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支護(hù)設(shè)備與采煤機(jī)的選型設(shè)計(jì)
摘 要
支護(hù)設(shè)備與采煤機(jī)的選型設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：綜采工作面液壓支架的選型、綜采工作面采煤機(jī)械的選型、綜采工作面刮板輸送機(jī)的選型。液壓支架結(jié)構(gòu)參數(shù)與支護(hù)強(qiáng)度的確認(rèn)，采煤機(jī)生產(chǎn)率以及電機(jī)功率的驗(yàn)算，采高、臥底量與最大截割速度的校核，刮板機(jī)與各種輔助設(shè)備的驗(yàn)算。本次設(shè)計(jì)是根據(jù)原始數(shù)據(jù)來(lái)選擇綜采工作面的采煤設(shè)備以保證綜采工作面的高產(chǎn)、高效和安全，并結(jié)合我國(guó)國(guó)情，做到技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上先進(jìn)合理、安全可靠。
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?關(guān)鍵詞：液壓支架 采煤機(jī) 刮板運(yùn)輸機(jī)
目 錄
緒 言 4
第一節(jié) 機(jī)械化采煤工作面類型的確定與論證 5
第二節(jié) 液壓支架的選型設(shè)計(jì) 6
第三節(jié) 單體液壓支柱工作高度，支護(hù)強(qiáng)度及型式的選擇 14
第四節(jié) 滾筒采煤機(jī)的選型 15
第五節(jié) 采煤機(jī)、支護(hù)設(shè)備、輸送機(jī)配套關(guān)系圖 20
緒 言
一、設(shè)計(jì)意義
我國(guó)是煤炭生產(chǎn)大國(guó)，隨著近幾年科學(xué)與經(jīng)濟(jì)事業(yè)的發(fā)展，煤炭產(chǎn)量也大幅度增加據(jù)中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)所發(fā)布的《2008年全國(guó)煤炭工業(yè)統(tǒng)計(jì)快報(bào)》顯示，2008年，我國(guó)煤炭產(chǎn)量完成27.16億噸，同比增加1.93億噸，同比增長(zhǎng)7.65%。其中，山西、內(nèi)蒙古、陜西等8個(gè)省區(qū)煤炭產(chǎn)量超過(guò)億噸，神華集團(tuán)、中煤能源、大同煤礦等35家大型煤炭企業(yè)產(chǎn)量超過(guò)1000萬(wàn)噸，神東等13個(gè)大型煤炭基地產(chǎn)量超過(guò)了20億噸。當(dāng)然，產(chǎn)量的增加是與綜采工作面的機(jī)械設(shè)備所分不開(kāi)的。而此次設(shè)計(jì)就是在原始數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上選擇綜采工作面的各種機(jī)械設(shè)備，以達(dá)到高產(chǎn)，高效，安全，并且經(jīng)濟(jì)實(shí)用。也是讓我們可以在以后的工作中更快的進(jìn)入工作狀態(tài)，更好的投入到煤炭事業(yè)中。
二、設(shè)計(jì)題目參數(shù)
選擇設(shè)計(jì)任務(wù)書上的序號(hào)13題。
1、煤層厚度hmax=3.0m，hmin由設(shè)計(jì)人員自定為2.0m
截割阻抗A=340牛頓/毫米，煤層傾角23°
頂板條件：老頂Ш級(jí)直接頂4類
工作面設(shè)計(jì)長(zhǎng)度130M，設(shè)計(jì)年產(chǎn)量90萬(wàn)噸
2、生產(chǎn)安排
⑴、一年工作日按300天計(jì)算；
⑵、實(shí)行四班工作制，三班采煤，一班準(zhǔn)備，每天生產(chǎn)時(shí)間為18小時(shí)。
第一節(jié) 機(jī)械化采煤工作面類型的確定與論證
