薄煤掩护式液压支架毕业设计.doc
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1、摘 要液压支架是采矿设备的重要组成部分,主要是有效的支撑和控制顶板,防止矸石窜入工作面和推移输送机,它与采煤机和输送机配套使用,实现落煤,运输支撑顶板综合机械化,有效的减轻了工作面的劳动强度,提高了劳动生产率,并且大幅减小了矿上事故的发生率。本次毕业设计以“薄煤掩护式液压支架”作为设计课题,将先进的设计理念、先进的设计技术、先进的采煤工艺与冀中能源峰峰集团小屯矿的实际地质条件相结合应用于传统产品的设计中。本设计说明书共分六章,通过对液压支架的使用现状、方案比较、参数设计及其使用、维修的设计,让我们学到的各科知识在实践中得以应用,为我们今后的设计得到锻炼。关键词:液压支架 薄煤液压支架 矿山机械
2、设备 目 录摘要-1第1章 概述-11.1我国煤碳的开采和液压支架的发展-31.2 国外液压支架的发展趋势-41.3 小屯矿矿井概况-7第2章 液压支架的方案制定-92.1液压支架的设计依据-92.2 总体方案的分析-12第3章 液压支架参数的确定-15 3.1 液压支架已知数据-153.2 液压支架整体参数的确定-163.3 液压支架部件基本参数的确定-17第4章 液压支架受力分析与较核-184.1 液压支架顶梁受力分析与较核-184.2 液压支架底座的受力分析与较核-234.3千斤顶销轴的较核-26第5章 液压支架的使用和维护-275.1液压支架的操作-275.2 液压支架使用注意事项-2
3、85.3 液压支架的维护、保养及故障处理-305.4 常见故障及处理方法-32第6章 结 论-35 第一章 概 述1.1我国煤碳的开采和液压支架的发展我国煤炭资源十分丰富,1985年全国累计探明煤炭总储量为7822亿t,其中厚煤层的储量占首位,接近总储量的一半,根据1988年我国统配煤矿统计,原煤产量按薄、中厚及厚煤层的比重分别为10.4%、43.97%及45.63%;若以可采储量统计,则分别为17.36%、37.84%、44.80%。我国厚煤层赋存遍及全国,其中以东北及西北地区尤为丰富,15个省46个矿务局赋存有5m以上的特厚煤层,储量超过100亿t,但地质条件比较复杂。因此这类煤层的开采一
4、般是困难的,而放顶煤开采实验的成功为其提供有效的技术途径。我国对煤层厚度的分类标准是按1.3m及3.5m为界,分为薄煤层、中厚煤层及厚煤层;按煤层倾角以及为界,分为缓倾斜、倾斜及急倾斜三类,煤层在3.5至5m范围内的厚煤层一次采全高综采;大于5m的特厚煤层分层铺网综采;大于的急倾斜特厚煤层综采和厚煤层大于5m的缓倾斜煤层放顶煤综采。放顶煤开采是井工开采的一种煤炭回采方法,它是在开采过程中沿缓倾斜特厚煤层的底构成在急倾斜特厚煤层某一阶段高度的底部布置一个采煤各种面进行开采,各种面煤壁采煤机采落的煤装入前部输送机,而上部煤体则在矿山压力作用下在各种面后方垮落并通过支架放煤放入到各种面内后部输送机上
5、。这种采煤技术就叫作放顶煤开采。如果采用综采液压支架进行放顶煤开采,则称综放。放顶煤开采,特别是综采放顶煤的开采是一项综合性的采煤新技术。放顶煤综合机械化开采的实质是:在开采煤层的低部位布置综采工作面,除了正常的三机(采煤机,刮板输送机,液压支架)采煤外,还利用矿山压力或辅以人工松动的方法使工作面上方的顶煤破碎,并随工作面的推进而在前方或后方回收。放顶煤综采技术的推广使用,拓宽了综采机械化开采厚煤层的使用范围,简化了矿井的采掘系统和生产组织,在提高劳动生产等方面取得了比较显著的技术经济效果。当然,放顶煤综采也存在着一些急待解决的问题。主要是煤尘大,比分层开采高出1-3倍,甚至更高;回采率偏低,
