导图社区 矿山机械思维导图
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矿山机械
概述
直接用于矿物开采和富选等作业的机械，包括采矿机械，选矿机械，探矿机械
矿井生产系统
提升，运输，通风，排水，人员安全进出，材料设备上下井，矸石运输（非煤固体），供电，供气，供水等
煤岩破碎理论
研究机械破落煤岩过程中，刀具与煤岩体相互作用的有关能量转换，破碎机理和受力分析等问题的一门学科。
研究煤岩破碎理论，对设计，制造和使用采掘机械起着理论指导作用。破碎并剥落煤岩体，是采掘机械最主要的功能。
煤岩的物理机械性质
煤和岩石是非均质物质，具有明显的脆性，表现为明显的各向异性。破碎过程中具有随机性和较大的动载；实验和数理统计
物理性质
密度
单位体积煤岩在干燥状态下的质量; 1.35t/m^3
湿度
含水率表示，煤岩缝隙中存留的水的质量与煤岩固体质量之比
松散性
煤岩被破碎后其容积增大的性能，破碎后与破碎前煤岩的容积之比称松散比（松散系数）
稳定性
煤岩被破碎暴露自由面以后，不置坍塌的性质
机械性质
强度
煤岩在一定条件下受外力作用开始破坏时，所具有的极限应力
硬度
煤岩抵抗尖锐工具侵入的性能。反应煤岩体在较小局部面积上抵抗外力作用而不被破坏的能力。
弹性，塑性，脆性
弹性
所受外力撤销后煤岩恢复原来形状的性能
塑性
所受外力消失后煤岩不能恢复原来形状的性能
脆性
煤岩破碎时不带残余变形的性能
坚固性
表示煤岩破碎难易程度的综合指标，坚固性系数（普氏系数）区别于强度，F<4称为煤
截割阻抗
单位截割深度作用于刀具上的截割阻力，A（kN/m），A=Z/h（刀具截割阻力平均值/截割深度）
磨砺性
磨损钢铁和硬质合金的烈度（研磨性），与煤岩石英含量，石英核直径和抗拉强度有关，切割刀具在破碎煤岩时的磨损量与摩擦路径成正比，与刀具对煤岩的表面正应力成正比，与刀具和，煤岩之间的相对速度成正比。
破损特性指数
切割下来的煤岩块度，不仅与采掘机械的结构和截割参数有关，也取决于煤岩被截割时不同的破碎特性。R单位kW•h•cm/m^3，该指标与截割的工况和参数无关，仅取决于煤层的截割阻抗和脆性，综合反映煤层在稳定的工况参数下破碎的可能性。
煤岩截割理论
破岩方式
钻孔破碎，机械破碎
切削破岩机理
楔裂说，剪裂说，密实核说，断裂力学说和剪切变形说
密实核说
拉伸和剪切联合作用的切削煤岩机理学说
密实核（压实核）
优化截齿形状；低速强力截割，采下块煤。
截齿
应有足够的强度和耐磨性，易损件，参与截割部分的几何形状要兼顾强度，耐磨性和比能耗的要求。
扁形截齿，锥形截齿（破碎方式不同，破碎机理相同）
比能耗
截割单位体积煤岩所做的功，决定着截割阻力，效率，煤尘，煤炭粒度。比耗能是最佳截割中的一个首要选择因素
掘进机械
按掘进工艺分类
钻眼爆破法掘金设备
钻爆法掘进设备
钻孔机械
装载机械
转载机械
巷道支护机械
休整巷道机械
钻爆法机械化作业线分类
耙斗装载机为主
凿孔与装载平行，结构简单，广泛使用
凿岩台车为主
大断面巷道，效率高，劳动强度低
钻装机为主
综合机械化掘进设备
掘进机
支护方式
与钻眼爆破法相比，综合机械化掘进设备优点：安全，快速，高效
