煤矿机电一体化专业毕业设计：矿井选型设计.doc

毕业设计 目 录 第一章 支护设备与采煤机选型设计1 第一节 原始数据1 第二节 液压支架的选型1 第三节 滚筒采煤机的选择3 第四节 采煤机、支护设备、输送机配套关系图7 第二章 矿山运输机械选型设计8 第一节 原始数据列表8 第二节 工作面运输机械的选型设计8 第三节 采取顺槽运输机械的选型设计11 第四节 采区上（下）山胶带机选型计算14 第五节 大巷电机车的选型计算17 第三章 供电设备的选型设计计算20 第四章 矿井提升设备选型设计25 第五章 排 水 设 备 选 型 设 计34 第六章 矿井压力设备的选型计算40 第七章 通风设备选型44 附图 运输系统图、供电系统图、综采工作面设备配套关系图、绞车房设备布置 图、提升机与井筒相对位置图、提升机提升速度图及力图、排水系统工况曲线图。 第一章 支护设备与采煤机选型设计 第一节 原始数据 机械化采煤工作面根据支护类型的不同可以分为普采和综采，本设计中采区原始数据如下表 采 区 原 始 数 据 煤层厚度（M） 截割阻抗（牛顿/毫米） 煤层倾角（） 顶板条件 工作面长度（M） 设计生产量（万吨/年） 生产安排 Hmax Hmin 老顶 直接顶 3.6 根据所支架情况而定 355 10 Ⅱ级 2类 150 60 一年工作300天，实行四班制，三班生产，一班检修，日工作时间18小时 该工作面煤层厚度较厚，煤层倾角厚度变化不大，该煤层地质条件较稳定，没有大的断层、夹矸，该工作面生产能力较高，因此我们采用综合机械化采煤生产工艺。 第二节 液压支架的选型 压支架的选型要综合考虑矿山的地质条件，如煤层厚度、顶、底板稳定性、煤层倾角，本设计中这些数据已在原始数据表中列出，查下表 由直接顶类别为Ⅱ、老顶级别2级，初步拟定采用支架支护强度为1.3*55（吨/米2）的支撑掩护式支架，采高为4米的采煤方式。 一、液压支架结构参数的确定 液压支架的结构参数，主要是指液压支架的结构高度，液压支架的结构高度，应能适应采高的要求。它根据煤层厚度及采取地质条件变化因素而定。 适应不同类级顶板的架型及支护强度 老顶级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 直接顶类别 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 4 架型 掩护式 掩护式 支撑式 掩护式 支掩 撑护 掩式 护 式 支撑式 支 撑 掩 护 式 支 撑 掩 护 式 支支 撑撑 掩式 护 式 支支 撑撑 掩式 护 式 采高〈2.5m时支撑式 采高〈2.5m时支撑掩护式 支架支护强度（吨/米2） 采高 （米） 1 30 1.3*30 1.6*30 〉2*30 结合深孔爆破，软化顶板的措施处理采空区 2 35（25） 1.3*35（25） 1.6*35 〉2*35 3 45（35） 1.3*45（35） 1.6*45 〉2*45 4 55（45） 1.3*55（45） 1.6*55 〉2*55 单体支柱支护强度（吨/米2） 采高 （米） 1 15 1.3*15 1.6*15 按采空区处理方法确定 2 25 1.3*25 1.6*25 3 35 1.3*35 1.6*35 其选择原则是在最大采高时。液压支架能“顶得住”，在最小采高是支架能“过得去”。支架的结构高度Hmax和最小结构Hmin高度具体计算由经验公式计算。 Hmaxhmax a3.60.33.9米 Hminhmin-S2-b-c hmin -0.15-0.1-0.12.2-0.15-0.1-0.11.85米 式中hmax 、hmin-----------煤层最大厚度和最小厚度；米。 a----------考虑伪顶，煤皮冒落，支架仍有可靠初撑力所需的支撑高度补偿量，本设计中煤层厚度为3600mm，取300mm。 S2-----------顶板最大下沉量，这里取150mm。 b-----------支架卸载前移时立柱伸缩余量，这里取100mm。 c----------支架顶梁上存留的浮煤和碎矸石厚度，这里取100mm。 二、支架强度的确定 支架支护强度q就是支架单位支护面积上的支撑力，具体计算可由经验公式估算。 qK*H*R8*3.6*2.366.24吨/米3 式中K----作用于支架上的顶板岩石厚度系数，这里取8 H----最大采高，这里取3.6米 R-----岩石容重,这里取2.3吨/米2 三、液压支架的选型 煤层倾角 Ah1 h21.80米所以所选采煤机符合要求。 3.