畢業(yè)設計（論文）新型的煤礦水倉清理系統(tǒng)設計

1、河北工程大學畢業(yè)設計目 錄摘 要1summary2第1章 引 言31.1水倉概述31.1.1水倉的建立以及結構背景31.1.2建立水倉的要求41.2水倉中煤泥以及清理51.2.1水倉煤泥沉積的形成背景51.2.2水倉煤泥清理的研究目的及意義51.3煤礦水倉清理技術的研究現(xiàn)狀61.4現(xiàn)存的清理方法與技術71.4.1人工清理71.4.2挖裝清淤法71.4.3專門設計的水倉清理機81.4.4射流泵和泥漿泵聯(lián)合清理121.4.5中央排污水泵利用排污泵及管道直接將泥漿從井下排至地面。131.5新型水倉清理系統(tǒng)141.6新型水倉清理系統(tǒng)的研究目標、意義以及預期達到的指標161.6.1研究目標和意義161.

2、6.2預期達到的指標16第2章 水倉清理系統(tǒng)總體方案設計172.1系統(tǒng)的組成172.1.1攔截壩系統(tǒng)172.1.2耙運系統(tǒng)192.1.3轉運系統(tǒng)19第3張 耙斗機的設計213.1耙斗機結構及工作原理213.1.1絞車原理223.2耙斗機配套電機的選型243.3耙斗的設計253.3.1耙斗的幾何尺寸253.3.2耙斗的容積263.3.3耙斗的插入角和耙角273.4鋼繩的設計283.4.1耙斗運行時所需的牽引力283.4.2驗算所取的鋼繩直徑303.5三極齒輪減速器的設計313.5.1減速器各軸傳動參數(shù)313.5.2減速器齒輪設計333.5.2.1高速級齒輪參數(shù)的確定333.5.2.2中間齒輪參數(shù)

3、的確定363.5.2.3第三級齒輪的設計373.5.3對中間軸進行設計校核373.6行星齒輪組的設計383.6.1總體設計計算393.6.2計算各齒輪的主要參數(shù)393.6.2.1對回程滾筒進行嚙合參數(shù)計算：403.6.2.2對工作滾筒進行嚙合參數(shù)計算：413.6.3回程齒輪的強度計算及校核423.6.3.1 ac齒輪傳動接觸強度校核計算：423.6.3.2 ac傳動彎曲強度計算校核453.6.3.3 cb傳動接觸強度校核483.6.4工作齒輪的強度計算及校核493.6.4.1 ac傳動接觸強度校核計算493.6.4.2 ac傳動彎曲強度計算校核503.6.4.3 cb傳動接觸強度校核513.6

4、.5軸的強度校核計算523.6.6輸出速度及功率校核55第4章 耙斗機的操作、維護與保養(yǎng)564.1耙斗裝載機的操作過程564.2潤滑與密封564.3齒輪減速器的維護與保養(yǎng)574.4設備的維護574.4.1日常維護574.4.2緊急情況停車574.5耙斗裝載機常見的故障及其消除的方法58總結與展望59結束語60參考文獻61附 錄63附錄一 基于por/e的行星輪絞車的三維立體造型63附錄二 對工作太陽輪的ansys分析結果67附錄三 耙斗的pore實體造型和ansys分析68附錄四 p-15b耙斗機裝配圖、行星輪裝配圖、零件圖、傳動間圖69致謝7070摘 要本學位論文針對目前煤礦水倉中沉積的煤泥

5、及煤泥的特性而設計出一種新型的煤礦水倉清理系統(tǒng),該機器可根據(jù)煤泥的特性將不同層面的煤泥一次性清理，對于解決多年來水倉中煤泥沉積而帶來的諸多不便和清理效率低下等問題提供了更好的研究平臺,對于提高勞動效率和系統(tǒng)的可靠性都有重要的意義。該系統(tǒng)由水壩系統(tǒng)，耙挖系統(tǒng)，裝運系統(tǒng)三部分組成。動力系統(tǒng)由電動機，絞車，三級齒輪減速器組成；裝載輸送系統(tǒng)由耙斗機組成；支承行走部由臺車與車架組成。它結構緊湊，工作靈活，可靠性高，成本低，對工作介質的適應能力強。該設備可連續(xù)工作且滿足一次清理全斷面的要求，提高水倉清理的效率，縮短清挖時間，給企業(yè)節(jié)省了開支，具有較高的應用和推廣價值。關鍵詞: 煤礦水倉清理系統(tǒng) 煤泥 耙斗

6、挖掘機 攔截水壩 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水倉概述水倉是礦井涌水的的貯倉，起著存水和沉淀的作用，是保證安全生產、防止礦井水災的重要設施。1.1.1水倉的建立以及結構背景隨著煤礦生產朝著安全、高效方向發(fā)展，采掘系統(tǒng)以及運輸系統(tǒng)已基本實現(xiàn)機械化。在采掘過程中，由于地下水和采煤生產的回水存在，但水量大小無法控制，且煤泥水中夾帶著碎煤及其他雜物，隨時將水排出地面又不現(xiàn)實，處于生產安全的考慮，就必須建立水倉。煤礦井下水倉是保證安全生產、防止礦井水災的重要設施。隨著礦井開采的延伸，礦井涌水量逐漸增大，排水泵不能及時排往地面的涌水積存在井下水倉

