1、山东科技大学学士学位论文 I 摘要 介绍了四方面的主要内容：一、矿井概况：主要包括矿井地理位置、井田分布、煤层赋存及顶底板条件、水文地质情况、煤层开采方式、矿井自然灾害和主、副运输系统、供电系统等，掌握煤矿的基本情况；二、采煤工作面设备选型：主要是采煤机、刮板输送机和液压支架的选型设计，确定各主要设备的型号、参数并保证其满足三机配套的各种关系，如运输能力和尺寸关系等；此外，还包括桥式转载机、破碎机的选型和工作面供电设备、作业规程、人员配备的确定；掌握工作面的设备选型，熟悉工作面的设备、管理情况； 三： 运输机械 及提升设备 选型，根据煤矿的基本 情况，对矿井井下顺槽皮带运输系统 以及提升设备
2、进行合理的确定，对主要设备进行选型计算，从而系统的掌握矿井运输系统 以及提升系统；四： 流体机械选型设计，主要是水泵、主通风设备的选型计算，根据原始资料，设计出满足煤矿排水和通风要求的设备，掌握通排流体机械的设计过程 。 关键词 ：矿井概况；采煤工作面设备；运输机械 ； 流体机械。 山东科技大学学士学位论文 II ABSTRACT Introduced four main elements: First, mine Overview: including coal location, coal-field distribution, coal seam and roof and floor c
3、ondit condit-ions, hyreooical conditions, coal mining methods, mine natural disasters and major, depty transport system, master the basic situation of coal mins; second, mining equipment selection: mainly Shearer, Scraper and selection of hydraulic design, major equipment to determine model paramete
4、rs and to ensure they meet the three machine supporting various relationships, such as the relationnship between transport capacity and size; In addition, the bridge is also included loader, emulsion pump, spray pump station selection and face power supply equipment, operating procedures, to determi
5、ne staffing ; master face equipment selection, familiar face of equipment, management; third: Fluid mechanical type design, mainly pumps, ventilation equipment, the selection of the main calculation, based on original data, designed to meet the coal mine drainage and ventilation requirements equipme
6、nt, control through row of fluid machinery design process; fourth, the transport enhancing machinery selection, according to the basic situation of coal mines, the mine underground trough belt transportation system, upgrading the system to determine a reasonable, calculated on the major equipment se
7、lection, mine transport systems and thus enhance the system control Key words: mine overview； mine coal face equipment ； fluid machinery ；ransport machinery. 山东科技大学学士学位论文 III 目录 1 矿井概况 . 1 1.1 矿井地理位置及井田分布 .1 1.2 煤层赋存情况、顶底板条件 .2 1.3 水文地质情况 .3 1.4 矿井开拓系统 .4 1.5 煤层开采方式与掘进方式 .6 1.6 矿井自然灾害情况 .8 1.7 主副井系统
8、 .12 1.8 主运输系统 .13 1.9 辅助运输系统 .14 1.10 矿井供电系统 .15 1.11 生产管理系统 .15 2 采煤工作面设备选型计算 . 17 2.1 采煤工作面设计 .17 2.2 采煤工艺 .18 2.3 采煤设备配套要求 .21 2.4 采煤机械选型计算 .23 2.5 支护设备选型 设计 .35 2.6 刮板输送机选型计算 .50 2.7 乳化液泵站 .59 2.8 喷雾泵站的选型计算 .62 2.9 采 煤工作面供电设备 .63 2.10 采 煤工作面安全管理 .66 山东科技大学学士学位论文 IV 3 运输设备选型计算 . 69 3.1 可伸缩皮带机的设计
