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河南工程学院《矿井运输提升及采掘机械》课程设计

综合机械采煤工作面配套机械选型设计

学生姓名：
学 院：
专业班级：
专业课程： 矿山机械
指导教师：

2014 年 6月 8日

目录

绪论----------------------------------------------------------------4
一、有关资料----------------------------------------------------4
二、设计内容----------------------------------------------------4
第一章 顶板分级--------------------------------------------------5
一、直接顶分级--------------------------------------------------5
1、直接顶层数确定-----------------------------------------------5
2、直接顶类别确定-----------------------------------------------5
二、老顶分级----------------------------------------------------5
1、老顶上的载荷-------------------------------------------------5
2、老顶初次断裂步距---------------------------------------------5
3、老顶初次来压当量---------------------------------------------7
4、老顶分级-----------------------------------------------------7
第二章 支架选型--------------------------------------------------8
一、支架高度确定------------------------------------------------8
1、顶板最大下沉量的估算------------------------------------------8
2、确定支架最大、最小高度----------------------------------------8
二、合理支护强度确定--------------------------------------------9
1、载荷估算法----------------------------------------------------9
2、老顶初次断裂步距---------------------------------------------9
3、国家煤炭行业标准的综采工作面支护强度--------------------------9
三、液压支架额定阻力确定---------------------------------------10
四、液压支架初撑力确定-----------------------------------------11
第三章 支架类型确定------------------------------------------------11
总结---------------------------------------------------------------11
参考文献-----------------------------------------------------------12
老师评语-----------------------------------------------------------13

绪论
对于采矿工程专业的学生，对于综采工作面的机械设备选型，是必须掌握的知识及能力。本课程设计主要针对《矿山机械与液压传动》课程，同时必须和《采煤方法》的知识相结合，在给定的工作面的具体条件的情况下（或自己假定工作面的地质条件），制定科学合理高产高效安全可行采煤操作规程，这项工作是采煤工程技术人员必须具备的素质。由于操作规程和地质条件影响“三机”的结构以及性能要求，所以，二者密不可分。
具体要求是：在给定（或自己假定）的采面地质条件的基础上，学生根据相关的设计规范、法规，对该工作面采用综合机械化采煤方法制定安全操作规程，并对所用的机械设备进行科学合理的计算选型，对于自移式液压支架不仅要选择架型，还要初步确定其基本参数主要部件的结构以及其它特殊要求。书写选型设计说明书，说明书应书写工整、章节层次分明；图标规范、计算准确。
采煤工作面中，采煤机、刮板输送机和支护设备（液压支架或单体支柱与顶梁）等组成一个称为采煤机的有机整体来实现采煤工艺的各个工序，它们在工作能力和结构尺寸的配套关系，直接影响到采煤工艺的顺利实施和设备能力的充分发挥，因此，为了正确地选择采煤机组各种设备的形式，不仅要看它们各自能否满足采煤工艺的要求，同时要注意它们之间的配套性能。
一、原始参数
工作面长度：200米；倾角：30度；煤层平均厚度：3米；顶板中等稳定；A=300N/mm f=3.5。
一年工作日按300天计算，实行四班工作制，三班采煤，一班准备，每天生产时间为18小时，年产量500万吨到800万吨之间
截割阻抗A（牛顿／毫米）
注：在选型过程中，由于校及网络能够查阅到的资料的限制，在选不到非常适合的型号的情况下，可以自行修改参数。

