煤矿机电选型设计
第一部分 支护设备与采煤机选型设计
已知条件：
1. 煤层厚度：3.3m; 2. 截割阻抗：235N/mm; 3. 年产量：105万吨/年； 4. 顶板条件：2级3类； 5. 煤层倾角：12°； 6. 工作面长度：120m.
一、机械化采煤工作面类型的确定与论证
机械化采煤工作面根据支护设备型式不同，可分为普通机械化采煤工作面（简称普采）及综合机械化采煤工作面（简称综采）。综采工作面主要设备为双滚筒采煤机、刮板输送机、液压支架，综采工作面机械化程度高、安全、生产率高。普采工作面主要设备为滚筒采煤机、刮板输送机、金属摩擦支柱或单体液压支柱及金属铰接顶梁。一般当工作面内煤层厚度较厚、煤层倾角及煤层厚度变化不大，地质条件比较稳定，没有大的断层、夹矸等，工作面设计能力又比较高，采用综采较好。据已知条件，选用综采工作面较好。 二、液压支架的选型
1．影响液压支架选型的因素
影响液压支架选型的因素，主要是矿山地质条件、如顶、底板稳定性、煤层厚度、煤层倾角、煤层赋存状况及瓦斯含量等。其中以煤层及顶、底板稳定性影响最大。 (1) 顶板稳定性：
顶板稳定性直接影响支架的架型支护强度。顶板岩性的不同，决定支架的架型的型式，岩层载荷和顶板的稳定性主要影响支架支护强度和顶梁的结构型式。一般讲：煤层顶板稳固平
整，应选用支撑式支架；煤质松软、顶板破碎煤层，应选用掩护式支架；而煤层顶板坚硬，则应选用支撑掩护式支架。 (2) 底板稳定性：
底板岩石的组成，结构及岩石力学性质是支架选型不可忽视的另一重要条件。底板的稳定性，对支架底座影响颇大。支架架型选取不当，会使支架陷入底板，使移架困难。根据我国煤层底板岩石抗压强度。按《毕业设计指导书》P.22，表2-1选取支撑式支架。 (3) 煤层厚度：
煤层厚度主要影响支架支护强度，煤层厚度越大支护强度应越高，煤层厚度大小及变化情况，又决定着支架的结构高度和伸缩范围。 (4)
煤层倾角
煤层倾角主要影响支架稳定性，煤层倾角大则易使支架发生倾倒、下滑现象。必须采取防倒防滑措施。 (5) 煤层埋藏稳定性：
实践证明：煤层埋藏越平稳，综采的效果越好。断层及其性质对支架的使用好坏起决定性的影响。若断层落差大，综采设备通不过，断层条数多，综采面搬家次数多。 (6) 煤层瓦斯含量
瓦斯含量大的煤层应采用通风断面大的支架。
支撑式液压支架虽然价格便宜，但使用性能远不如掩护式和支撑掩护式液压支架优越。因此：在可能情况下，应优先选用掩护式和支撑掩护式两种架型。
除矿山地质条件外，采矿技术条件，如回采方式，采面长度，采煤机械类型、生产环节等因素对液压支架的造型也有一定的影响。
2．煤层顶板及顶板分类
覆盖在煤层上的岩石，依次分为伪顶、老顶，它们统称为
煤层的顶板。伪顶是紧贴在煤上极易冒落的较薄岩层，通常在煤层被采下后随即冒落，对液压支架的选型一般没有影响。
直接顶位于伪顶之上，无伪顶时直接位于煤层之上，通常是在移架或回柱后随即冒落，直接顶下部1.5～2为厚的岩石叫直接下位岩石，它对架型的选择有决定性的影响。 (1) 直接顶分类
我国将缓倾斜煤层回采工作面直接顶根据其稳定程度分为四类：
不稳定顶板：很易冒落；
中等稳定顶板：一般在支护设备前移后随即冒落； 稳定顶板：难于冒落，需支架帮助切顶； 坚硬顶板：极难于冒落，采后需强制放顶。 (2) 老顶分级
老顶位于直接顶之上，按《毕业设计指导书》P.24，表2－3可知2级老顶周期来压明显。 3、液压支架的选型
液压支架的选型，包括选择支架的架型，支架的结构参数和支架强度的确定。 (1) 架型的选择：
液压支架根据对顶板的支护方式和结构特点不同，可分为支撑式，掩护式、支撑掩护式三种基本型式。