6、一般在80%左右;自然发火问题未得到很好的解决;对高瓦斯矿井,瓦斯涌出量大,有局部聚集的危险;液压支架的系列化和功能的完善,特别是过度支架和端头支架的配套性,适应性,可靠性需进一步完善;顶煤冒落对掩护梁的冲击载荷的理论计算和实际显现也需进一步的观察与研究等。这一切需要科研,制造,生产各部门的通力合作,不断创新总结经验,以便把我国特厚煤层放顶煤开采技术和放顶煤液压支架提高到世界最高水平。放顶煤液压支架是综采设备的重要组成部分,主要是有效的支撑和控制顶板,防止矸石窜入工作面和推移输送机,它与采煤机和输送机配套使用,实现落煤,运输支撑顶板综合机械化,有效的减轻了工作面的劳动强度,提高了劳动生产率。放
7、顶煤开采成功与否,主要取决于煤层地质条件,技术设备,特别是放顶煤支架及放顶煤工艺和参数的选择等。为使综采放顶煤工作面支架各种状态良好,保持放顶煤相对稳定,放顶煤具有良好的基础,从支架和围岩相互作用关系来看,必须按照综采放顶煤各种面矿区特点选择与其相适应的放顶煤支架。在采煤工作面的煤炭生产过程中,为了防止顶板冒落,维持一定的工作空间,保证工人的安全和各项作业正常进行,必须对顶板进行支护。而液压支架是以高压液体作为动力,由液压元件与金属构件组成的支护和控制顶板的设备,它能实现支撑,切顶,移架和推移输送机等一整套工序。实践表明液压支架具有支护性能好,强度高,移架速度快,安全可靠等优点。液压支架与可弯
8、曲输送机和采煤机组成综合机械化采煤设备,它的应用对增加采煤工作面产量,提高劳动生产率,降低成本,减轻工人的体力劳动和保证安全生产是不可缺少的有效措施。因此,液压支架是技术先进,经济上合理,安全可靠,是实现采煤综合机械化和自动化不可缺少的主要设备。1.2 国外液压支架的发展趋势放顶煤开采方法很久以前就用于特厚煤层开采,早在100多年前,法国、西班牙、和南斯拉夫等国已经用放顶煤开采。在当时,只是作为复杂地质条件下的一种特殊采煤方法。目前,法国仍然部分采用房柱式和仓储式采煤方法。上世纪的40年代和50年代初,法国、南斯拉夫等国开始应用长壁和短壁工作面放顶煤开采,工作面支护使用单体金属支柱和金属顶梁,
9、采用刮板输送机运送煤炭,工作面为爆破落煤。最初,为了更好地控制工作面顶板,留有顶煤护顶,回采时回收部分顶煤,以减少煤炭损失,在取得成功和积累经验的基础上,发展成为回采特厚煤层的一种主要开采方法。同时指出,特别适用于不规则特厚煤层的开采。这种采用金属摩擦支柱及金属顶梁支护的炮采放顶煤开采法如图1-2-1所示,当煤层厚度大于9米时,一般采用两个长壁分层开采工作面,一个在上部先采顶分层,让顶煤跨落破碎,然后由下分层工作面回收顶煤。其开采方法如图1-2-2。当煤层为6-9米时,只采用一个回采工作面沿煤层底部开采,同时在架后回收顶煤,其主要工艺过程为:先推进工作面,而后进行支柱和前移顶梁,最后让顶煤充分
10、跨落并在架后进行回收。其工艺过程如图1-2-3所示:随着采煤机械化程度的提高,放顶煤开采工作面的机械化也不断取得进步。在工作面煤炭运输方面,起初只用一台输送机出煤,回收的顶煤通过人工装入输送机运走,放煤与采煤工作不能同时进行,产量低,为了提高产量,减少工人劳动强度和提高效率,放顶煤工作面发展为用两台输送机出煤,分别运送工作面采落的煤炭及放落的顶煤,采煤与放煤可以平行作业,工作面产量有了提高。如图1-2-4所示:尽管在用单体液压支柱支护的放顶煤工作面采用了前、后两部输送机运送煤炭,但工作面的支护工作量大,劳动强度大且不安全,采煤以炮采、风镐为主。整个工作面的机械化程度低,工作面的生产规模小,产量