11、中。煤礦安全規(guī)程第一百八十條規(guī)定，主要水倉必須有主倉和副倉，一個水倉清理時，另一個水倉能正常使用，并始終保持原設計容積的34以上，如此循環(huán)交替工作。隨著礦井開采深度增大和涌水量增多,水倉內淤積了大量的淤煤, 而水倉容積有限,使得井下水倉有效蓄水容積減小，故而必須定期清理。水倉的作用主要有兩個：一是存水；二是沉淀。一般情況下，礦井的每個水平必須設置兩個水倉，分為內環(huán)和外環(huán),長度在200500m左右。圖1-1是雙側水倉的結構示意圖。雙側布置是水倉設在水泵房的兩側。這種布置型式在一條水倉清理時，車場易有積水，衛(wèi)生條件差。為防止清倉是水淹車場，可采取開平水溝或開進水小巷處理。一般用于水從兩側流入水倉和

12、水倉可能擴建時。每個水平的掘進和采煤工作面等涌出的污水由潛水泵抽出，通過一系列的明渠、暗道，污水夾雜著煤泥等雜質污垢流入所在水平的水倉。通常情況下水倉每年清挖一次，但涌水較大的礦井或水平,則需清挖23次，以保證生產需要。1左水倉；2右水倉；3水泵房；4管子道；5通道；6小絞車硐室；7變電所；8車場；9井筒；10聯(lián)絡道 圖1-1 礦井水倉概圖1.1.2建立水倉的要求對于建立井下水倉時,主要有以下要求： 1、井底車場形式，水泵硐室位置和圍巖條件；2、水倉必須由主倉和副倉兩條獨立且互不滲漏的巷道組成；3、主排水硐室應布置在水倉的同側；4、水倉高度大于2米；5、水倉的有效容量在正常涌水量小于1000立

13、方米/小時，有效容量大于8小時最小涌水量；正常涌水量大于1000立方米/小時，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小時最小涌水量；6、水倉進口處，應設置篦子，對水砂充填、水力采煤和其它污水中帶有大 量雜質的礦井，還應設置沉淀清理系統(tǒng)。設有沉淀池的水倉，根據(jù)沉淀，清理和備用的需要，一般分多組進行布置，每組水倉分沉淀倉和清水倉兩部分。當水倉水為侵蝕性水時，還要考慮分區(qū)處理或水質處理。由于井下水倉規(guī)定容量與涌水量有關,但與礦井的年產量沒有直接關系。所以，高度和長度根據(jù)本礦井實際涌水量設計。1.2水倉中煤泥以及清理1.2.1水倉煤泥沉積的形成背景水倉中煤泥的形成是由多方面

14、的因素引起的，首先是水的來源： 挖掘機在挖掘采煤的過程，有時挖掘到深層就會觸到地下水層，這些水不斷地滲出也會產生不小的水量。 機器在持續(xù)挖掘工作的時候由于工作強度非常大，機器做功會產生大量的熱量對機身不利，必須需要很多水來降溫。這樣隧道中就會沉積很多水，這些水要及時排出否則會淹沒礦井，那么這些水在排出的時候，周圍的粉塵，泥沙和煤的小顆粒會溶入水中被這些水帶走進入水倉在水倉中沉積后行成煤泥。水倉煤泥成分復雜：有粒狀煤、煤泥灰、有噴漿作業(yè)的時候還會有水泥、黏土等，煤礦其他雜物也會沖到水倉內，與煤泥混在一起。從黏度分布來說，大體上顆粒狀煤泥黏度小，呈散粒狀態(tài)，造漿抽排困難，糊狀煤泥黏度較高，容易抽排

15、，但脫水困難，不易處理。不同煤礦，不同地質條件不同煤質，煤泥的粒度和黏度也不同，綜合處理工藝應全面考慮。1.2.2水倉煤泥清理的研究目的及意義水倉淤泥屬于高粘度、膏體狀固液兩相流體，形態(tài)介于固體和液體之間，在常溫常壓下不具有流動性，經擾動又呈稀糊狀流體，清挖起來十分困難。但如果不及時清理竟會造成： 減少水倉的有效容積，慢慢堵塞水倉，從而失去水倉的作用； 當積淤過多時，雜物會進入吸水井,然后被吸入水泵,使水泵的過流部件磨損加?。?吸水井淤泥過多時會堵塞吸水龍頭，造成排水困難或無法排水。所以必須要清理，因此,定期和高效地清挖水倉是提高礦井排水系統(tǒng)安全性和經濟性重要途徑之一。以往曾有人采取過一些所謂

16、科學的機械化清挖措施，如采用渣漿泵向外抽排，刮板機向外刮運，扒斗機、鏟斗機裝罐外運等，但終因各種設備操作復雜、費時、費功、工作效率低下、清挖效果差等原因，至今未能大面積推廣應用。因此，時至今日，80%以上的礦井水倉清挖，仍沿用并停留在最傳統(tǒng)、最落后的人工清挖、罐車裝運的無奈之中。綜上所述，煤礦井下水倉淤泥清理設備研制與開發(fā)，其目的是提供一套實用的機械化的井下水倉淤泥清理系統(tǒng)，提高水倉淤泥清理的效率。其研制的意義和必要性在于：1）減少淤泥清挖的工作時間，最大可能的降低清挖水倉時對水倉備用功能的占用和對煤礦排水安全的影響；2）降低工人勞動強度，把工人從繁重的體力勞動中解脫出來；3）節(jié)約勞動成本，減