9、 .69 3.2 采区带式输送机选型 .78 3.3 运输大巷电机车选型设计 .91 4 矿井提升设备选型 . 102 4.1 提升方案的确定 .102 4.2 多绳摩擦式提升机提升机选型设计 .106 5 矿井通风设备选型计算 . 138 5.1 原始资料 .138 5.2 通风设备参数设计 .139 6 矿井排水设备选型计算 . 144 6.1 设计原始资料 .144 6.2 选择排水系统 .144 6.3 预选水泵的型式和台数 .145 6.4 排水管路的确定 .148 6.5 计算管路特性 .151 7 专题 . 159 7.1 掘进工作面设备选型计算 .159 7.2 八级磁力站时间
10、原则控制 绕线式异步电动机转子串电阻起动 .180 7.3 支杆强度的校核 .196 参考文献 . 219 致谢 . 221 附录一 . 222 山东科技大学学士学位论文 V 附录二 . 227 山东科技大学学士学位论文 1 1 矿井概况 1.1 矿井地理位置及井田分布 济宁三号煤矿位于山东省济宁市任城区境内，西北距济宁市 14km，东北距兖州市 32km；本区交通方便，铁路、公路及水路运输均很发达。铁路有兖 （ 州 ） 新 （ 乡 ） 铁路通过济宁市，向东 32km至兖州站，与京沪线相接，向西在菏泽东站与京 运河将建成为南北水上运输的主要航道 ，见图 1.1。隶属兖州煤业股份有限公司，设计生
11、产能力 500 万吨 /年，设计服务年限 81年，井田总面积 105.05 平方公里 。 图 1.1 济宁三号煤矿交通位置图 济三井田位于南北向的济宁地堑构造内，位于济宁煤田的中南部。东西二侧分别为南北向的区域性断裂孙氏店断层和济宁断层，井田内侧断层则以受此区域性断裂控制的南北向断层为主。井田的褶曲形态北部以宽缓山东科技大学学士学位论文 2 褶曲为特点，往南逐渐转成北东向、向北西倾伏的单斜构造。 1.2 煤层赋存情况、顶底板条件 济三井田煤系赋存特点是，东部及东南部浅，西部深。由北至南为一近南北走向、向西倾伏逐渐转成北东走向向西倾伏的单斜构造。浅部具宽缓褶曲的特点，形成次一级的向背、斜构造。地
12、 层倾角平缓，一般在 5 9度左右，唯东部孙氏店支一断层西侧，因受断层牵引影响，倾角局部变陡。在 5 至 7 剖面线处可达 18 度以上。井田内褶曲构造因地层倾角平缓，褶曲幅度又不大，所以形态不甚明显。 井田含煤地层平均总厚为 250m，可采煤层有 上3 、 下3 、 6、 下10 、 下12 、15上 、 16上 及 17 共八层，平均总厚 10.32m，含煤系数为 4.1%。其中主要可采煤层为 3上 、 3下 及 16 上 、 17 煤层，平均总厚 7.36m，占可采煤层总厚的 71.3%。又以 3上 、 3下 煤层两层厚度较大，平均厚度达 6.22m，占可采煤层总厚的 60.2%。 3上
13、 煤顶板主要为灰白色粉砂岩，厚 0.32 27.35m，局部有厚 0.504.39m的粉砂岩与细砂岩直接顶和厚 0.16 0.65m的泥岩或粉砂岩伪顶。岩性、厚度变化较大，为浅水三角洲平原分流河道沉积，其横向变化也比较大，分布特点是呈现透镜状。粉砂岩抗压强度为 54MPa，普氏硬度为 6.3，根据顶板岩性和抗压强度，参考岩层厚度、层理、构造、裂隙和硬度等综合指标，将 3 上煤顶板划分为不稳定 中等稳定顶板。 底板以泥岩、粉砂岩为主，抗压强度为 31.0 48.3MPa，多为不坚固岩石。东南部分布有厚 0.10 0.55m的泥岩、铝质岩伪底。底版为不 稳定底版。 3 下煤顶板以中砂岩、粉砂岩、细
14、砂岩为主，厚 0.48 60.00m。粉砂岩顶板主要分布在首采区东部、中部和西部，其他较大面积顶板为砂岩。伪顶分布较零散，主要为泥岩和粉砂岩伪顶，厚 0.10 0.45m，伪顶之上的直接顶山东科技大学学士学位论文 3 板主要为中、细砂岩，厚 0.74 29.65m。抗压强度平均值：粉砂岩为 54MPa，细砂岩为 77.2MPa，中砂岩为 67.6MPa。 底板以泥岩、粉砂岩为主，抗压强度为 31.0MPa-48.3MPa,多为不坚固岩石，东南部分布有吼 0.10-0.55m 的泥岩、铝质岩伪底，底板为不稳 定底板。 3下 煤顶板以砂岩、粉砂岩、细砂岩为主，厚 0.48-60m。粉砂岩顶板主要分
15、布在首采区东部、中部和西部，其他较大面积顶板为砂岩。伪顶分布较零散，主要为泥岩和粉砂岩伪顶，厚 0.10-0.45m，伪顶之上的直接顶板主要为中、细砂岩，厚 0.74-29.65m。抗压强度平均值：粉砂岩为 54AMPa，细砂岩为 77.2MPa，中砂岩为 67.6MPa。 底版在矿井北部多分布中等坚固的泥岩，厚 0.40 6.65m；首采 区中部底板细砂岩、粉细砂岩互层，其中粉砂岩厚 0.60 11.90m,粉细砂岩互层厚0.60 13.32m，湖区及南部地区为粉砂岩、沙质泥岩底板。泥岩底板为中等稳定底板，细砂岩、粉细砂岩互层底板为稳定底板，粉砂岩、沙质泥岩底板为不稳定 中等稳定底板。 1.