機(jī)械化采煤工作面，根據(jù)支護(hù)設(shè)備型式不同?？煞譃槠胀C(jī)械化采煤工作面(簡(jiǎn)稱普采)及綜合機(jī)械化采煤工作面(簡(jiǎn)稱綜采)。綜采工作面主要設(shè)備為雙滾筒采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架，綜采工作面機(jī)械化程度高、安全、生產(chǎn)率高，國(guó)內(nèi)不少綜采工詐面年產(chǎn)量超過(guò)100萬(wàn)噸．但它的設(shè)備投資大，對(duì)煤層厚度、傾角、地質(zhì)條件變化要求嚴(yán)格．普采工作面主要設(shè)備為滾筒采煤機(jī)、刮板機(jī)輸送機(jī)、金屬摩擦支柱或單體液壓支住及金屬鉸接頂梁。(采用單體液壓支往、金屬鉸接頂粱的工作面亦稱高檔普采工作面)。普采工作面設(shè)備投資小，在煤層厚度、傾角、地質(zhì)條件變化較大時(shí)，適應(yīng)性好，但它的機(jī)械化程度、安全、生產(chǎn)率比綜采低。
當(dāng)工作面的煤層厚度、傾角、地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力等已知時(shí)，究竟采用那種類型的機(jī)械化
采煤工作面，應(yīng)經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)方面認(rèn)真分析，論證后再去確定，一般講當(dāng)工作面內(nèi)煤層厚度較厚，煤層傾角及煤層厚度變化不大，地質(zhì)條件比較穩(wěn)定，沒(méi)有大的斷層，夾矸等，工作面沒(méi)計(jì)生產(chǎn)能力又比較高．采用綜采比較好，相反，當(dāng)煤層厚度不大．但厚度、傾角變化較大，工作面設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力不很高時(shí)，采用高檔普采能更好的適應(yīng)煤層地質(zhì)條件的變化，并能取得較好的經(jīng)濟(jì)效益．我國(guó)目前規(guī)定普采年生產(chǎn)量為20～30萬(wàn)噸。綜采；當(dāng)采高大于2米，年產(chǎn)量為50～80萬(wàn)噸，采高1.1米時(shí)年產(chǎn)量為30～50萬(wàn)噸。
由于工作面內(nèi)煤層厚度教厚，煤層傾角及煤層厚度變化不大，且地質(zhì)條件比較穩(wěn)定，而且沒(méi)有大的斷層、夾矸等出現(xiàn)。設(shè)計(jì)年產(chǎn)量為90萬(wàn)噸/年，應(yīng)該選用綜采配套工作面比較合適。
第二節(jié) 液壓支架的選型設(shè)計(jì)
一、影響液壓支架選型的因素
影響液壓支架選型的因滾．主要是礦山地質(zhì)條件，如頂、底板穩(wěn)定性、煤層厚度、煤層傾角、煤層賦存狀況及瓦斯含量等，其中以煤層及頂，底扳穩(wěn)定性影響最大。
1、頂板穩(wěn)定性
頂板穩(wěn)定性直接影響支架的架型支護(hù)強(qiáng)度，頂板巖性的不同。決定支架的架型的型式，巖層載荷和頂板的穩(wěn)定性主要影響支架支護(hù)強(qiáng)度和頂梁的結(jié)構(gòu)型式。一般講：煤層頂板穩(wěn)固平整，應(yīng)選用支撐式支架；煤質(zhì)松軟、頂板破碎煤層，應(yīng)選用掩護(hù)式支架；而煤層頂板堅(jiān)硬。則應(yīng)選用支撐掩護(hù)式支架。
本設(shè)計(jì)頂板的穩(wěn)定性比較大。而且煤層頂板堅(jiān)硬，可選擇支撐掩護(hù)式支架。
2、底板穩(wěn)定性
底板巖石的組成．結(jié)構(gòu)及巖石力學(xué)性質(zhì)是支架選型不可忽視的另一重要條件．底板的穩(wěn)定性．對(duì)支架底座影響頗大．支架架型選取不當(dāng)，會(huì)使支架陷入底板，使移架困難。根據(jù)我國(guó)煤層底板巖石抗壓強(qiáng)度。建議按表1-1選型。
表1-1 不同底板條件下選用的架型
巖石
松軟粘土巖
頁(yè)巖（或松軟煤）
較軟粘土巖
頁(yè)巖（或松軟煤）
一般粘土巖
砂頁(yè)巖、砂巖（或煤）
抗壓強(qiáng)度MPa
＜2.0
＞2.0
＞4.0
應(yīng)選架型
掩護(hù)式液壓支架式
兩柱支掩式
掩護(hù)式支架
支掩式支架
支掩式及強(qiáng)力支撐
四柱及強(qiáng)力支撐
本設(shè)計(jì)地板穩(wěn)定性為一般粘土巖或半煤巖，應(yīng)選用強(qiáng)力支撐支架，才能保證安全。
3、煤層厚度