卧底量的校核 最大卧底量maxA-Sinβmax-D/21.6-0.65/2-Sin-17-2.6/20.267mm 采煤机卧底量为0-300mm,满足要求。 第四节 采煤机、支护设备、输送机配套关系图 根据以上的设计计算采煤机选择MXG-600/3.5型采煤机，液压支架选择PY-400型支撑掩护式液压支架，配套的刮板输送机可以选择SGZ-730/400可弯曲刮板输送机，刮板输送机的选型校核见第二章。由此我们可以绘制采煤机、支护设备、输送机配套关系图。见图1。 第二章 矿山运输机械选型设计 第一节 原始数据列表 原始数据列表 1. 回采工作面的生产能力 t/h 刮板输送机的铺设长度 m 刮板输送机的铺设倾角 物料松散密度kg/m3 700 150 10 1350 按上表数据进行刮板输送机的选型计算。 2．顺槽转载机的选型（不计算） 顺槽胶带机的选型计算原始数据 amax300mm L顺槽1000m β顺槽0 3．采区上下山胶带机的选型设计 L上下山700m β煤层10 4.大巷电机车运输选型 以东西两翼各有一个年产量120万吨的采区，东西两翼采区距井底车场距离 L 1200m 第二节 工作面运输机械的选型设计 一、确定刮板运输机 1.工作面的生产能力 Qc700吨/小时 2.选择输送机 刮板输送机的输送能力应略大于Qc，我们选择SGZ-730/400可弯曲刮板输送机。 该刮板输送机的主要技术数据如下 圆环规格 破断力 刮板间距 形式 输送量 输送速度 设计长度 电机功率 电压等级 中部槽规格 2-Φ26*92mm 850KN 1104mm 中心双链 700t/h 56.4m/min 150m 2*200kw 1140v 1500*730*317mm 3. 运行阻力核算 1重段直线段的总阻力 Wzhq*ωq1*ω1L*g*cos βqq1 L*g*sinβ （207*0.636.26*0.4）*150*9.81*cos1020736.26*150*9.81*sin10 263160N 式中 q-----中部溜槽单位长度载重，这里取708/3600*0.94207kg/m q1-----刮板链单位长度质量，这里取36.26kg/m ω-----物料在溜槽中移行的阻力系数，这里取0.6 ω1-----刮板链在溜槽中移行的阻力系数，这里取0.4 L-------刮板输送机铺设长度，这里取150米。 β------刮板输送机铺设倾角，这里取10 g------取9.8牛顿/千克 2空段直线段的总阻力 Wk q1*L*g*ω1cosβ*sinβ36.26*150*9.810.4cos10sin1026943 N 3弯曲段的附加阻力 a.重段弯曲段的附加阻力 Wzhw0.1 Wzh0.1*26316026316N a.空段弯曲段的附加阻力 Wkw0.1 Wk0.1*269432694 N 3.刮板链张力计算 1本设计中刮板运输机采用双机头驱动，因为 0.6 Wzh –0.4 Wk147118〉0，最小张力点为1点。 2按弯曲几何关系，求算中部槽弯曲段的中心角a。 弯曲段半径RL/2*sina/21.5/2*sin1528.65m L------中部槽的长度，取1.5米。 a-----相邻中部槽的最大折曲角，取3 弯曲段全长Lw a----机身推移距离，取0.6米。 弯曲段中心角aarcsin 3）用逐点法求各点张力 取最小张力点张力s10按弯曲段距工作面上端5米，L5m s10 s2s1q1L′gw1cosβ-sinβ036.26*5*9.81（0.4*cos10-sin10）392 N s314849N s4s3wzhL-Lw-L14849261360*150-8.27-5/150253087N S5S4-0.6WZHWK253087-0.6（26136026943）80105N S6S5WKL-Lw-L/L8010526943150-8.27-5/150104664N S718709N S8S7WKL/L11870926943*5/150119607N 4.牵引力电机功率的计算 上部驱动电机的功率 取传动系统的效率为0.85，绕经驱动轮的阻力系数为Kr0.045 下部驱动电机的功率 因此配套电机的功率2*200KW的双驱动电机。 5.刮板输机预紧力和紧链力计算 1）预紧力 T0SrSLSrSL/4S4S5S1S8/4（25308780105119607）/4113199N 2）紧链力 TT0Lq1gw1EAΔLje/2L113199150*36.26*0.42*2*2.39*107*0.055/2*150 123898 N E------刮板链的弹性模量，取2*107N/cm2 A-------刮板链的段面积， 2.39 cm2 ΔLje-----多拉伸段的长度，取ΔLje0.6*0.0920.055m 6.