第一章 采煤机选型
一、采煤机选型原则
(1)适合特定的煤层地质条件，并且采煤机采高、截深、功率、牵引方式等主要参数选取合理，有较大的适用范围。
(2)满足工作面开采生产能力要求，采煤机实际生产能力要大于工作面设计生产能力；满足与刮板输送机和液压支架的匹配要求。
(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)采煤机使用、检修、维护方便。
二、滚筒采煤机的选型的主要要点
（一）滚筒采煤机的适用条件
1、适用的倾角：开采倾角可达80°；
2、煤岩的硬度；
3、采高：0. 55～0. 9m，一般宜选用爬底采煤机；
0. 8～1.2 m以上的煤层使用骑溜子采煤机；
1. 1～1.9 m的普采工作面，一般选用单滚筒采煤机；
1. 2～2.5 m的普采工作面，可选用单滚筒或双滚筒采煤机；
综采工作面必须选用双滚筒采煤机。
注：1、采煤机的装机功率应根据采高确定；
2、对于高产高效综采工作面，电牵引采煤机应首选。
（二）生产率的计算
1、理论生产率
2、技术生产率
3、实际生产率
（三）截深
一般为0. 6m；薄煤层中一般可加大到0.75～1. 0m；电牵引采煤机一般达到0.8～1. 0m，少数可达1.2m。
（四）滚筒直径
单滚筒采煤机一次采全高或薄煤层双滚筒采煤机：
D=Hmin- (0. 1～0.3) (Hmin为最小采高)；
中厚煤层使用的单滚筒采煤机：
D= (0. 55～0.6)Hmax（Hmax为最大采高）；
双滚筒采煤机的直径虚略大于最大采高之半。
注：应核算过煤高度C。中厚煤层C250mm～300mm;薄煤层中应达到C200mm～240mm。
（五）牵引速度
一般采煤机的最大牵引速度在l0m/min以下
三、采煤机械的基本要求
对采煤机械的基本要求是高效、经济、安全。具体要求为：
(1)采煤机械的生产率应能满足采煤工作面的产量要求。
(2)工作机构能在所给煤层力学特性（硬度、截割阻抗）的条件下正常截割；装煤效果好；落煤块度大、煤尘、能耗低。
(3)能调节采高，适应工作面煤层厚度变化；能自开缺口。
(4)有足够的牵引力和良好的防滑、制动装置，能在所给煤层倾角下安全生产；牵引速度能随工作条件变化而调节，其大小能满足工作要求。
(5)有可靠的喷雾降尘装置和完善的安全保护装置，电气设备必须能够防爆。
(6)采煤机械是机采工作面的关键设备，它的维护费用在吨煤成本中所占比例相当大。因此，要求采煤机械的性能必须可靠，维持正常工作所必需的各种消耗（动力、液压油、润滑油、易损失等）应较低。
四、采煤工作面有关资料
1、工作面长度200m；
2、倾角：30度；
3、煤层平均厚度：3m；
4、顶板中等稳定；
5、A=300N/mm f=3.5。
五、采煤机
1、根据煤层厚度选择采煤机
根据开采技术要求，将煤层厚度分为三类：从最小开采厚度至1. 3m为薄煤层，1.3~3.5m为中厚煤层，3. 5m以上为厚煤层。
煤层的厚度决定着所需采煤机的最小采高，最大采高，机面高度，过煤高度，过机高度以及电动机功率大小。
采高在1.1~2.0m采煤工作面，煤质中硬，应选用单滚筒采煤机：采高在1.3～2. 5m时应选用双滚筒采煤机或单滚筒采煤机。
2、根据力学性质选择采煤机械
煤的力学性质主要包括煤的坚硬度系数f，抗压强度，截割阻抗A，韧性，层理和节理的发育状况，夹石含量及分布等。这些因素关系到选择采煤机械的工作机构形式和采煤机械的功率大小。
根据煤的坚硬度系数f和截割阻抗A，将煤分为三类
(1)软煤一一一f<=1.5，A<180N/mm
(2)中硬煤-f=l. 5～3.0，A=180～240N/mm
(3)硬煤一一f>=3.0，A=240～360N/mm
各种刨煤机最合适开采软煤，特别是脆性软煤：韧性中硬煤应选用申等功率的滚筒式采煤机：脆性中硬煤宜选用中等功率的滑行刨煤机：硬煤必须选用大功率的滚筒式采煤机，滚筒式采煤机可截割各种硬度的煤。
因此本工作面煤层为中厚煤层，煤质为硬煤，必须选用大功率滚筒式采煤机。
3、煤层倾角对选择采煤机的影响
根据开采技术特点，将煤层倾角分为三类：0～25度为缓倾斜煤层：25～45度为倾斜煤层：45～90度为急倾斜煤层。
倾角小于12度的煤层，对机械化开采最为有利，一般不考虑采煤机械的防滑问题。
在工作面干燥的条件下，金属对金属的摩擦系数为0. 23～0. 30，相应的摩擦角为13～17度。因此倾角大于12度时，骑溜子工作的采煤机和以输送机支撑和导向的爬底板采煤机，必须带防滑装置。
在工作面潮湿的条件下，摩擦系数要降低，倾角大于8度时就得备有防滑装置。
无链牵引采煤机，由于具有可靠的制动装置，牵引力又大，故可用到倾角40～50度的工作面。
煤与底板的摩擦系数一般为0.7、0.8，相应的摩擦角为36、40度，故煤层倾角大于40度时，煤可沿底板自溜下滑，而不必安装输送机，但实际上，为了使煤流沿着要求的安全方向运输，并且无链牵引的采煤机也需要为之导向，故在倾角大于40度的工作面条件下，仍配备工作面输送机。
4、顶底板性质对选择采煤机械的影响
顶底板性质主要影响项底板管理方法和支护设备的选择，因此，选择采煤机时应同时考虑选择何种支护设备，例如，对于不稳定顶板，控顶距应当尽量小，应选用窄机身采煤机和能超前支护的支架：若底板松软，则不宜选用拖钩式刨煤机，底板支撑式爬底板采煤机和混合支撑式爬底板采煤机，而应选用靠输送机支撑和导向的滑行刨，悬臂支撑式爬底板采煤机，骑溜子工作的滚筒式采煤机和对底板接触比压小的支架。
因此本工作面煤层为倾斜煤层。若选用骑溜子工作的采煤机和以输送机支撑和导向的爬底板采煤机，必须带防滑装置。若选用无链牵引采煤机可不必设防滑装置。
5、采煤机参数选择
（一）采煤机的生产率
1）生产率
它是采煤机的最大生产率，是在所给工作条件下，以最大参数运行时的生产率，其计算公式为：