按断面分类
全断面掘进机
部分断面掘进机
一次只能截割出一部分巷道
适用于单轴抗压60MPa煤、半煤岩、软岩水平巷道
应用
采、掘并重，掘进先行
巷道掘进成为了制约高效集约化生产的共性及关键性技术
掘进方式主要是悬臂式掘进机与单体锚杆钻机配套作业线（煤巷综合机械化掘进设备）
悬臂式掘进机
按截割头分类
纵轴式和横轴式
按掘进对象
煤巷、半煤岩和全岩巷悬臂式掘进机
组成
截割机构、装运机构、行走机构、液压系统、电控系统和喷雾降尘系统
纵轴式掘进机
截割头轴线与悬臂轴线相同
截割运动
液压调节装置
横轴式掘进机
截割头轴线与悬臂轴线相垂直
截割机构
截割头、悬臂和回转座
截割头机构
截割头体，截割座，喷嘴座，截齿
截距对截割效果影响较大，截距大可增加单齿截割力，但截齿磨损较快
胀套式联轴器
起过载保护作用
截割减速箱
将电动机运动与动力传递到截割头
电动机
连续过载能力
防爆式冷却电动机
满足悬臂长度需要，和减小电动机径向尺寸，串联双转子电动机
满足截割不同硬度煤岩的需要，避免在减速箱中变速，双速电动机
回转台
连接履带架，支承悬臂，实现悬臂回转，升降运动，承受交变冲击载荷
掘锚联合机组
平行滑架
装载机构
刮板输送机
履带行走机构
主机架
锚杆机构
液压系统
电控系统
掘进工作面设备配套
设备配套原则
适应巷道地质条件和掘进工艺要求
综合生产能力以掘进机生产能力为主，其他设备的能力应高于掘进机
以巷道断面和岩层硬度为主要依据选择掘进机
作业线配置
掘进机，桥式转载机，运输设备，支架机（或锚杆机），激光指向仪，瓦斯断电仪，除尘器，辅助运输设备，电气系统
作业线的构成
掘进机+桥式转载机+可伸缩带式输送机
钻孔装备与装载机械
钻孔装备
在煤岩体里进行钻孔作业的机械
爆破后碎落下来的煤岩用装载设备运离工作面
凿岩机冲击破碎原理
气动凿岩机
结构简单，工业可靠，使用安全，应用较早
操作方式
手持式
支腿式
冲击配气机构
配气机构：实现活塞的往复运动以冲击钎尾的机构
作用：将由操纵阀输入的压气依次输送到气缸的后腔和前腔，推动活塞的往复运动—获得活塞对钎尾的连续冲击动作。常用配气机构有被动阀配气机构，控制阀配气机构和无阀配气机构
被动阀配气机构（环状阀）
依靠活塞往复运动时压缩前后腔气体，形成高压气垫推动配气阀变换位置
冲击行程
转钎机构
使气动凿岩机钎杆回转的机构
有内回转和外回转（独立回转）转钎机构，内回转机构多用于轻型手持式或支腿式气动凿岩机
棘爪机构具有单向间歇转动特性
排屑机构
用水冲洗排除孔内岩屑的机构
润滑机构
导轨式
频率
低频凿岩机42Hz以下
高频凿岩机42Hz以上
内回旋式凿岩机
外回旋式凿岩机
凿岩台车
支撑，推进和驱动一台或多台凿岩机实施钻孔作业，并具有行走功能的凿孔设备
凿岩机，钻臂（包括推进器），行走机构，控制系统，操作台和动力源（泵站）等
运动形式
行走运动
推进器变位和钻臂变幅运动
推进运动
采煤机械
用于实现采煤工作面落煤和装煤工序的机械
滚筒采煤机、刨煤机、连续采煤机、旋转采煤机
滚筒式采煤机
适用于复杂的顶、底板地质条件，调高范围大，应用广泛
截割部、行走部、电气部、辅助装备
分类
按滚筒位置
工作机构型式
牵引部位置
牵引方式