验算刮板输送机的强度 双链刮板输送机刮板链的安全系数为 4.67〉3.5 sd--------链的破段力，取850KN。 λ---------双链负荷的不均衡系数，取0.9。 Smax-----刮板的最大静张力，取134607 N 第三节 采取顺槽运输机械的选型设计 一、转载机的选择 选择SZZ-730/110型转载机，具体参数见下表。 输送量 转载长度 落地段长度 刮板链速 电机功率 电压 转速 中部槽规格 刮板链型式 刮板链规格 700T/h 34m 8m 0.93m/s 110kw 1140/660v 1475r/min 1500*730*222mm 单链 30*108mm 破断载荷 减速器速比 刮板间距 与皮带搭接长度 液力耦合器充液量 液力耦合器工作轮有效直径 113T 36.7371 648mm 15m 19L 562mm 二、带式输送机的选型 由刮板运输机的输送量700吨/小时选择DSP-1080/1000型胶带输送机，其参数具体如下 输送量 输送机长度 倾角 电机型号 电机功率 电压 输送带规格 径向扯断强度 800T/h 1000m 0 YSB-160 2*160 660/1140 1000*8 ≥580KN/m 带速 减速比 转速 滚筒数 滚筒直径 总围抱角 托滚直径 张紧装置牵引力 2.5m/s 19.867 1470r/min 2 630mm 455 Φ108 8.82KN 1.验算带式输送机的输送能力及带宽 0倾角时，输送量800T/h〉700T/h，满足要求。 带式输送机的带宽应根据物料的最大块度进行核算。 B1000mm≥2amax2002*300200800mm，满足要求。 2.重段直线段的运行阻力 wzhqqdqgLgwcosβ77.814.718.3*1000*9.81*0.025cos0 27169N 式中 q--------单位长度运料量，qQC/3.6V700/3.6*2.577.78kg/m qd--------输送带的单位质量,取14.7 kg/m qg------重段单位长度上分布的托滚旋转部分的质量，qgGg/Lg22/1.218.3 kg/m Gg-----重段每组托滚旋转部分的质量，取22kg Lg-----重段托滚的间距,取1.2m L------输送机铺设长度，取1000m w----输送带沿重段运行的阻力系数,取0.025 3.空段直线段的运行阻力 wkqdq″gLgw″cosβ（14.75.67）*1000*9.81*0.025 cos04996N 式中 q″g------空段单位长度上分布的托滚旋转部分的质量，qgGg/Lg17/35.67 kg/m G″g-----空段每组托滚旋转部分的质量，取17kg L″g-----空段托滚的间距,取3m 4.张力计算 （1） S4S11 2 式中围包角 α455 备用系数 n1.2 胶带与滚筒间的摩擦系数 μ0.35 因而 1.05S11.05*271694996S11 S12671N S436325N S31.05S1Sk1.05267149968050N S2 S1Sk267149967667N 5.验算垂度 重段最小张力Sminzh8050N5qqdLg′.gcosβ577.814.7*1.2*9.81*cos05443N 空段最小张力Smink2671N5qdLg′.gcosβ5*14.7*9.81* cos0865N 满足要求。 6.验算输送带强度 9 sd-------胶带的抗拉强度，取sd 580kN/m580N/mm 7.牵引力及功率计算 等速运转时驱动滚筒所需的牵引力 Psy-sL0.04sysL36325-26710.04（363252671）35214N 式中功率备用系数 k1.0 传动系数 η0.85 输送带的运行速度 v2.5m/s 8.拉紧力计算 HSisi-18050766715717N Si---------拉紧滚筒相遇点的张力。 si-1------拉紧滚筒分离点的张力。 第四节 采区上（下）山胶带机选型计算 一、带式输送机的选型 选择DSP-1080/1000型胶带输送机，其参数具体见本章第二节 1.验算带式输送机的输送能力及带宽 输送能力QckB2vγc458**1*2.5*0.9*1956t/h〉700t/h，满足要求。 式中 B -------带宽B 1000mm。 k-------物料的断面系数，槽形30取458。 v-------带速，取2.5m/s c------倾角系数，取1 带式输送机的带宽应根据物料的最大块度进行核算。 