1123综采工作面主要设备选型设计正原概论.docx
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1123综采工作面主要设备选型设计正原概论
第一篇综采工作面主要设备的选型…………
第一章序言
第一节概论……………………………………………
第二节选型设计原始资料……………………………
第三节综采工作面主要设备的选型原则……………
第二章采煤机的选型……………………………
第一节采煤机选型…………………………………
第二节液压支架的选型………………………………
第三节乳化泵的选型………………………………
第三章刮板输送机的选型……………………
第四章可伸缩性胶带运输机的选型………………
第二篇采区供电系统的确定………………
第一章概述………………………………………
第二章采区负荷统计表及供电系统确定…………
综采工作面主要设备选型设计
第一章序言
第一节概论
开采技术发展史：
煤炭被誉为工业的粮食，做为能源的重要的一部分，在我国开采有着悠久的历史，开采技术经历了漫长的阶段。
解决初期，采用煤破落煤，人工装煤，木材支护，由于工作面运输机，运输能力有限，工作面长度大多在一百米以下，五十年代后期，采用了运输能力较大，强度较高的刮板链运输机，为改进爆破技术，实现爆破装煤创造了条件，在此之间，部分矿井使用了宽截深框形截联合式采煤机及各种截煤机。
开始推广使用金属支柱，六十年代末期，浅截深滚筒式采煤机组。
（滚筒采煤机与可弯曲刮板输送机）刨煤机组以及与之配套的金属支柱，铰接顶梁的使用，把回采工作面生产技术提高到一个新的水平，使破煤、装煤、运煤基本上实现了机械化、连续化。
解放了工人笨重体力劳动，提高了劳动生产率和工作面生产水平，同时，也简化了生产工序，改善了劳动条件，尽量减少某些不必要的辅助工作量，使我国煤炭事业得到了发展。
走向了世界先进水平行列。
第二节选型设计的原始条件
1、矿井内有两层可采煤层，煤层倾角10～13o，平均倾角11o。
双龙煤层厚度一般0.35～0.8m，平均厚约0.42m，煤层结构简单，由两分层及一夹矸组成，上分层煤厚0.17～0.5m，下分层煤厚0.05～0.4m，夹矸厚度0.2～1.55m，夹矸岩性为砂质泥岩或粉砂岩。
为高灰（HA）、低硫（LS）、低热质（LQ）煤、煤类为无烟煤二号（WY2）。
上下连煤层厚度一般0.59～0.7m，平均0.62m。
为简单结构煤层，上连煤厚一般0.26～0.40m，下连煤厚0.27～0.36m，中部夹矸为砂质泥岩或粉砂岩，厚一般0.42～1.25m。
为中灰（MA）、低硫（LS）、高热质（GQ）煤、煤类为无烟煤三号（WY3）。
可作为火力发电用煤及一般工业锅炉用煤，该矿块煤绝大部份为工业用煤，粉煤主要用于民用蜂窝煤。
该矿历年瓦斯等级鉴定结果为高瓦斯矿井，开采煤尘无爆炸危险性，煤的自燃倾向性为Ⅲ类，属不易自燃煤层，矿井水文地质条件为中等类型。
工程地质条件为简单类型，矿区环境地质类型为中等。
第二章采煤机的选型
第一节采煤机的选型
（一）采煤方法及采煤工艺选择
本矿设计采用倾斜长壁采煤法，高档普采采煤工艺。
（二）采煤工艺及工作面设备选型
1、工作面采煤、装煤、运煤方式
工作面采用采煤机落煤，运行时端部斜切进刀，一个循环一个进尺，采煤机链条牵引运行，落煤时滚筒实现装煤，部分煤炭需要人工装煤，采用刮板输送机运煤。
2、采煤工作面设备选型
（1）采煤机选型
1）采煤机选型原则
①适合特定的煤层地质条件，采煤机采高、截深、功率、牵引方式等主要参数选取合理，有较大的适合范围；
②满足工作面生产能力的需要，采煤机实际生产能力要大于工作面的设计生产能力；