钢丝绳牵引、链牵引和无链牵引
牵引部传动方式
机械牵引、液压牵引和电牵引
要求
满足工作面产量的要求
充分利用煤壁的压张效应
能实现无级调速和自动调速
模块式设计，采用积木式组合
机械化采煤工作面及工作方式
机械配套主要由滚筒采煤机、刮板输送机、支护方式组成
采煤机进刀方式（自开切口的方法）
正切进刀法（钻入法）
总体结构
横向多电机驱动
摇臂采用左右通用的直摇臂结构形式，输出端用方形轴与滚筒连接。
缺点：不能左右截割部和行走部间进行功率分配；电控系统复杂。
纵向单电机驱动
优点：能在左右截割部和行走部之间进行功率合理分配，电动机台数少，控制系统简单、便于操作
纵向多电机驱动
缺点：机身各部装在底托架上，增加了机身高度，运输和拆装不便；整机重心较高，稳定性较差；调高部分重量大，需要配强力调高液压缸
采煤机截割部
截割部主要功能是完成采煤工作面的割煤和装煤，由左右截割电机、左右摇臂减速箱、左右滚筒、冷却系统、内喷雾系统、弧形挡煤板等组成
螺旋滚筒
落煤和装煤的工作机构，对采煤机工作起决定性作用
落煤、装煤、自开切口
设计要求：降低比能耗，降低滚筒阻力矩幅值的变动量，可靠性，自行切入功能，截齿装拆方便，落煤和装煤能力协调。
滚筒结构
筒毂
带动滚筒旋转
螺旋叶片
滚筒排运煤的构件
端盘
优点：结构简单可靠
缺点：煤过于破碎
螺旋滚筒结构参数
滚筒直径
滚筒直径D、螺旋叶片外缘直径Dy、筒毂直径
宽度
滚筒宽度B是滚筒两端最外边缘截齿齿尖截割圆之间的轴向距离，即截深
螺旋叶片参数
螺旋升角、螺距、叶片头数以及叶片在筒毂上的包角
截齿和截齿配置
截齿配置的原则
保证把被截割的煤全部破落下来
截割下来的煤块度大、煤尘少、比能耗小
滚筒载荷均匀，动负荷和振动较小，采煤机运行平稳
截线
齿间的运动轨迹
截距
相邻截线之间的距离
截齿向煤壁倾斜为正方向，反之为负方向
截齿越少，载荷分布越不均匀
滚筒的转向和转速
左转左旋，右转右旋
最大切削厚度hmax=100ν/（mn）…m同一截线上的截齿数
装载性能
特点
滚筒转速的降低
牵引速度的增高
截割和装煤在降低转速、加快牵引是向最佳截割和良好的装载性能迈进
采煤机行走部
基本要求
牵引力大，传动比大，能实现无级调速，不受滚筒转向的影响，能实现正反向行走和停止行走，有完善可靠的安全保护，操作方便
行走机构
以前
钢丝绳牵引、链牵引
现在
强力化、重型化及大倾角化发展—无链牵引机构
链牵引
矿用圆环链、链轮、链接头和紧链装置
无链牵引
销轨式无链行走机构
齿轮-销轨式和链轮-销轨式
啮合副的齿廓曲线经常采用摆线齿轮-圆柱销齿轨、渐开线齿轮-渐开线柱销齿轨
齿轮式无链行走机构
销轮-齿轨式和齿轮-齿轨式
销轮-齿轨式存在的问题
允许弯曲角度最小
难以进行热处理，强度和耐磨性受到限制
实际使用中齿条磨损较突出
链轨式无链行走机构
链轨可以圆滑弯曲，链环尺寸稳定，即使输送机溜槽的偏转较大，采煤机仍能平稳运行。
采用不等节距牵引链的原因是
标准等节距牵引链在链条导槽中会发生平链环在立链环中窜动，易造成卡链事故。将立链环改成短链环后防止窜链和卡链事故。
使链轮齿根宽度增大，提高了链轮的强度，链轮和链轨的接触应力相应减小。
优点
