毕业设计（论文）新型的煤矿水仓清理系统设计

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1、河北工程大学毕业设计目 录摘 要1Summary2第1章 引 言31.1水仓概述31.1.1水仓的建立以及结构背景31.1.2建立水仓的要求41.2水仓中煤泥以及清理51.2.1水仓煤泥沉积的形成背景51.2.2水仓煤泥清理的研究目的及意义51.3煤矿水仓清理技术的研究现状61.4现存的清理方法与技术71.4.1人工清理71.4.2挖装清淤法71.4.3专门设计的水仓清理机81.4.4射流泵和泥浆泵联合清理121.4.5中央排污水泵利用排污泵及管道直接将泥浆从井下排至地面。131.5新型水仓清理系统141.6新型水仓清理系统的研究目标、意义以及预期达到的指标161.6.1研究目标和意义161.

2、6.2预期达到的指标16第2章 水仓清理系统总体方案设计172.1系统的组成172.1.1拦截坝系统172.1.2耙运系统192.1.3转运系统19第3张 耙斗机的设计213.1耙斗机结构及工作原理213.1.1绞车原理223.2耙斗机配套电机的选型243.3耙斗的设计253.3.1耙斗的几何尺寸253.3.2耙斗的容积263.3.3耙斗的插入角和耙角273.4钢绳的设计283.4.1耙斗运行时所需的牵引力283.4.2验算所取的钢绳直径303.5三极齿轮减速器的设计313.5.1减速器各轴传动参数313.5.2减速器齿轮设计333.5.2.1高速级齿轮参数的确定333.5.2.2中间齿轮参数

3、的确定363.5.2.3第三级齿轮的设计373.5.3对中间轴进行设计校核373.6行星齿轮组的设计383.6.1总体设计计算393.6.2计算各齿轮的主要参数393.6.2.1对回程滚筒进行啮合参数计算：403.6.2.2对工作滚筒进行啮合参数计算：413.6.3回程齿轮的强度计算及校核423.6.3.1 ac齿轮传动接触强度校核计算：423.6.3.2 ac传动弯曲强度计算校核453.6.3.3 cb传动接触强度校核483.6.4工作齿轮的强度计算及校核493.6.4.1 ac传动接触强度校核计算493.6.4.2 ac传动弯曲强度计算校核503.6.4.3 cb传动接触强度校核513.6

4、.5轴的强度校核计算523.6.6输出速度及功率校核55第4章 耙斗机的操作、维护与保养564.1耙斗装载机的操作过程564.2润滑与密封564.3齿轮减速器的维护与保养574.4设备的维护574.4.1日常维护574.4.2紧急情况停车574.5耙斗装载机常见的故障及其消除的方法58总结与展望59结束语60参考文献61附 录63附录一 基于por/e的行星轮绞车的三维立体造型63附录二 对工作太阳轮的ANSYS分析结果67附录三 耙斗的Pore实体造型和ANSYS分析68附录四 P-15B耙斗机装配图、行星轮装配图、零件图、传动间图69致谢7070摘 要本学位论文针对目前煤矿水仓中沉积的煤泥

5、及煤泥的特性而设计出一种新型的煤矿水仓清理系统,该机器可根据煤泥的特性将不同层面的煤泥一次性清理，对于解决多年来水仓中煤泥沉积而带来的诸多不便和清理效率低下等问题提供了更好的研究平台,对于提高劳动效率和系统的可靠性都有重要的意义。该系统由水坝系统，耙挖系统，装运系统三部分组成。动力系统由电动机，绞车，三级齿轮减速器组成；装载输送系统由耙斗机组成；支承行走部由台车与车架组成。它结构紧凑，工作灵活，可靠性高，成本低，对工作介质的适应能力强。该设备可连续工作且满足一次清理全断面的要求，提高水仓清理的效率，缩短清挖时间，给企业节省了开支，具有较高的应用和推广价值。关键词: 煤矿水仓清理系统 煤泥 耙斗

6、挖掘机 拦截水坝 SummaryThis view of the present dissertation deposition of coal mine water storage characteristics of slime and slime designed a new type of coal sump cleaning system, the machine can be different according to the characteristics of slime slime one-time clean-up levels, the solution Water s

7、torage in slime deposited over the years brought a lot of inconvenience and inefficiency issues such as clean-up provides a better research platform, for the improvement of labor efficiency and system reliability are important.The system consists of the dam system, rake dig system, shipping system c

8、omposed of three parts. Power system consists of motors, winches, three gear reducer composition; load carrier system composed by the rake fighter; supporting travel unit formed by the car and the frame. It is compact in structure and flexibility, high reliability, low cost and adaptability to the w

9、ork of medium intensity. The equipment can work continuously and satisfy all sections of the Clean-up requirements, increase water storage cleaning efficiency, reduce customs clearing dug Shi Jian, saved on costs for enterprises with high value application and promotion.Key words：coal mine sump clea

10、ning system Slime Rake shovel Blocking dams第1章 引 言1.1水仓概述水仓是矿井涌水的的贮仓，起着存水和沉淀的作用，是保证安全生产、防止矿井水灾的重要设施。1.1.1水仓的建立以及结构背景随着煤矿生产朝着安全、高效方向发展，采掘系统以及运输系统已基本实现机械化。在采掘过程中，由于地下水和采煤生产的回水存在，但水量大小无法控制，且煤泥水中夹带着碎煤及其他杂物，随时将水排出地面又不现实，处于生产安全的考虑，就必须建立水仓。煤矿井下水仓是保证安全生产、防止矿井水灾的重要设施。随着矿井开采的延伸，矿井涌水量逐渐增大，排水泵不能及时排往地面的涌水积存在井下水仓

11、中。煤矿安全规程第一百八十条规定，主要水仓必须有主仓和副仓，一个水仓清理时，另一个水仓能正常使用，并始终保持原设计容积的34以上，如此循环交替工作。随着矿井开采深度增大和涌水量增多,水仓内淤积了大量的淤煤, 而水仓容积有限,使得井下水仓有效蓄水容积减小，故而必须定期清理。水仓的作用主要有两个：一是存水；二是沉淀。一般情况下，矿井的每个水平必须设置两个水仓，分为内环和外环,长度在200500m左右。图1-1是双侧水仓的结构示意图。双侧布置是水仓设在水泵房的两侧。这种布置型式在一条水仓清理时，车场易有积水，卫生条件差。为防止清仓是水淹车场，可采取开平水沟或开进水小巷处理。一般用于水从两侧流入水仓和