煤層厚度主要影響支架支護(hù)強(qiáng)度，煤層厚度越大支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)越高，煤層厚度大小及變化情況，又決定著支架的結(jié)構(gòu)高度和伸縮范圍。
本設(shè)計(jì)煤層厚度為hmax=3.0m，hmin=2.0m。
4、煤層傾角
煤層傾角主要影響支架穩(wěn)定性，煤層傾角大則易使支架發(fā)生傾倒、下滑等現(xiàn)象。必須采取防倒防滑措施。
本設(shè)計(jì)煤層傾角23°。
5、煤層埋藏穩(wěn)定性：
實(shí)踐證明：煤層埋藏越平穩(wěn)，綜采的效果越好。斷層及其性質(zhì)對(duì)支架的使用好壞起決定性的影響。若斷層落差大，綜采設(shè)備通不過(guò)，斷層條數(shù)多，綜采面搬家次數(shù)多。
本設(shè)計(jì)煤層掩埋的穩(wěn)定性好，很少有斷層。
6、煤層瓦斯含量：
瓦斯含量大的煤層應(yīng)采用通風(fēng)斷面大的支架。
液壓支架架型選擇是否合適，最終必然反映到經(jīng)濟(jì)效果上。應(yīng)盡量做到安全、高效，而又能降低噸煤成本。支撐式液壓支架雖然價(jià)格便宜，但使用性能遠(yuǎn)不如掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式液壓支架優(yōu)越。因此：在可能情況下，應(yīng)優(yōu)先選用掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式兩種架型。
本設(shè)計(jì)煤層瓦斯含量不大，屬低瓦斯礦井。
除礦山地質(zhì)條件外，采礦技術(shù)條件，如回采方式，采面長(zhǎng)度，采煤機(jī)械類型、生產(chǎn)環(huán)節(jié)等因素對(duì)液壓支架的造型也有一定的影響。
綜合上述的條件，可選用支撐掩護(hù)式支架。
二、煤層頂板及頂板分類
覆蓋在煤層上的巖石，依次分為偽頂、直接頂、老頂，它們統(tǒng)稱為煤層的頂板。偽頂是緊貼在煤上極易冒落的較薄巖層，通常在煤層被采下后隨即冒落，對(duì)液壓支架的選型一般沒(méi)有影響。
直接頂位于偽頂之上，無(wú)偽頂時(shí)直接位于煤層之上，通常是在移架或回柱后隨即冒落，直接頂下部1.5～2米厚的巖石叫直接頂下位巖石，它對(duì)架型的選擇有決定性的影響。
1．直接頂分類
我國(guó)將緩傾斜煤層回采工作面直接頂根據(jù)其穩(wěn)定程度分為四類
1)、不穩(wěn)定頂板：也稱破碎頂板，這類頂板很易冒落。冒落后巖石能基本充滿采空區(qū)。泥質(zhì)頁(yè)巖，再生頂板等屬于這類頂板。
2)、中等穩(wěn)定頂板：強(qiáng)度較高，但有大量節(jié)理裂隙，局部較完整，冒落后不能充滿采空區(qū)，一般在支護(hù)設(shè)備前移后隨即冒落。砂質(zhì)頁(yè)巖，粉砂巖屬予這類頂板。
3)、穩(wěn)定頂板：難于冒落，需支架幫助切頂。
4)、堅(jiān)硬頂板：極難于冒落，采后需強(qiáng)制放頂，砂巖，堅(jiān)硬砂質(zhì)頁(yè)巖等屬于這后兩類。
直接頂分類的主要指標(biāo)是強(qiáng)度指數(shù)D，并參考直接頂初次跨落步距L1(米)來(lái)決定。直接頂初次跨落步距Ll是指工作面推進(jìn)一定距離后，直接頂冒落高度在1～1.5米以上，范圍占全工作面長(zhǎng)度1／2以上時(shí)，初次切頂線距開(kāi)切眼煤壁之間距離。
強(qiáng)度指數(shù)D可由下式求出。
=
式中：——巖石的單向抗壓強(qiáng)度，公斤／厘米2；
——節(jié)理裂隙影響系數(shù)；
——分層厚度影響系數(shù)。
、、值可查閱陶馳東主編“采掘機(jī)械”書及有關(guān)資料得到。根據(jù)并參考直接頂類別的確定見(jiàn)表2-2。
表1-2 直接頂類別
類別指標(biāo)
1
2
3
4
不穩(wěn)定
頂 板
中等
穩(wěn)定頂板
穩(wěn)定頂板
堅(jiān)硬頂板
主要指標(biāo)
強(qiáng)度指數(shù)
D
≤30
31～70
7l～l20
>120
無(wú)直接頂層厚在2~5米以上，=560800Kgf/cm2，節(jié)理裂隙間距和分層度大于1米的整體巖層。
參考指標(biāo)