式中，H为工作面的平均采高，m；为在所过工作面条件下可能的最大工作牵引速度，m/min（）；r为煤的实体密度，一般为1.3～1. 4。
采煤机的理论生产率是选择与采煤机配套的工作面输送机，转载机，带式输送机生产能力的依据。一般工作面输送机的生产率应略大于采煤机的理论生产率。
采煤机的截深B、工作面的采高H和煤的实体密度r都是一定的，故理论生产率Q主要取决于采煤机的工作牵引速度的大小。采煤机司机应当根据工作面的具体条件随时调节牵引速度，以尽可能大的值割煤。但同时必须注意，值的增大要受到采煤机电动机装机功率、滚筒装煤能力以及移架速度等多方面因素的限制：工作牵引速度过大，会造成电动机过载；碎煤在滚筒中的循环煤量增多，会使装煤效果变差；移架速度跟不上采煤机割煤，会造成顶板冒落。
2）技术生产率
它是指除去采煤机必要的辅助工作（如调动机器，检查机器，更换截齿，自开缺口等）和排除故障所占用的时间外的生产率。其计算公式为：

式中，为采煤机技术上的可靠性和完备性有关的系数，一般为0. 5～0.7。
3、实际生产率
它是采煤机工作面每小时的实际产量，其计算公式为：

式中，为考虑由于工作面其他配套设备的影响（如采区运输系统衔接不良，输送机和支护设备出现故障等），处理项底板事故，劳动组织不周等原因造成的采煤机被迫停机所占用时间的系数，一般为0. 6～0. 65。
采煤机的实际生产率应当满足工作面的计划日产能力的要求。
（二）滚筒直径和截深
滚筒直径是指到截齿齿尖的直径。滚筒直径大小应按煤层厚度来选择。
薄煤层双滚筒采煤机其滚筒直径是指到截齿齿尖的直径应按下式选取
m
式中，为煤层最小厚度，m。减去(0.1～0.3)m是考虑到割煤后的顶板下沉量，防止采煤机返回装煤时因顶板下沉导致滚筒割支架顶梁。
中厚煤层单滚筒采煤机其滚筒直径为：