③采煤机技术性能良好，工作可靠性高，各种保护功能完善；
④采煤机检修、维护等方便。
2）采煤机参数的确定：
①设计投产工作面长度为150m，采煤机应具有的生产能力按下式计算：
Qh=Qy/（DTK）
式中：
Qh——设备小时生产能力，t/h；
Qy——要求的单工作面年产量，150kt；
D——年工作天数，330d；
T——每日生产小时数，12h；
K——总时间利用系数，取0.4。
则Qh=150000/（330×12×0.4）=94.7t/h
②为满足Qh所需的采煤机工作牵引速度按下式计算：
Vc=Qh/（60BHγC）
式中：
Vc—采煤机割煤速度，m/min；
B—截深，由于煤层较薄取0.6m；
H—煤层厚度，0.62m，薄层炭质泥岩夹矸一起计入煤层厚度的平均采高为0.7m；
γ—煤的视密度，1.4t/m3；
C—工作面回采率，0.97。
则Vc=94.7/（60×0.6×0.7×1.4×0.97）=2.76m/min
③采煤机的滚筒直径D
根据前述所选的采煤机割煤方式，设计考虑滚筒直径应不小于0.80m。
④截深B：
根据煤层顶底板条件、瓦斯含量及生产能力等方面因素，并参考现有采煤机标准截深，确定B=0.6m。
⑤采煤机实际生产率
Q=60MBVγK
式中：
Q—采煤机生产率，t/h；
M—平均采高，平均取1.2m,采用双滚筒采煤机，滚筒直径0.8m，二趟割全高；
B—截深，0.6m；
V—采煤机截煤时的实际牵引速度，考虑到国内机采工作面采煤机的实际使用经验，设计取1.9m/min；
γ—煤的密度，为1.4t/m3；
K—工作面回采率，0.97。
则Q=60×1.2×0.6×1.9×1.4×0.97
=111.5t/h
⑥采煤机装机功率P
装机功率包括割煤电动机、牵引电动机、液压泵电动机、机载增压喷雾泵电动机等所有电动机功率。
a、用单齿比能耗法计算
P=QmaxHw
式中：
Qmax—采煤机理论生产率，111.5t/h；
Hw—切割比耗能，取0.65kW·h/t。
则P=111.5×0.65
=72.5kW
b、根据截割阻抗选取
矿井煤层普氏系数在2～4之间，截割阻抗为2.4～3.3kN/cm，按照《高产高效综采工作面设备选型与配套》中装机功率推荐值，采煤机装机功率P应为65kW～130kW。
3）采煤机选型
根据上述参数计算，考虑到矿井开采技术条件的复杂性以及采煤机的通用性，并与同类矿井现有采煤机类比，工作面采用MG170/410-WD型交流电牵引采煤机，该采煤机主要技术特征详见表3-7-1、3-7-2。
4）其它设备
工作面刮板输送机能力要大于工作面采煤机生产能力的1.2倍，工作面配套刮板输送机选用SGB630/220型可弯曲刮板输送机，输送量为400t/h，设计长度190m，装机功率220kW，电压等级为1140V。
表3-7-1MG170/410-WD型采煤机基本参数
序号
项目
单位
数值
1
采高范围
m
1.3—2.92m
2
适宜煤质硬度
f
f≤4
3
总装机功率
kW
411
4
煤层倾角
°
≤35
5
机面高度
mm
1100
6
调速方式
交流变频调速
7
牵引方式
无链牵引
8
内、外喷雾压力
MPa
6.3
9
配套工作面输送机
SGB630/220
10
外形尺寸
mm
6053×984.5×700
11
整机重量
t
25
由于煤炭较薄，没有大块煤，不配套破碎机，应配套转载机，选用SGB620/40T型刮板输送机，输送量为100t/h，设计长度100m，装机功率40kW，电压等级为1140V。
带式输运机选用DTL80/20/75X型，输送量为200t/h，设计长度655m，带宽800mm，带速2.0m/s，装机功率75kW，电压等级为660V。