直接頂初次跨落步距L（m）
≤S
9～1 8
l 9～2S
>2 5
2．老頂分級(jí)
老頂位于直接頂之上，頂板分級(jí)主要由直接頂厚度∑h與采高H之比值N來(lái)決定，再參考老頂初次來(lái)壓步距L2，N的意義是指冒落帶充滿采空區(qū)的程度，L2是指工作面初次切頂線到開(kāi)切眼煤壁之間老頂懸露的長(zhǎng)度。
老頂周期來(lái)壓的強(qiáng)弱，對(duì)確定支架的噸位即支護(hù)強(qiáng)度有決定性影響，N越大L2越小，說(shuō)明老頂周期來(lái)壓不明顯，作用在支架上的載荷小而穩(wěn)定，支架的支護(hù)強(qiáng)度不需要很大，相反，N越小，L2越大，老頂周期來(lái)壓就越強(qiáng)烈，作用在支架上的載荷就越大且有沖擊，支架的支護(hù)強(qiáng)度就要求比較高。
根據(jù)N和L2值老頂被分為四級(jí)。見(jiàn)表1-3。
表1-3? 老頂分級(jí)
級(jí)別
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
周期來(lái)壓
不明顯
明顯
強(qiáng)烈
極強(qiáng)烈
指標(biāo)
N>3～5
0.3
50(M)
N≤0.3
Ll=25～50(M)
N<0.3
Ll>50(M)
本設(shè)計(jì)煤層頂板為堅(jiān)硬性頂板，極難于冒落，采后需強(qiáng)制進(jìn)行放頂，老頂分級(jí)為Ⅲ級(jí)，周期強(qiáng)烈來(lái)壓。
三、液壓支架的選型
液壓支的選型，包括選擇支架的架型，支架的結(jié)構(gòu)參數(shù)和支架強(qiáng)度的確定。
1、液壓支架的選型
液壓支架根據(jù)對(duì)頂板的支護(hù)方式和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同，可分為支撐式、掩護(hù)式、支撐掩護(hù)式三種基本型式。
支撐式支架頂粱長(zhǎng)，立柱多，且垂直支撐，工作阻力大，切頂能力強(qiáng)．通風(fēng)斷面大，后部有簡(jiǎn)單的擋矸裝置，架間不撐緊，對(duì)頂板不密封，它適用于穩(wěn)定或堅(jiān)硬以上直接頂和周期來(lái)壓明顯或強(qiáng)烈的老頂條件。
掩護(hù)式支架有寬大的掩護(hù)梁可擋住采空區(qū)冒落的矸石，它的頂梁較短，支柱少且傾斜支撐，架間密封，支架工作阻力較小，切頂能力差，但由于頂粱較短控頂面積小，支護(hù)強(qiáng)度不一定小，它適用于不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定直接頂條件。
支撐掩護(hù)式支架兼有支撐式和掩護(hù)式支架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，頂梁較長(zhǎng)，立柱較多，呈垂直或傾角較小傾斜支撐，故工作阻力大，切頂能力強(qiáng)，具有掩護(hù)梁架間密封，擋矸掩護(hù)性能好。它適用穩(wěn)定以下各類頂板，有取代支撐式支架的趨勢(shì)，但它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量較大，價(jià)錢較高。
當(dāng)工作面直接頂類別，老頂級(jí)別已確定經(jīng)過(guò)分析論證后，可按表1-4選擇支架型式。
表1-4? 適應(yīng)不同類級(jí)頂板的架型及支護(hù)強(qiáng)度
老頂級(jí)別
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
直接頂類別
1
2
3
1
2
3
1
2
3
4
4
架? 型
掩護(hù)式
掩護(hù)式
支撐式
掩護(hù)式
掩護(hù)式
支撐
掩護(hù)式
支撐式
支撐掩護(hù)式
支撐掩護(hù)式
掩護(hù)式
支撐
掩護(hù)式
掩護(hù)式
支撐
掩護(hù)式
采高<2.5m支撐式
采高>2.5m支撐掩護(hù)式
支架支護(hù)強(qiáng)度
(噸/米2)
采高(米)
11234
30
35(25)
45(35)
55(45)
1.3×30
1.3×35(25)
1.3×45(35)
1.3×55(45)
1.6×30
1.6×35
1.6×45