17、少了大量的人工和勞動時間。1.3煤礦水倉清理技術的研究現(xiàn)狀目前國內摸索創(chuàng)造出了不少可行的水倉清理技術，各有其優(yōu)點和適用范圍，但都具有一定的缺點和局限性，其難點在于對井下的復雜情況認識不足，未充分考慮井下水倉沉淀物的復雜性，所研制的設備性能單一，無法適應井下水倉復雜多變的環(huán)境，使設備得不到充分發(fā)揮。煤礦水倉清理裝置主要分為中央排污水泵射流泵和泥漿泵聯(lián)合清理和水倉清理裝置等3類(1) 水倉清理裝置水倉清理裝置主要由工作機構、裝運機構、行走機構等組成。按照工作裝置的傳動方式可分為鏈輸送、螺旋滾筒輸送、液壓輸送、氣壓輸送等;按照工作機構的不同可分為小鏟斗、大鏟斗、鏈斗、刮板、刮斗、耙頭等;按照裝運機構

18、可分為煤水分離、直接裝運、泵輸送等;按照行走機構可分為履帶、平板車、借助道軌的礦車等。螺旋滾筒輸送式清倉機和鏈斗輸送水倉清理機對含水量大的煤泥效率比較低，物料較稀，因而在運輸過程中流失嚴重，作業(yè)效率低;真空抽吸氣壓輸送式清倉機則對含水量小的煤泥效果較差。若采用通過專用泵抽排煤泥水到振動脫水設備進行脫水，解決了直徑大于 0.1 mm以上煤泥脫水問題，但直徑 0.1 mm以下煤泥水的處理仍不能解決，煤水不分離裝運則不能解決煤泥水脫水問題，存在著運輸量大、污染環(huán)境等問題。(2)射流泵和泥漿泵聯(lián)合清理采用水射流造漿、泥漿泵清理水倉的方案首先通過水射流清理水倉主體并造漿。在清理水倉主體時，水射流所產生的

19、穿透力可深入淤積物 0.6-1.0 m，由于淤積物通常處于飽水狀態(tài)，能被迅速破碎成泥漿；然后水射流清理吸配水井，在高壓膠管和槍頭之間可逐級連接至 5.0 m 硬性的無縫鋼管，可以直接深入到井底，既安全又能清理徹底；最后泥漿泵吸取經水射流造漿階段所形成的泥漿，通過管道輸排至淤積物排放場。該水倉清理方案可大幅度縮短工期、減輕工作強度和降低施工戚本。但若想使用必須重新更新安裝，周轉時間長，工人勞動強度大。 (3)中央排污水泵利用排污泵及管道直接將泥漿從井下排至地面。該方案理論上比較先進，可靠性高，國外也有采用，1995-2005年平均每年水泵總流量達到 25億加侖，但投資比較大、維護費用高。邢臺礦務

20、局東龐煤礦裝設該系統(tǒng)，用了一次后排污泵磨損嚴重需要更換，管道堵塞無法清理。鶴崗礦業(yè)集團使用飛力泥漿潛水泵，該泵使用壽命長，具有獨特的監(jiān)測控制系統(tǒng)可實現(xiàn)智能化遠程控制，節(jié)省人力、物力，降低成本，減輕了工人的勞動強度，提高清倉工作效率，極大縮短了清倉的時間，時刻有備用倉，有效地保證了礦井排水的正常進行，取得了良好的效果。1.4現(xiàn)存的清理方法與技術目前主要的水倉淤泥清理方法主要有：1.4.1人工清理該清理方式在水倉里鋪設軌道，人工用鐵鍬鏟裝、礦車運載。作業(yè)效率很低，按每班 3人干 8小時工作制計，一班只能裝 135t 清理一個中型水倉大約要 12個月，甚至更長時間。這種清理方式已成為煤礦生產的瓶頸，

21、極大地制約了其它環(huán)節(jié)效率的發(fā)揮，亟待改進。采用這種原始的方法，職工的工作環(huán)境差，勞動強度大，勞動效率低，成本消耗大。工作流程如圖1-2所示圖1-2人工水倉清理流程1.4.2挖裝清淤法該方式利用專門的挖裝機械也就是小型化的裝載機，挖裝機械就是小型化的裝載機，主要有鏟斗裝載機。將淤泥裝入礦車運出水倉。其特點是可降低工人的勞動強度，而且加快了清理速度，清除了因清倉不及時可能造成的淹井的隱患。機器清理比較徹底，殘余物少，使得水倉的實際服役時間延長。履帶式裝載機如下圖1-3所示1.工作裝置 2.橡膠履帶 3.機架 4.行走減速器及馬達 5.平臺 6.油箱 7.防爆裝置 8.座椅 9.傳動裝置 10.操作

22、裝置 11.齒輪泵 12.回轉裝置圖1-3 整體機構該機的主要技術特點： 體積小，結構緊湊，激動靈活科實現(xiàn)原地轉彎，特別適用于井下狹小空間作業(yè)； 工作裝置可相對于車身進行旋轉，本身不動的情況下也可鏟裝； 工作裝置改型容易，大斷面水倉可用大鏟斗，小斷面可用小產斗，水倉適應性強，并且工作裝置改型后還可用于其它場合作業(yè)。如用作錨桿臺車，井下小型叉車等。使用該機清理水倉比用人工清理效率提高了5倍左右，大大減輕了勞動強度取得了一定的經濟效益和社會效益。但設備結構復雜、一次性投入大，水倉空間約束使車輛清挖動作，水倉的環(huán)境惡劣影響機器的可靠性。清理效果一般。1.4.3專門設計的水倉清理機該方法主要有液壓水倉