12、水仓可能扩建时。每个水平的掘进和采煤工作面等涌出的污水由潜水泵抽出，通过一系列的明渠、暗道，污水夹杂着煤泥等杂质污垢流入所在水平的水仓。通常情况下水仓每年清挖一次，但涌水较大的矿井或水平,则需清挖23次，以保证生产需要。1左水仓；2右水仓；3水泵房；4管子道；5通道；6小绞车硐室；7变电所；8车场；9井筒；10联络道 图1-1 矿井水仓概图1.1.2建立水仓的要求对于建立井下水仓时,主要有以下要求： 1、井底车场形式，水泵硐室位置和围岩条件；2、水仓必须由主仓和副仓两条独立且互不渗漏的巷道组成；3、主排水硐室应布置在水仓的同侧；4、水仓高度大于2米；5、水仓的有效容量在正常涌水量小于1000立

13、方米/小时，有效容量大于8小时最小涌水量；正常涌水量大于1000立方米/小时，有效容量大于2（最小涌水量+3000）立方米，且符合有效容量大于4小时最小涌水量；6、水仓进口处，应设置篦子，对水砂充填、水力采煤和其它污水中带有大 量杂质的矿井，还应设置沉淀清理系统。设有沉淀池的水仓，根据沉淀，清理和备用的需要，一般分多组进行布置，每组水仓分沉淀仓和清水仓两部分。当水仓水为侵蚀性水时，还要考虑分区处理或水质处理。由于井下水仓规定容量与涌水量有关,但与矿井的年产量没有直接关系。所以，高度和长度根据本矿井实际涌水量设计。1.2水仓中煤泥以及清理1.2.1水仓煤泥沉积的形成背景水仓中煤泥的形成是由多方面

14、的因素引起的，首先是水的来源： 挖掘机在挖掘采煤的过程，有时挖掘到深层就会触到地下水层，这些水不断地渗出也会产生不小的水量。 机器在持续挖掘工作的时候由于工作强度非常大，机器做功会产生大量的热量对机身不利，必须需要很多水来降温。这样隧道中就会沉积很多水，这些水要及时排出否则会淹没矿井，那么这些水在排出的时候，周围的粉尘，泥沙和煤的小颗粒会溶入水中被这些水带走进入水仓在水仓中沉积后行成煤泥。水仓煤泥成分复杂：有粒状煤、煤泥灰、有喷浆作业的时候还会有水泥、黏土等，煤矿其他杂物也会冲到水仓内，与煤泥混在一起。从黏度分布来说，大体上颗粒状煤泥黏度小，呈散粒状态，造浆抽排困难，糊状煤泥黏度较高，容易抽排

15、，但脱水困难，不易处理。不同煤矿，不同地质条件不同煤质，煤泥的粒度和黏度也不同，综合处理工艺应全面考虑。1.2.2水仓煤泥清理的研究目的及意义水仓淤泥属于高粘度、膏体状固液两相流体，形态介于固体和液体之间，在常温常压下不具有流动性，经扰动又呈稀糊状流体，清挖起来十分困难。但如果不及时清理竟会造成： 减少水仓的有效容积，慢慢堵塞水仓，从而失去水仓的作用； 当积淤过多时，杂物会进入吸水井,然后被吸入水泵,使水泵的过流部件磨损加剧； 吸水井淤泥过多时会堵塞吸水龙头，造成排水困难或无法排水。所以必须要清理，因此,定期和高效地清挖水仓是提高矿井排水系统安全性和经济性重要途径之一。以往曾有人采取过一些所谓

16、科学的机械化清挖措施，如采用渣浆泵向外抽排，刮板机向外刮运，扒斗机、铲斗机装罐外运等，但终因各种设备操作复杂、费时、费功、工作效率低下、清挖效果差等原因，至今未能大面积推广应用。因此，时至今日，80%以上的矿井水仓清挖，仍沿用并停留在最传统、最落后的人工清挖、罐车装运的无奈之中。综上所述，煤矿井下水仓淤泥清理设备研制与开发，其目的是提供一套实用的机械化的井下水仓淤泥清理系统，提高水仓淤泥清理的效率。其研制的意义和必要性在于：1）减少淤泥清挖的工作时间，最大可能的降低清挖水仓时对水仓备用功能的占用和对煤矿排水安全的影响；2）降低工人劳动强度，把工人从繁重的体力劳动中解脱出来；3）节约劳动成本，减

17、少了大量的人工和劳动时间。1.3煤矿水仓清理技术的研究现状目前国内摸索创造出了不少可行的水仓清理技术，各有其优点和适用范围，但都具有一定的缺点和局限性，其难点在于对井下的复杂情况认识不足，未充分考虑井下水仓沉淀物的复杂性，所研制的设备性能单一，无法适应井下水仓复杂多变的环境，使设备得不到充分发挥。煤矿水仓清理装置主要分为中央排污水泵射流泵和泥浆泵联合清理和水仓清理装置等3类(1) 水仓清理装置水仓清理装置主要由工作机构、装运机构、行走机构等组成。按照工作装置的传动方式可分为链输送、螺旋滚筒输送、液压输送、气压输送等;按照工作机构的不同可分为小铲斗、大铲斗、链斗、刮板、刮斗、耙头等;按照装运机构

18、可分为煤水分离、直接装运、泵输送等;按照行走机构可分为履带、平板车、借助道轨的矿车等。螺旋滚筒输送式清仓机和链斗输送水仓清理机对含水量大的煤泥效率比较低，物料较稀，因而在运输过程中流失严重，作业效率低;真空抽吸气压输送式清仓机则对含水量小的煤泥效果较差。若采用通过专用泵抽排煤泥水到振动脱水设备进行脱水，解决了直径大于 0.1 mm以上煤泥脱水问题，但直径 0.1 mm以下煤泥水的处理仍不能解决，煤水不分离装运则不能解决煤泥水脱水问题，存在着运输量大、污染环境等问题。(2)射流泵和泥浆泵联合清理采用水射流造浆、泥浆泵清理水仓的方案首先通过水射流清理水仓主体并造浆。在清理水仓主体时，水射流所产生的