1.6×55
>2×30
>2×35
>2×45
>2×55
結(jié)合深孔爆破，軟化頂板等措施處理采空區(qū)
使用表1-5時(shí)，還應(yīng)注意下列因素：
1）、煤層厚度大于2.5米，頂板有側(cè)向推力時(shí)，一般不宜采用支撐式支架，煤層厚度在2.5～2.8米以上時(shí)，應(yīng)選用帶護(hù)幫裝置的掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式支架，煤層厚度變化大時(shí)應(yīng)采用調(diào)高范圍大的雙伸縮支柱。
2）、煤層煩角在10～1 5°(支撐式支架取下限，掩護(hù)式取上限)以上時(shí)，支架應(yīng)有可靠的防滑防倒裝置。
3）、底板強(qiáng)度、支架對(duì)底板比壓應(yīng)小于底板巖石允許抗壓強(qiáng)度。
4）、瓦斯含量，瓦斯涌出量大的工作面，應(yīng)優(yōu)先選用通風(fēng)斷面大的支撐式或支撐掩護(hù)式支架。
5)、地質(zhì)構(gòu)造、斷層發(fā)育、煤層厚度變化大，頂板允許暴露時(shí)間和面積分別為20分鐘以下和5~8m2時(shí)，暫不宜采用綜采設(shè)備。
6)、設(shè)備成本，能同時(shí)允許選用不同架型時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用價(jià)格便宜的支架。
另外，表2-4中的支護(hù)強(qiáng)度是指單位面積上的支撐力大小，括號(hào)內(nèi)數(shù)字是掩護(hù)式支護(hù)強(qiáng)度；但允許有5％的波動(dòng)范：1.3，1.6，2分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ級(jí)老頂比1級(jí)老頂?shù)脑鰤罕稊?shù)，Ⅳ級(jí)老頂由于地質(zhì)條件變化較大，只給出最低限2，具體數(shù)字應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定，單體液壓支柱的支護(hù)密度，可用表中的支護(hù)強(qiáng)度除以工作阻力計(jì)算。表中采高系最大采高，具體采高下的支護(hù)強(qiáng)度可用插值法計(jì)算。
綜合上述的條件，本設(shè)計(jì)應(yīng)選用支撐掩護(hù)式支架，支架支護(hù)強(qiáng)度為1.6×45噸/米2的支架。
2、液壓支架結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定
液壓支架的結(jié)構(gòu)參數(shù)，主要指液壓支架的結(jié)構(gòu)高度，液壓支架的結(jié)構(gòu)高度，應(yīng)能適應(yīng)采高的要求。它根據(jù)煤層厚度(或采高)和采區(qū)范國(guó)內(nèi)地質(zhì)條的變化等因素來(lái)確定。其選擇的原則時(shí)：在最大采高時(shí)，液壓支架應(yīng)能“頂?shù)米 ?，在最小采高時(shí)，支架能“過(guò)得去”。支架最大結(jié)構(gòu)高度和最小結(jié)構(gòu)高度，具體由下面經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
式中 ，——煤層最大厚度和最小厚度，m（已知）；
——考慮偽頂，煤皮冒落后，支架仍有可靠初撐力所需要的支撐高度的補(bǔ)償量；中厚煤層可取200mm，厚煤層可取300mm；薄煤層適當(dāng)減??；
——頂板最大下沉量。一般取支架后排立柱處頂板的下沉量，可借鑒鄰近工作面的觀測(cè)資料選取，若無(wú)這方面資辯，可按100~200mm選取，I級(jí)老頂取大值，Ⅳ級(jí)老頂取小值；
——支架卸載前移時(shí)，立柱伸縮余量，煤層厚度大于1.2m時(shí)，取80~100mm；
——支架頂粱上存留的浮煤和碎矸石厚度，一般取50~100mm。
即支架最大高度為=3+0.2=3.2米
支架最小高度為＝2.0－0.18－0.1－0.08＝1.64米
3、液壓支架支護(hù)強(qiáng)度的確定
支架支護(hù)強(qiáng)度：支架單位支護(hù)面積上的支撐力。它是衡量液壓支架性能的一個(gè)重要參數(shù)，可由下列方法確定；