式中：为煤层最大厚度
双滚筒采煤机一般都是一次采全高，即上行或下行各进行一刀，各完成一个循环，故滚筒直径应稍大于最大采高的一半。
截深是指滚筒外缘到端盘外侧截齿齿尖的距离，即一次截割深度。中厚煤层采煤机常用0.6或0. 63m，MG360-W采煤机采高范围在2.1～3.5m之间，属于中厚煤层采煤机，它的截深为0.6m。
1、采高范围卧底量和机面高度的验算
最大采高：
最小采高：
最大卧底量：
最小卧底量：
A为机面高度，D滚筒直径，h为电动机高度，L为采煤机摇臂长度，为摇臂是向上摆角，为摇臂向下摆角。
2、牵引速度
采煤机滚筒上截齿在滚筒转一周时切入煤体的最大切削度为：
（mm/r）
式中，为工作牵引速度，m/min；m为滚筒每条截线上的截齿数目；n一一滚筒转速，r/min。
滚筒转速n和每条截线上的截齿数目m是固定的。由上式知道，最大切屑厚度将随着工作牵引速度的增大而增加。研究证明，在一定范围内增大可使采煤机的落煤能耗降低。但牵引速度调得太大，以至超过截齿伸出齿座的长度，使无切削刃的齿座与煤体相接触而摩擦，会造成采煤机截割功率的急剧上升，甚至电动机过载。因此，尽管采煤机最大牵引速度一般为6～l0m/min，但工作牵引速度却比上述值小得多，一般为2～4m/min。最大牵引速度仅用于采煤机返程清理余煤或空载调动机器用。
3、牵引力
牵引力大小取决于煤质硬软，牵引速度，煤层倾角，采高，机器质量等因素。目前使用的链牵引采煤机的牵引力P (kN)与装机功率的N（kW）的关系

无链牵引采煤机由于要用于大倾角煤层，一般都是双牵引部，帮牵引力比链牵引的大一倍。
4、滚筒的转速和转向
滚筒转速高，则切削度小，截割能耗犬，粉煤量多，煤尘飞扬严重；转速过低则切削厚度增大，受到截齿伸出长度的限制。一般认为滚筒转速以30～50r/min为宜。目前有降低滚筒转速的趋势，有的采煤机滚筒转速仅为15～20r/min。
5、装机功率
采煤机装机功率的大约85%用于截煤和装煤，用在牵引的功率只有一小部分。为了防止电动机经常处于过载状态运转，一般电动机功率都有一定的富余。
用于中硬用中硬以下煤质的采煤机装机功率与煤层厚度有中表的关系。
采高/m
采煤机装机功率/kw
单滚筒
双滚筒
0. 6～0.9
<50
<100
0. 9～1.3
50～100
100～150
1. 3～2.0
100～150
150～200
2. 0～3.0
150～200
200～300
3.0～4.5
-----
300～450
对于硬煤及极硬煤，装机功率应较上表值加大一倍。
6、采煤机的质量
采煤机的质量太小，会影响机器工作的稳定性；太大又要增大牵引力。常用采煤机的质量M(t)与电动机功率N(kw)之间关系如下：

7、截齿与截线排列图
根据上述资料，选择如下采煤机：
生产厂家：西安煤矿机械有限公司（原西安煤矿机械厂）
型号：MG300/700 - AWD型系列交流电牵引采煤机