19、穿透力可深入淤积物 0.6-1.0 m，由于淤积物通常处于饱水状态，能被迅速破碎成泥浆；然后水射流清理吸配水井，在高压胶管和枪头之间可逐级连接至 5.0 m 硬性的无缝钢管，可以直接深入到井底，既安全又能清理彻底；最后泥浆泵吸取经水射流造浆阶段所形成的泥浆，通过管道输排至淤积物排放场。该水仓清理方案可大幅度缩短工期、减轻工作强度和降低施工戚本。但若想使用必须重新更新安装，周转时间长，工人劳动强度大。 (3)中央排污水泵利用排污泵及管道直接将泥浆从井下排至地面。该方案理论上比较先进，可靠性高，国外也有采用，1995-2005年平均每年水泵总流量达到 25亿加仑，但投资比较大、维护费用高。邢台矿务

20、局东庞煤矿装设该系统，用了一次后排污泵磨损严重需要更换，管道堵塞无法清理。鹤岗矿业集团使用飞力泥浆潜水泵，该泵使用寿命长，具有独特的监测控制系统可实现智能化远程控制，节省人力、物力，降低成本，减轻了工人的劳动强度，提高清仓工作效率，极大缩短了清仓的时间，时刻有备用仓，有效地保证了矿井排水的正常进行，取得了良好的效果。1.4现存的清理方法与技术目前主要的水仓淤泥清理方法主要有：1.4.1人工清理该清理方式在水仓里铺设轨道，人工用铁锹铲装、矿车运载。作业效率很低，按每班 3人干 8小时工作制计，一班只能装 135t 清理一个中型水仓大约要 12个月，甚至更长时间。这种清理方式已成为煤矿生产的瓶颈，

21、极大地制约了其它环节效率的发挥，亟待改进。采用这种原始的方法，职工的工作环境差，劳动强度大，劳动效率低，成本消耗大。工作流程如图1-2所示图1-2人工水仓清理流程1.4.2挖装清淤法该方式利用专门的挖装机械也就是小型化的装载机，挖装机械就是小型化的装载机，主要有铲斗装载机。将淤泥装入矿车运出水仓。其特点是可降低工人的劳动强度，而且加快了清理速度，清除了因清仓不及时可能造成的淹井的隐患。机器清理比较彻底，残余物少，使得水仓的实际服役时间延长。履带式装载机如下图1-3所示1.工作装置 2.橡胶履带 3.机架 4.行走减速器及马达 5.平台 6.油箱 7.防爆装置 8.座椅 9.传动装置 10.操作

22、装置 11.齿轮泵 12.回转装置图1-3 整体机构该机的主要技术特点： 体积小，结构紧凑，激动灵活科实现原地转弯，特别适用于井下狭小空间作业； 工作装置可相对于车身进行旋转，本身不动的情况下也可铲装； 工作装置改型容易，大断面水仓可用大铲斗，小断面可用小产斗，水仓适应性强，并且工作装置改型后还可用于其它场合作业。如用作锚杆台车，井下小型叉车等。使用该机清理水仓比用人工清理效率提高了5倍左右，大大减轻了劳动强度取得了一定的经济效益和社会效益。但设备结构复杂、一次性投入大，水仓空间约束使车辆清挖动作，水仓的环境恶劣影响机器的可靠性。清理效果一般。1.4.3专门设计的水仓清理机该方法主要有液压水仓

23、清理机、螺旋水仓清理机、气力输送水仓清理机、链斗输送水仓清理机。1）采用液压水仓清理机清理方法，以QCJ22全液压自行式新型水仓清理机为例，该水仓清理机结构新颖、电液联动、挖排连续、自行运输、高效节能。 该设备集挖泥、排泥和和运输功能为一体，结构简单、操作方便、节能高效、运行费用较低，是我国大、中型矿井水仓机械化清理的理想设备。可以实现全机械化单人清淤作业，降低了工人的劳动强度，改善了作业环境。清挖装置可视清淤过程中的实际工况调高或横摆，适用于不同的巷宽及煤泥高度，可将有轨水仓不同淤泥高度情况下的煤泥的及时清理。可以满足煤泥的随产随清，即可保证水仓的有效容水量又可提高主排水泵的运行寿命和方便调

24、幅躲峰，在提高矿井的抗灾能力的同时，可使矿井的主排水系统达到最佳的经济运行状态2） 螺旋水仓清理机机构示意图如图1-4所示。主要有车体、行走驱动装置、收集输送装置等部分组成。行走驱动装置7 安装在平板上，由一台电机单独驱动，实现整机沿轨道前后移动，螺旋收集器1、链轮10、输送驱动装置11 安装在溜槽体12 上，溜槽体12通过水平销轴3 与转盘5 相铰接，伸缩器6 两端分别与溜槽体12 和转盘5 相铰接，手动调节伸缩器6 的长度使溜槽体12 绕水平销轴3 在竖直面内转动，用以调整螺旋收集器1 的高度；转盘5 通过竖直销轴4 与车体2 相铰接，手动调整使转盘5 绕销轴4相对车体2 在水平面内转动，

25、用以调整螺收集器1 的方位。1.螺旋收集器 2.车体 3.水平销轴 4.竖直销轴 5.转盘 6.伸缩器 7.行走驱动装置 8.操作面板 9.刮板 10.链轮 11.输出驱动装置 12.溜槽体图1-4螺旋水仓清理机结构简图 清淤工作流程如图1-5所示图1-5螺旋水仓清理机清淤工作流程螺旋水仓清理机结构合理，操作方便，工作可靠，强度和稳定性达到设计要求，大大降低了清仓工人的劳动强度，清仓效率成倍提高。人工清理时，4人装满一辆3 t矿车平均需要15min，使用螺旋水仓清理机仅需3.5min。应用螺旋水仓清理机时应注意以下一些问题：对于含水量高的沉积物，清理前尽量减少搅动，以提高收集效率，因为搅动会使