选用BRW200/31.5型乳化液泵两台与XR200/16A乳化液箱一台共同组成乳化液泵站为工作面液压支架提供动力源。
BRW200/31.5型乳化液泵公称压力为31.5Mpa，公称流量为200L/min。
工作面运输巷选用JD-2.5A型调度绞车提升矿车运输材料、设备。
三、工作面顶板管理方式及支护设备选型
第二节液压支架的选型
1、支护选型
该矿1123（a）工作面及1123（b）工作面均采用ZH2000/14/19.5Z型整体顶梁组合液压支架支护顶板。
主要参数见表3-1。
表3-1ZH2000/14/19.5Z支架主要技术参数
项目
单位
参数
备注
支架高度
m
1.4～1.95
支架宽度
m
0.96
工作阻力
kN
2000
初撑力
kN
1545
行程
mm
550
支柱数量
根
4
带Φ350mm铁鞋
支柱直径
mm
Φ125
支护强度
MPa
0.60
采煤工作面选用BRW125/31.5型乳化液泵两台与乳化液箱一台共同组成乳化液泵站为整体顶梁组合悬移支架提供动力源。
2、顶板控制
1123（a）工作面及1123（b）工作面均采用ZH2000/14/19.5Z型整体顶梁组合液压支架支护顶板，最大控顶距3.6m，最小控顶距2.4m；放顶步距为0.6m，全部垮落法管理顶板。
目前矿井还没有煤层开采的矿压观测资料，工作面支护强度计算现在按8倍采高顶板自重计算支架支撑力，该矿煤层的采高取1.2m，经计算采煤工作面支护强度为149.6kN/m2。
P=N×M×γ×9.8×103
式中：
P——支架单位面积上应有的工作阻力（即支护强度），Pa；
N—支架荷载相当于采高岩重的倍数，取N=8；
M——煤层平均采高，m；
γ——顶板煤层平均容重，取1.59t/m3；
P=8×1.2×1.59×9.8×103＝149.6kN/m2
ZH2000/14/19.5Z型整体顶梁组合液压支架工作阻力2000kN/架，支架承载不均匀系数取0.8，支架实际承载能力P按下式计算：
P单=2000×0.8=1600kN/架
工作面支护密度
ρ=
=
=0.094架/m2
式中：
ρ—支柱密度，根/m2；
W—支护强度，kN/m2；
P—支架实际承载能力，kN/架；
确定架距
根据工作面推进度0.6m；据此确定间距。
R=1/（Lρ）=1/（0.6×0.78）=2.14m
式中：
R—间距，m；
L—推进度，m；
根据计算，确定工作面采用支架间距为1.0m，推进度0.6m。
四、工作面回采方向
采煤工作面采用后退式开采，工作面自带区边界向水平运输巷方向推进。
五、采煤工作面循环数、年推进度及工作面长度
（一）工作面循环数
回采工作面采用ZH2000/14/19.5Z型整体顶梁组合液压支架支护顶板，工作面年推进度和工作面生产能力与工作面支架的移架速度有直接关系，设计选用双滚筒采煤机采煤，ZH2000/14/19.5Z型整体顶梁组合液压支架支护顶板，刮板输送机运煤，采煤机运行时采用双向割煤方式，斜切进刀，自开缺口，往返一次割两刀。
（1）双滚筒采煤机完整割一刀煤所需时间（T）
Td=（L-l）/Vc+t1=（150-18）/2+30=96（min）
式中：
td——采煤机割一刀所需时间，min；
L——工作面长度，取150m；
l——采煤机采煤开口长度，根据采煤机型号取l=18m；
Vc——采煤机割煤时牵引速度，取2.0m/min；
t1——斜切进刀时间（采煤机反向操作及进刀所需时间），取30min。
（2）采煤机日进刀数（N，根据工作面条件及设备能力）
式中：
N——采煤机日进刀数，刀；
K——采煤机正常开机率，取0.80；
t——准备时间，“两班采煤，一班准备”时取10h；
