为0. 6m、0.65m、0.7m、0.8m、0.8m、0.9m、1.0m、1. 1m、1.25m、1. 4m、1.6m、1.8m、2.0m、2.3m、2.6m。

计算结果要按照滚筒系列化标准进行圆整后，最后确定滚筒直径。根据上述计算参数，并结合采煤机系列化标准，初步确定采煤机滚筒直径为2.0m。

(2)滚筒的截深

(3)截深是指采煤机一次循环的推进量，选择滚筒的截深要与现有的滚筒系列和选定支架等设备配套

(4)目前采煤机的截深有：0.5，0.6，0.7，0.75，0.8，0.9及1.0m等几种，初步确定采煤机截深为0.8m。

(5)(3)滚筒的转速

类似滚筒直径一样，现代滚筒采煤机的每种型号都有几种滚筒转速供选择。采煤机滚筒转速的选择要兼顾截煤及装煤两种工艺，以适应不同的煤质情况，目前大部分厂家的采煤机基本都已匹配好的。

滚筒转速的取值：直径为0.5～0.6m的滚筒转速n=80～120r/min;直径为

1.8～2.0m的滚筒转速n=30～40r/min。大直径滚筒选用低档转速，小直径滚筒选用高档转速。为防止碎煤抛过筒缘循环的转速，一般认为滚筒转速为30～50r/min较适宜，目前滚筒转速有降低的趋势。根据上述所确定的采煤机滚筒直径为2.0m，设计推荐滚筒转速为30r/min较合适。

Vf过高将使煤尘增多，目前常用的截割速度Vf=3～5m/s，最好在4m/s左右。

大大降低截齿的寿命。

式中：

D——选定的滚筒直径，1250mm;

n——选定的滚筒转速，60r/min。

则： VfDn60000 （2-2）

6 综合机械采煤工作面配套机械选型设计

Vf3.192(m60000

/s)

根据上述验算结果，截割速度为3. 192m/s符合要求。

(4)采煤机生产率

采煤机和其他工作面设备的基本功能就是按照所要求的生产率完成其生产过程。采煤机的生产率取决于矿山地质和矿山技术条件、机器工况和结构参数以及时间利用率等因素。因此采煤机的生产率分别以理论、技术和使用生产率表示。

1)理论生产率

在给定条件下，以最大参数连续运行时的生产率称为理论生产率，理论生产率Q的计算公式为：

式中：

Q——理论生产率，t/h;

H——工作面平均采高，m；

B——滚筒有效截深，m；

vq——给定条件下可能的最大牵引速度，m/min;

——煤的密度，一般为1.3～1. 4 t/m3。

则：

Q6030.841.3749Q 60HBvq （2-3）

（t/h）

采煤机的理论生产率是确定与其配套设备生产能力的依据，是由工作条件、机器工况和结构参数确定的。在实际工作中，只有与其配套的设备生产能力大于采煤机的生产能力时，采煤机才能达到给定的理论生产率。

2)技术生产率

考虑根据循环图表而进行的辅助工作，如更换截齿、开切口、检查机器和排除故障所花费时间后的

生产率称为技术生产率，技术生产率Q的计算公式为：

7 综合机械采煤工作面配套机械选型设计

式中：

Q——技术生产率，t／h；

k1——采煤机技术上可能达到的连续工作系数，一般k1=0.5～

0.7。

则：

Qt7490.5374.5Qt Qk1 (2-4)

（t／h）

3)实际生产率

实际使用中，考虑了工作中发生的所有类型的停机状况，如处理输送机和支架的故障、处理顶底板事故等。使用生产率可由下列公式计算：

式中：

Qm——实际生产率，t／h；

k2——采煤机在实际工作中的连续工作系数，一般k2=0.6～0.65。

则：t／h

4)采煤机允许的最大牵引速度

牵引速度是采煤机的一个重要参数，牵引速度直接决定了机器的生产能力。装机容量、移架速度、输送机生产能力等因素又限制了牵引速度的增长；从另一方面讲，牵引速度加大后，切屑厚度过大将导致齿座挤压煤体，造成截割阻力的急剧上升。