1)按經(jīng)驗(yàn)公式估算
式中：——作用于支架上的頂板巖石厚度系數(shù)，取7；
——最大采高，m；
——巖石容重，查表取2.3t/m3。
＝48.3噸/米2
根據(jù)計(jì)算結(jié)果查表1-4，選取=1.6×55噸/米2的支架。
2)直接查表選取
根據(jù)頂板條件和煤層厚度，直接由表1-4中查取。
根據(jù)頂板條件和煤層厚度選取支架支撐掩護(hù)式滿足工作面支護(hù)強(qiáng)度。
4、液壓支架的型號(hào)選擇
由上面計(jì)算出的支架最大和最小結(jié)構(gòu)高度和支護(hù)強(qiáng)度的數(shù)值，從液壓支架產(chǎn)品目錄中選擇ZY4000/18/38型液壓支架，支架初撐力為314噸力，支架工作阻力為400噸力，泵站工作壓力為350公斤力/厘米2，支架支護(hù)強(qiáng)度為70.7噸力/米2。列出支架規(guī)格和主要技術(shù)參數(shù)表1-5。
支撐掩護(hù)式支架該機(jī)具有支撐效率高，切頂換能力強(qiáng)，支架穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。采用分體頂梁鉸接前梁形式，切頂效果好，便于運(yùn)輸。采用前后雙連桿形式，可減少支架重量改善底板比壓的平均分布和前端比壓。
表1-5 支架規(guī)格和主要技術(shù)參數(shù)表
型號(hào)名稱
ZY4000/18/38型支撐掩護(hù)式液壓支架高度
主要技術(shù)參數(shù)
高度
m
中心距
m
寬度
m
初撐力
kN
工作
阻力
kN
支護(hù)
強(qiáng)度
MPa
底板比壓(前端)
MPa
泵站
壓力MPa
整體運(yùn)輸尺寸
mm
適應(yīng)傾角
操縱方式
重量
t
1.8～3.9
1.5
1.41～1.58
3136～3236
3990～4118
0.72～0.78
0.45～1.96
35
4250×1410×1800
≤30°
本架控制
13.68
?第三節(jié) 單體液壓支柱工作高度，支護(hù)強(qiáng)度及型式的選擇
一、支柱最大工作高度及最小工作高度Hmin的計(jì)算
=?=3.0-0.096=2.904?(米)
=2.0－0.20－0.96－0.08＝1.624?(米)
式中 ?，——煤層最大，最小采高
c——頂梁高度c=96毫米
s——最大控頂距處頂板下沉量，可參閱液壓支架方法選取20毫米。
a——支柱卸載高度，取80毫米。
二、單體液壓支柱工作阻力及支護(hù)密度
單體液壓支柱的工作阻力：內(nèi)注式及外注式隨油缸直徑及支撐高度不同，其額定工作阻力有25噸/柱，30噸/柱及35噸/柱，具體參數(shù)可查有關(guān)資料。
支護(hù)密度：根據(jù)表1-4單體液壓支柱的支護(hù)強(qiáng)度(表1-4采高為最大采高實(shí)際采高，與表1-4采高不同時(shí)，可用插值法算出實(shí)際采高下的支護(hù)強(qiáng)度)除以支柱工作阻力可求出每平方米所需支柱數(shù)。
三、單體液壓支柱型式及鉸接頂梁的選擇
根據(jù)供液方式不同可分為內(nèi)注式和外注式，外注式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量和制造成本比內(nèi)注式低，伸縮比大，但需配備液壓泵和供液管路，宜用于中厚煤層中，內(nèi)注式重量大，制造成本高，但不需配備液壓泵及供液管路，靈活性大，在薄煤層中使用比較方便。
單體液壓支柱鉸接頂梁長(zhǎng)度，應(yīng)按采煤機(jī)截深整數(shù)倍選取，以便頂板的管理。
第四節(jié) 滾筒采煤機(jī)的選型
正確選擇和使用采煤機(jī)是提高采煤工作面，生產(chǎn)能力的一項(xiàng)主要任務(wù)，對(duì)采煤工作面的生產(chǎn)效率、能耗、安全等都具有重要影響，但采煤機(jī)選型涉及問(wèn)題較多，目前還缺乏一套完善的計(jì)算方法。它不僅與煤層的厚度，傾角及煤的物理機(jī)械性質(zhì)、地質(zhì)條件等有關(guān)，還要考慮與支護(hù)設(shè)備，運(yùn)輸設(shè)備之間配套關(guān)系，因此，在選型過(guò)程中要考慮多方面因素，綜合分析后去確定。
一、采煤油機(jī)性能參數(shù)的計(jì)算確定??
