煤矿超高水充填机械结构研究与优化

摘要

在全面建设节约型社会的背景下，煤矿急切需要从过去的粗放型开采到绿色高效开采转变。充填开采技术可以显著提高采出率，最新研发出的超高水充填技术可以有效开采“三下”压煤、延长矿井服务年限、增加经济效益。超高水充填技术具有工艺系统相对简单，项日启动与总体投入均较低，在填充过程中能较好的满足采煤区填充性能要求的特点。 超高水充填站是充填技术的重要环节，但其机械系统设计方法陈旧，有许多值得改进与优化之处。本文结合冀中能源峰峰集团九龙矿超高水充填系统设计，首先介绍了煤矿充填技术的发展历程，超高水充填的工艺与发展现状。其次对超高水充填的工艺流程和充填站的设备布置进行了详细的介绍。对充填站的非标设备设计与标准设备的选型方法进行了介绍，尤其对钢筒仓的设计进行了详尽论述。再次依据钢结构设计规范，设计了超高水充填站钢构楼的各个构件与整体，并对其进行了校核。运用PKPM结构软件的钢结构模块对充填楼建立了三维模型并计算荷载，最后生成工程图。使用PRO/E软件进行超高水充填站的三维模型设计，并制作三维沙盘。最后运用拓扑优化理论对超高水充填站中的钢筒仓隔板进行拓扑优化，用Matlab软件得出隔板在单侧受力情况下的最优模型。对充填管路的并联接头进行了流体拓扑优化，得出了最优接头结构。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的来源与意义

1．2 充填开采方法的国内外发展历程

1．3 煤矿超高水充填站研究现状

1．4 机械优化理论方法

1．5 主要研究内容

1．5．1 主要内容

1．5．2 全文安排

第2章 超高水充填的生产工艺流程

2．1 超高水充填工艺

2．2 超高水充填站的设备布置

2．3 本章小结

第3章 超高水充填站机械设计

3．1 筒仓等非标件设计

3．1．1 A／B称重斗设计

3．1．2 AA／BB称重斗设计

3．1．3 称水斗设计

3．1．4 成品缓冲池设计

3．1．5 分水容器设计

3．1．6 A／B料分料器设计

3．1．7 A／B钢筒仓设计

3．1．8 AA／BB钢筒仓设计

3．1．9 搅拌器设计

3．2标 准件选型

3．2．1 气动阀门选型

3．2．2 称重传感器选型

3．2．3 螺旋给料机选型

3．2．4 空气压缩机选型

3．2．5 除尘器与高低限位开关

3．2．6 供电设备选型

3．3 管道子系统

3．3．1 干线充填管路选择

3．3．2 水泵选择

3．3．3 电磁流量计选择

3．4 本章小结

第4章 超高水充填站钢结构设计

4．1 结构的长细比极限值

4．2 构件设计

4．2．1 铺板设计

4．2．2 充填楼梁的设计

4．2．3 充填楼柱的设计

4．2．4 钢构楼节点设计

4．2．5 钢构楼梯设计

4．3 结构设计主要步骤

4．3．1 设计步骤

4．3．2 构件具体设计

4．4 校核步骤

4．5 软件设计

4．5．1 PKPM软件介绍

4．5．2 充填楼模型建立

4．6 本章小结

第5章 超高水充填机械系统整体优化

5．1 超高水充填站机械模型

5．2 超高水充填站优化模型建立

5．3 超高水充填站结构的拓扑优化

5．3．1 超高水充填站钢筒仓隔板的拓扑优化

5．3．2 超高水充填站并联接头的拓扑优化

5．4 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间发表的论文