23、清理機、螺旋水倉清理機、氣力輸送水倉清理機、鏈斗輸送水倉清理機。1）采用液壓水倉清理機清理方法，以qcj22全液壓自行式新型水倉清理機為例，該水倉清理機結構新穎、電液聯(lián)動、挖排連續(xù)、自行運輸、高效節(jié)能。 該設備集挖泥、排泥和和運輸功能為一體，結構簡單、操作方便、節(jié)能高效、運行費用較低，是我國大、中型礦井水倉機械化清理的理想設備?？梢詫崿F(xiàn)全機械化單人清淤作業(yè)，降低了工人的勞動強度，改善了作業(yè)環(huán)境。清挖裝置可視清淤過程中的實際工況調高或橫擺，適用于不同的巷寬及煤泥高度，可將有軌水倉不同淤泥高度情況下的煤泥的及時清理?？梢詽M足煤泥的隨產隨清，即可保證水倉的有效容水量又可提高主排水泵的運行壽命和方便調

24、幅躲峰，在提高礦井的抗災能力的同時，可使礦井的主排水系統(tǒng)達到最佳的經濟運行狀態(tài)2） 螺旋水倉清理機機構示意圖如圖1-4所示。主要有車體、行走驅動裝置、收集輸送裝置等部分組成。行走驅動裝置7 安裝在平板上，由一臺電機單獨驅動，實現(xiàn)整機沿軌道前后移動，螺旋收集器1、鏈輪10、輸送驅動裝置11 安裝在溜槽體12 上，溜槽體12通過水平銷軸3 與轉盤5 相鉸接，伸縮器6 兩端分別與溜槽體12 和轉盤5 相鉸接，手動調節(jié)伸縮器6 的長度使溜槽體12 繞水平銷軸3 在豎直面內轉動，用以調整螺旋收集器1 的高度；轉盤5 通過豎直銷軸4 與車體2 相鉸接，手動調整使轉盤5 繞銷軸4相對車體2 在水平面內轉動，

25、用以調整螺收集器1 的方位。1.螺旋收集器 2.車體 3.水平銷軸 4.豎直銷軸 5.轉盤 6.伸縮器 7.行走驅動裝置 8.操作面板 9.刮板 10.鏈輪 11.輸出驅動裝置 12.溜槽體圖1-4螺旋水倉清理機結構簡圖 清淤工作流程如圖1-5所示圖1-5螺旋水倉清理機清淤工作流程螺旋水倉清理機結構合理，操作方便，工作可靠，強度和穩(wěn)定性達到設計要求，大大降低了清倉工人的勞動強度，清倉效率成倍提高。人工清理時，4人裝滿一輛3 t礦車平均需要15min，使用螺旋水倉清理機僅需3.5min。應用螺旋水倉清理機時應注意以下一些問題：對于含水量高的沉積物，清理前盡量減少攪動，以提高收集效率，因為攪動會使

26、沉積物變?yōu)榱黧w不利于螺旋收集器輸送；操作人員在工作中應注意及時把沉積物混雜的木棒、竹巴等長條狀物體檢出，以防卡死，影響清倉機工作，最好平時在水倉人口處設置濾網(wǎng)，使長條狀物體不能進入水倉，以利于采用螺旋水倉清理機；每次使用結束使收集輸送裝置空運轉23min，最好用水沖洗螺旋收集器和刮板輸送溜槽，以防粘結影響下次使用。3）以qsq型氣力輸送水倉清理機為例，其結構和工作原理如圖1-6 所示。把真空泵及其附屬裝置固定在一輛平板車上，把儲泥罐、吸泥管、擺動裝置固定在另一輛平板車上，便于運輸。工作時兩平板車相連，由真空吸氣管將真空泵和儲泥罐連接起來。平板車由礦用小輪車改造而成，目的是盡量降低設備固定的高度

27、，便于運輸和操作。擺動裝置的用途是保證吸泥管吸口可靈活地達到水倉寬度方向的各個位置，為便于擺動，吸泥管局部采用柔性管。清倉機的工作過程為：關閉壓氣閥，打開真空閥，啟動真空泵。在真空泵作用下，通過真空吸氣管對儲泥罐抽真空。隨著罐內真空度提高，泥漿在外界大氣壓作用下，沿吸泥管、吸泥止回閥進入儲泥罐。45 s后真空泵自動停機，關閉真空閥，打開壓氣閥，罐內煤泥在壓縮空氣作用下通過排泥管、排泥止回閥排入礦車，完成一個工作循環(huán)。接著重復上述過程，壓氣管與大巷中的壓縮空氣管相連。圖1-6 qsq型氣力輸送水倉清理機結構和工作原理圖該機布局合理，機動靈活，操作方便，降低了勞動強度，提高了清倉工效。應用中注意以

28、下特點和問題：排泥管道可長達400 m，排出口設于運輸平巷內，能提高礦車容積利用率。若在水倉內裝車，則泥漿在斜坡處溢出。 全套設備固定在2輛平板車上，移動方便。吸泥管入口端必須裝置網(wǎng)，防止體積較大的木棒等雜物進入造成堵塞。每班停機時必須把吸泥管、儲泥罐、排泥管全部排空。對于含水量低的沉積物，真空抽吸效果稍差，可采用抽吸前攪動的辦法改善抽吸效果。4） 鏈斗輸送水倉清理機采用清理設備如圖1-7所示。整機架體、行走驅動裝置9安裝在平板車10上，鏈輪驅動裝置1、導向鏈輪4、5、6安裝在架體上，鏈斗2鉸接在于鏈條3固連的銷軸上，托板7于架體固連。 1. 鏈斗驅動裝置2. 鏈斗3. 鏈條4.5.6鏈輪 7