随着装机容量的加大，采煤机牵引速度已达8～13m/min，国外有的采煤机牵引速度高达l5～20m/min。然而增加装机容量，加大牵引速度，并不是增加工Qm Qk2 (2-5)

作面生产能力的唯一途径，综合机械化采煤是一个复杂的生产过程，除了需要解决和改进技术和装备上的问题外，尚需改进管理上存在的问题，其中首要的问题是提高采煤机的开机率。统计资料表明，即使年产百万吨的综采工作面，其生产班的平均开机率也不足50%，而全国的平均水平仅为其一半，足见改进管理的潜力是很大的。

采煤机最大牵引速度用下式计算：

Vq'max=(0.7nm)／1000

(2-6)

式中：

Vq'max——牵引速度，m/min;

n——滚筒转速，r/min;

m ——每条截线上的齿数，一般取1～3;

I——滚筒的齿长若未知，可近似取刀型截齿l=65～lOOmm;镐型截齿l=60～80mm。

则：

Vq'max=(0.760)／10002.52

（m/min）

5)采煤机功率 1)预计装机功率 2)采煤机的装机功率：

N0

60BHmaxvqmaxHw

3.6

(2-7)

式中：

Hw——采煤机截煤的单位能耗，MJ/m3：一般取Hw=1.1～4.4，硬煤及韧性煤取上限，软煤及脆性煤取下限。本次设计取4。

则：

N0

600.8

403

3.6

（kW）

6)截割功率

采煤机工作机构消耗的功率一般占装机功率的80%～85%；故采煤机截割功率：

（kW） Nj (0. 8～0. 85) N00. 8403322.4

7)牵引和辅助功率

牵引和辅助装置消耗装机功率的15%～20%，其中，牵引系统消耗的功卒占到90%以上，故采煤机牵引

功率：

Nq0.9(0. 15～0. 2) N00.90.1540354.4（kW）

辅助装置功率：

0.154036 Nf0.1(0. 15～0. 2) N0.1

kW

8)装机功率

上述计算结果，要按采煤机配备电动机的标准功率进行圆整。则采煤机实际装机功率：

N NjNq Nf322.454.46382.8（kW）

采煤机的装机容量是由生产能力决定的，生产能力为500～700 t/h时，装机容量约600～750 kW。国外一些采煤机的生产能力已达到1500～2000 t/h，其装机容量也高达1100～1500 kW。

采煤机的生产能力正比于采高，因此也可以根据采高估计装机容量的大小。对于硬煤，装机功率应加大一倍。

9)采煤机牵引力

采煤机的牵引力与装机容量关系密切，装机功率150kW时，牵引力为160～180kN;装机容量300kW时，牵引力达250～300kN。牵引力与牵引机构的刚度系数、采煤机的质量、摩擦系数、牵引速度、截割阻力及载荷的不均衡性、机道形状等因素有关，很难精确计算，一般用经验公式确定。

式中：

P——牵引力，kN；

N——采煤机装机容量，kW。

则：

P1.1421（N）

P 1. 11.3N

(2-8)

（四）结果

根据上述资料,选择如下采煤机:

生产厂家：鸡西煤矿机械有限公司（原鸡西煤矿机械厂） 型号：MG700－WD1型系列交流交频电牵引采煤机，见表1所示。

表1 采煤机型号

三、支护设备选型设计

（一）支护设备的基本要求

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 m2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。

（二）支护设备工作面参数 （1）支护强度

qnM,KN/m2

(2-9)

式中：q——支护强度 M——采高，m；

——为岩石容重；kN/m3,g,岩石密度如上取1.35t/m3，g取10m/s2 N——不同条件下的倍数,一般认为，对中等稳定以下顶板，取6~8；对周期来压明显、顶板稳定性条件，取9~11；对来压及其强烈的坚硬性顶板，取n>11，此处取n=10（公式参见《煤矿矿井支护新技术与支护设计计算及支护产品选型、设计、维护实用手册；刘文韬》）