26、沉积物变为流体不利于螺旋收集器输送；操作人员在工作中应注意及时把沉积物混杂的木棒、竹巴等长条状物体检出，以防卡死，影响清仓机工作，最好平时在水仓人口处设置滤网，使长条状物体不能进入水仓，以利于采用螺旋水仓清理机；每次使用结束使收集输送装置空运转23min，最好用水冲洗螺旋收集器和刮板输送溜槽，以防粘结影响下次使用。3）以QSQ型气力输送水仓清理机为例，其结构和工作原理如图1-6 所示。把真空泵及其附属装置固定在一辆平板车上，把储泥罐、吸泥管、摆动装置固定在另一辆平板车上，便于运输。工作时两平板车相连，由真空吸气管将真空泵和储泥罐连接起来。平板车由矿用小轮车改造而成，目的是尽量降低设备固定的高度

27、，便于运输和操作。摆动装置的用途是保证吸泥管吸口可灵活地达到水仓宽度方向的各个位置，为便于摆动，吸泥管局部采用柔性管。清仓机的工作过程为：关闭压气阀，打开真空阀，启动真空泵。在真空泵作用下，通过真空吸气管对储泥罐抽真空。随着罐内真空度提高，泥浆在外界大气压作用下，沿吸泥管、吸泥止回阀进入储泥罐。45 s后真空泵自动停机，关闭真空阀，打开压气阀，罐内煤泥在压缩空气作用下通过排泥管、排泥止回阀排入矿车，完成一个工作循环。接着重复上述过程，压气管与大巷中的压缩空气管相连。图1-6 QSQ型气力输送水仓清理机结构和工作原理图该机布局合理，机动灵活，操作方便，降低了劳动强度，提高了清仓工效。应用中注意以

28、下特点和问题：排泥管道可长达400 m，排出口设于运输平巷内，能提高矿车容积利用率。若在水仓内装车，则泥浆在斜坡处溢出。 全套设备固定在2辆平板车上，移动方便。吸泥管入口端必须装置网，防止体积较大的木棒等杂物进入造成堵塞。每班停机时必须把吸泥管、储泥罐、排泥管全部排空。对于含水量低的沉积物，真空抽吸效果稍差，可采用抽吸前搅动的办法改善抽吸效果。4） 链斗输送水仓清理机采用清理设备如图1-7所示。整机架体、行走驱动装置9安装在平板车10上，链轮驱动装置1、导向链轮4、5、6安装在架体上，链斗2铰接在于链条3固连的销轴上，托板7于架体固连。 1. 链斗驱动装置2. 链斗3. 链条4.5.6链轮 7

29、托板 8支撑9.行走驱动装置10. 平板车 图1-7链斗输送水仓清理机的结构简图 链斗输送水仓清理机工作时，首先启动行走电机，链斗输送水仓清理机带动一辆矿车到达工作位置，启动驱动链轮 1电机，链轮驱动装置带动链条按顺时针运转，行走驱动装置带动整机前移，链斗随链条运行到底部时自行刮物料，至链轮 6处链斗倾翻，把物料倒入矿车。由于链斗 2铰接在与链条 3固连的销轴上，载重段链斗靠重力保持直立，开口向上，链轮 6处的卸载机构强制链斗倾翻，实现卸载，然后由托板 7维持链斗状态达到链轮驱动装置 1处刮人物料。这样直到矿车装满后，由电机车拖往运输巷道，并再拖来空矿车，开始下一个装车循环。链斗输送水仓清理机

30、既能适应含水量大的糊状煤泥,也能适应含水量小的较干煤泥，克服了螺旋滚式清仓机对含水量大的煤泥效率低，真空抽吸气输送式清仓机对含水量小的煤泥效果较差的弱点。链斗输送水仓清理机自身带有行走驱动装置，机动灵活，使用方便。该机结构合理，操作方便，大大降低了清仓工人的劳动强度，清仓效率成倍提高。综上所述，专门设计的水仓清理机不仅大大降低了清仓工人的劳动强度，而且清仓效率成倍提高，带来方便的同时也带来了经济效益。但是也存在一些问题，液压水仓清理机在清理时铲斗在下翻斗卸载过程中由于动作缓慢，卸料不干净等。螺旋滚筒输送式清仓机和链斗输送水仓清理机对含水量大的煤泥效率比较低，物料较稀，因而在运输过程中流失严重，

31、作业效率低；真空抽吸气压输送式清仓机则对含水量小的煤泥效果较差。若采用通过专用泵抽排煤泥水到振动脱水设备进行脱水，解决了直径大于 0.1 mm以上煤泥脱水问题，但直径 0.1 mm以下煤泥水的处理仍不能解决，煤水不分离装运则不能解决煤泥水脱水问题，存在着运输量大、污染环境等问题。1.4.4射流泵和泥浆泵联合清理射流泵和泥浆泵联合清理的基本工作原理是利用高压水流对水仓淤泥进行稀释和搅拌，提高其流动性，然后用抽排设备将煤泥水抽吸并输送至缓冲搅拌罐中，再由加压设备将煤泥水加压输送至过滤设备，煤泥水经过滤设备脱水减量后，形成煤泥饼，装入矿车提升至地面进行无害化、资源化利用。射流泵和泥浆泵联合清理水仓的

32、工艺流程如图1-8所示：图1-8 射流泵和泥浆泵联合清理水仓的工艺流程综合分析以上方法可以看出，机械挖装清淤法是将水仓淤泥作为固体物料来清理， 而水射流造浆、泥浆泵清理法是将淤泥作为流体物料来处理。机械挖装清淤法是将水仓淤泥作为固体物料来清理，而实际上上层的淤泥流动性好，更接近于液体的特性，下层沉积的淤泥经扰动后也会会表现出一定的流动性。采用机械挖装清淤法，清挖设备的铲斗会粘满淤泥，有效容积下降，非连续清挖方式，效率低下。水射流造浆、泥浆泵清理法相对而言是较成功的方法，淤积物以浆液状态通过涵洞，工作效率高且劳动强度小；在清理吸配水井时，作业人员不入井作业，提高了作业安全。其将淤泥作为流体物料来