取消了工作面的牵引链，消除了断链和跳链伤人事故，工作安全可靠
问题
传动机构
功能
将电动机的能量传到主动链轮和驱动链轮，并满足对行走部提出的各项要求
传动方式
按调速传动方式分
电气传动、液压传动和机械传动，也称电牵引、液压牵引和机械牵引
采煤机辅助装置
机身连接
采用无底托架总体机构，由平滑靴及其支撑架、液压拉杠、高强度螺栓、高强度螺母、调高油缸、铰接摇臂的左右联接架以及各部位联接零件
液压螺母
冷却喷雾装置
喷雾方式
外喷雾
喷嘴在滚筒以外部位的喷雾方式
内喷雾
喷嘴配置在滚筒上的喷雾方式
拖缆装置
夹板链式拖缆装置
直接式拖缆装置
是采煤机沿工作面行走时，拖动电缆和水管以实现不间断地给采煤机提供电源和水源的装置
调高装置
为了适应煤层厚度的变化在采高范围内上下调整滚筒位置称为调高
调高、制动、控制回路
破碎装置
用来破碎即将进入机身下的大煤块，安装在迎着煤流的机身端部，由滚筒及其传动装置组成。
截割部截割部减速箱带动或专用电动机传动
底托架
是滚筒采煤机机身和工作面输送机相连接的组件
托架、导向滑靴、支撑滑靴
弧形挡板
配合螺旋滚筒以提高装煤效果、减少煤尘飞扬
防滑装置
刨煤机
缺点
对地质条件的适应性不如滚筒式采煤机，调高不易实现，开采硬煤层比较困难，刨头与输送机和底板的摩擦阻力大，电动机功率的利用率低。
工作原理分
动力刨煤机
静力刨煤机
生产率
包头生产率
配套输送机的生产率
选择输送机时，考虑刨头下行时输送机不至超载，上行时不至欠载太多
刨速和刨链
刨头高度
定量推进和定压推进
刨链尺寸和刨头功率
连续采煤机
适合中厚煤层
多电机驱动，模块式布置
横轴式滚筒，强力截割机构
侧式装载，刮板运输机构
液压供水系统
电气系统
采煤机选型
三机配套尺寸
从安全角度考虑，工作面无立柱空间宽度R应尽可能小，但它受到设备宽度的制约。
选型
根据煤的坚硬度选型
采煤机适用于开采坚固性系数f<4的缓倾斜及急倾斜煤层
根据煤层厚度和截割阻抗
装机功率也可按现有采煤机进行类比选取
根据煤层厚度选型
爬底板式采煤机
骑溜槽式采煤机
中等功率或大功率的采煤机
具有调斜功能和大块煤破碎装置
根据煤层的倾角选型
无链牵引采煤机不会下滑，优先选用
根据顶板性质选型
理论生产率（最大生产率）
Qt=60HJνρ t/h
技术生产率
Q=k1Qt t/h
截割高度
Hmax=(0.9~0.95)Htmax
Hmin=(1.1~1.2)Htmin
下切深度（卧底量）
截深
截深范围0.6～1.2
截割速度
决定于滚筒直径和滚筒转速
牵引速度（行走速度）
截割时的牵引速度和调动时的牵引速度
牵引力（行走力）
装机功率
截割电动机、牵引电动机、破碎机电动机、液压泵电动机、喷雾泵电动机
比能耗最小时最佳截割性能
单体支护设备
液压支柱
单体液压支柱
较大的初撑力，恒定的工作阻力
工作原理
开始升柱至单向阀关闭时的初撑增阻阶段
初撑后至安全阀开起前的增阻阶段
安全阀出现脉动卸载时的恒阻阶段
活塞式单体液压支柱
内注式单体液压支柱
外注式单体液压支柱
悬浮式单体液压支柱
单伸缩悬浮式单体液压支柱
双伸缩悬浮式单体液压支柱
提高了支柱的稳定性、安全性、支撑高度和承载能力
不再设有工艺难以保证的圆弧焊缝，也提高了立柱的强度和可靠性