型号参数
MG200(250,300)500(600,700) - AWD
MG200(250,300)530(630,730) - AWD
机面高度H1/mm
1085/1200
1085/1200
截割范围H/m
1.4~3.2
1.6~3.3
滚筒直径D/mm
∮1400, ∮1600
∮1600, ∮1800
下切量P/mm
165,349
305,405
截深B/mm
630,800
630,800
过煤高度H2/mm
405/505
532
摇臂摆动中心距L/mm
6900
6900
主要技术参数
型号参数
MG200 (250, 300)/500 (600, 700) - AWD
MG200 (250, 300)/530 (630, 730) - /tWD
最大计簋生产能力/(t/h)
1200
1600
供电电压/V
1140/3300
1140/3300
装机功率/kw
2 x200 (250, 300)+2x40+7. 5
2x200 (250, 300)+2xss+20
牵引力/kw
550～325
550～325
牵引速度（m/min）
0~7.7~12.8
0~10.3~17.1
主机外形尺寸/mm
12500×2200×1200
12500×2200×1200
最大不可拆卸尺寸/mm
3000×ll00×700
3000×ll00×700
主机质量/t
41
43
最大不可拆卸质量/t
5
5
灭尘方式
内外喷雾
内外喷雾
拖线方式
自动拖缆
自动拖缆
MG300/700 -AWD型系列交流电牵引采煤机主视图及断面图。
六、采煤机设备选型计算
（一）设备选型原则和装备标准
根据本井田煤层特点，在工作面主要设备选型时考虑以下原则：
1、技术装备先进、性能稳定、操作简单、维修方便、运行可靠、生产能力大；
2、各设备间需相互适应、能力匹配、运输畅通，不出现“卡脖子”现象；
3、设备选择要和矿井的煤层赋存条件相适应，与矿井规模和工作面生产能力相适应，达到经济效益的最大化；
4、对辅助运输系统，要求系统简单、环节少，工作人员能快速方便地到达工作地点。
本矿井所采煤层为中厚～厚煤层，依照投资合理、效益最大化的开发建设原则，其工作面装备需在充分技术经济比较的情况下，选择国内先进的高产高效、性价比高、安全可靠的采、掘、装、运、支设备。
根据目前国内外高产高效矿井发展趋势看，采煤工艺和技术发展状况的分析，结合本矿井煤层开采技术条件及矿井规模，设计对矿井设备选型考虑全部采用国产设备。
（二）工作面设备选型
1、采煤机
正确选择采煤机是提高采煤工作面生产能力的一项主要任务，对采煤工作面的生产效率、能耗、安全等都具有重要影响，但采煤机选型涉及问题较多，它不仅与煤层的厚度，倾角及煤的物理机械性质、地质条件等有关，还要考虑与支护设备，运翰设备之间的配套关系，因此，在选型过程中要考虑诸多方面的因素，经综合分析后再确定。
(1)滚筒的直径
D=aHmax
式中：
a—螺旋滚筒装煤效率；对小直径滚筒，a=0. 59～0. 63;对大直径滚筒，a =0. 56～0. 59。
Hmax，——采高，计算时取最大采高。3号煤层取3.3m
则：D=0.56×3.3=1.85m
由于综采工作面双滚筒采煤机一般都是一次采全高，故滚筒直径D应稍大于最大采高之半，即D>1/2×Hmax
D>1/2×3.3=1.65m
目前采煤机滚筒直径已经系列化，分别为0. 6m、1. 4m、1.6m、1.8m、2.0m、2.3m、2.6m。
计算结果要按照滚筒系列化标准进行圆整后，最后确定滚筒直径。根据上述计算参数，并结合采煤机系列化标准，初步确定采煤机滚筒直径为2.0m。
(2)滚筒的截深
截深是指采煤机一次循环的推进量，选择滚筒的截深要与现有的滚筒系列和选定支架等设备配套。为有效地利用煤层的压张效应，现代采煤机的截深都小于1m。截深过小，采煤机生产率受到影响，但加大截深，会使支架的步距加大，顶梁长度和千斤项行程也要加大；同时也使采煤机电机功率及运输机的输送能力加大。为了顶板管理和劳动组织的方便，截深应略小于液压支架推移千斤顶的行程，这样便于调整支架。因此。要综合权衡利弊，选用合理截深。
目前采煤机的截深有：0.5，0.6，0.7，0. 75，0.8，0.9及1.0m等几种。根据土城矿24采区煤矿生产能力为500kt/a和矿井工作制度（每天四班作业，其中三班出煤，一班准备及检修），初步确定采煤机截深为0. 8m。
(3)滚筒的转速
类似滚筒直径一样，现代滚筒采煤机的每种型号都有几种滚筒转速供选择。采煤机滚筒转速的选择要兼顾截煤及装煤两种工艺，以适应不同的煤质情况，目前大部分厂家的采煤机基本都已匹配好的。
滚筒转速的取值：直径为0. 5～0. 6m的滚筒转速n=80～120r/min;直径为1.8～2. 0m的滚筒转速n=30～40r/min。大直径滚筒选用低档转速，小直径滚筒选用高档转速。为防止碎煤抛过筒缘循环的转速，一般认为滚筒转速为30～50r/min较适宜，目前滚筒转速有降低的趋势。根据上述所确定的采煤机滚筒直径为2.0m，设计推荐滚筒转速为30r/min较合适。
目前常用的截割速度Vj=3～5m/s，最好在4m/s左右。巧过高将使煤尘增多，大大降低截齿的寿命。