B1000mm≥2amax2002*300200800mm，满足要求。 2.重段直线段的运行阻力 wzhqqdqgLgwcosβqqdLgsinβ 77.814.718.3*700*9.81*0.025cos1077.814.7*700*9.81sin10 129006N 式中 q--------单位长度运料量，qQC/3.6V700/3.6*2.577.78kg/m qd--------输送带的单位质量,取14.7 kg/m qg------重段单位长度上分布的托滚旋转部分的质量，qgGg/Lg22/1.218.3 kg/m Gg-----重段每组托滚旋转部分的质量，取22kg Lg-----重段托滚的间距,取1.2m L------输送机铺设长度，取700m w----输送带沿重段运行的阻力系数,取0.025 β----输送机的铺设角度，取10 3.空段直线段的运行阻力 wkqdqgLgw″cosβ-qdLgsinβ （14.75.67）*700*9.81*0.025 cos10-14.7*700*9.81sin10-14084N 式中 q″g------空段单位长度上分布的托滚旋转部分的质量，qgGg/Lg17/35.67 kg/m G″g-----空段每组托滚旋转部分的质量，取17kg L″g-----空段托滚的间距,取3m 4.张力计算 s2s1 s31.04s2 s41.04s31.042s1 s5s4wk1.042s1wk s61.04s51.043s11.04wk s7s6wzh1.043s11.04wkwzh s8s91.04s71.044s11.042wk1.04wzh 1.17s1118933 又 由以上方程组得 s2s137051N s338533N s440074N s525990N s627030N s7156035N s8s9162282N 5.悬垂度校验 重段最小张力sminzhs627030N 悬垂度要求的最小张力为 sminzh5qqd Lgg cosβ577.814.7*1.2*9.81* cos105361N sminzhs627030smin,满足要求。 空段最小张力 sminks137051N smink37051N5qd Lgg cosβ5*14.7*3*9.81* cos102130N，满足要求。 6.验算输送带强度 9 sd-------胶带的抗拉强度，取sd 1800kN/m1800N/mm 7.牵引力及功率计算 等速运转时驱动滚筒所需的牵引力 Ps9-s10.04s9s1162282-370510.04（16228237051）133204N 选用两台160kw的电动机双机驱动。 8.拉紧力计算 HSisi-1259902703053020N Si---------拉紧滚筒相遇点的张力。 si-1------拉紧滚筒分离点的张力。 第五节 大巷电机车的选型计算 一、根据原始资料选择电机车和矿车型式 按表4－1电机车粘着质量选择如下 1、 矿用架线电机车参数 型号 粘着质量 轨距 传动比 受电器高度 ZK7－9/550 7T 900mm 6.92 1800-2200mm 制动方式 电机型号 电压 功率 弯道半径 机械电气 ZQ－24 550V 9.6KW 7米 2、 固定矿车参数 型号 容积 载重量 轮距 允许牵引力 规格尺寸 MGC3.3－9 3.3m3 3T 900ｍｍ 60000N 3.5*1.32*1.3（米） 二、列车组计算 1、 按照电机车的粘着条件计算车组重量 ｎ＝P[ψ/WzhIp0.11a-1]/GG0 7*[0.24/0.010.030.11*0.04-1]/31.3220.74台 式中 P----机车重量7T G----矿车载重3.3T G0 ----矿车自重1.32T ψ----粘着系数0.24 Wzh----重列车起动的阻力系数0.03 Ip----轨道平均坡度0.003 a----列车起动的加速度0.04m/s2 2、按牵引电动机温升计算 n≤ 式中Fch 电机车的长时牵引力 4330N α调车系数取1.25 τ相对运行时间 τ Ttzhtk L运输距离 L取1.2Km Vch长时速度 Vch16Km/h T α调车系数1.25 休止时间 θ取20min Wzh重车运行阻力系数 Wzh0.007 Idz 等阻坡度一般取0.002 τ n≤24.89台 3.按制动条件验算 台 制动状态粘着系数ψ0.17 W′zh----重列车运行的阻力系数0.03 Ip----轨道平均坡度0.003 Lsh实际制动距离 LshLzhi-vst Lsh规定制动距离 Lshi40m L制动空行程时间 t2s Vs列车制动时列车速度 vsvch16Km/h4.44m/s Lsh40-4.44231.12m B制动减速度 b0.32/s2 按制动条件计算出的矿车数太少，不能满足生产，需加有闸矿车，以满足生产。 