11、低。将综合机械化开采运用到放顶煤开采的工作面后,放顶煤开采技术进入了新的发展阶段。由于工作面由液压支架实行可靠、快速的支护,采用采煤机和刨煤机采煤,放顶煤工作在安全、可靠的支架下进行,从而使工作面产量有明显的提高。前苏联1957年就研制出KTy型掩护式放顶煤液压支架,并在库兹巴斯煤田的托姆乌辛斯克矿使用,开采该矿的2号和4-5号煤层。煤厚为9-12米,煤层倾角。此放顶煤工作面为预先开采顶层煤,铺设人工假顶,然后再采底煤。采用具有输送机的KTy纯掩护式放顶煤支架回收顶煤。其开采过程如图1-2-5所示: 法国1963年研制用于放顶煤综采的支撑掩护式放顶煤液压支架,并且于1964年在布朗齐矿区实验成
12、功。这种支架配有两台刮板输送机。如果煤厚较大,可实施分两层放顶煤综采。也可以采上层时只用单输送机采煤,由沿底板的下层放顶煤工作面回收顶煤,此时支架采用双输送机,后输送机专运放落的顶煤,如图1-2-6所示。这种支架在长壁工作面开采时,最大倾角可达30度,煤厚为6-8米,工作面长50-80米,日进尺1-1.5米,日产原煤1000-1200吨。放顶煤综采工作面一般均用采煤机斜切进刀。法国的此类工作面已使用正面切割式采煤机,采高2.0-2.5米,可避免预开缺口。如图1-2-7所示。其他国家一般用单滚筒或双滚筒采煤机。自70年代开始,法国、前西德、英国等国陆续研制成功了开天窗的支撑掩护式或带伸缩掩护板的
13、支撑式放顶煤液压支架。这两类支架都配有双输送机运煤,靠单滚筒或双滚筒采煤机采煤,然后由掩护梁上的窗口放出顶煤。这两类支架的主要区别在于:前者将运送顶煤的输送机放在支架底座上,后者则将输送机置于煤层底板上,分别适应于不同的煤层条件,特别是底板情况。80年代初,匈牙利研制成功单输送机前开天窗式放顶煤掩护支架,机采煤炭与放落顶煤均用此单输送机运输,在实际使用中,取得了良好的效果。由于在放顶煤工作面实现了综合机械化开采。工作面产量、进尺、工效成倍增加,炸药等材料消耗大为减少,适用的煤层范围也不断扩大,因此在继法国、前苏联之后,南斯拉夫、波兰、捷克、罗马尼亚、西班牙、印度、土耳其、中国等也陆续采用放顶煤
14、综合机械化开采。1.3 小屯矿矿井概况小屯矿位于峰峰矿区的东北部,是峰峰集团公司的一座中型矿井,行政区划属于峰峰矿区。该矿井田范围内有多条公路穿过,并且建有运煤铁路专线与京广线相连,交通比较便利。矿井地理坐标为:东经1141610,北纬363132,海拔标高+176m。井口坐标X:43598;Y24155;Z176.3m。小屯井田西到西南部边界F3断层以及薛村矿东风井煤柱线,并与薛村矿井田毗邻;东到南部为F11断层处,与羊渠河井田佐城扩大区及羊东井田相邻;南部边界为F3,F11两大断层相交处,与牛儿庄矿井田相邻;北到东北部一大煤-300为等高线及1328钻孔及50钻孔连线及薛村矿东风井保护煤柱
15、线垂直下切至各煤层边界.井田面积4.3平方公里。小屯矿于1958年建成投产,原设计能力21万吨/年,1987年改扩建至60万吨/年。井田内共有可采煤层六层,从上到下依次为2#大煤、4#野青、6#山青、7#小青、8#大青、9#下架煤。(附煤层柱状图)矿井为斜井分水平式开拓,由于受奥灰水的影响只能开采2#大煤、4#野青煤和局部的6#山青煤,开采方法多为倾斜长壁式放顶煤采煤法,个别地区为走向长壁式采煤法。小屯矿生产水平为+80m、-50m、-190 m、-300 m五个水平。小屯矿位于峰峰集团公司东北部九公里处。铁路线向南4.7公里到羊渠河矿转东南经新坡车站向东12公里到京广线马头车站。公路线由本矿