式中：
D-选定的滚筒直径，2000mm;
n-选定的滚筒转速，30r/min。
则：
根据上述验算结果，截割速度为3. 14m/s符合要求。
(4)采煤机生产率
采煤机和其他工作面设备的基本功能就是按照所要求的生产率完成其生产过程。采煤机的生产率取决于矿山地质和矿山技术条件、机器工况和结构参数以及时间利用率等因素。因此采煤机的生产率分别以理论、技术和使用生产率表示。
1)理论生产率
在给定条件下，以最大参数连续运行时的生产率称为理论生产率，理论生产率Q的计算公式为：
Q= 60HB
Q-理论生产率，t/h;
H-工作面平均采高，m；
B-滚筒有效截深，m；
-给定条件下可能的最大牵引速度，m/min;
-煤的密度，一般为1.3～1. 4t/m3。
则：Q=60×3×0.8×3.8×1.35=739t/h
采煤机的理论生产率是确定与其配套设备生产能力的依据，是由工作条件、机器工况和结构参数确定的。在实际工作中，只有与其配套的设备生产能力大于采煤机的生产能力时，采煤机才能达到给定的理论生产率。
2)技术生产率
考虑根据循环图表而进行的辅助工作，如更换截齿、开切口、检查机器和排除故障所花费时间后的生产率称为技术生产率，技术生产率Q的计算公式为：
,
式中：
----技术生产率，f／h；
----采煤机技术上可能达到的连续工作系数，一般 =0.5～0.7。
则：
3)实际生产率
实际使用中，考虑了工作中发生的所有类型的停机状况，如处理输送机和支架的故障、处理顶底板事故等。使用生产率可由下列公式计算：

式中：
----实际生产率，t/h；
k2——采煤机在实际工作中的连续工作系数，一般为=0.6～0.65。
则：
(5)采煤机允许的最大牵引速度
牵引速度是采煤机的一个重要参数，牵引速度直接决定了机器的生产能力。装机容量、移架速度、输送机生产能力等因素又限制了牵引速度的增长；从另一方面讲，牵引速度加大后，切屑厚度过大将导致齿座挤压煤体，造成截割阻力的急剧上升。
随着装机容量的加大，采煤机牵引速度已达8～13m/min，国外有的采煤机牵引速度高达l5～20m/min。然而增加装机容量，加大牵引速度，并不是增加工作面生产能力的唯一途径，综合机械化采煤是一个复杂的生产过程，除了需要解决和改进技术和装备上的问题外，尚需改进管理上存在的问题，其中首要的问题是提高采煤机的开机率。统计资料表明，即使年产百万吨的综采工作面，其生产班的平均开机率也不足50%，而全国的平均水平仅为其一半，足见改进管理的潜力是很大的。
采煤机最大牵引速度用下式计算：

式中：
----牵引速度，m/min;
n-----滚筒转速，r/min;
m ---每条截线上的齿数，一般取1～3;
l---滚筒的齿长若未知，可近似取刀型截齿l=65～l00mm;镐型截齿l=60～80mm。
则：
(6)采煤机功率
1)预计装机功率
采煤机的装机功率：

式中：
-----采煤机截煤的单位能耗，;一般取=1.1～4.4，硬煤及韧性煤取上限，软煤及脆性煤取下限。本次设计取2.3。
则：
2)截割功率
采煤机工作机构消耗的功率一般占装机功率的80%～85%;故采煤机截割功率：
= (0. 8～0. 85) =0.85×385=327kW
3)牵引和辅助功率
牵引和辅助装置消耗装机功率的15%～20%，其中，牵引系统消耗的功率占到90%以上，故采煤机牵引功率：
=0.9×(0. 15～0. 2) =0.9×0.2×385=70kW
辅助装置功率：
=0.1×(0. 15～0. 2) =0.1×0.2×385=8kW
4)装机功率
上述计算结果，要按采煤机配备电动机的标准功率进行圆整。则采煤机实际装机功率：

采煤机的装机容量是由生产能力决定的，生产能力为500～700 t/h时，装机容量约600～750 kW。
国外一些采煤机的生产能力已达到1500～2000 t/h，其装机容量也高达1100～1500 kW。
采煤机的生产能力正比于采高，因此也可以根据采高估计装机容量的大小。对于硬煤，装机功率应加大一倍。因此N=910kw
(7)采煤机牵引力
采煤机的牵引力与装机容量关系密切，装机功率150kW时，牵引力为160～180kN;装机容量300kW时，牵引力达250～300kN。牵引力与牵引机构的刚度系数、采煤机的质量、摩擦系数、牵引速度、截割阻力及载荷的不均衡性、机道形状等因素有关，很难精确计算，一般用经验公式确定。