33、处理，目前在很多矿井得到使用，但实际上效果仍然很不理想，主要问题首先是这一系统在抽排设备对淤泥的收集入料困难。其次是对淤泥先加水稀释再过滤脱水，无疑是浪费资源、降低效率；另外，设备复杂，难以形成集成化的系统。1.4.5中央排污水泵利用排污泵及管道直接将泥浆从井下排至地面。该方案理论上比较先进，可靠性高，国外也有采用，1995-2005年平均每年水泵总流量达到 25亿加仑，但投资比较大、维护费用高。邢台矿务局东庞煤矿装设该系统，用了一次后排污泵磨损严重需要更换，管道堵塞无法清理。鹤岗矿业集团使用飞力泥浆潜水泵，该泵具有以下优点：(1)安装方便，可节省大量管捌，回收大量煤泥，达到综合利用；节约电能

34、，该泵功率为几十千瓦，提高经济效益，全年可创价值150万元。(2)该泵使用寿命长，具有独特的监测控制系统，可实现智能化远程控制，节省人力、物力，降低成本，减轻了工人的劳动强度，提高清仓工作效率，极大缩短了清仓的时间。(3)解决了-350水仓中的泥浆排人、-250水仓中，进行重复清仓工作问题，减轻了清仓工作负担，有效地保证了矿井排水的正常进行，取得了良好的效果。图1-9为鹤岗矿业集团水仓清理布置图。其中飞力泥浆泵的安装和清仓原理为：在350清理斜下水仓中央安设根工字钢横粱，用持轮和钢丝绳把飞力泥浆泵吊挂在钢粱下，利用钢丝绳来回牵引，使泥浆泵在水仓中往复移动，泥排至沉淀池内，最后利用沉淀池内的设备

35、将煤值沉淀过滤，压成煤块固体，装人矿车，直接运走。 图1-9 -350清理斜下水仓清仓布置图1.5新型水仓清理系统有上述可知，已有的清仓方法仍存在许多问题，结合和吸收前人的经验，提出了一种设置过滤拦截坝沉降水仓淤泥和挖掘机械清理的方法，其基本思路是，使淤泥沉降在水仓入口处几十米的距离内，然后清理工作集中于这一距离内用耙斗机完成。图1-10采用耙斗机清挖方案图1-10 耙斗机清挖方案图基本原理为，在距煤矿井下水仓入口一定距离处设置过滤拦截坝，使水仓入口与拦截坝之间形成沉淀池，矿井水进入沉淀池后，经拦截装置滤板和滤网的孔隙过滤，携带的固体颗粒被拦截在沉淀池中，如果矿井涌水量超出滤板和滤网的过滤能力

36、，矿井水充满沉淀池并可以漫过拦截坝流入水仓内段，矿井水充满沉淀池的过程中，流速减缓，其中携带的较大固体颗粒在重力的作用下沉降，而不能越过拦截坝，被拦截于沉淀池中，仅有悬浮于矿井水中的细小颗粒能够随矿井水流入到水仓内段，因此大大减少流入水仓内段的固体颗粒的总量，达到减少水仓深处沉积淤泥的目的。矿井水经拦截、沉降、过滤后，沉积下的淤泥表现为不同的物理特性，沉淀池中的淤泥颗粒相对粗大、含水量低、粘度小、流动性差，物理特性接近于固体散料；水仓内部的淤泥颗粒细、含水量高、粘度大、经扰动后流动性好，物理特性接近于流体。因此，可以对沉积淤泥分段处理，采用不同的手段清挖。沉淀池中的淤泥采用耙斗机清挖，水仓内部

37、的淤泥采用泵吸抽排。对于同一水平上的两个水仓，可以分别建筑拦截坝， 实现拦截过滤沉淀，水仓淤泥清理所需的设备主要有拦截坝、耙斗装载机。1.6新型水仓清理系统的研究目标、意义以及预期达到的指标1.6.1研究目标和意义为了克服上述弊端，经过探索和深入了解现在水仓清理工艺的不足而有针对性的开发煤矿井下清挖水仓系统，主要特点如下：（1）运行成本低，系统所需的设备技术成熟，可靠性高，不影响水仓的正常使用；（2）能够处理各种性状的水仓泥浆、煤泥、淤泥等杂质混合物；（3）操作简便，节省人员，缩短了作业周期、降低工人劳动强度、提高工效，节省成本。渗透沉降水仓淤泥清理方法的突出特点是：（1）能够缩短淤泥清挖距离

38、，提高淤泥清挖的效率；（2）改变淤泥的物理特性，将淤泥分段处理，便于实现自动化清淤。1.6.2预期达到的指标（1）所设计水仓、研制的设备、装置等符合煤矿安全规程、设计规范及煤矿相关安全标准的要求；（2）新设计或改造设计的水仓较传统水仓清挖效率提高30%左右；清挖淤泥量大于10立方/小时。第2章 水仓清理系统总体方案设计2.1系统的组成这套水仓清理系统设置了沉淀池，主要对沉淀池中的煤泥进行清理，因此这套清理系统大体是由三部分组成即：拦截坝、耙斗机、转运系统。选择耙斗机是应为，它结构简单，维修方便，容易制造，可用于坡度较大（30）的巷道等优点。清理系统工作原理为：耙斗机以耙斗为工作机构、靠绞车牵引

39、，使耙斗往复运动不断的耙取煤泥并装入矿车或装罐，达到清理淤泥的目的。清挖系统的主要功能是在抽排系统工作完成后用于清挖和转运煤泥而设计的，其系统布置图如图2-1所示：图2-1 1.拦截坝 2.煤泥 3.耙斗机2.1.1拦截坝系统结合已有研究，提出了一种设置过滤拦截坝沉降水仓淤泥和挖掘机械清理的方法，其基本思路是，使淤泥沉降在水仓入口处几十米的距离内，然后清理工作集中于这一距离内用耙斗机完成。在距煤矿井下水仓入口一定距离处设置一道拦截坝，让煤泥水经过拦截坝把水过滤掉，使煤泥沉淀在巷道中沉淀后的煤泥粉比其它方式沉淀的煤泥粉要干爽很多, 基本呈松散状，便于清理装车、运输，决不影响提升线路的文明整洁(含