16、向西6公里至牛儿庄矿向西南、北接邯峰公路;另外有公路从香山向南4公里接马峰公路,另一条公路从香山向北4公里接邯峰战备路和峰武公路。交通运输较为便利。(附交通位置图)春季和夏季之交,气温回升至120到200,会出现少雨、干旱、多风,风力大多都在3到5级;夏季气温较高,可在300到420之间,7月至8月下旬为多雨季节,为防汛主要季节,多南风和西南风;8月下旬到9月秋高气爽为歇雨季节;10月下旬进入冬季,较干旱多北风;12月中旬进入寒冷季节,气温至-6到-80,会出现大雪到小雪天气。工业广场地面标高+174,地势平坦,井口标高+176,历史最高洪水位+171,且工业广场内施工有排水沟,不存在内涝问题
17、。地表水不可能溃入井筒。本矿井以石炭系太原组、本溪组和二迭系山西组为主要含煤地层,共含煤14层,可采为6层.小屯井田以断裂形成的地垒穹隆为主要构造形式。地层产状由穹隆核部向四周倾斜。倾角在00到180,在局部地区构造复杂破碎地区,其倾角有增至200到300者。断层均属正断层。其走向大都为NNE方向,倾向不一。多呈平行排列或相互交叉。此情况严重破坏了煤田的完整性。14454野青煤矿压资料:(表二)项 目单 位最大值最小值平均值设计值支护强度MPa0.440.130.290.35支柱合理支护密度根/m21.271.171.271.27支柱实际工作阻力KN29490192225顶底板移近量mm110
18、5090110直接顶垮落步距m2221212老顶初次来压步距m2323老顶周期来压强度MPa0.3050.260.280.28采放工序合理错距m1515顺槽超前支护范围m201517.520围岩力学强度顶板MPa4848底板MPa4646煤层力学强度MPa4.54.51.3.1采区内煤层赋存条件设计区内可采煤层为大煤、野青两层。大煤的平均厚度为4.9 m,野青煤的厚度为1.2 m。大煤和野青煤的层间距平均为60 m。4#煤和2#煤均为贫煤。本区域为高瓦斯地区,瓦斯绝对涌出量预计为3.5m3min,最大为4.5 m3min。煤尘不具有爆炸性,煤层属三类不易自燃煤层。回采时只要将顶煤回收干净,工作
19、面结束后及时封闭采空区,基本上不会发生煤炭自燃现象。煤层特征表:(表三)煤层煤厚M倾角0走向长度M倾向长度M硬度牌号大煤4.912780-830690-9002PM野青1.212780-830690-9002-3PM1.3.2 水的影响采区南翼主要充水水源为大煤老顶和石盒子组砂岩水,最大涌水量为0.6m3/min,且有大巷保护煤柱隔离,故对设计区基本无影响。1.3.3工业储量Zg野青=水平面积Sec(煤层倾角)平均煤厚(真厚度)煤层容重Zg =Z639975Sec 121.21.4 =109.9万吨1.3.4采煤方式1、采煤方法的选择 根据该工作面的巷道布置采用倾斜长壁综合机械化采煤法,沿倾向
20、仰斜开采。2、采高一次采全高,摸顶见底回采。3、落煤方法:使用MG200/456-WD型电牵引采煤机落煤,局部受地质构造影响采用炮采落煤。斜切式进刀,自开缺口。4、 装煤方式: (1)、机组自行装煤,配合人工清理浮煤。 (2)、炮采时采用人工撩煤。5、运煤方式:使用SGZ730/264型可弯曲刮板输送机配合SGW-150(80)型刮板输送机和SD-80型胶带输送机连续运煤。6、支护方式:采用液压支架支护。第二章 液压支架的方案制定2.1液压支架的设计依据由于不同采煤工作面的顶底板条件,煤层厚度,煤层倾角,地质构造,煤层的物理机械性能,及瓦斯含量,设备成本,配套设备及年产量等的不同,对液压支架的
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