式中：
P-----牵引力，kN
N------采煤机装机容量，kW。
则：P=0.5×910=405kN
根据上述计算结果，确定采煤机的主要参数如下：总装机功率910kW，截深不小于800mm，采高2.0～3.5m（换滚筒），生产能力不小于500wt/a，牵引方式为销排式无链电牵引，牵引力不小于405kN，额定电压1140V。
经调查，初步选用目前国内使用的相对较为可靠的MG-400/985-WD型无链电牵引采煤机。该采煤机为多电机横向布置，机载式交流变频调速，摆线轮销轨式无链牵引，其供电电压为1140V。控制系统采用可编程控制器及DTC变频器，监测系统采用工业控制计算机，是目前综采工作面高产高效的一种常用机型。
型号：MG400/985-WD型系列交流电牵引采煤机
型号参数
MG400/985- WD
采高m
1.9-3.75
适应煤质硬度
f≤4
煤层倾角（。）
≤35
截深mm
630、800
滚筒直径m
1.6、1.8、2.0
牵引方式
交流电牵引（无链）
牵引力kN
620/360、506/304
牵引速度m/min
0.7-12/0-8.6/14.5
链条规格
摆线轮销轨
滚筒中心距mm
10280
机面高度mm
1570
卧底量mm
326、426、526
电动机
型号
YBCS2-400/400
功率kW
2×400+2×45+75+20
台数/台
6
电压kV
1140
灭尘方式
内外喷雾
控顶距mm
2730
总重量t
55.5
设计单位
鸡西煤机厂
制造商
鸡西煤机厂

第二章 综采液压支架选型
一、液压支架选型原则、依据及内容
1、液压支架选型原则
(1)支护强度应与工作面矿压相适应。支架的初撑力和工作阻力要适应直接顶和基本顶岩层移动产生的压力，将空顶区的顶底板移近量控制到最小程度。
(2)支架结构应与煤层赋存条件相适应。
(3)支护断面应与通风要求相适应，保证有足够的风量通过，而且风速不得超过《煤矿安全规程》的有关规定。
(4)液压支架应与采煤机、刮板输送机等设备相匹配。支架的宽度应与刮板输送机中部槽长度相一致，推移千斤顶的行程应较采煤机截深大，支架沿工作面的移架速度应能跟上采煤机的工作牵引速，移架速度还应满足生产指标的要求，支架的梁端距应为左右。
2、液压支架选型依据及内容
(1)选型依据支架选型前必须将工作面的煤层、顶底板及采区的地质条件全面查清、探明，编出综采采区、综采工作面地质说明书。
(2)选型内容选择支架时，要确定下述内容：支架类型，如支撑掩护式或掩护式；立柱根数；支护阻力，包括初撑力、额定工作阻力；支架结构高度，包括最大和最小高度；项梁和底座的结构形式、尺寸及其相对位置；对防滑、防倒、防片帮、调架、移架、端面维护等装置的要求；操作方式、阀组性能等。
二、液压支架主要参数的确定
（一）支架工作阻力
液压支架的（额定）工作阻力是指液压支架（柱）正常工作时，对顶板能产生的最大支撑力。
我国综采工作面的实测资料分析表明，对大多数矿区，支架额定阻力（单位：）按监界时间加权平均阻力乘以1.52倍均方差计算，可适应基本顶来压时的动载。
在没有实测资料的矿区可按下式预计

支架额定每延米阻力（单位：kN/m）

式中
M-----采高，m；
-----周期来压平均步距，m，可按初次来压步距（）预计，；
------控顶宽度，m。
工作面底板分类主要是对抗压入性分类，适应底板类别的支架要求支架底座尖端对底板岩层的比压不超过工作面底板的容许比压。
（二）液压支架工作高度
支架的最大、最小工作高度的确定以工作面采高为参数，可按以下公式计算

