第二章 矿山采掘机械设备选型设计
第一节 设计任务及原始资料
一、设计任务
1、 根据采煤工作面设计生产率及煤层条件，正确选择采煤机械。
2、 根据煤层条件、顶底板性质及力学性质，合理选择采煤工作面支护设备。 3、根据地质构造及矿井巷道布置情况，正确选择掘进机械和装载设备。 二、设计时应掌握的原始资料
1、 矿井、采区、工作面的生产能力； 2、 煤层条件及开采的有关参数； 3、 煤的实体密度及力学性质； 4、 地质构造及顶底板性质； 5、 特殊开采要求；
6、 矿井沼气等级及涌出情况。
第二节 采煤机械的选择计算
机械化采煤工作面的生产能力主要取决于采煤机械的落煤能力。因此，根据不同的煤层条件，正确选用采煤机械，对提高工作面产量、节约能耗及安全生产是十分重要的。
一、对采煤机械的基本要求
在采煤机选型时应尽量满足以下基本要求： 1、功能方面的要求
采煤机械主要完成采煤工艺的落煤和装煤这两道工序，因此，采煤机械的工作机构必须有足够的落煤和装煤能力，高度能调节，能量消耗小，割下的煤块度大，截煤过程中产生的煤尘少，能自开缺口等等。
2、适应性方面的要求
采煤机械必须适应给定的煤层厚度、硬度、煤层倾角、围岩条件等要求。 3、性能方面的要求
采煤机械的性能应当满足工作面设计的要求。如采煤机械的生产率必须满足工作面产量要求，并具有足够的牵引力和牵引速度；截割速度应满足煤的块度和降低煤尘含量的要求；截深应满足控顶距及支架移动步距的要求。
4、安全及劳动保护方面的要求
采煤机械要有可靠的喷雾降尘装置和完善的安全保护装置。如电动机恒功率自动调速、液压自动调速、高低压保护、回零保护、油温保护、冷却水保护等装置；电气设备必须防爆；当煤层倾角较大时，应有安全防滑措施等等。
采煤机械的各种操纵按钮、手把的布置便于司机安全可靠的操作，必要时应设置闭锁装置，以防止误操作。
5、经济性和可靠性方面的要求
采煤机械是机械化采煤的关键设备，它的维护费用在吨煤成本中所占比例相当大。因此，
采煤机械必须有良好的可靠性和经济性，以保证安全、高效、经济的运行。
二、采煤机械的选择
1、根据煤层厚度选择采煤机械
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；1.3～3.5为中厚度煤层；3.5m以上为厚煤层。煤层厚度决定着所需采煤机的最大采高、最小采高、机面高度、过煤高度以及电动机功率大小等。
现有滚筒采煤机适应性很宽，可用来开采不同硬度（煤的最坚硬度系数可达f=4～5或抗压强度限达56MPa），煤层厚度为0.65～4.5m的缓倾斜煤层。链牵引采煤机设置防滑装置可用于ooo
35甚至更大倾角的煤层；无链牵引采煤机最大可用于40～50倾角的煤层。
当最小采高在0.65～0.8m时，只能选用爬地板采煤机，如K-103型采煤机，EDW-170-LN型采煤机。
当采高在3m左右的中厚煤层时，开采这类煤层的机采技术比较成熟，工作面效益好，采煤机的型号也比较多，如MLS3-170（2×170）、MXA-300/3.5、MG300-W（2×300）、ZGC-300、EDW-300-L、DTS-300型等。
当采高在3.5～4.5m左右的厚煤层时，采煤机有MG300-W（2×300）、MXA-300/45、AM-500型、EDW-600-L等。
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当采高在1.1 ～1.2m左右时，煤质中硬，应选用单滚筒采煤机。如DY-150、BD-100、MLQ-100型等
当采高在1.3～2.5左右时，应选用双滚筒采煤机，如MG-150-W、MG-150或单滚筒MLD1-170型等。
2、根据煤的力学性质选择采煤机
煤的力学性质主要包括煤的坚硬系数f、抗压强度、截割阻抗A、韧性、层理和节理的发展状况、夹石含量和分布等。这些因素关系到选择采煤机械的工作机构形式和采煤机的功率大小。
根据煤的坚硬系数f 和截割阻抗A，将煤分为三类： 软煤—f ≤1.5，A<180N/mm；
中硬煤—f =1.5～3.0，A=180～240N/mm； 硬煤—f ≥3.0，A=240～360N/mm。
各种刨煤机最适合开采软煤，特别是脆性软煤；韧性中硬煤应选用中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不同硬度的煤层。