有闸矿车数 Nzha 3台 式中nx按照粘着质量和温升条件算出的较少矿车数 列车组由10辆矿车组成。 4、电机车台数的确定 ⑴一台电机车在一个班内能往返运行的次数Z1 Zb7.28≈8次 式中Tb每班电机车工作小时数 Tb6小时 T机车往返一次的运输时间 T26min ⑵每班需运送煤矸的列车数 Zb K1运输不均匀系数取1.25 K2矸石系数 K21 N车组中的矿车数 n10 Ab每班运煤量 Ab666.7吨 Zb30次 ⑶全矿工作的电机车台数 N03.75台 ≈4台 备用电机车台数NbN0254251台 全矿总电机车台数NN0Nb415台 第三章 供电设备的选型设计计算 一、综采工作面负荷统计 设备名称 功率Pekw Ie/单机 （A） Kx cosФ tgФ 计算负荷 备注 Pj（KW QjKvar SjKVA 第一组 采煤机 600 217 1140V 乳化泵 125 90 1140V 喷雾泵 90 65 1140V 小计 815 0.62 0.70 1.02 505.30 515.41 721.86 第二组 工作面刮板机 400 1140V 转载机 110 80 1140V 破碎机 110 80 1140V 通讯照明 4 3 1140V 小计 624 0.59 0.7 1.02 368.16 375.52 525.94 第三组 运顺皮带机 160 199 1140v 运顺皮带机 320 199 1140v 张紧绞车 8 5 1140v 小计 488 0.6 0.7 1.02 292.80 298.66 418.29 综放工作面合计 1927 0.605 0.7 1.02 1166.26 1189.59 1666.09 二、供电线路 电源通过电缆由运煤上山供至工作面，供电方式采用分组供电。第一组是采煤机、乳化泵、喷雾泵；第二组是工作面刮板机、转载机、破碎机；第三组是运顺皮带机、上山皮带。 三、变压器容量计算与选择 移动变电站计算容量 SKx*∑Pe/cos Ф 则三组负荷供电移动变电站计算容量如下 第一组 S721.86KVA，选择型号为KSGZY-1000/6移动变电站一台。 第二组 S525.9KVA，选择型号为KSGZY-630/6移动变电站一台。 第三组 S418.2KVA，选择型号为KSGZY-630/6移动变电站一台。 四、6KV干线电缆选择 由综采工作面负荷情况查表得 统计总负荷∑Pe1927kw 计算负荷 ∑Pj1166.26kw 功率因数 cosф0.7 1、按经济电流密度选择电缆截面 I ∑Pj /U*cosф1166.26/*6*0.7160A A160/2.2571.25mm2 预选UGSP-6KV-3*70 mm2高压电力电缆 2、按长时允许电流校验电缆截面 UGSP-6KV-3*70mm2高压电力电缆长时允许电流为210A160A 3、按电压损失校验 主电缆允许的电压损失ΔUy60005300V 线路实际电压损失 ΔUI *L*cosф/D*S *160*600*0.7/42.5*5055V300V 电缆电压损失满足要求。 4、按热稳定条件校验。 查表UGSP-6KV-3*70mm2电缆达到热稳定条件时的最小电缆截面 AminI3/c 11340*/100 56.7mm2＜70 mm2 取t0.25秒时，短路电流为113.4KA，热稳定系数C100 该电缆满足热稳定条件要求。 结论6KV干线电缆选择为UGSP-370116。 五、高爆开关的选择。 根据计算电流I160A，在上端变电所设置一台PBG53-6（300/5）专用高爆开关控制综采移变。 1）过负荷倍数 Idzj1.3*0.6*∑Ie/8.7 1.3*0.6*217*29065144*2808019919935/8.71.3*0.6*1443/8.7129A Ng129/3000.43 取0.6倍 2）速断倍数 Idzjs1.3*IQ∑Ie/8.7 1.3*[217*62179065144*2808019919935]/8.7377.7A Na Idzjs/300377.7/3001.25 取1.6倍 五、低压电缆选择及开关的选择 由于本供电线路分支较多，设计以单机负荷最大的采煤机2*300kw支路来考虑选型计算，其它支路选型计算省略。 1、采煤机支线电缆及控制开关选择 1）采煤机工作额定电流为 Ie217A/单机 故而选择DQZBH-300的真空磁力启动器作为该开关的起动开关,采煤机电机电缆选