td——割一刀所需时间。
根据以上计算，MG170/410-WD型交流电牵引采煤机双滚筒采煤机完整的割一刀煤时所需时间为96min，采面工作制度为两班采煤，一班准备，每班工作时间不超过8h，两个采煤班最多可割煤8刀，设计采面每日完成8刀，日进尺4.8m。
（3）工作面年推进度（A）
A=N×n×S×K
=8×278×0.6×0.75
=1000m
式中：
A——工作面年推进度，m/a；
n——年工作天数，取330d；
N——采煤机日进刀数，取9刀；
S——采煤机截深，取0.6m；
K——正规循环率，取75%。
（二）工作面年推进度及长度
工作面实行“两班采煤，一班准备”作业方式，年工作日278d，每刀推进0.6m，日推进4.8m，正规循环率为75%，年推进1000m。
六、采煤工作面生产能力
（一）工作面生产能力核算
矿井移交生产时，移交一个带区即一带区1个对拉采煤工作面保证产量，采煤工作面生产能力根据下述公式计算：
A采＝（L1M1l1r1C1）×10-3
式中：
Li––––工作面长度，上下连煤层150m。
Mi––––煤层平均厚度，上下连煤层平均厚度0.62m；
li––––工作面年推进长，上下连煤层1000m（年工作日278d，每天两班采煤，一班准备，每天8个循环，每个循环进度0.6m，正规循环率75%），。
ri––––煤层视密度，1.4t/m3
Ci––––工作面回采率、0.97。
A＝（150×2×0.62×1000×1.4×0.97）×10-3
＝250kt/a
由于所有掘进工作面均为半煤岩巷，考虑3％的掘进出煤，矿井移交生产时的生产能力为：
A采＝1.03×A
＝1.03×250＝257kt/a
移交生产时，全矿井布置一个带区，一个对拉机采工作面，工作面长150m，年推进度1000m，即可满足矿井150kt/a设计生产能力的要求。
七、带区及工作面回采率
按《煤炭工业小型矿井设计规范》，本矿井煤层为薄煤层，带区回采率不应小于85%，采煤工作面回采率不应小97%。
第三节乳化液泵的选型
乳化液泵由乳化液泵与乳化液箱组成，它为综合机械化采煤工作面或高档采煤工作面支护设备提供高压乳化液，也可以作为其它液压设备的动力源。
（一）泵站压力的确定
泵站压力必须满足立柱初撑力和千斤顶最大推力的要求，做为动力源。
Pb≥KPm
式中：
Pb——泵站的压力
K——考虑泵站到支架的管路压力损失系统，一般取1.01
——根据立柱或千顶最大推力算得的压力
1、立柱的初撑力所需泵站压力Pm
Pm=P初/（A立η9.8）
式中P初——支架初撑力千牛顿
P初=1682KN
A立=立柱活塞面积厘米2
A立=π/4×d2
d——立柱活塞直径厘米2
d=130mm=13cm
A立=π/4×（D2-d2）=3.14/4×（1402-1302）=2100cm2
Pm=P初/（A立η9.8）=1682×103/（2100×9.8×2.6）=31MPa
2、根据推移千斤顶算得的工作压力PM2
PM2=Pmax/（Amax×9.8）
式中Pmax——支架上最大千斤顶的推力306KN
Amax——支架上最大千斤顶活塞的面积厘米2
d=推移千斤顶活塞腔的直径
PM2=Pmax/（Amax×9.8）=120.8×103/（410×9.8）=30MPa
根据计算出PM1PM2选最大值PM=31
故Pb≥KPm=1.01×31=31.3MPa
（二）、泵站流量的计算：
液压支架的移置速度应大于采煤机的牵引速度，由此推算出泵站流量，一般按一台支架全部立柱和千斤顶的同时动作来估算。
Qb≥k2（∑Qi）vq/A×10-3升/分
式中：
Qb——泵站所需流量升/分
vq——采煤机的牵引速度米/分
A——支架的中心距A=1.5米