则：

qnM10313500405000kN/m20.405（MPa）

（2）工作阻力

工作面支护强度确定以后，支架工作阻力主要取决于支护顶板的控顶面积。支架控顶面积主要与工作面“三机”配套设备的断面纵向尺寸有关。

工作阻力：

式中 q——为综采工作面支护强度 L——为支架中心距。取L=1.5m：

Bc——为控顶距，为梁端距与顶梁长度之和，取Bc=4.2m； 支撑效率，取 =0.9。

（取值参见《矿山机械》中国矿大出版社）

对以上计算结果考虑一定富裕量，工作阻力取1900kN。

FqBcL/0.90.4051.54.2/0.92835（kN）

（3）初撑力

初撑力大小对支架的支护性能和成本都有很大影响。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。

支架初撑力的大小由立柱的缸径、数量和泵站压力所决定，支架的初撑力一般控制在70～85％。根据该矿井的煤层赋存条件，认为支架初撑力为75％比较适宜，则初撑力P初与工作阻F阻有以下关系式：

4）移架力与推溜力

移架力与支架结构，质量，煤层厚度，顶板性质有关。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。

取推溜力一般为100~150kN。 5）支架高度的确定 支架最大结构高度

支架最小结构高度

式中，Mmax,Mmin为分别为煤层最大，最小采空间高，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。根据此次设计最大采高确定在1.8m,保证支架发挥正常支护作用．选取支架的最大结构高度2m。

支架伸缩比

K2HZmax/HZmin HZminMminS2

PF75%19000.751425kN 初

HZmaxMmaxS1

(2-10)

(2-11)

(2-12)

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。

支架最低结构高度应满足最低采高时顶板下沉、采煤机和运输机配套及运输要求。根据目前成熟的架型以及立柱液压行程(即支架伸缩比)的数值．液压支架最小结构高度确定为1.6m。 （6） 支架中心距和宽度的确定

支架中心距是指相邻支架中心之间的距离，现液压支架中心距有3种：1.75 m、1.5 m、1.25m。大采高支架为提高稳定性中心距可采用1.75m。考虑到支架的稳定性及便于刮板输送机的配套联接．确定支架中心距为1.5m。支架顶端有活动侧护板，侧护板行程一般为170~200mm。支架中心距为1.5m时，最小宽度一般取1300~1330mm，最大宽度一般取1670~1700mm。本设计选取支架宽度为1300mm，

（三）支护设备机选型 1、液压支架选型原则

(1)支护强度应与工作面矿压相适应。支架的初撑力和工作阻力要适应直接顶和基本顶岩层移动产生的压力，将空顶区的顶底板移近量控制到最小程度。

(2)支架结构应与煤层赋存条件相适应。

(3)支护断面应与通风要求相适应，保证有足够的风量通过，而且风速不得超过《煤矿安全规程》的有关规定。

(4)液压支架应与采煤机、刮板输送机等设备相匹配。支架的宽度应与刮板输送机中部槽长度相一致，推移千斤顶的行程应较采煤机截深大，支架沿工作面的移架速度应能跟上采煤机的工作牵引速，移架速度还应满足生产指标的要求，支架的梁端距应为70%左右。

2、液压支架选型依据及内容

(1)选型依据支架选型前必须将工作面的煤层、顶底板及采区的地质条件全面查清、探明，编出综采采区、综采工作面地质说明书。

(2)选型内容选择支架时，要确定下述内容：支架类型，如支撑掩护式或掩护式；立柱根数；支护阻力，包括初撑力、额定工作阻力；支架结构高度，包括最大和最小高度；项梁和底座的结构形式、尺寸及其相对位置；对防滑、防倒、防片帮、调架、移架、端面维护等装置的要求；操作方式、阀组性能等。