重量减轻，运输方便，节约钢材
支柱工作行程大
减少支柱品种，给支柱管理带来方便
密封点均为外设
均采用密封补偿和密封胀紧技术
三用阀不随活柱的升高而升高
内腔形成的细长液体柱，为液体弹簧，起很好的缓冲作用
配套部件
三用阀
单向阀、安全阀和卸载阀
支柱的注液升柱、过载保护和卸载降注功能
注液枪
金属铰接顶梁
放顶支柱（切顶支柱）
初支撑力大
放顶效果好
放顶和输送机移动实现自动化
液压支架
采煤工作面围岩关系
按位置分
伪顶、直接顶、基本顶
直接底、基本底
直接顶稳定性划分
不稳定顶板
中等稳定顶板
坚硬顶板
对直接顶稳定性评价，是支架结构和支护参数选择的首要依据
采煤工作面底板分类
液压支架工作原理和架型选择
液压支架的基本动作
升架、降架、推溜、移架
支架升降
初撑
承载
支架增阻过程
恒阻过程
卸载
P-t曲线
增阻性
液控单向阀
立柱的密封性
恒阻性、可缩性
安全阀
支架移动和推移
液压支架分类
支承式支架
垛式
节式
支撑力大
掩护式支架
支掩掩护式支架
支撑效率低，顶梁短，控顶距小
支撑掩护式支架
支撑效率高，顶梁长
按结构分
支顶支撑掩护式
支顶支掩支撑掩护式
底座前端比压小，便于移架和适用于较软底板
液压支架的选用
煤层厚度
煤层倾角
底板强度
瓦斯含量
地质构造
液压支架的结构
主要部件
承载结构件
液压缸
控制元部件
辅助装置
顶梁
掩护梁
底座
整体刚性底座
底分式刚性底座
铰接分体底座
侧护装置
推移装置
护帮装置
护帮
临时前梁
分层开采时挑网兜
简单铰接式、四连杆式
防滑防倒装置
立柱
千斤顶
四连杆机构
薄煤层液压支架
结构特点
伸缩比大
人行通道困难
梁体薄
结构交叉布置
顶梁要求底座前部比压较小
中厚煤层液压支架
适应“三软”条件的液压支架
顶板软，易冒落；煤层软，易片帮；底板软，底板允许的比压小于6MPa
顶梁尽可能短
尽可能减少反复次数，减轻其破碎度
底座有足够的强度和刚度
强度承载不破坏，刚度在一定程度上不变形
抬底座装置
压推移杆式提底座装置
撬板式抬底装置
邻架提底座装置
适应坚硬顶板的液压支架
设计要求
足够的切顶能力
减少掩护梁长度
设置大量安全阀
支架掩护梁间的密封可严些
大倾角液压支架
受力状态复杂
支架自由状态失稳
作业环境恶化
防护装置
活动侧护板
放倒、防滑装置
平拉式防滑装置
兜角式防滑装置
厚煤层液压支架
大采高液压支架
技术要求
保证支架的稳定性和对大采高的适应性
端头支架
端头：巷道与工作面交叉口
采煤工作面设备配套
综合机械化采煤
采煤机、可弯曲刮板输送机、自移液压支架等主要设备组合配套
采煤工序
破煤、装煤、运煤、支护和管理顶板
液压支架的动力源
由乳化液泵站提供
工作面设备配套
生产能力配套原则
工作面输送机的生产能力略大于采煤机的理论生产率
平巷转载机和带式输送机的生产率应略大于工作面输送机的生产率
设备性能配套
采煤机与刮板输送机性能配套
刮板输送机与液压支架性能配套
采煤机与液压支架性能配套
乳化液泵站选型
泵站的功用和组成
由乳化液泵和乳化液箱以及较为完善可靠的控制装置组成
向高压大流量发展
泵站主要参数
压力
流量
乳化液泵
乳化液箱
贮存、回收、过滤、沉淀乳化液