1、滾簡(jiǎn)直徑的選擇
為了使用和提高效率，選用雙滾筒采煤機(jī)。雙滾筒采煤機(jī)滾簡(jiǎn)直徑應(yīng)大于最大采高的一半，一般可按D=(0.52~0.6) 選取。
=0.55×3=1.65米
2、截深選擇
截?fù)?jù)阻抗為340牛頓/毫米，阻抗較大選用截?fù)?jù)深度為0.6米的截深。
3、滾筒轉(zhuǎn)速及截割速度
截齒最大切削厚度
hmax=毫米
式中 m——滾筒上的截齒數(shù)；
n——滾筒轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/分；
v——采煤機(jī)的牽引速度，米/秒。
滾筒直徑1.65米，滾筒轉(zhuǎn)速過(guò)高，循環(huán)煤會(huì)增多，裝載效率降低，裝煤效果不好，所以選用滾筒轉(zhuǎn)速為40轉(zhuǎn)/分為宜。截割速度選用4米/秒。
4、采煤機(jī)的最小設(shè)計(jì)生產(chǎn)率
開(kāi)動(dòng)率選取0.20
由公式QMIN=
式中 W——采煤機(jī)工作面日平均產(chǎn)量，噸/日，W==3000噸/日；
采煤機(jī)的最小設(shè)計(jì)生產(chǎn)率
QMIN===625噸/時(shí)
5、采煤機(jī)截割時(shí)的牽引速度
⑴根據(jù)采煤機(jī)最小設(shè)計(jì)生產(chǎn)率Qmin決定牽引速度V1
V1=米/分
式中 Qmin——采煤機(jī)最小設(shè)計(jì)生產(chǎn)率噸/時(shí)
H——采煤機(jī)平均采高米
B——采煤機(jī)平均截深米
R——煤的容重1.35噸/米3
V1===5.71米/分
⑵按截齒最大切削厚度決定的牽引速度V2
Hmax=毫米
式中 Hmax——截齒最大的切削厚度毫米
V——牽引速度米/分
m——滾筒一條截線上安裝的截齒數(shù)個(gè)
n——滾筒的轉(zhuǎn)速
Hmax=毫米
一般要求截齒的最大切削厚度應(yīng)小于截齒伸出齒座長(zhǎng)度的70﹪，即h1max=70%hmax即V2==70%V=3.99米/分
⑶、按液壓支架推移速度決定牽引速度為V3
考慮截割時(shí)牽引速度V，應(yīng)根據(jù)上述三方面情況綜合分析后確定，其最大值應(yīng)等于或大于V1，但應(yīng)小于V2，并于V3相協(xié)調(diào)。使采煤機(jī)能夠滿足工作面生產(chǎn)能力的要求，有可避免齒座或葉片參與截割，保證采煤機(jī)安全生產(chǎn)?，F(xiàn)選V=4.0米/分。
6、采煤機(jī)的生產(chǎn)率Q
Q=60HBVr=60×2.25×0.6×4.0×1.35=437噸/時(shí)
7、采煤機(jī)所需電機(jī)功率
采煤機(jī)的比能耗HWB=0.42（千瓦.小時(shí)/噸）
所選采煤機(jī)的比能耗
HWX===0.29~0.44（千瓦.小時(shí)/噸）
式中 HWX——被截割煤的比能耗
HWB——基準(zhǔn)煤的比能耗查閱參考表1-5
AX——被截割煤層的截割阻抗牛頓/毫米
A——基準(zhǔn)煤的截割阻抗查表1-6得（240~360）牛頓/毫米
單滾筒采煤機(jī)的所需電機(jī)功率
N=千瓦
式中 Q——采煤機(jī)的生產(chǎn)率噸/小時(shí)
K1——功率利用系數(shù)，本設(shè)計(jì)選用一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)取1
K2——功率水平系數(shù)，與牽引速度調(diào)節(jié)方式，電機(jī)超載能力等因素有關(guān)按表2-7查得本設(shè)計(jì)選用電機(jī)超載能力為2.0~2.2之間，牽引速度調(diào)節(jié)方式采用人工調(diào)節(jié)選取0.8N===192千瓦
雙滾筒采煤機(jī)的后滾筒截割比能耗H1WX=K3×HWX
K3——表示后滾筒工作條件系數(shù)，由表2-8選取后滾筒開(kāi)采煤層的下部向著前滾筒截割自由面的方向選取0.8。
N=（0.6HWX+0.4H1WX）=（0.6×0.35+0.4×0.8×0.35）=176千瓦
根據(jù)國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)電機(jī)功率系列化的情況，本設(shè)計(jì)選用最接近的200——300千瓦電機(jī)即可。