40、水的煤泥浆提升时易外溢, 需定专人清理绞车道) , 同时还避免了煤泥入煤仓后堵仓事故的发生。该法能提高劳动效率，改善作业环境, 安全生产状况好。最后后用耙斗机清理煤泥，最终达到水仓淤泥清理的目的。 对于同一水平上的两个水仓，可以分别建筑拦截坝， 实现拦截过滤沉淀。水仓拦截装置拦截装置是由工字钢、聚乙烯板、钢筋混凝土、钢丝网滤布组成。井下水仓宽4米高3.5米拦截坝具体布置如图2-2所示：图2-2拦截坝具体布置图其中聚乙烯板采用超高分子量聚乙烯材料，该材料具有以下优点：(1)耐磨性好使用寿命长；(2)表面光滑， 摩擦系数小，不易与物体牯结；(3)基本上不吸收水分；(4)抗腐蚀性强，耐酸碱腐蚀不易老

41、化；(5)具有较高的抗冲击强度。因此适合作为初步过滤系统。而钢丝网滤布过滤孔小，作为二次过滤系统。钢丝网滤布的选型：因为滤布的作用是把煤泥水分离所以要求的过滤精度比较高，又是在煤矿下边，环境不好，对滤布的要求也高，滤布选用400目的不锈钢滤网，拦截坝宽4米高2米考虑到把滤布固定在拦截坝后所以选择滤布宽4.2米高2.2米.水坝系统的设置：首先固定两个工字钢，把依次把五块聚乙烯板放入工字钢里，两侧的的聚乙烯板固定在刚劲混凝土中，然后用沉头螺钉把滤网固定在拦截装置上。2.1.2耙运系统耙运系统的主要设备为耙斗机，为符合水仓的工作环境需求，采用p-15B型耙斗机。P-15B耙斗机由于符合设计的数据与技

42、术要求，故参考P-15B型耙斗装岩机的外形尺寸。尺寸如图2-3所示：图2-3耙斗机两视图其主要尺寸为：总高 1850mm总长 5000mm机架底座长 1170mm总重 2450kg簸箕口与水平面角度为30其各项数据均符合中华人民共和国机械行业标准JB/T2378-2004行星传动耙斗装岩机要求。2.1.3转运系统转运系统的主要组成部份为台车。耙斗机台车由车架、车轮、弹簧碰头等组成，它是耙斗装岩机的机架及行走部，承载装岩机的全部重量。在台车上安装绞车、操纵机构以及支撑中间槽的支架和支柱。台车前后部装有四套卡轨器，用以作为固定装置。车架的选型设计：（1）台车车架类型选择车架是耙斗机的主要承重部分，

43、耙斗机的绞车，支架等都安装在车架上。所以选择车架为台面上便于安装零件的机架类型车架。（2）台车车架材料及制法选择台车车架材料选择厚钢板焊接成框架结构，采用厚钢板的主要着眼点是为了增加机车的粘着质量。选用的钢材牌号为ZG270-500的铸造碳钢作为机架设计的原材料。在860880摄氏度的温度下进行正火或退火处理，按照合理方式进行人工时效处理。台车车架台面尺寸的确定：根据所设计耙斗机的工作环境，截面要求大的抗弯矩，扭矩强度和刚度，且台面上便于安装零部件，综合考虑涉及的条件和因素，故选用机架的台面截面为空心矩形截面。根据实际需要，确定台面尺寸长1630mm，宽为860mm，窗口高度300mm，宽度3

44、00mm。由于轮对轴所要承受机体全部载荷，根据其重要性，选择轴的材料为。第3张 耙斗机的设计3.1耙斗机结构及工作原理耙斗装岩机主要由固定楔、尾轮、耙斗、传动部（包括操纵机构、台车、绞车）、导向轮、料槽（进料槽、中间槽、卸载槽）以及电气部分组成。各主要部件的功能和结构简述如下： （1）固定楔：固定楔固定在掘进机工作面的作业面上，用以悬挂尾轮，固定楔由一个紧楔和一个楔部带锥套的钢丝绳套环组成。如图3-1所示前者用于硬岩，后者用于软岩。图3-1 固定楔（2）尾轮：挂在固定楔上用以引导尾绳，使耙斗返回作业面，它主要由侧板、绳轮、心轴、吊勾等主要零件组成。 （3）耙斗：在主绳、尾绳的牵引下作往复运动来

45、扒取岩石。根据工作条件的不同，耙斗可分为两种形式：一种是耙角为55的耙斗，适用于平巷；另一种是耙角为65的耙斗，适用于倾斜巷道。每套装岩机配有两种耙斗，并且耙齿磨损后可调换。 （4）操纵机构：由两组操纵杆、拉杆、连杆、调整螺杆等组成。调整螺杆的一端与绞车闸带相连，通过操纵杆控制闸带的开合，对绞车的两个滚筒分别进行操纵。操作杆可安装在绞车的左、右任一侧进行操纵。 （5）绞车：由电动机、减速器以及两个行星传动滚筒及两组制动器和辅助刹车带组成。制动器实际上起着离合器的作用，分别对两个滚筒进行控制。 工作时，刹紧工作滚筒上的制动器，使内齿轮停止运转，行星齿轮在中心轮的带动下沿内齿轮滚动，从而借行星轮架

46、带动滚筒转动而缠绕钢丝绳来牵引耙斗。回程时，松开工作滚筒的制动器，刹紧空程滚筒的制动器，按上述原理尾绳把耙斗牵回扒岩处。 由于两个滚筒中齿轮的齿数不同，两个滚筒的转速也就不同，空程滚筒比工作滚筒有效高的转速。 为了防止停车后滚筒由于惯性仍要转动而引起钢丝绳起圈乱绳，在两个滚筒的边沿上还安有两组辅助刹车，以防止滚筒因惯性而继续转动。 （6）台车：由车架、车轮、弹簧碰头等组成，它是耙斗装岩机的机架及行走部，承载装岩机的全部重量。在台车上安装绞车、操纵机构以及支撑中间槽的支架和支柱。台车前后部装有四套卡轨器，用以作为固定装置。 （7）导向轮：安装在耙斗装岩机后部，以引导和改变钢丝绳的方向。它由侧板、