（四）结果

根据以上计算数据查找网络信息可得，应选用山东华岳煤矿设备责任有限公司的ZY2400/10/24型放顶煤液压支架。其主要参数见表2所示。

表2 液压支架型号

四、刮板运输机选型设计

（一）刮板运输机的基本要求

刮板输送机应能保证工作面落煤生产能力的需要，选择刮板输送机、转载机和带式输

送机等都应以工作面最大生产能力乘以1.2的不均衡系数作为基数。选择刮板输送机可

参考下列经验：

(1)结构型式：一般与采煤机配套使用时。

(2)要根据链子负荷情况决定链子数目，结合煤质硬度选择链子结构型式。煤质较

硬、块度较大时优先选用双边链；煤质较软时可选用单链和双中心链。 (3)输送机槽的结构，一般应选用开底式，封底式主要用于底板较松软条件。当前高

产高效综采工作面选用的输送机槽均为铸造、封底式。溜槽宽度尺寸应尽可能选用通用尺寸，并应考虑能与采煤机底托架和行走机构尺寸相匹配。

(4)在传动装置布置方式、电动机台数和铺设长度方面，综采工作面刮板输送机通常

采用多电机驱动，一般#＆%台，应优先选用双电机双机头驱动方式。为了便于采煤机工作，应尽量将传动装置布置在采空区一侧。当项板条件较好，为了供电方便，也可选用单机头双电机布置方式。采用多台电机驱动时，为了均衡各电机之间的负荷，一般在传动装置中使用液压偶合器。电机功率大小及台数应根据工作面倾角、输送机铺设长度及输送量大小而定，输送机铺设长度可根据刮板输送机技术特征、输送量、链速和工作面倾角等因素确定。

(5)为了配合滚筒采煤机斜切进刀不开切口，应优先选用短机头和短机尾，但机头架和机尾架中板的升角不宜过大，以减少通过压链块时的能耗。

(6)与无链牵引的采煤机配套时，机身附设结构型式相应的齿条或销轨与采煤机的行走轮齿相咬合。为了配合采煤机有链牵引或钢丝绳牵引的需要，在机头和机尾部应附设采煤机牵引链的张紧装置及其固定装置。此种牵引方式很不安全，现已很少采用。

(7)为了防止重型刮板输送机下滑，应在机头机尾安装防滑锚固装置。 (8)刮板输送机溜槽两侧应附设采煤机滑靴或行走滚轮跑道，为防止采煤机掉道，还应设有导向装置。在输送机靠煤壁一侧附设铲煤板，以清机道的浮煤。此外，为了配合采煤机行走时能自动铺设拖移电缆和水管，应在输送机靠采空区一侧附设电缆槽（一般与挡煤板制成一体）刮板输送机计算主要内容包括：输送能力的计算、运行阻力及链条张力的计算、电动机功率计算以及刮板链的强度计算等。

（二）采煤工作面参数 1、工作面长度150m；

2、倾角：12度； 3、煤层平均厚度：3m； 4、顶板中等稳定； 5、A=3000N/mm f=3.5。 （三）刮板运输机选型 1.输送能力的计算

刮板输送机是连续式运输设备，其输送能力为 Q3.6qv3600Fv t/h

式中：

Q----刮板输送机的输送能力，t/h；

q-----刮板输送机上单位长度货载质量，kg/m； ------链运行速度，m/s； F------最大横断面积，m2；

-----的装满系数，一般取0.65—0.9；

------货载的松散密度，t/m3，对于煤炭=0.85—1.0。 Q36000.230.80.91.1655.8（t/h） q1000F0 kg/m

式中：

F0-----刮板输送机溜槽中货载断面积，㎡

------货载的松散密度，t/m3，对于煤炭=0.85—1.0 q10000.230.9207（kg/m)

选择刮板输送机

3-1） (3-2)

（

刮板输送机运输能力至少为749t/h，工作面长150m。

选用SGZ764/400刮板输送机，长度200m，输送量800t/h,刮板链速1.1m/s

图3-1 运输能力计算示意图

只有当货载沿溜槽均匀分布、连续不断地均速运行时，由上式计算的刮板输送机的输送能力才是正确的。货载连续不断地运行有赖于刮板间距的正确选择：货载块度大，刮板间距大；向下倾斜运输刮板间距比向上倾斜运输刮板间距大；刮板高度高，允许间距大。而且刮板间距还与煤本身的内摩擦角和刮板链的加速度有关。