29、托板 8支撐9.行走驅動裝置10. 平板車 圖1-7鏈斗輸送水倉清理機的結構簡圖 鏈斗輸送水倉清理機工作時，首先啟動行走電機，鏈斗輸送水倉清理機帶動一輛礦車到達工作位置，啟動驅動鏈輪 1電機，鏈輪驅動裝置帶動鏈條按順時針運轉，行走驅動裝置帶動整機前移，鏈斗隨鏈條運行到底部時自行刮物料，至鏈輪 6處鏈斗傾翻，把物料倒入礦車。由于鏈斗 2鉸接在與鏈條 3固連的銷軸上，載重段鏈斗靠重力保持直立，開口向上，鏈輪 6處的卸載機構強制鏈斗傾翻，實現(xiàn)卸載，然后由托板 7維持鏈斗狀態(tài)達到鏈輪驅動裝置 1處刮人物料。這樣直到礦車裝滿后，由電機車拖往運輸巷道，并再拖來空礦車，開始下一個裝車循環(huán)。鏈斗輸送水倉清理機

30、既能適應含水量大的糊狀煤泥,也能適應含水量小的較干煤泥，克服了螺旋滾式清倉機對含水量大的煤泥效率低，真空抽吸氣輸送式清倉機對含水量小的煤泥效果較差的弱點。鏈斗輸送水倉清理機自身帶有行走驅動裝置，機動靈活，使用方便。該機結構合理，操作方便，大大降低了清倉工人的勞動強度，清倉效率成倍提高。綜上所述，專門設計的水倉清理機不僅大大降低了清倉工人的勞動強度，而且清倉效率成倍提高，帶來方便的同時也帶來了經濟效益。但是也存在一些問題，液壓水倉清理機在清理時鏟斗在下翻斗卸載過程中由于動作緩慢，卸料不干凈等。螺旋滾筒輸送式清倉機和鏈斗輸送水倉清理機對含水量大的煤泥效率比較低，物料較稀，因而在運輸過程中流失嚴重，

31、作業(yè)效率低；真空抽吸氣壓輸送式清倉機則對含水量小的煤泥效果較差。若采用通過專用泵抽排煤泥水到振動脫水設備進行脫水，解決了直徑大于 0.1 mm以上煤泥脫水問題，但直徑 0.1 mm以下煤泥水的處理仍不能解決，煤水不分離裝運則不能解決煤泥水脫水問題，存在著運輸量大、污染環(huán)境等問題。1.4.4射流泵和泥漿泵聯(lián)合清理射流泵和泥漿泵聯(lián)合清理的基本工作原理是利用高壓水流對水倉淤泥進行稀釋和攪拌，提高其流動性，然后用抽排設備將煤泥水抽吸并輸送至緩沖攪拌罐中，再由加壓設備將煤泥水加壓輸送至過濾設備，煤泥水經過濾設備脫水減量后，形成煤泥餅，裝入礦車提升至地面進行無害化、資源化利用。射流泵和泥漿泵聯(lián)合清理水倉的

32、工藝流程如圖1-8所示：圖1-8 射流泵和泥漿泵聯(lián)合清理水倉的工藝流程綜合分析以上方法可以看出，機械挖裝清淤法是將水倉淤泥作為固體物料來清理， 而水射流造漿、泥漿泵清理法是將淤泥作為流體物料來處理。機械挖裝清淤法是將水倉淤泥作為固體物料來清理，而實際上上層的淤泥流動性好，更接近于液體的特性，下層沉積的淤泥經擾動后也會會表現(xiàn)出一定的流動性。采用機械挖裝清淤法，清挖設備的鏟斗會粘滿淤泥，有效容積下降，非連續(xù)清挖方式，效率低下。水射流造漿、泥漿泵清理法相對而言是較成功的方法，淤積物以漿液狀態(tài)通過涵洞，工作效率高且勞動強度??；在清理吸配水井時，作業(yè)人員不入井作業(yè)，提高了作業(yè)安全。其將淤泥作為流體物料來

33、處理，目前在很多礦井得到使用，但實際上效果仍然很不理想，主要問題首先是這一系統(tǒng)在抽排設備對淤泥的收集入料困難。其次是對淤泥先加水稀釋再過濾脫水，無疑是浪費資源、降低效率；另外，設備復雜，難以形成集成化的系統(tǒng)。1.4.5中央排污水泵利用排污泵及管道直接將泥漿從井下排至地面。該方案理論上比較先進，可靠性高，國外也有采用，1995-2005年平均每年水泵總流量達到 25億加侖，但投資比較大、維護費用高。邢臺礦務局東龐煤礦裝設該系統(tǒng)，用了一次后排污泵磨損嚴重需要更換，管道堵塞無法清理。鶴崗礦業(yè)集團使用飛力泥漿潛水泵，該泵具有以下優(yōu)點：(1)安裝方便，可節(jié)省大量管捌，回收大量煤泥，達到綜合利用；節(jié)約電能

34、，該泵功率為幾十千瓦，提高經濟效益，全年可創(chuàng)價值150萬元。(2)該泵使用壽命長，具有獨特的監(jiān)測控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)智能化遠程控制，節(jié)省人力、物力，降低成本，減輕了工人的勞動強度，提高清倉工作效率，極大縮短了清倉的時間。(3)解決了-350水倉中的泥漿排人、-250水倉中，進行重復清倉工作問題，減輕了清倉工作負擔，有效地保證了礦井排水的正常進行，取得了良好的效果。圖1-9為鶴崗礦業(yè)集團水倉清理布置圖。其中飛力泥漿泵的安裝和清倉原理為：在350清理斜下水倉中央安設根工字鋼橫粱，用持輪和鋼絲繩把飛力泥漿泵吊掛在鋼粱下，利用鋼絲繩來回牽引，使泥漿泵在水倉中往復移動，泥排至沉淀池內，最后利用沉淀池內的設備

