【正文】 第二章 礦山采掘機械設(shè)備選型設(shè)計 第一節(jié) 設(shè)計任務(wù)及原始資料 一、 設(shè)計任務(wù) 根據(jù)采煤工作面設(shè)計生產(chǎn)率及煤層條件，正確選擇采煤機械 。 根據(jù)煤層條件、頂?shù)装逍再|(zhì)及力學(xué)性質(zhì)，合理選擇采煤工作面支護設(shè)備 。 根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造及礦井巷道布置情況，正確選擇掘進機械和裝載 設(shè)備 。 二、 設(shè)計時應(yīng)掌握的原始資料 礦井、采區(qū)、工作面的生產(chǎn)能力； 煤層條件及開采的有關(guān)參數(shù)； 煤的實體密度及力學(xué)性質(zhì)； 地質(zhì)構(gòu)造 及頂?shù)装逍再|(zhì)； 特殊開采要求 ； 礦井沼氣等級及涌出情況。 第 二 節(jié) 采煤機械的選 擇 計算 機械化采煤工作面的生產(chǎn)能力主要 取決于采煤機械的落煤能力。因此，根據(jù)不同的煤層條件，正確選用采煤機械，對提高工作面產(chǎn)量、節(jié)約能耗及安全生產(chǎn)是十分重要的。 一、對采煤機械的基本要求 在采煤機選型時應(yīng)盡量滿足以下基本要求： 功能方面的要求 采煤機械主要完成采煤工藝的落煤和裝煤這兩道工序，因此，采煤機械的工作機構(gòu)必須有足夠的落煤和裝煤能力，高度能調(diào)節(jié)，能量消耗小，割下的煤塊度大，截煤過程中產(chǎn)生的煤塵少，能自開缺口等等。 適應(yīng)性方面的要求 采煤機械必須適應(yīng)給定的煤層厚度、硬度、煤層傾角、圍巖條件等要求。 性能方面的要求 采煤機械的性能 應(yīng)當(dāng)滿足工作面設(shè)計的要求。如采煤機械的生產(chǎn)率必須滿足工作面產(chǎn)量要求，并具有足夠的牽引力和牽引速度；截割速度應(yīng)滿足煤的塊度和降低煤塵含量的要求；截深應(yīng)滿足控頂距及支架移動步距的要求。 安全及勞動保護方面的要求 采煤機械要有可靠的噴霧降塵裝置和完善的安全保護裝置。如電動機恒功率自動調(diào)速、液壓自動調(diào)速、高低壓保護、回零保護、油溫保護、冷卻水保護等裝置；電氣設(shè)備必須防爆；當(dāng)煤層傾角較大時，應(yīng)有安全防滑措施等等。 采煤機械的各種操縱按鈕、手把的布置便于司機安全可靠的操作，必要時應(yīng)設(shè)置閉鎖裝置，以防止誤操作。 經(jīng)濟性和可靠性方面的要求 采煤機械是機械化采煤的關(guān)鍵設(shè)備，它的維護費用在噸煤成本中所占比例相當(dāng)大 。 因此，采煤機械必須有良好的可靠性和經(jīng)濟性，以保證安全、高效、經(jīng)濟的運行。 二、采煤機械的選擇 根據(jù)煤層厚度選擇采煤機械 根據(jù)開采技術(shù)要求，將煤層厚度分為三類：從最小開采厚度至 ； ～ 為中厚度煤層； 。煤層厚度決定著所需采煤機的最大采高、最小采高、機面高度、過煤高度以及電動機功率大小等。 現(xiàn)有滾筒采煤機適應(yīng)性很寬，可用來開采不同硬度（煤的最堅硬度系數(shù)可達 f=4～ 5或抗 壓強度限達 56MPa），煤層厚度為 ～ 。鏈牽引采煤機設(shè)置防滑裝置可用 于35186。甚至更大傾角的煤層；無鏈牽引采煤機最大可用 于 40186?！?50186。傾角的煤層。 當(dāng)最小采高在 ～ ，只能選用爬地板采煤機，如 K103型采煤機， EDW170LN型采煤機。 當(dāng)采高在 3m左右的中厚煤層時，開采這類煤層的機 采技術(shù) 比較成熟，工作面效益好，采煤機的型號也比較多，如 MLS3170（ 2179。 170） 、 MXA300/、 MG300W（ 2179。 300）、 ZGC300、EDW300L、 DTS300型等。 當(dāng)采高在 ～ ，采煤機有 MG300W（ 2179。 300）、 MXA300/4 AM500型、 EDW600L等。 當(dāng)采高在 ～ ，煤質(zhì)中硬，應(yīng)選用單滾筒采煤機。如 DY150、 BD100、 MLQ3 100型等 當(dāng)采高在 ～ ，應(yīng)選用雙滾筒采煤機，如 MG150W、 MG150或單滾筒 MLD1170型等。 根據(jù)煤的力學(xué)性質(zhì)選擇采煤機 煤的力學(xué)性質(zhì)主要包括煤的堅硬系數(shù) f、抗壓強度、截割阻抗 A、韌性、層理和節(jié)理的發(fā)展?fàn)顩r、夾石含 量和分布等。這些因素關(guān)系到選擇采煤機械的工作機構(gòu)形式和采煤機的功率大小。 