支护设备与采煤机选型设计.doc

支护设备与采煤机选型设计 第一节 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，国内不少综采工诈面年产量超过100万吨．但它的设备投资大，对煤层厚度、倾角、地质条件变化要求严格．普采工作面主要设备为滚筒采煤机、刮板机输送机、金属摩擦支柱或单体液压支住及金属铰接顶梁。采用单体液压支往、金属铰接顶粱的工作面亦称高档普采工作面。普采工作面设备投资小，在煤层厚度、倾角、地质条件变化较大时，适应性好，但它的机械化程度、安全、生产率比综采低。 当工作面的煤层厚度、倾角、地质条件，设计生产能力等已知时，究竟采用那种类型的机械化 采煤工作面，应经过经济技术方面认真分析，论证后再去确定，一般讲当工作面内煤层厚度较厚，煤层倾角及煤层厚度变化不大，地质条件比较稳定，没有大的断层，夹矸等，工作面没计生产能力又比较高．采用综采比较好，相反，当煤层厚度不大．但厚度、倾角变化较大，工作面设计生产能力不很高时，采用高档普采能更好的适应煤层地质条件的变化，并能取得较好的经济效益．我国目前规定普采年生产量为20～30万吨。综采；当采高大于2米，年产量为50～80万吨，采高1．1米时年产量为30～50万吨。 第二节 液压支架的选型 一、影响液压支架选型的因素 影响液压支架选型的因滚．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，底扳稳定性影响最大。 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。建议按表2-1选型。 表2-1 不同底板条件下选用的架型 岩石松软粘土岩 页岩（或松软煤）较软粘土岩 页岩（或松软煤）一般粘土岩 砂页岩、砂岩（或煤） 抗压强度MPa＜2.0＞2.0＞4.0 应选架型掩护式液压支架式 两柱支掩式掩护式支架 支掩式支架支掩式及强力支撑 四柱及强力支撑 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、下滑等现象。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，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。 液压支架架型选择是否合适，最终必然反映到经济效果上。应尽量做到安全、高效，而又能降低吨煤成本。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。 二、煤层顶板及顶板分类 覆盖在煤层上的岩石，依次分为伪顶、直接顶、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即冒落，直接顶下部1.5～2米厚的岩石叫直接顶下位岩石，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 1、不稳定顶板也称破碎顶板，这类顶板很易冒落。冒落后岩石能基本充满采空区。泥质页岩，再生顶板等属于这类顶板。 2、中等稳定顶板强度较高，但有大量节理裂隙，局部较完整，冒落后不能充满采空区，一般在支护设备前移后随即冒落。砂质页岩，粉砂岩属予这类顶板。 3、稳定顶板难于冒落，需支架帮助切顶。 4、坚硬顶板极难于冒落，采后需强制放顶，砂岩，坚硬砂质页岩等属于这后两类。 直接顶分类的主要指标是强度指数D，并参考直接顶初次跨落步距L1米来决定。直接顶初次跨落步距Ll是指工作面推进一定距离后，直接顶冒落高度在1～1.5米以上，范围占全工作面长度1／2以上时，初次切顶线距开切眼煤壁之间距离。 强度指数D可由下式求出． D6DClCz 式中6D岩石的单向抗压强度，公斤／厘米2 C1节理裂隙影响系数 Cz一分层厚度影响系数 6D、C1、Cz值可查阅陶驰东主编“采掘机械“书及有关资料得到。根据D并参考Ll直接顶类别的确定见表22。 表22 直接顶类别 类 别 指 标 1234 不稳定顶 板中等稳定顶板稳定顶板坚硬顶板 主要指标强度指数D≤3031～707l～l 201 20无直接顶层厚在25米以上，6D 560800Kgf/cm2，节理裂隙间距和分层度大于1米的整体岩层。 参考指标直接顶初次跨落步距L（M）≤S9～1 8l 9～2S2 5 2．老顶分级 老顶位于直接顶之上，顶板分级主要由直接顶厚度∑h与采高H之比值N来决定，再参考老顶初次来压步距L2，N的意义是指冒落带充满采空区的程度，L2是指工作面初次切顶线到开切眼煤壁之间老顶悬露的长度。 老顶周期来压的强弱，对确定支架的吨位即支护强度有决定性影响，N越大L2越小，说明老顶周期来压不明显，作用在支架上的载荷小而稳定，支架的支护强度不需要很大，相反，N越小，L 2越大，老顶周期来压就越强烈，作用在支架上的载荷就越大且有冲击，支架的支护强度就要求比较高。 根据N和L2值老顶被分为四级。见表23 表2-3 老顶分级 级别ⅠⅡⅢⅣ 周期来压不明显明显强烈极强烈 指标N3～50.3A＋h1＋h2 式中h2过机高度不应小于0.10.25米，机身短，浮煤清扫干净取小值。 3.卧底量校核 最大卧底量Kmax为 式中摇臂向下摆动最大角度 采煤机卧底量一般为90-300mm，以适应底板起伏不平和能截割运输机机头处三角煤带。 4.采煤机最大截割速度的校核 运输机、采煤机、被压支架在结构性能之间有相应的配套要求．运输机的生产能力一般应略大于采煤机的生产率，以便把煤及时运走，不出现堆积现象．根据此原则，可把运输机的运输能力看成是采煤机的最大生产率，此时采煤机截割时的最大牵引速度为 式中一运输机的运输能力，吨/小时 H平均采高，米 B采煤机截深，米 r煤的实体容重，r＝1.35吨/米3， 上述计算的值应大于前面决定的截割牵引速度V值． 5.牵引阻力的估算 采煤机移动时必须克服的牵引阻力T为 TK2GfD cosa-K2K3土Gsina吨力 式中f摩擦系数取决于采煤机导向机构表面状况和湿度及采煤机运动速度等．平均可取0.18 K1一经验系数估算时可取0.60.8 K2一估算系数，初步估粼寸可取00.2 K3侧面导向反力对牵引阻力影响系数，主要取决于牵引链或无链牵引轨道的 位置及煤层倾角大小，当在采空区侧布置，煤层倾角为0。时取0.040.05，35。时取0.050.10。当在煤壁侧布置4煤层倾角为0。时取0.120.19，35。时取0.150.21。 上式最后一项，当向上牵引时，取正号，向下牵引时取负号。 上述几项计算应和采煤机的性能接近并满足采煤工作面的基本要求。 第五节 采煤机、支护设备、输送机配套关系图 通过计算或参考有关图册资料，给制采煤机，支护设备及输送机配套关系图．采煤机、液压支架和输送机组成的综采设备，有严格的配套要求．各单项设备的先进性能只有在搞好配套关系的基础上才能发挥出来． 如果所选各单项设备合理，但与配套设备表中推荐的配套设备又不吻合．可按实际情况自行改装和组合，此时，支架前柱到煤壁的无立柱空间宽度L，由下面几部分组成。 式中 B截深 E滚筒边缘到铲煤板距离 F铲煤板宽度，一般取150240毫米 G刮板输送机中部槽宽度 j一导向槽宽度 V电缆槽宽度 X前柱与电缆槽间隙 d前柱外径 支架顶梁端头距煤壁距离一般为250350毫米。L值应愈小愈好，以减小顶梁悬臂部分长度。 采煤机机身上平面距支架顶梁之间距离，按最小采高校核的要求来确定． 附录 1.综合采煤机械化成套设备综合技术特征表． 2.工作面配套设备关系图