35、將煤值沉淀過濾，壓成煤塊固體，裝人礦車，直接運走。 圖1-9 -350清理斜下水倉清倉布置圖1.5新型水倉清理系統(tǒng)有上述可知，已有的清倉方法仍存在許多問題，結合和吸收前人的經驗，提出了一種設置過濾攔截壩沉降水倉淤泥和挖掘機械清理的方法，其基本思路是，使淤泥沉降在水倉入口處幾十米的距離內，然后清理工作集中于這一距離內用耙斗機完成。圖1-10采用耙斗機清挖方案圖1-10 耙斗機清挖方案圖基本原理為，在距煤礦井下水倉入口一定距離處設置過濾攔截壩，使水倉入口與攔截壩之間形成沉淀池，礦井水進入沉淀池后，經攔截裝置濾板和濾網(wǎng)的孔隙過濾，攜帶的固體顆粒被攔截在沉淀池中，如果礦井涌水量超出濾板和濾網(wǎng)的過濾能力

36、，礦井水充滿沉淀池并可以漫過攔截壩流入水倉內段，礦井水充滿沉淀池的過程中，流速減緩，其中攜帶的較大固體顆粒在重力的作用下沉降，而不能越過攔截壩，被攔截于沉淀池中，僅有懸浮于礦井水中的細小顆粒能夠隨礦井水流入到水倉內段，因此大大減少流入水倉內段的固體顆粒的總量，達到減少水倉深處沉積淤泥的目的。礦井水經攔截、沉降、過濾后，沉積下的淤泥表現(xiàn)為不同的物理特性，沉淀池中的淤泥顆粒相對粗大、含水量低、粘度小、流動性差，物理特性接近于固體散料；水倉內部的淤泥顆粒細、含水量高、粘度大、經擾動后流動性好，物理特性接近于流體。因此，可以對沉積淤泥分段處理，采用不同的手段清挖。沉淀池中的淤泥采用耙斗機清挖，水倉內部

37、的淤泥采用泵吸抽排。對于同一水平上的兩個水倉，可以分別建筑攔截壩， 實現(xiàn)攔截過濾沉淀，水倉淤泥清理所需的設備主要有攔截壩、耙斗裝載機。1.6新型水倉清理系統(tǒng)的研究目標、意義以及預期達到的指標1.6.1研究目標和意義為了克服上述弊端，經過探索和深入了解現(xiàn)在水倉清理工藝的不足而有針對性的開發(fā)煤礦井下清挖水倉系統(tǒng)，主要特點如下：（1）運行成本低，系統(tǒng)所需的設備技術成熟，可靠性高，不影響水倉的正常使用；（2）能夠處理各種性狀的水倉泥漿、煤泥、淤泥等雜質混合物；（3）操作簡便，節(jié)省人員，縮短了作業(yè)周期、降低工人勞動強度、提高工效，節(jié)省成本。滲透沉降水倉淤泥清理方法的突出特點是：（1）能夠縮短淤泥清挖距離

38、，提高淤泥清挖的效率；（2）改變淤泥的物理特性，將淤泥分段處理，便于實現(xiàn)自動化清淤。1.6.2預期達到的指標（1）所設計水倉、研制的設備、裝置等符合煤礦安全規(guī)程、設計規(guī)范及煤礦相關安全標準的要求；（2）新設計或改造設計的水倉較傳統(tǒng)水倉清挖效率提高30%左右；清挖淤泥量大于10立方/小時。第2章 水倉清理系統(tǒng)總體方案設計2.1系統(tǒng)的組成這套水倉清理系統(tǒng)設置了沉淀池，主要對沉淀池中的煤泥進行清理，因此這套清理系統(tǒng)大體是由三部分組成即：攔截壩、耙斗機、轉運系統(tǒng)。選擇耙斗機是應為，它結構簡單，維修方便，容易制造，可用于坡度較大（30）的巷道等優(yōu)點。清理系統(tǒng)工作原理為：耙斗機以耙斗為工作機構、靠絞車牽引

39、，使耙斗往復運動不斷的耙取煤泥并裝入礦車或裝罐，達到清理淤泥的目的。清挖系統(tǒng)的主要功能是在抽排系統(tǒng)工作完成后用于清挖和轉運煤泥而設計的，其系統(tǒng)布置圖如圖2-1所示：圖2-1 1.攔截壩 2.煤泥 3.耙斗機2.1.1攔截壩系統(tǒng)結合已有研究，提出了一種設置過濾攔截壩沉降水倉淤泥和挖掘機械清理的方法，其基本思路是，使淤泥沉降在水倉入口處幾十米的距離內，然后清理工作集中于這一距離內用耙斗機完成。在距煤礦井下水倉入口一定距離處設置一道攔截壩，讓煤泥水經過攔截壩把水過濾掉，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, 基本呈松散狀，便于清理裝車、運輸，決不影響提升線路的文明整潔(含

40、水的煤泥漿提升時易外溢, 需定專人清理絞車道) , 同時還避免了煤泥入煤倉后堵倉事故的發(fā)生。該法能提高勞動效率，改善作業(yè)環(huán)境, 安全生產狀況好。最后后用耙斗機清理煤泥，最終達到水倉淤泥清理的目的。 對于同一水平上的兩個水倉，可以分別建筑攔截壩， 實現(xiàn)攔截過濾沉淀。水倉攔截裝置攔截裝置是由工字鋼、聚乙烯板、鋼筋混凝土、鋼絲網(wǎng)濾布組成。井下水倉寬4米高3.5米攔截壩具體布置如圖2-2所示：圖2-2攔截壩具體布置圖其中聚乙烯板采用超高分子量聚乙烯材料，該材料具有以下優(yōu)點：(1)耐磨性好使用壽命長；(2)表面光滑， 摩擦系數(shù)小，不易與物體牯結；(3)基本上不吸收水分；(4)抗腐蝕性強，耐酸堿腐蝕不易老