根據(jù)煤的堅硬系數(shù) f 和截割阻抗 A，將煤分為三類： 軟煤 — f ≤ ， A180N/mm； 中硬煤 — f =～ ， A=180～ 240N/mm； 硬煤 — f ≥ ， A=240～ 360N/mm。 各種刨煤機最適合開采軟煤，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；脆性中硬煤宜選用中等功率的滑行刨煤機；硬煤必須選用大功率的滾筒式采煤機。滾筒式采煤機可截割各種 不同 硬度的煤 層 。 煤層傾角對選擇采煤機械的影響 根據(jù)開采 技術(shù)特點，將煤層傾角分為三類 ： 00～ 250為緩傾斜煤層； 250～ 450為傾斜煤層；450～ 900為急傾斜煤層。 傾角小于 100的煤層，對機械化開采最為有利，一般不考慮采煤機械的防滑問題。當(dāng)煤層傾角大于 100時，一般要考慮采煤機械的防滑問題。 無鏈牽引采煤機，由于 具 有可靠的制動裝置，牽引力又大，故可用在傾角 400～ 540的 采煤工作面。 頂?shù)装逍再|(zhì)對選擇采煤機械的影響 頂?shù)装逍再|(zhì)主要影響頂板管理和支護設(shè)備的選擇。因此，選擇采煤機時應(yīng)同時考慮選擇何種支護設(shè)備。例如，不穩(wěn)定頂板，控頂距應(yīng)盡量小些，應(yīng)選用窄機身 采煤機和能超前支護的支架。底板松軟，不宜選用拖鉤式刨煤機、底板支承式爬地板采煤機和混合支承式爬地板采煤機，而應(yīng)選用靠輸送機支承和導(dǎo)向的滑行刨、懸臂支承式爬地板采煤機、騎溜子工作的滾筒式采煤機和對底版接觸比壓小的支架。 滾筒式采煤機的參數(shù)選擇 采煤機的主要參數(shù)包括：生產(chǎn)率、截深、滾筒直徑、機面高度、采高、調(diào)高范圍、臥底量、牽引速度、牽引力、截割速度以及裝機功率等。 （ 1）采煤機的生產(chǎn)率 采煤機的生產(chǎn)率分：理論生產(chǎn)率、技術(shù)生產(chǎn)率和實際生產(chǎn)率三種。 理論生產(chǎn)率又稱最大生產(chǎn)率，它是指在給定條件下以最 大參數(shù)運行的生產(chǎn)率，其計算公式為 Qt= 60HBVgρ （ 2— 1） 式中 H—采高， m； B— 截深， m； Vg— 給定工作面條件下可能的最大牽引速度， m/min； ρ — 煤的實體密度，常取ρ =～ ， t/m。 由上式可知，采煤機的理論生產(chǎn)率取決于煤層條件（ H 及ρ）和機器的參數(shù)（ B和 Vg）一般情況下，采高、密度和截深是一定的，因此，理論生產(chǎn)率主要取決于牽引速度。從這個角度講，在機器工作過程中，應(yīng) 以盡可能大的牽引速度運行，但是，牽引速度的增大要受到采煤機電動機功率、滾筒裝煤能力以及移架速度等多方面因素的限制。 采煤機理論生產(chǎn)率是選擇與采煤機配套的工作面刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機、帶式輸送機運輸能力為依據(jù)。一般工作面輸送機的運輸能力應(yīng)略大于采煤機的理論生產(chǎn)率。 技術(shù)生產(chǎn)率是指在除去采煤機必要的輔助（調(diào)動機器、檢查機器、更換截齒、自開缺口等）和排除故障所占用的時間 后 的生產(chǎn)率。其計算公式為 Q=QtK1（ t/h） （ 2— 2） 式中 K1 —— 與采煤技術(shù)上的可靠性和完備性有關(guān)的系數(shù)，一般 K1=～ 。 實際生產(chǎn)率是指采煤機每小時的實際產(chǎn)量，其計算公式為 Qm=QK2（ t/h） （ 2— 3） 式中 K2—— 是考慮由于工作面其它配套設(shè)備的影響（如采區(qū)運輸系統(tǒng)銜接不良、輸送機和支護設(shè)備出現(xiàn)故障等），處理頂、底板事故，勞動組織不周等原因造成的采煤機被迫停機所占有的時間，一般 K2 =～ 。 采煤機的 實際生產(chǎn)率應(yīng)當(dāng)滿足工作面的計劃日產(chǎn)能力的要求。 （ 2）截深 截深是采煤機一次循環(huán)的推進量，即一次截割煤層的深度。 目前多數(shù)采煤機采用的截深為 ，薄煤層采煤機為了提高生產(chǎn)率，在條件允許的情況下可加大到 ～ 。 采煤機的截深應(yīng)與液壓支架的移動步距相同，與金屬鉸接頂梁的長度成整數(shù)倍。 （ 3）滾筒直徑 單滾筒采煤機一次采全高或薄煤層雙滾筒采煤機： D=Hmin— （ ～ ） Hmin（ Hmin為最小采高）； 中厚煤層使用的單滾筒采煤機 ： D=（ ～ ） Hmax（ Hmax為最大采高）； 雙滾筒采煤機的直徑應(yīng)略大于最大采高之半。 