k2——从泵站到泵站支架管路泄漏系数
∑Qi——一台支架全部立柱和千斤顶同时动作所需的流量
1、立柱所需的流量Q1
Q1=4×π/4×d2L1升
式中：
d——立柱活塞腔直径130MM
L1——移架时立柱活塞伸缩量870MM
Q1=π/4×d2L1×10-6升
=3.14/4×（1302×870×10-6）=11.5升
2、侧推千斤顶所需流量的计算：
式中：
d——侧推千顶活塞腔直径45MM
L2——移架时护帮千斤顶伸缩量170MM
Q2——移架时护帮千斤顶所需流量升
Q2=2×π/4×d2L2×10-6=2×3.14/4×（452×170×10-6）=0.5升
3、前推溜千斤顶所需的流量Q3的计算：
Q3=π/4d2L3×10-6
式中：
d——前推溜千顶活塞腔直径70MM
L3——移架时护帮千斤顶伸缩量700MM
Q3——移架时护帮千斤顶所需流量升
Q3=π/4d2L3×10-6=3.14/4（702×700×10-6）=2.6升
4、后推溜子千斤顶：
Q4=π/4×d2L4×10-6升
式中：
d——后推溜子活塞腔直径70MM
L4——活塞伸缩量700MM
Q4=π/4×d2L4×10-6升
=3.14/4×（702×700×10-6）=2.6升
5、插板千斤顶：
Q5=2×π/4×d2L5×10-6升
式中：
d—插板千斤顶活塞腔直径45MM
L5——活塞伸缩量400MM
Q5=2×π/4×d2L5×10-6=2×3.14/4（452×400×10-6）=1.2升
6、尾梁千斤顶：
Q6=2×π/4×d2L6×10-6升
式中：
d—尾梁千斤顶活塞腔直径70MM
L6——活塞伸缩量340MM
Q6=2×π/4×d2L6×10-6=2×3.14/4（702×340×10-6）=2.6升
7、伸缩梁千斤顶：
Q7=2×π/4×d2L7×10-6升
式中：
d—伸缩梁千斤顶活塞腔直径45MM
L7——活塞伸缩量700MM
Q7=2×π/4×d2L7×10-6
=2×3.14/4（452×700×10-6）=2.2升
泵站所需流量：
Qb≥k2（∑Qi）vq/A×10-3升/分
=1.2×（11.5+0.5+2.6+2.6+1.2+2.6+2.2）×6/1.5
=1.2×23.2×6/1.5
=111升/分
根据所需泵站的压力和流量,确定选BRW-200/31.5型乳化液泵,高压进液管φ19MM，总回油管φ25MM，支干线φ13MM，支线φ10MM。
第三章刮板输送机的选型
一、刮板输送机
1123对拉采煤工作面安设2台SGZ630/220型（主要技术特征见表3-9-8）刮板输送机。
在采煤工作面运输巷安设SGB620/40T型（主要技术特征见表3-9-9）刮板输送机。
表3-9-8刮板输送机的主要技术特征
刮
板
输
送
机
规格与性能
型号
SGZ630/220
运输能力
t/h
400
出厂长度
m
190
刮板链速度
m/s
1.0
中部槽尺寸
mm
1500×590×250
刮板链
形式
中双链
规格
mm
22×86-C
破断拉力
kN
≥610
刮板链
中心距
mm
120
电动机
型号
YBS-110
功率
kW
2×110
电压
V
660/1140
转速
r/min
1470
表3-9-9刮板输送机的主要技术特征
刮
板
输
送
机
规格与性能
型号
SGB620/40T
运输能力
t/h
150
出厂长度
m
100
刮板链速度
m/s
0.86
中部槽尺寸
mm
1500×620×180
刮板链
形式
边双链
规格
mm
φ18×64-B
紧链方式
摩擦式
刮板间距
mm
1024
电动机
型号
DSB-40-4
功率
kW
40
