1、山东科技大学学士学位论文 I 摘要 针对如何提高矿井机械化水平这一亟待解决的问题，本课题着眼于矿井机电设备配套，旨在通过对矿山机电设备的合理选型和设计，使矿井生产系统实现安全、高产、高效的要求。 本课题在了解矿井概况的基础上，研究综采工作面设备、中央排水系统、通风设备、运输和提升设备的选型和设计。通过筛选实习过程中收集到的原始资料，加以整理， 参照煤矿安全规程的相关要求确定出相关设备的各项具体参数，进行相关验算，确定设备布置和关系，利用变频、 plc 等技术对电控系统进行科学设计 本课题通过对矿山机电设备 合理的选择与维护、机械化设备的科学 使用，对提高煤炭企业的经济效益和促进经济社会可持续发
2、展，都具有重要的现实意义。 关键词 ：煤矿；设备；矿井机械化；选型；配套；山东科技大学学士学位论文 II ABSTRACT Mine mechanization level on how to improve the problems to be solved, this issue focuses on electrical and mechanical equipment supporting mine to mine through the electrical and mechanical equipment on the rational selection and design,
3、mine production system to achieve safe, high yield, high efficiency requirements. Overview of the subject in the understanding of mine, based on research equipment mechanized mining face, the central drainage system, ventilation equipment, transportation and upgrading of equipment selection and desi
4、gn. Internship through the screening process the raw data collected, arranged and reference “Coal Mine Safety Regulations“ relevant requirements of the related equipment to determine the specific parameters of the related checking, determine the equipment layout and the relationship between the use
5、of frequency, plc and other technology scientific design of electronic control systems The issue on mine electrical and mechanical equipment selection and maintenance of a reasonable, scientific and mechanized equipment used to improve the economic efficiency of coal enterprises and the promotion of
6、 economic and social sustainable development, has important practical significance. Keywords: coalpi; equipment; mine mechanization; selection; matching; 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 . 1 1.3 水文地质情况 . 5 1.4 瓦斯、煤尘、自燃发火等参数 . 7 1.5 掘进方式 . 8 1.6 主副井系统 . 9 1.7 主运输系统
7、 .11 1.8 辅助运输系统 .11 1.9 矿井供电系统 . 12 1.10 生产管 理系统 . 12 2 综采工作面设备选型计算 . 13 2.1 采煤工作面设计 . 13 2.2 采煤工艺 . 14 2.3 采煤设备配套要求 . 18 2.4 采煤机选型计算 . 22 2.5 液压支架选型 . 33 2.6 刮板输送机选型 . 45 2.7 乳化液泵站 . 53 2.8 喷雾泵站的选型计算 . 57 2.9 采煤工作面供电设备 . 58 3 运输与提升设备选型设计 . 59 3.1 原始数据 . 59 3.2 选型计算 . 60 3.3 皮带能力验算 . 60 3.4 采区通用带式输送
8、机选型 . 66 3.5 电机车运输计算 . 78 4 多绳摩擦提升机选型设计 . 86 4.1 设计依据 . 86 4.2 主井提升容器的计算 . 87 4.3 钢丝绳的选择计算 . 90 山东科技大学学士学位论文 IV 4.4 提升机计算选择 . 92 4.5 提升机对井筒相对位置的计算 . 94 4.6 提升系统变位质量的计算 . 97 4.7 提升运动学计算 .100 4.8 防滑验算 .108 4.9 提升动力学计算 . 112 4.10 提升电动机容量验算 . 115 4.11 提升电耗和效率的计算 . 116 5 通风机设备选择设计 . 118 5.1 具体任务 . 118 5.
9、2 选型的原始资料资料 . 118 5.3 选择风机 . 119 6 排水设备选型设计 . 123 6.1 煤矿安全规程对主排水设备的要求（摘录） .123 6.2 任务和必须的资料 .124 6.3 设计选型步骤 .124 7 专题 . 136 7.1 掘进工作面设备选型计算 .136 7.2 S7-200 系列可编程控制器功能概述 .160 7.3 矿用主通风机动叶片的强度 校核 .179 参考文献 . 193 致谢 . 194 附录 一 文献翻译 . 195 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
10、 14km，东北距兖州市 32km,隶属兖州煤业股份有限公司，设计生产能力 500 万吨每年，设计服务年限 81 年，井田总面积 105.05km 。 济三煤矿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，东西二测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断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褶曲为特点，往南逐渐转成东北向向北西倾伏的单斜构造。 图 1.1 济三煤矿位置图 1.2 煤层赋存情况、顶底板条件 截止 2007 年底 ， 全矿井储量 (111 和 122,均为 3 上、 3 下煤 )20070.5 万山东科技大学学士学位论文 2 吨