47、绳轮、心轴、滚动轴承等零件组成，并采用防尘结构，以延长其寿命。 （8）进料槽、中间槽和卸载槽：三者是装载扒取物料的部分。耙斗扒取的演示依次通过进料槽、中间槽和卸载槽，由卸载槽底部的卸料口卸入矿车。中间槽安装在台车的支架和支柱上，而进料槽和卸料槽则分别于中间槽衔接。进料槽的中部安装有升降装置，用以调节簸萁口的高低。簸萁口前后两侧装有挡板，以引导耙斗进入槽斗。中间槽有两个弯曲部，弯曲部装有课拆卸的乃，耐磨弧形板。卸料槽的后部安装有弹簧碰头，起缓冲作用。（9）双滑轮：只在拐弯巷道装岩是使用。它挂在巷道拐弯处，用以引导主绳和尾绳。它主要有侧板、新洲、滚动轴承、吊钩及两个绳轮组成。它能扩大使用范围。（1

48、0）电气部分：主要是隔爆建安全火花型控制箱，包括防爆电机、防爆按钮及汞灯。3.1.1绞车原理耙斗装载机的绞车有三种型式，即行星轮式，圆锥摩擦式和内涨摩擦轮式。行星轮式优点为：工作效率高，体积小，安全可靠，操作简单、省力，尺寸紧凑，维修方便。由于考虑到设计耙斗装岩机功率和工作区域大小，故采用结构、尺寸紧凑的行星轮式以减小耙斗机绞车的尺寸。双行星轮绞车传动原理如图3-2所示：图3-2绞车原理示意图电动机转动三级减速器（齿轮Z1Z2Z3Z4Z5）轴4传动中心轮Z6和Z8，当两个内齿圈Z10，Z11上的闸带都处于松驰状态时（即制动带不抱紧制动轮时），内齿圈自由转动，卷简不转动；如果向外拖拉钢丝强，卷筒

49、可以自由转动。当需要某卷筒工作时，则将该卷筒的内齿圈Z10（或Z11）用闸带制动（即制动带抱紧制动轮），中心轮Z6（或Z8）带动三个行星轮Z7（或Z9）绕内齿圈Z10（或Z11）滚动，并通过行星轮架（系杆）带动卷筒转动缠绕钢丝绳进行牵引耙斗；同时，另一个内齿圈不被制动，其圈筒可以自由的吐出钢丝绳。交替制动两个内齿圈 ，耙斗就可以在工作面上往返运动，进行载装工作。绞车的两套行星齿轮传动结构完全相同，但是中心轮和行星轮的齿数不相同，使耙斗在装载行程与返回行程中的运动速度不一样。耙斗在装载行程中，阴力较大，运动速度较慢；返回行程中，阻力较小，运动速度应较快，以减少空运转时间。必须注意的是，不应同时制

50、动两套行星轮传动的内齿圈，以免把钢丝绳拉断或损坏机器零件，由操纵机构保证两条制动带不可能同时制动。耙斗停止运动时，两条闸带都不抱紧内齿圈。在停止时，从动卷筒可能由于惯性而比两一个卷筒多转一段时间，这样多放出来的钢丝绳会堆积、乱绳遭到破坏。因此在两个卷筒的轮缘上还设有辅助制动轮，以消除惯性影响。辅助制动闸制动力比较小，以免增加摩擦，降低绞车的机械效率。3.2耙斗机配套电机的选型耙斗装载机的工作特点是，装载行程的载荷比返回行程中得多，而且短时负载比较大。所以，矿用防爆电动机是特殊设计的，其超载能力比较大，最大转矩可达额定转矩的2.8倍，B级绝缘，采用法蓝连接方式。故采用YB160 M-4型电动机。

51、其功率为11kw。主绳直径12.5mm。质量3.2吨。外壳尺寸4700mm1040mm1750mm.该电动机具有结构紧凑，体积小，质量轻等优点。由表3-1（或机械设计手册）查询可知YB160 M-4型电动机满载时额定转速为1460r/min,满载时效率为88%，满 载时功率因数cos为0.84，堵转转矩/额定转矩为2.2，堵转电流/额定电流为7.0，最大转矩/额定转矩为2.3。表3-1机座号与功率和同步转速的对应关系型号额定功率/KW额定电流(380v)/A额定转速/(r/min)效果（%）功率因数重量/kg同步转速1500r/min,50HzYB801-40.551.513902.46.02

52、.373.00.7622YB802-40.752.013902.36.02.374.50.7624YB90S-41.12.714002.36.52.378.00.7833YB90L-41.53.714002.36.52.379.00.7937YB 100L1-42.25.014202.27.02.381.00.8243YB 100L2-436.814202.27.02.382.50.8147YB 112M-448.814402.27.02.384.50.8258YB 132S-45.511.614402.27.02.385.50.8480YB 132M-47.515.414402.27.02.