8、采煤機(jī)的牽引力按表2-9查得250~300千牛。
二、初選采煤機(jī)及其配套設(shè)備
根據(jù)采高、滾筒直徑、截深、生產(chǎn)率、電機(jī)功率、牽引立即牽引力及牽引速度等初選采煤機(jī)的型號(hào)為MG-300-SA。
成套型號(hào)ZC4-ZY38。
液壓支架型號(hào)為ZY4000-18/38型。
刮板輸送機(jī)型號(hào)為SGZ-830/500W,采高2.0-3.6米截深0.6米傾角小于30度,煤層硬度F為2-3,刮板輸送機(jī)的敷設(shè)長(zhǎng)度150米，額定運(yùn)輸能力600噸/小時(shí),工作面走向長(zhǎng)度大于800米。
頂板條件老頂級(jí)別為Ⅲ級(jí)直接定類別為4級(jí)支架初撐力為314噸力，支架工作阻力為400噸力，泵站工作壓力為350公斤力/厘米2，支架支護(hù)強(qiáng)度為70.7噸力/米2。
三、初選采煤機(jī)主要技術(shù)參數(shù)的校核
1、最大采高的HMAx的校核
HMAx=A-+Lsinmax+米
式中 A——采煤機(jī)高度（機(jī)身上平面至底板之間距離）米
H——采煤機(jī)截割部減速箱高度，一般等于電機(jī)高度米
L——搖臂長(zhǎng)度（搖臂擺動(dòng)中心到滾筒中心距離）米
amax——搖臂向上擺動(dòng)最大角度
D——滾筒直徑米
HMAx=A-+Lsinmax+=1.25-0.6/2+1.695×sin60+1.65/2=3.24米＞3米
最大采高符合設(shè)計(jì)要求。
2、最小采高的校核
Hmin＞A+h1+h2
式中 h2——過(guò)機(jī)高度不應(yīng)小于0.15米
h1——支架或交接頂梁高度取0.1米
hmin＞A+h1+h2=1.25+0.1+0.15=1.50米＜2.0米
最小采高符合設(shè)計(jì)要求。
3、臥底量校核
最大臥底量KMAX=A--sinβmax-
式中 βmax搖臂向上擺動(dòng)最大角度
KMAX=A--sinβmax-=1.25-0.23-sin-22-0.825
=1.25-0.23+sin22-0.825=0.195米
臥底量小于90~300毫米滿足設(shè)計(jì)要求
4、采煤機(jī)最大截割速度的校核
V1=米/分
式中 ——運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)輸能力400噸/小時(shí)
H——平均采高2.5米
B——采煤機(jī)截深0.6米
r——煤的實(shí)體容重，r=1.35噸/米3
V1=米/分==4.935米/分＞4.0米/分
本設(shè)計(jì)選擇符合要求。
5、牽引阻力估算
采煤機(jī)移動(dòng)時(shí)必須克服的牽引阻力T為
T=K2G+fd（cosa-k2+2k1）±Gsina噸力
式中 f——磨檫系數(shù)取決于采煤機(jī)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)表面狀況和濕度及采煤機(jī)運(yùn)動(dòng)速度等平均取0.18；
k1——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，估算為0.7；
k2——估算系數(shù)因是初算，所以取0.1；
k3——側(cè)面導(dǎo)向力對(duì)牽引阻力影響系數(shù)，煤層傾角為23°，取0.07。
T=K2G+fd（cosa-k2+2k1）±Gsina(噸力)
=0.1×22+0.18×1.65×（cos23-0.1+2×0.7）±22×sin23
=2.8595±8.596=11.4555(噸力)或5.7365(噸力)
即上行時(shí)牽引力為11.4555噸力，下行時(shí)牽引力反向大小為5.7365噸力。
第五節(jié) 采煤機(jī)、支護(hù)設(shè)備、輸送機(jī)配套關(guān)系圖
一、綜合采煤機(jī)械化配套設(shè)備
由前述可知工作面設(shè)備配套如下：
采煤機(jī)：MG-300-SA(ZC4-ZY38)；
液壓支架：ZY4000/18/38型；
輸送機(jī)：SGZ-830/500W；
二、工作面配套設(shè)備關(guān)系圖
通過(guò)計(jì)算或參考有關(guān)圖冊(cè)資料，給制采煤機(jī)，支護(hù)設(shè)備及輸送機(jī)配套關(guān)系圖(見(jiàn)附圖)。