16、3 水文地质情况 井田内主要河流有京杭运河、泗河、幸福河及氵光氵府河等，它们以湖盆为中心，分别流入南阳湖。京杭运河位于井田西部，从北部至 7 线西侧流入南阳湖，最高水位标高 36.67m，汛期最大流量 626m3/s(1964 年 9 月6 日 )，旱季流量变小，乃至干 涸。氵光氵府河位于井田北部，自北向南至辛店西侧流入南阳湖 ,河床宽约 400m，汛期最大流量 400m3/s(1964 年 9 月 1日 )，旱季流量减小乃至干涸，东部及南部尚有幸福河及泗河等，均为季节性河流。 煤矿为第四系覆盖下的隐蔽井田，开采 3 上 ， 3 下 煤的直接冲水含水层为山东科技大学学士学位论文 4 3 煤顶底
17、部砂岩、三灰以及上侏罗统下部砂砾岩含水层，间接充水含水层为第四系下组。侏罗系底部砂砾岩含水层，岩性以中细砂岩为主，局部含砾岩，正常情况下，覆岩导水裂隙波及不到侏罗系底部砂砾岩含水层。上述含水层富水性等级见错误，未找到引用源，可见，矿井直 接充水含水层富水性属中等 极弱，补给条件以露头补给为主，有一定的补给水源，但补给条件一般。 根据 2001 2007 年的矿井涌水量观察资料，矿井年平均涌水量为335.6m3 /h，矿井最大涌水量为 552.5 m3 /h（ 2001 年 12 月）。矿井涌水量主要来源为 3 煤定底部砂岩裂隙水、上侏罗统下部砂砾岩裂隙 -孔隙水，以巷道、工作面淋水、小股水流及
18、采 后涌水等形式涌出。预计未来矿井正常涌水量为 593 m3 /h，最大涌水量为 806 m3 /h。 1.4 矿井开拓系统 济三煤矿井田范围大，煤层埋藏深，自东向西埋深逐渐加大（ 3001000m），且井田深部区域 (-700m)以下位于南阳湖下。根据煤层赋存条件和地面存在较大湖泊特点，矿井采用立井分区域开拓方式，沿倾斜方向以八里铺西断层和 c11 9 断层连线为界将井田划分为东西两区域。东西两个分区没有个自的辅助井筒，负责各分区的进回风和辅助提升任务，井下已采煤炭则由设在东区的主井集中提升到地面，形成煤炭集中提升的分区域开拓部署特色。东区地表为陆地区，煤层埋藏浅，上组煤都集中在 700m以
19、上，厚度大，储量丰富勘探程度高，地面建井条件好 ，见图 1.2。 山东科技大学学士学位论文 5 3煤北部辅助运输大巷北部胶带机输送大巷10下12下15上16上17Q 2QJ胶带机机头峒室-800-700-600-500-400-300-200-1000-700-800-400-500-600-800-200-3000-100风井 付井主井比例尺：纵向：1：5000横向：1：20000开拓方式示意图北部辅助运输大巷北部胶带机输送大巷图 1.2 开拓方式示意图 济宁三号煤矿分两个水平开采 ,第一水平 1-518m 开采东区 ,第二水平1-880m 暂定 ,开采西区 .因现为开采第 一水平时期 ,现将第一水平东区情况简介如下 : 东西自东向西分成三个区段 .第一区段从井田东部边界孙氏店断层到F8 断层 ,第二区段从 F8 断层到八里铺东断层 ;第三区段从八里铺东断层到八里铺西断层和 3 下 煤层 -700m待高线 .东西大巷以北 4.7km划分为两段 .这样