11、 ， 按 2006 年核定的 700 万吨 /年的生产能力 ， 储量备用系数曲 1.4， 估算得本矿井尚可服务 21 年 ， 按原储量类型划分标准 ， 截止 2007 年底 ， 全矿井可采储量 38527.5 万吨 ， 估算本矿尚可服务 39 年。 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。地层倾角平缓 ， 一般在 59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
12、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 3 上、 3 下、 6、 10 下、12 下、 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 上煤顶板主要为灰白色粉砂岩 ， 厚 0.3227.35m， 局部有厚0.504.39m 的粉砂岩与细砂 岩直接顶和厚 0.160.65
13、m 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 31.048.3MPa， 多为不坚固岩石。东南部分布有厚 0.100.55m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、细砂岩为主 ， 厚 0.4860.00m。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
14、为砂岩。伪顶分布较零散 ， 主要为泥岩和粉砂岩伪顶 ， 厚 0.100.45m， 伪顶之上的直山东科技大学学士学位论文 3 接顶板主要为中、细砂岩 ， 厚 0.7429.65m。抗压强度平均值 ， 粉砂岩为54MPa， 细砂岩为 77.2MPa， 中砂岩为 67.6MPa。 底版在矿井北部多分布中等坚固的泥岩 ， 厚 0.406.65m， 首采区中部底板细砂岩、粉细砂岩互层 ， 其中粉砂岩厚 0.6011.90m,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
15、等稳定底板。 表 1.1 工作面位置及井上下关系表 煤层名称 煤 3 下 水平名称 -518 水平 采区名称 十六采区 工作面名称 163 下02c 地面标高 (m) +33.33 +33.4 +33 .36 工作面标高 (m) - 652.4 - 632.2 -642.3 地面的相 对位置 工作面地表位于工业广场西北部，东西介于南阳湖农场四分场与高庄、坞庄之间的农田。 回采对地面设施的影响 回采对地面设施无影响。 井下位置及相邻关系 位于十六采区中部，东临 163 下 02 工作面（已回采），西临163 下 03 工作面（已回采）， 该工作面 设计停采线南距北区回风巷巷中 80m，切眼中心线
16、南距北区回风巷巷中 826m。 山东科技大学学士学位论文 4 表 1.2 工作面煤层情况 煤层 情况 煤层厚度（ m） 2.3 6.4 4.07 煤层结构 简 单 煤层倾角（） 0 6 3 可采指数 1 变异系数 (%) 25.32 稳定程度 较稳 定 回采煤层为山西组 3 下 煤层，结 构简单，属半亮型煤，层状构造，贝壳状平整状断口，玻璃光泽， f=1 2。工作面东南部煤层相对较厚，西北部受冲刷影响变薄，最薄处为 2.3m。平均煤厚 4.07m，为较稳定的厚煤层。 工作面北部赋存 3 上 煤层，南部为冲刷区， 3 上 煤层厚 0 1.10m，与 3下煤层间距 31.00 37.95m，平均
17、34.68m。 煤 质 情 况 Mad (%) Aad (%) Vdaf (%) Qb,ad (MJ/kg) FCad (%) St,ad (%) Y (mm) 工 业 牌 号 2.51 11.56 37.24 28.95 53.98 0.58 11.90 QM45 低灰、低硫，高发热量气煤，为炼焦配煤。 表 1.3 煤层顶底板情况表 顶底板名称 岩石名称 厚度 （ m） 岩性特征 老顶 中砂岩 25.32 30.95 28.13 灰白色，成份以石英为主，次为长石，含少量暗色矿物，分选性好，粘土质胶结，具交错及斜层理，较坚硬，完整性好， f=810。 直接顶 粉砂岩 0 1.02 0.55 浅
18、灰色，成份以石英为主，夹较多暗色矿 物，泥质胶结，夹薄层状细砂岩， f=46。 伪 顶 直接底 泥岩 0 3.30 1.52 深灰色，下部以粉砂岩为主，向上泥质含量逐渐增多，波层状，水平层理，遇水膨胀， f=2 4。 山东科技大学学士学位论文 5 老 底 细砂岩及粉细砂岩互层 15.6320.86 18.26 细砂岩：灰白色，参差状断口，粘土质胶结，中下部夹有薄层粉砂岩，呈互层状，具水平层理， f=6 8。 粉、细砂岩互层：浅灰色灰色，以粉砂岩为主，微波状层理发育，稍具裂隙，方解石充填， f=4 6。 1.3 水文地质情况 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
19、为 3 煤顶底部砂岩、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 20012007 年的矿井涌水量观察资料 ,矿井年平均涌水量为335.6m/h,矿井最大涌水量为 552.5m/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
20、岩裂隙 -孔隙水 ， 以巷道、工作面淋水、小股水流及采后涌等形式涌出。预计未来矿井正常涌水量为 593 m/h， 最大涌水量为 806 m/h。 1.3.1 含水层分析 直接充水含水层 ： 3 下煤顶板砂岩含水层，岩性以中、粉砂岩为主，局部夹粉细砂岩互层，含裂隙水，富水性不均一，以静储量为主，有突发涌水特点。 间接充水含水层： 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。煤 3 下顶板距上侏罗统底部砂砾岩含水层距离为山东科技大学学士学位论文 6 107.7 180.8m，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。 1.3.2 涌水形式 工作面东临 163 下 02 工
21、作面（已回采），西临 163 下 03 工作面 （已回采）。 163 下 02 工作面回采期间最大涌水量为 30m3/h，正常涌水量 515m3/h， 163 下 03 工作面回采期间最大涌水量为 25m3/h，正常涌水量12m3/h。 163 下 02 采空区共有 2 个积水区， 163 下 02c 胶顺掘进期间已疏放，共疏放水量 23168m3，目前仍有 2 个探孔出水，水量 5m3/h。 预计 163 下 02c 工作面回采期间涌水形式为顶板淋水及采空区涌水， 以采空区涌水为主。 1.3.3 涌水量 1、预计方法： 工作面充水条件与 163 下 02 工作面相类似，视为同一水文地质单元，故采用相关因素比拟法预计涌水量。 2、涌水量预计： 比拟因素：煤厚、回采面积、工作面正常涌水量。 计算公式： 00Q Q S h S 参数选取： 0Q ： 163 下 02工作面回采时正常涌水量 15m3/h； 0S ： 163 下 02 工作面回采面积 440210 m2； 0h ： 163 下 02 工作面煤 3 下平均厚度 4.77m； S： 163 下 02c 工作面回采面积 96814m2； h： 163 下 02c 工作面煤 3 下平均厚度 4.07m。 涌水不均匀系数的确定： K=Q 最大 /Q 正， 163 下 02 工作面正常涌