41、化；(5)具有較高的抗沖擊強度。因此適合作為初步過濾系統(tǒng)。而鋼絲網(wǎng)濾布過濾孔小，作為二次過濾系統(tǒng)。鋼絲網(wǎng)濾布的選型：因為濾布的作用是把煤泥水分離所以要求的過濾精度比較高，又是在煤礦下邊，環(huán)境不好，對濾布的要求也高，濾布選用400目的不銹鋼濾網(wǎng)，攔截壩寬4米高2米考慮到把濾布固定在攔截壩后所以選擇濾布寬4.2米高2.2米.水壩系統(tǒng)的設置：首先固定兩個工字鋼，把依次把五塊聚乙烯板放入工字鋼里，兩側的的聚乙烯板固定在剛勁混凝土中，然后用沉頭螺釘把濾網(wǎng)固定在攔截裝置上。2.1.2耙運系統(tǒng)耙運系統(tǒng)的主要設備為耙斗機，為符合水倉的工作環(huán)境需求，采用p-15b型耙斗機。p-15b耙斗機由于符合設計的數(shù)據(jù)與技

42、術要求，故參考p-15b型耙斗裝巖機的外形尺寸。尺寸如圖2-3所示：圖2-3耙斗機兩視圖其主要尺寸為：總高 1850mm總長 5000mm機架底座長 1170mm總重 2450kg簸箕口與水平面角度為30其各項數(shù)據(jù)均符合中華人民共和國機械行業(yè)標準jb/t2378-2004行星傳動耙斗裝巖機要求。2.1.3轉運系統(tǒng)轉運系統(tǒng)的主要組成部份為臺車。耙斗機臺車由車架、車輪、彈簧碰頭等組成，它是耙斗裝巖機的機架及行走部，承載裝巖機的全部重量。在臺車上安裝絞車、操縱機構以及支撐中間槽的支架和支柱。臺車前后部裝有四套卡軌器，用以作為固定裝置。車架的選型設計：（1）臺車車架類型選擇車架是耙斗機的主要承重部分，

43、耙斗機的絞車，支架等都安裝在車架上。所以選擇車架為臺面上便于安裝零件的機架類型車架。（2）臺車車架材料及制法選擇臺車車架材料選擇厚鋼板焊接成框架結構，采用厚鋼板的主要著眼點是為了增加機車的粘著質量。選用的鋼材牌號為zg270-500的鑄造碳鋼作為機架設計的原材料。在860880攝氏度的溫度下進行正火或退火處理，按照合理方式進行人工時效處理。臺車車架臺面尺寸的確定：根據(jù)所設計耙斗機的工作環(huán)境，截面要求大的抗彎矩，扭矩強度和剛度，且臺面上便于安裝零部件，綜合考慮涉及的條件和因素，故選用機架的臺面截面為空心矩形截面。根據(jù)實際需要，確定臺面尺寸長1630mm，寬為860mm，窗口高度300mm，寬度3

44、00mm。由于輪對軸所要承受機體全部載荷，根據(jù)其重要性，選擇軸的材料為。第3張 耙斗機的設計3.1耙斗機結構及工作原理耙斗裝巖機主要由固定楔、尾輪、耙斗、傳動部（包括操縱機構、臺車、絞車）、導向輪、料槽（進料槽、中間槽、卸載槽）以及電氣部分組成。各主要部件的功能和結構簡述如下： （1）固定楔：固定楔固定在掘進機工作面的作業(yè)面上，用以懸掛尾輪，固定楔由一個緊楔和一個楔部帶錐套的鋼絲繩套環(huán)組成。如圖3-1所示前者用于硬巖，后者用于軟巖。圖3-1 固定楔（2）尾輪：掛在固定楔上用以引導尾繩，使耙斗返回作業(yè)面，它主要由側板、繩輪、心軸、吊勾等主要零件組成。 （3）耙斗：在主繩、尾繩的牽引下作往復運動來

45、扒取巖石。根據(jù)工作條件的不同，耙斗可分為兩種形式：一種是耙角為55的耙斗，適用于平巷；另一種是耙角為65的耙斗，適用于傾斜巷道。每套裝巖機配有兩種耙斗，并且耙齒磨損后可調換。 （4）操縱機構：由兩組操縱桿、拉桿、連桿、調整螺桿等組成。調整螺桿的一端與絞車閘帶相連，通過操縱桿控制閘帶的開合，對絞車的兩個滾筒分別進行操縱。操作桿可安裝在絞車的左、右任一側進行操縱。 （5）絞車：由電動機、減速器以及兩個行星傳動滾筒及兩組制動器和輔助剎車帶組成。制動器實際上起著離合器的作用，分別對兩個滾筒進行控制。 工作時，剎緊工作滾筒上的制動器，使內齒輪停止運轉，行星齒輪在中心輪的帶動下沿內齒輪滾動，從而借行星輪架

46、帶動滾筒轉動而纏繞鋼絲繩來牽引耙斗。回程時，松開工作滾筒的制動器，剎緊空程滾筒的制動器，按上述原理尾繩把耙斗牽回扒巖處。 由于兩個滾筒中齒輪的齒數(shù)不同，兩個滾筒的轉速也就不同，空程滾筒比工作滾筒有效高的轉速。 為了防止停車后滾筒由于慣性仍要轉動而引起鋼絲繩起圈亂繩，在兩個滾筒的邊沿上還安有兩組輔助剎車，以防止?jié)L筒因慣性而繼續(xù)轉動。 （6）臺車：由車架、車輪、彈簧碰頭等組成，它是耙斗裝巖機的機架及行走部，承載裝巖機的全部重量。在臺車上安裝絞車、操縱機構以及支撐中間槽的支架和支柱。臺車前后部裝有四套卡軌器，用以作為固定裝置。 （7）導向輪：安裝在耙斗裝巖機后部，以引導和改變鋼絲繩的方向。它由側板、