注意：應(yīng)核算過煤高度 C。中厚煤層 C?250mm～ 300mm；薄煤層中應(yīng)達到 C?200mm～ 240mm。 （ 4）校核機面高度、臥底量、采高及調(diào)高范圍 采煤機的機面高度是采煤機的一個重要參數(shù)。機器出廠時給出了采高范圍、幾種機面高度和相應(yīng)尺寸的底托架高度、配套輸送機溜槽高度等。用戶在選定機面高度、滾筒直徑后，應(yīng)按以下公式進行校核采高范圍及臥底量，看能否滿足工作需要（圖 2— 1）。 最大采高 Hmax= A 2h + Lsinαmax + 2D 最小采高 Hmin= A 2h + Lsinαmin + 2D 最大臥底量 Kmax= A 2h Lsinβmax 2D 最小臥底量 Kmin= A 2h Lsinβmin 2D 式中 A—— 機面高度； h—— 電動機高度； L—— 搖臂長度； αmax、 α min—— 搖臂向上最大、最小擺角； βmax、β min—— 搖臂向下最大、最小擺角； D—— 滾筒直徑。 以上各尺寸在產(chǎn)品說明書中均可查到。機面高度及滾筒直徑選定后 ，利用上式可 驗算 能否滿足工作要求。 為了提高采煤機的調(diào)高性能，最大采高與最小采高之比最好應(yīng)滿足 minmaxHH =～ 為了適應(yīng)底板起伏不平 的情況 ，采煤機割煤臥底量一般為 K =100～ 300mm。 若已知工作面最大采高 Hmax，則根據(jù)上式可以確定機面高度 A 和底托架高度 U A= Hmax+2h （ Lsinαmax+ 2D ） U= A – h – S = Hmax（ 2h + Lsinαmax+ 2D + S） （ 2— 4） 式中 S— 輸送機槽幫高度。 應(yīng)注意，底托架高度 U太小，會使過煤空間高度 C太小，會造成機身下面的煤流堵塞。一般過煤空間高度 C應(yīng)為：對中厚煤層 C≥ 250～ 300mm；對薄煤層 C≥ 200～ 240mm。 圖 21 滾筒式采煤機采高與機器尺寸關(guān)系 （ 5）牽引速度 牽引速度愈大，采煤機的生產(chǎn)率愈高，但相應(yīng)的電動機負(fù)荷和牽引力也相應(yīng)增大。在頂板管 理、輸送機運輸能力以及采煤機電動機功率允許的情況下，適當(dāng)提高牽引速度是合理的，這樣會增加產(chǎn)量。反之，應(yīng)降低牽引速度，防止電動機過載，保證機器正常工作。目前，采煤機的最大速度一般為 8～ 10m/min，截煤時，牽引速度一般不超過 5～ 6m/min。最大牽引速度僅用于采煤機返程清理浮煤和空載調(diào)動機器。 （ 6）牽引力 采煤機牽引力的大小取決于煤質(zhì)軟硬、牽引速度、煤層傾角、采高、機器質(zhì)量等因素。目前使用的鏈牽引采煤機的牽引力 P（ kN）與電動機功率 N（ kW）間有以下關(guān)系 P =（ ～ ） N 無鏈牽引的采煤機由 于要用到大傾角煤層，一般都是雙牽引部，故牽引力比鏈牽引的牽引力大一倍。 （ 7）截割速度 采煤機的 截割速度 是指滾筒上截齒齒尖的圓周切線速度，它與采煤機的牽引速度有著非常密切的關(guān)系。根據(jù)采煤機牽引速度的不同，截割速度一般在 3～ 5m/s之間 。 （ 8）裝機功率 采煤機裝機功率大約 85～ 90% 消耗在截割部，牽引部所消耗的功率占采煤機的一小部分。為了防止電動機經(jīng)常處于過載狀態(tài)運行，一般電動機的功率都有一定的富余量。 （ 9）采煤機質(zhì)量 采煤機質(zhì)量的大小，會影響采煤機的穩(wěn)定性和牽引力的大小。常用采煤機的質(zhì)量 M（ t）與電動機功率 N（ kW）之間有以下關(guān)系： M =（ ～ ） N 第 三 節(jié) 液壓支架的架型選擇 及基本參數(shù)的確定 正確選擇 液壓 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) 備 的效能，實現(xiàn)高產(chǎn)高效，是一個很重要的因素 。 在具體選擇架型時，首先要考慮煤層的頂板條件，表 2－ 1 就是根據(jù)國內(nèi)外液壓支架的使用經(jīng)驗， 列 出 的 各種頂板條件下適用的架型。它是選擇支架架型的主要依據(jù)。 表 2－ 1 適應(yīng)不同等級頂板的架型和支護強度 老頂級別 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 直接頂類別 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 4 支架類型 掩護式 掩護式 支撐式 掩 護 式 掩 護 或 支 撐 掩