电压
V
660/1140
转速
r/min
1470
根据工作面地质条件，采煤机的生产能力和
煤机的配套情况，初选为SGZ-630/220两套前、后用刮板运输机。
输送能力600吨/小时
出厂长度200米
刮板链速0.937米/秒
刮板链型式双边
圆环链规格24×86
电机功率2×110
电机型号KBYD55/110
电机电压660/1140V
刮板间距1030
紧链形式液压缸式
二、技术数据校验
1、运输生产能力的校验
（1）、F=1/2×（430×770）=16550mm2
（2）、输送机上单位长度货载重
q=1000FΨγ
（3）、刮板输送机的小时运输能力Q
Ｑ＝3600FΨγV
式中：
F——货载最大横断面积（米2）
Ψ——货载的装满系数，一般取0.65~0.9
γ——货载的散集容重（吨/米2）取0.85~1.0
V——刮板链运行速度米/秒
Ｑ＝2×3600FΨγV
=3600×0.16555×0.8×0.9×0.937
=804吨＞689吨/小时
刮板输送机运行阻力计算:
Wzh=ql（WcosB±sinB）+q0l（w1cosB±sinB）
=（qw+q0w1）lcosB±（q+q0）lsinB
式中l——刮板输送机铺设长度M
B——刮板输送机安装倾角°
q——输送机上每米长度货载重力公斤/米
q0——刮板链单位长度重量公斤/米
Wzh——货载在溜槽中移动的阻力系数
w1——刮板链在上部溜槽中移动阻力系数
W——刮板链在下部溜槽中移动阻力系数
q=Q/3600V
=600×1000/3600×0.937=177.87公斤/米
Wzh=ql（WcosB±sinB）+q0l（w1cosB±sinB）
=（qw+q0w1）lcosB±（q+q0）lsinB
=（177.87×0.7＋52.08×0.3）180cos13°－（177.87＋52.08）180sin13°
=15296.3公斤
（2）刮板输送机空段运行阻力
W1k=q0l（w2cosB±sinB）
=52.08×180（0.3180cos13＋sin13°）=4839.06公斤
（3）可弯曲刮板输送机主动链轮牵引力为
W0=1.21（Wzh＋W1k）=1.21（15296.3＋4839.06）=24363.35公斤
电机功率的校验
Nmax=W0V/（1000η）
=24363.35×0.937/（102×0.82）=272.93KW
式中:
W0——刮板输送机的牵引力公斤
V——牵引机构运行速度米/秒
η——传动装置的效率取0.8~0.83
（2）电动机最小轴功率
Nmin=1.1×2q0lW1cosBV/（102η）
=1.1×2×52.08×180×0.3cos13°×0.937/（102×0.82）
=67.53KW
式中:
q0——刮板链单位长度重量公斤/米
l——刮板输送机铺设长度M
B——刮板输送机安装倾角°
V——牵引机构运行速度米/秒
η——传动装置的效率取0.8~0.83
（3）、电动机等效功率
Nd≈0.6
N2max＋NmaxNmin＋N2min
=187.33KW
式中：
Nmax——刮板输送机满负荷时电动机最大功率
Nmin——刮板输送机空载时电动机的最小功率
（4）校验电动机容量
N0=1.15Nd
=1.15×187.33=215KW＜220KW
此运输机功率满足要求
各张力点计算及板链强度
取主动轮上的分离点为最小张力点
一般刮板链输送机每条链子的最小张力点
S小=400~600公斤取500公斤
S2=S小+W1K=500+4839.06=5339.06公斤
S
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