设计新输送机时，为适应不同性质物料、不同安装倾角及考虑一定富裕量的需要，装满系统可取小些。 由上式算出的刮板输送机的运输能力应大于或等于设计运输生产率。

图3-2

2.刮扳输送机直线段运行阻力

直线段运行阻力包括：货载及刮板链在溜槽中移动的阻力；倾斜运输时，货载及刮板链的自重分力。直线段运行阻力又分为重段阻力和空段阻力两部分。图3-2为沿倾斜运行的刮板输送机的重段直线段。运行时除了要克服煤和刮板链重力引起的阻力外，还需克服煤和刮板链重力引起的下滑力，通常将它们一起计为总运行阻力。

Wzh(qq11)Lgcos(qq1)Lgsin

(3-3)

同理，刮板链在空段直线段的运行总阻力为

Wkq1Lg(1cossin)

(3-4)

式中：

Wzh-----重段直线段的总阻力，N； Wk------空段直线段的总阻力，N； q-----单位长度上的装煤量，kg/m；207kg/m q1----刮板链单位长度的质量，kg/m,13.7kg/m3 L------刮板输送机的长度，m；200m ----煤在溜槽内运行的阻力系数；0.7 1----刮板链在溜槽内运行的阻力系数；0.3 g----重力加速度，m/s2,10 m/s2 ----刮板输送机的辅设倾角。30

式中“+

阻力系数的数值，与煤的性质、刮板链型式、中部槽型式、安装条件等许多因素有关。准确值需由实验得到，通常计算时，可参考表3-1近似选用。

表3-1 煤及刮板链在溜槽中运行的阻力系数

.

Wzh2070.713.70.315010cos30-20713.715010sin3028.04(kN)Wk13.7200100.3cos30sin3020819N20.8(kN)

3）刮板链张力

（1）最小张力点的位置及最小张力值的确定

首先必须确定出刮板链上最小张力点的位置及数值的大小，才能进行下一步的牵引力、电动机功率及刮板链强度的计算。

在计算刮板链的张力时，采用逐点张力法进行计算。所谓逐点张力法，是计算牵引构件在运行时各点张力的方法。逐点张力法的规则是：牵引构件某一点上的张力，等于沿其运行方向后一点的张力与这两点间的运行阻力之和。用公式表达为

式中：

Si，Si1-----分别为牵引构件上前后两点的张力； W(i1----)i前后两点间的运行阻力。

最小张力点的位置传动装置的布置方式、输送视倾斜铺设时的运输方向有关。工作面刮板输送机一般都是倾斜向下运输，如图3-3所示。

SiSi1W(i1)i

（3-5）

图3-3

（2）单端驱动的刮板输送机

水平运输时，最小张力点一定在主动链轮的分离点，如图3-4所示中1点的张力S1Smin。

倾斜向下运输时，如图7-17(b)，Wk>0，当时，根据“逐点计算法”有

S2S1Wk，S3S2Wc，S4S3Wzh故1点张力最小，即S1Smin

当Wzh

当WzhWk，忽略Wc，即S3S2，则4点为最小张力点。 由以上计算知S1

Smin

图3-4 （2）单端驱动的刮板输送机

水平运输时，最小张力点一定在主动链轮的分离点，如图2所示中1点的张力S1Smin。

Wk>0，倾斜向下运输时，如图2(b)，当时，根据“逐点计算法”有S2S1Wk，

S3S2Wc，S4S3Wzh故1点张力最小，即S1Smin

当Wzh

当WzhWk，忽略Wc，即S3S2，则4点为最小张力点。 由以上计算知S1Smin

图3-5

（3）刮板链张力的算

1逐点张力法求张力

如图3-5所示布置的双链刮板输送机，其主动链轮的分离点1为最小张力点，由逐点张力法得

S2S1Wk

S1Smin2(2000~3000)N

(3-6)

(3-7)

S3S2W23S2(0.05~0.06)S2(1.05~1.06)S

(3-8)

2主动链轮的牵引力

对于可弯曲刮板输送机，在计算运行阻力时，还要考虑由于机身弯导致刮板链和溜槽侧壁之间的摩擦而产生的附加阻力。为简化计算，该附加阻力用一个附加阻力系数f (f =1.1)计入，故可弯曲刮板输送机的总牵引力为