53、387.00.8595YB 160M-41122.614602.27.02.388.00.84148YB 160L-41530.314602.27.02.388.50.85166YB 180M-418.535.914702.07.02.291.00.86210YB 180L-42242.514702.07.02.291.50.86234YB 200L-43056.814702.07.02.292.20.87320YB 225S-43769.814801.97.02.291.80.87360YB 225M-44584.214801.97.02.292.30.88388YB 250M-455102

54、.514802.07.02.292.60.88530YB 280S-475139.514801.97.02.292.70.88650YB 280M-490164.314801.97.02.293.50.89780YB 315S-4110200.814851.86.82.293.50.89965YB 315M-4132239.714851.86.82.294.00.891150YB 315L1-4160289.114851.86.82.294.50.891240YB 315L2-4200360.314851.86.82.294.50.8914503.3耙斗的设计3.3.1耙斗的几何尺寸耙斗体的形

55、状有箱式和耙式二种。箱式耙斗体，其特点是侧板的高度较大，适用于装松散和块度小的软岩。耙式耙斗体，其特点的侧板小，适用于耙装块度大而坚硬的岩石。由于水仓清理中用耙斗机清理煤泥，所以选用箱式耙斗体。1生产率耙斗装载机的生产能力与耙运距离，耙斗工作与返回行程的速度，耙斗改变行程所需时间，耙斗装满煤泥程度和煤泥含水量等因素有关。耙斗往返耙运一次煤泥所需的循环时间t，s式中L耙斗运行距离，m；耙斗的工作行程速度，m/s耙斗返回行程速度，m/s，耙斗在两次改变行程时的间隙时间，要。一般取=1020s。每小时装载次数ii=，次/h耙斗装载机的小时生产率Q式中V=耙斗容积，；耙斗装满系数，一般对于煤取=0.7

56、0.9，对于岩石取=0.50.9；岩石松散容重，t/3.3.2耙斗的容积1、耙斗的容积从上式可以看出，耙斗装载机的生产能力，不仅与每小时的耙装次数i有关，而且与耙斗的容积V有关。如果设计或选择耙斗容积过大，生产率过高，则增加了制造成本，反之，耙斗容积过小，则不能完成装运任务。因此可以根据装载量的大小，反过来计算耙斗所需的容积。=根据计算结果，取稍大的标准耙斗容积。耙斗的容积，除与几何尺寸有关外，还和耙斗的结构形式，耙角等因素有关。目前只能按经验公式确定。对耙式耙斗：式中， H耙斗高度，m； B耙斗宽度，m； 煤泥的自然安息角，一般=40； 耙斗的耙角。对箱式耙斗：式中，L耙斗的长度，m。为符合

57、采运煤泥的需要，减少在耙运过程中掉落的煤泥，选择箱式耙斗。耙斗外形尺寸的长度、宽度、高度应保持一定的比例关系。长度过长，不能充分利用耙斗内腔有效空间；宽度过宽会增大溜槽宽度，从而增大耙斗机的宽度尺寸；高度过大会使耙斗工作不稳定。根据试验结果，耙斗的长、宽、高间合理比值可按表3-2选取表3-2耙斗外形尺寸的合理比值耙斗体形状耙式耙斗体箱式耙斗体长：宽：高2.1：1.5：12.64;2.2:1耙斗的重心位置应低些这样耙斗运行时较平稳。耙斗重心位置可以这样来选取，重心的垂直高度应处于耙斗前后端钢丝绳牵引点连线以下，重心水平位置应接近耙齿齿尖。水仓清理中耙斗机选用p-15B型号，耙斗容积为0.15m3

58、 设耙斗的高为Z长为X宽为Y则长X为宽Y为高Z为所选或设计的耙斗容积，应大于为了满足装载任务要求而计算出来所需的耙斗容积。2、耙斗的重量耙斗依靠自重使耙齿插入煤泥堆。显然，耙斗重量愈重，耙斗愈容易插入煤泥堆，但重量过重，会增大绞车功率消耗，并容易刮坏底板。一般讲，耙斗重量根据煤泥的坚硬程度来确定。煤泥较软耙斗重量可轻些，耙斗重量可按下式确定G 公斤 式中 B为耙斗宽度 ，厘米；Q为耙斗单位宽度重量 ，公斤厘米 ；根据试验结果，耙斗的合理q值取3（来自采掘机械295页表13-2耙斗的单位宽度重量q）。G公斤3.3.3耙斗的插入角和耙角耙斗的插入角是指耙斗运动状态时，耙齿插入岩石堆的角度，耙斗插入

59、角是随耙齿插入岩石堆的情况不同而变化的。耙斗处于静止水平位置时，耙齿内侧面与水平面夹角称为耙角，耙斗几何尺寸确定后，其耙角值是不变的。显然，耙斗的插入角和耙角是不相等的，前者在工作过程中式一个变量，后者是一个常量。耙斗工作过程中，插入角大小对耙斗工作性能有影响。插入角过大，耙斗易产生磕头现象（即耙斗在岩石堆上跳跃），影响耙斗装满程度。插入角过小，会增加插入阻力。耙斗不易插入岩石堆，同样会降低耙斗装满程度，故应使耙斗插入角保持合理值，一般以选取合理的耙角值，来间接控制获得的合理插入角大小，耙斗合理的耙角一般根据巷道的倾角来选取。耙齿各用六个铆钉固定在尾帮下端，耙齿选用平齿，耙齿用耐磨的高猛钢ZG

60、Mn13铸造，磨损后可堆焊硬质合金修补或拆换。图3-3为耙斗的简图：图3-3耙斗简图3.4钢绳的设计钢丝绳是由多层钢丝捻成股，再以绳芯为中心，由一定数量股捻绕成螺旋状的绳。在物料搬运机械中，供提升、牵引、拉紧和承载之用。钢丝绳强度高、自重轻、柔韧性好、耐冲击，安全可靠。在正常情况下使用的钢丝绳不会发生突然破断，但可能会因为承受的载荷超过其极限破断力而破坏。钢丝绳的破坏是有前兆的，总是从断丝开始，极少发生整条绳的突然断裂。钢丝用优质碳钢制成，经多次冷拔和热处理后可达到很高的强度。潮湿或露天环境等工作场所可采用镀锌钢丝拧成的钢丝绳，以增强防锈性能。3.4.1耙斗运行时所需的牵引力1）牵引阻力耙斗做往复耙装运动时，所需的牵引力，必须克服耙斗在运动中的阻力。牵引阻力有:耙斗内煤泥移动的阻力，N；耙斗本身的移动阻力，N；耙斗取煤泥时的阻力，N；钢丝绳在底板上的摩擦阻力，N；钢丝绳绕过导向滑轮时的运动阻力，N；上面的几项工作阻力，可分别按下列公式计算。式中 G耙斗内煤泥的重力，N； 岩石对巷道底板的摩擦系数，=0.60.8； 巷道倾角； 。 式中耙斗的自重，N； 耙斗与巷道底板的摩控系数，=0.40.6。 以上