47、繩輪、心軸、滾動軸承等零件組成，并采用防塵結構，以延長其壽命。 （8）進料槽、中間槽和卸載槽：三者是裝載扒取物料的部分。耙斗扒取的演示依次通過進料槽、中間槽和卸載槽，由卸載槽底部的卸料口卸入礦車。中間槽安裝在臺車的支架和支柱上，而進料槽和卸料槽則分別于中間槽銜接。進料槽的中部安裝有升降裝置，用以調節(jié)簸萁口的高低。簸萁口前后兩側裝有擋板，以引導耙斗進入槽斗。中間槽有兩個彎曲部，彎曲部裝有課拆卸的乃，耐磨弧形板。卸料槽的后部安裝有彈簧碰頭，起緩沖作用。（9）雙滑輪：只在拐彎巷道裝巖是使用。它掛在巷道拐彎處，用以引導主繩和尾繩。它主要有側板、新洲、滾動軸承、吊鉤及兩個繩輪組成。它能擴大使用范圍。（1

48、0）電氣部分：主要是隔爆建安全火花型控制箱，包括防爆電機、防爆按鈕及汞燈。3.1.1絞車原理耙斗裝載機的絞車有三種型式，即行星輪式，圓錐摩擦式和內漲摩擦輪式。行星輪式優(yōu)點為：工作效率高，體積小，安全可靠，操作簡單、省力，尺寸緊湊，維修方便。由于考慮到設計耙斗裝巖機功率和工作區(qū)域大小，故采用結構、尺寸緊湊的行星輪式以減小耙斗機絞車的尺寸。雙行星輪絞車傳動原理如圖3-2所示：圖3-2絞車原理示意圖電動機轉動三級減速器（齒輪z1z2z3z4z5）軸4傳動中心輪z6和z8，當兩個內齒圈z10，z11上的閘帶都處于松馳狀態(tài)時（即制動帶不抱緊制動輪時），內齒圈自由轉動，卷簡不轉動；如果向外拖拉鋼絲強，卷筒

49、可以自由轉動。當需要某卷筒工作時，則將該卷筒的內齒圈z10（或z11）用閘帶制動（即制動帶抱緊制動輪），中心輪z6（或z8）帶動三個行星輪z7（或z9）繞內齒圈z10（或z11）滾動，并通過行星輪架（系桿）帶動卷筒轉動纏繞鋼絲繩進行牽引耙斗；同時，另一個內齒圈不被制動，其圈筒可以自由的吐出鋼絲繩。交替制動兩個內齒圈 ，耙斗就可以在工作面上往返運動，進行載裝工作。絞車的兩套行星齒輪傳動結構完全相同，但是中心輪和行星輪的齒數(shù)不相同，使耙斗在裝載行程與返回行程中的運動速度不一樣。耙斗在裝載行程中，陰力較大，運動速度較慢；返回行程中，阻力較小，運動速度應較快，以減少空運轉時間。必須注意的是，不應同時制

50、動兩套行星輪傳動的內齒圈，以免把鋼絲繩拉斷或損壞機器零件，由操縱機構保證兩條制動帶不可能同時制動。耙斗停止運動時，兩條閘帶都不抱緊內齒圈。在停止時，從動卷筒可能由于慣性而比兩一個卷筒多轉一段時間，這樣多放出來的鋼絲繩會堆積、亂繩遭到破壞。因此在兩個卷筒的輪緣上還設有輔助制動輪，以消除慣性影響。輔助制動閘制動力比較小，以免增加摩擦，降低絞車的機械效率。3.2耙斗機配套電機的選型耙斗裝載機的工作特點是，裝載行程的載荷比返回行程中得多，而且短時負載比較大。所以，礦用防爆電動機是特殊設計的，其超載能力比較大，最大轉矩可達額定轉矩的2.8倍，b級絕緣，采用法藍連接方式。故采用yb160 m-4型電動機。

51、其功率為11kw。主繩直徑12.5mm。質量3.2噸。外殼尺寸4700mm1040mm1750mm.該電動機具有結構緊湊，體積小，質量輕等優(yōu)點。由表3-1（或機械設計手冊）查詢可知yb160 m-4型電動機滿載時額定轉速為1460r/min,滿載時效率為88%，滿 載時功率因數(shù)cos為0.84，堵轉轉矩/額定轉矩為2.2，堵轉電流/額定電流為7.0，最大轉矩/額定轉矩為2.3。表3-1機座號與功率和同步轉速的對應關系型號額定功率/kw額定電流(380v)/a額定轉速/(r/min)效果（%）功率因數(shù)重量/kg同步轉速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耙斗的設計3.3.1耙斗的幾何尺寸耙斗體的形狀有箱式和耙式二種。箱式耙斗體，其特點是側板的高度較大，適用于裝松散和塊度小的軟巖。耙式耙斗體，其特點的側板小，適用于耙裝塊度大而堅硬的巖石。由于水倉清理中用耙斗機清理煤泥，所以選用箱式耙斗體。1生產率耙斗裝載機的生產能力與耙運距離，耙斗工作與返回行程的速度，耙斗改變行程所需時間，耙斗裝滿煤泥程度和煤泥含水量等因素有關。耙斗往返耙運一次煤泥所需的循環(huán)時間t，s式中l(wèi)耙斗運