3、煤层倾角对选择采煤机械的影响
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根据开采技术特点，将煤层倾角分为三类 ：0～25为缓倾斜煤层；25～45为倾斜煤层；00
45～90为急倾斜煤层。
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倾角小于10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。当煤层
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倾角大于10时，一般要考虑采煤机械的防滑问题。
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无链牵引采煤机，由于具有可靠的制动装置，牵引力又大，故可用在倾角40～54的采煤工作面。
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顶板管理和支护设备的选择。因此，选择采煤机时应同时考虑选择何种支护设备。例如，不稳定顶板，控顶距应尽量小些，应选用窄机身采煤机和能超前支护的
支架。底板松软，不宜选用拖钩式刨煤机、底板支承式爬地板采煤机和混合支承式爬地板采煤机，而应选用靠输送机支承和导向的滑行刨、悬臂支承式爬地板采煤机、骑溜子工作的滚筒式采煤机和对底版接触比压小的支架。
5、滚筒式采煤机的参数选择
采煤机的主要参数包括：生产率、截深、滚筒直径、机面高度、采高、调高范围、卧底量、牵引速度、牵引力、截割速度以及装机功率等。 （1）采煤机的生产率 采煤机的生产率分：理论生产率、技术生产率和实际生产率三种。
理论生产率又称最大生产率，它是指在给定条件下以最大参数运行的生产率，其计算公式为
Qt= 60HBVgρ （2—1）
式中 H—采高，m；
B—截深，m；
Vg—给定工作面条件下可能的最大牵引速度，m/min； ρ—煤的实体密度，常取ρ=1.3～1.4，t/m。
由上式可知，采煤机的理论生产率取决于煤层条件（H 及ρ）和机器的参数（B和Vg）一般情况下，采高、密度和截深是一定的，因此，理论生产率主要取决于牵引速度。从这个角度讲，在机器工作过程中，应以尽可能大的牵引速度运行，但是，牵引速度的增大要受到采煤机电动机功率、滚筒装煤能力以及移架速度等多方面因素的限制。
采煤机理论生产率是选择与采煤机配套的工作面刮板输送机、转载机、带式输送机运输能力为依据。一般工作面输送机的运输能力应略大于采煤机的理论生产率。
技术生产率是指在除去采煤机必要的辅助（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后的生产率。其计算公式为
Q=Qt·K1（t/h） （2—2） 式中 K1 ——与采煤技术上的可靠性和完备性有关的系数，一般K1=0.5～0.7。 实际生产率是指采煤机每小时的实际产量，其计算公式为 Qm=Q·K2（t/h） （2—3） 式中 K2——是考虑由于工作面其它配套设备的影响（如采区运输系统衔接不良、输送机和支护设备出现故障等），处理顶、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有的时间，一般K2 =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。
（2）截深 截深是采煤机一次循环的推进量，即一次截割煤层的深度。 目前多数采煤机采用的截深为0.6m，薄煤层采煤机为了提高生产率，在条件允许的情况下可加大到0.75～1.0m。
采煤机的截深应与液压支架的移动步距相同，与金属铰接顶梁的长度成整数倍。 （3）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（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应略大于最大采高之半。 注意：应核算过煤高度C。中厚煤层C?250mm～300mm；薄煤层中应达到C?200mm～240mm。 （4）校核机面高度、卧底量、采高及调高范围 采煤机的机面高度是采煤机的一个重
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