式中
-----最大采高，有冒伪顶时应特殊考虑。

式中
——最小采高；
——预计的顶板下沉量，一般
——避免支架压死的撤出高度，一般

（三）初撑力
支架的初撑力是指在泵站工作压力作用下，支架全部立柱升起，顶梁与顶板接紧时支架对顶板的撑力。
初撑力的作用是减缓顶板的早期下沉速度，增加顶板的稳定性，使支架尽快进入恒阻状态。
选取初撑力应考虑的以下几点：
（1）直接顶顶板中等稳定以下，支架的初撑力一般应为工作阻力的70%-80%。
（2）机道上方的顶板稳定性较好时，适当的顶板下沉有利于减少顶板在采空区悬顶，故初撑力不宜过高，但不用低于工作阻力的55%。
（3）对于基本顶来压强烈的工作面，为避免顶板大面积悬顶垮落是冲击负荷损坏机械设备，初撑力应适当加大，一般不低于工作阻力的75%。
（4）当支架用于厚煤层的下分层时，若初撑力太小，在移架时容易形成大量的网兜面难以控顶，初撑力一般取采高的2~3倍的岩石重力。
（四）支架的伸缩量和伸缩比
根据支架的伸缩量，可以确定立柱的行程。在工作面采高变化较大时，要用双伸缩立柱或采用机械加长段。
液压支架最大结构的高度与最小结构高度之比成为伸缩比，即

伸缩比k反映了支架对采高变化的适应能力，k愈大表示适应煤层变化的能力越大，薄煤层中的k值为2.0~2.5，中厚煤层中k应不小于1.4~1.6.两柱掩护支架k可达3.0，支撑掩护支架k可到2.0~2.5.
不同采煤法的综采工艺，如单一长壁综采,大采高综采，放顶煤综采，支架类型各有特点。根据不同矿压特性，选用适合本矿区煤层赋存条件相应的液压支架，再依据选型内容，参照液压支架主要技术特性直接选取机型，也可以根据选型内容，在初选架型后，分别选定支架各主要部件的功能和性能参数，再整机组合定型。在选定架型后还要核对与采煤机，刮板输送机的几何尺寸。
五、架型选择
选择架型主要根据顶板条件，但同时还应考虑下列因素：
(1)煤层厚度
根据我国煤层赋存的特点，当厚度超过2. 5m，顶板有水平推力时，应选用抗水平强的支架，一般不宜选用支撑式支架，当煤层厚度在2. 5～2. 8m以上时，应选用带护帮装置的掩护式或支撑掩护式支架，当煤层厚度变化较大时，应选用调高范围大的支架。
(2)煤层倾角
煤层倾角在10～15度以上时，支架应有防滑和调架装置，当倾角超过18度时，应同时具有防滑和防倒装置。
(3)底扳强度
支架底座的对底板接触比压应小于底板的允许比压，允许比压与底板的岩石性质有关，对于砂岩底板，其值一般为1. 96～2. 16MPa。软底极为0.98MPa左右，接触比压与具体支架有关，选型时应验算接触比压值。
(4)瓦斯涌出量
对于瓦斯涌出量大的工作面，应优先选用通风断面大的支撑式和支撑掩护式支架。
(5)地质构造
断层十分发育，煤层厚度变化大，项板允许暴露面积和时间在5～8平方米和20min以下时，暂不宜采用综采设备。
(6)设备成本
能同时允许使用几种架型时，应优先选用价格便宜的支架，在一般情况下，支撑式支架最轻，造价也最便宜。而支撑掩护式支架最重最贵。
此外，对于特定的开采要求，应选用特种支架，如厚煤层分层开采时选用铺网支架，冒落法开采时选用放顶煤支架，工作面端头支护选用端头支架，等等。
六、支架参数确定
1、支护强度和工作阻力
顶板所需的支护强度取决于顶板的等级和煤层厚度，他可按以下公式确定：
(MPa)
式中：
K-----为作用于支架上的顶板岩石厚度系数，一般取5～8；
H-----为采高，m；
p------为岩石强度，一般取2500kg/；
g------为重力加速度，取10 。

支架支撑顶板的有效工作阻力
(kN)
式中：
F-----为一支架的支护面积，按下列公式计算：
单位：平方米
式中：
L-----为支架顶梁长度，4.2m；
C-----为梁端距，m；
B-----为支架顶梁宽度，m；
K-----为架间距，m。

（（（（算错了，自己改。
有效工作阻力与支架工作阻力的比值，称为支架的支撑效率。支撑式支架的支撑效率为100%；掩护式和支撑掩护式支架，由于顶梁与掩护梁铰接，立柱又斜撑，故支撑效率总是小于1，初选支架时可取80%左右，在考虑了支撑效率后，所需每架立柱的总工作阻力P应为：
(MPa)

2、初撑力
初撑力大小对支架的支护性能和成本都有很大的影响，较大的初撑力能使支架较快达到工作阻力，减慢顶板的早期下沉速度，增加顶板的稳定性，但对乳化液泵站和液压元件的耐压要求也将提高。一般取初撑力