支撑式支架顶梁长，立柱多，且垂直支撑、工作阻力大，切顶能力强，通风断面大，后部有简单的挡矸装置，架间不撑紧，对顶板不密封。它适用于稳定或坚硬以上直接顶和周期来压明显或强烈的老顶条件。
掩护式支架有宽大的掩护梁可挡住采空区冒落的矸石，它的顶梁较短，支柱少且倾斜支撑。架间密封，支架工作阻力较小，切顶能力差，但由于顶梁较短控顶面积小，支护强度不一定小。它适用于不稳定和中等稳定直接顶条件。
支撑掩护式支架兼有支撑式和掩护式支架结构特点，顶梁较长，立柱较多，呈垂直或倾角较小倾斜支撑，帮工作阻力大，切顶能力强，具有掩护梁架间密封，挡矸掩护性能好。它适用于稳定以下各类顶板，有取代支撑式支架的趋势，但它的结构复杂，重量较大，价钱较高。
注意因素：（1）煤层厚度大于2.5米，顶板有侧向推力时，一般不宜采用支撑式支架，煤层厚度在2.5～2.8米以上时，应选用带护帮装置的掩护式或支撑掩护式支架，煤层厚度变化大时应采用调高范围大的双伸缩支柱。（2）煤层倾角在10～15°以上时，支架应有可靠的防滑防倒装置。（3）底板强度，支架对底板比压应小于底板岩石允许抗压强度。（4）瓦斯含量，瓦斯涌出量大的工作面，应优先选用通风断面大的支撑式或支撑掩护式支架。（5）设备成本，能同时允许选用不同架型时，应优先选用价格便宜的支架。
据《毕业设计指导书》P.24，表2-4可知，由给定的已知条
件2级3类应选用支撑式支架，但因煤层厚度是4m>2.5～2.8m,顶板有侧向推力，这时，一般不宜采用支撑式支架，应选用带护帮装置的掩护式或支撑掩护式支架。因此我选用2级2类，支撑掩护式支架。
(2) 液压支架结构参数的确定
液压支架的结构参数，主要指液压支架的结构高度，应能适应采高的要求，它根据煤层厚度和采区范围内地质条件的变化等因素来确定。其选择的原则是：在最大采高时，液压支架应能“顶得住”，在最小采高时，支架能“过得去”。支架最大结构高度Hmax和最小结构高度Hmin，具体由下面经验公式计算： Hmax = hmax+a= 3.3+0.3= 3.6m
Hmin = hmin－S2－b－C= 2.9－0.18－0.1－0.08= 2.54m
式中：hmax — 煤层最大厚度，3.3米；
hmin — 煤层最小厚度，2.9米；
a — 考虑伪顶，煤皮冒落后，支架仍有可靠初撑力所需
要的支撑高度的补偿量；厚煤层可取得300毫米；
S2 — 顶板最大下沉量，一般取支架后排立柱处顶板的
下沉量。可按劳取酬100～200毫米选取，1级老顶取大值，四级老顶取小值；
b — 支架卸载前移时，立柱伸缩余量，煤层厚度大于
1.2米时，取80～100毫米；
C — 支架顶梁上存留的浮煤和碎矸石厚度，一般取
50～100毫米。
(3) 支架支护强度的确定
支架支护强度q：支架单位支护面积上的支撑力。它是衡量液压支架性能的一个重要参数，可由下列方法确定： a. 按经验公式估算：
q = KHR=8×3.3×2.3=60.72t/m2
式中：K — 作用于支架上的顶板岩石厚度系数，我国中厚煤层
取6－8；
H — 最大采高，4米；
R — 岩石容重，一般取2.3t/m3。
b. 据顶板条件和煤层厚度，由《毕业设计指导书》P.24，表2-4可查取2级3类，采高3.3米，支护强度为1.3×45=58.5t/m2.
由《采掘机械与液压传动》P.243,表3-4-1，注：（2）可知1.3为2级老顶的分级增压系数； 结果选取大值：q=60.76t/m2
(4) 选择液压支架型号：参看《采掘机械与液压传动》P.230,表3-2-1，选取支撑掩护式支架：
架型：BC520－25/47 支撑高度：2.5～4.7m 工作阻力：5069KN 初撑力：4704KN