S4271103739364503（N）

S31.052581927110（N）

S250002081925819(N）

S4S3Wzh(1.05~1.06)S2Wzh

(3-9)

W01.11.1(WzhWk)1.21(WzhWk) N

(3-10

)

W01.21373932081970437N70.4（KN）

4.电动机功率 （1）电动机等效功率

对用于机械化采煤工作面与采煤机配合工作的可弯曲刮板输送机，其货载（煤）的装载长度随采煤机的移动而变化。在这种情况下，输送机电动机功率应按等效功率来计算，并验算电动机的启动能力与过载能力。

Nd

可按下式计算

(3- 11)

Nmin

1.12q1L1gcos

1000

(3-12)

Nmax

W0 1000

(3-13)

式中：

Nmax——输送机满负荷时，电动机的最大功率，按（3-13）式计算； Nmin——刮板输送机空载时（即 q=0时），电动机的最小功率。 v------刮板链运行速度，m/s;

-----传动装置效率（包括减速器及液力偶合器），=0.8~0.85。

Nmin

1.1213.72000.31.110cos30

20.3（KW）

10000.85

Nd61.68（KW）

Nmax

704371.1

91.1（KW）

10000.85

SGZ764/400刮板输送机功率为400KW够用。 2.刮板输送机电动机容量

刮板输送机电动机容量为 式中

N0kdNd kW

(3-14)

kd-----备用系数，一般取kd=1.15~1.20。

N01.2061.6874.16（KW）

SGZ764/400刮板输送机功率为400KW够用。 5.刮板链强度

K

2Sp1.2Smax

3.5

(3-15)

式中：

Sp-----一条刮板链的破断拉力，N；

------双链负荷不均匀系数，对于模锻链名= 0.65，圆环链=0.85。

故符合要求 （四）结果

根据上述资料,选择如下刮板输送机型号: 型号：SGZ764/400刮板输送机，见表3

表3 SGZ764/400刮板输送机

K

28330000.85

18.33.5

1.264503

五、综采工作面机械配套设计

（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、综采工作丽采煤机组的配套尺寸关系

图5-1 综采工作面采煤机组的配套尺寸关系

其中A—机面高度；B—截深； E—过煤空间；F—铲煤板宽度；G—中部槽宽度；H—工作面采高； J—导向槽宽度；L—摇臂长度；T—梁端距；V—电缆槽宽度；W—输送机宽度；X—支架前柱与电缆槽间距；

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

图1 综合机械化采煤工作面机械配套示意图

（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

六、结论

采煤机型号：MG400/985-WD型系列交流电牵引采煤机

支撑掩护式支架型号：ZZ560K-17/35支撑掩护式支架

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刮板输送机型号：SGZ764/400刮板输送机

结束语

在整个设计过程中我都学到了很多，与通过各种途径去获取对于本设计有帮助的文件提高了动手动脑的能力。通过课程设计我对《矿山机械》理论知识的理解与运用更深了一层，它巩固了我的理论知识，提高了我对这门课程的认知。本次课程设计使我明白在以后的学习工作中要养成严谨认真的态度，整个过程我受益匪浅。在整个设计过程中我都学到了很多，与通过各种途径去获取对于本设计有帮助的文件提高了动手动脑的能力。通过课程设计我对《矿山机械》理论知识的理解与运用更深了一层，它巩固了我的理论知识，提高了我对这门课程的认知。本次课程设计使我明白在以后的学习工作中要养成严谨认真的态度，整个过程我受益匪浅。

参考文献

[1] 邓明.冲压工艺及模具设计[M].北京：化学工业出版社.2009(04)：11-15

[2] 曾霞文.模具设计[M].西安：西安电子科技大学出版社.2006(06)：30-35

[3] 田光辉.林红旗.模具设计与制造[M].北京：北京大学出版社.009(02)：110-1132

[4] 张荣立、何国纬、李铎主编.《采矿工程设计手册》（上册、中册、下册）. 北京：煤炭工业出版社，2003.

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教师评价：

成绩：

教师签字：年 月 日