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三机配套选型

辽源职业技术学院

课程设计说明书

题目：

城西矿二采区放顶煤三级配套设计

专业班级：

设计周数：

________

姓名：

指导教师：

资源工程系·采煤教研室

指导教师评语：

设计成绩：

指导老师签名：

　年月日

第一章采区概述-----------------------------------4

第二章设备选型的程序------------------------------

第二章设备选型-----------------------------------5

第一节采煤机选型------------------------------------5

第二节液压支架的选型--------------------------------7

第三节刮板输送机的选型------------------------------9

第一章采区概述

1、采区概况

珲春城西矿7#煤为全区可采，属稳定煤层，地质构造简单。

以中厚煤层为主，本煤可采高度2.3～2.7m,平均2.5m。

勘探区内煤层厚度沿走向自北向南变薄，在倾向上由西向东变薄，且煤层厚度变化规律明显。

结构较简单，层间距变化不大，自北向南稍有增大的趋势。

煤层顶板以粗粒砂岩、粉砂岩为主，部分钻孔有伪顶，岩性为泥岩和碳质泥岩，底板为粉砂岩和细粒砂岩，局部见有碳质泥岩和伪底。

矿井设计生产能力为4.0Mt／a。

2、煤层条件

该采区位于该矿第一水平，开采2号煤层，设计两个工作面，分别沿走向相对开采。

两工作面长度为300m；第一采区长度为2100m.煤层平均倾角为20°，第二采区长度为2250m,截深为0.8m,井田内煤层赋存稳定，煤层可采厚度2.3～2.7m，平均2.5m，煤的密度为1.35t/m³地面无需保护地物，采空区全部采用自然垮落法。

3.采区煤层及其顶底板特征

煤层的自然发火期为16个月，煤层顶板无伪顶，直接顶为厚度7.0m的细沙岩，基本顶厚度为13m厚度的砾岩。

煤层底板为石灰岩。

4.采区瓦斯、相对涌水量、煤质

采区瓦斯相对涌水量15mm³/t，正常涌水量100m³/h煤尘具有爆炸性,煤质中硬。

第二章三机配套选型的程序

一、明确煤层赋存条件、生产条件及工作面产量要求

综合机械化采煤是一个多工序、多环节的采煤过程，工作面采煤、运煤及支护（包括端头及过渡支护）构成了综采最重要的几个环节。

因此，这些环节上主要设备的功能、质量、生产效率与使用寿命是决定综采能否达到高产高效的关键，所以应依据煤层赋存及矿井选用可靠的具有良好使用效果的综采成套设备。

为此在设备配套选型前应了解下列资料和要求。

（1）煤层赋存条件：

煤层厚度（最大、最小和平均）；煤层倾角（最大、最小和平均）；开采深度（最大、最小和平均）；煤层硬度；煤层顶、底板的厚度、岩性及其分类；煤质和储量等。

（2）矿井地质及水文条件：

地质构造复杂程度、断层、褶曲等；瓦斯含量；煤层自燃倾向性，煤尘爆炸危险程度；矿井尺寸及采区划分、采面长度、采高、推进长度等；水文地质条件（水源及涌水量等）。

（3）矿井能力及对工作面产量要求：

矿井生产能力（万t／a）；矿井开采计划；矿井通风、排水、供水、供电、运煤、辅助运输等方式和能力；对工作面产量要求（t／月，t／a）及年工作日数；分析确定可能的工作面生产能力及采煤参数。

二、采煤工作面三机配套选型

（一）分析围岩条件，提出对架型、支架参数和支架结构选择的要求液压支架选型涉及采面顶板分类，要根据综采工作面的矿压特性选定液压支架支护阻力，并要考虑煤层赋存条件对支架结构的要求。

对于高产高效工作面液压支架的选型中，液压控制方式和系统的选择尤为关键，因为它决定着工作面推进速度，影响着工作面高产高效。

综采工作面矿压特性随不同的采煤方法及顶板类、级而异，因而对支架选型有相应要求。

（1）1、2类直接顶与I、Ⅱ级基本顶综采工作面的基本顶来压步距小而稳定，强度较小、顶板岩石压力小且分布均匀，直接顶特别是端面不稳定，受移架影响严重。

因而要求支架初撑力高，控制端面顶板能力强，护顶能力强，挡矸、护帮装置全，能快速从邻架操作移架，及时支护。

（2）3、4类直接顶与Ⅲ、Ⅳ级基本顶综采工作面基本顶来压步距大、强度高，顶板岩石压力大而且分布不均，直接顶稳定。

要求支架支撑能力大、抗水平推力强、切顶性能好，在冲击压力下支架安全阀流量大。

（3）倾斜分层下行垮落长壁综采工作面的基本顶来压对各分层越向下越缓和，顶板压力分层越向下越小而不均，下分层支架易压死、歪斜倾倒，顶板易破碎，下分层移架和所需时间对顶板稳定性的影响大于上分层。

因此，要求上、下分层支架应有区别。

对于上分层，由于顶板为实体岩石，要求支架工作阻力较大；由于底板煤体强度较弱，则要求支架底座比压分布较均匀、接触比压较小；由于上分层要为下分层铺网，故要求支架设置铺网和洒水装置。

对于下分层，由于顶板为破碎岩石，故要求支架工作阻力较小，并且除最下一个分层底板为岩层实体外，其余各下分层均是煤层，因此也要求支架底座比压分布较均匀、接触比压较小。

（4）对于采煤工作面，随着采空区的距离，上覆岩层动压频繁，矿压显现强烈，支架应具有足够的支护阻力，必要时采区人工放顶；采煤支架要有相应的防片帮、漏顶装置，尽力保持支架稳定性，为此提高支架刚度是十分重要的。

（5）综采工作面仍有明显基本顶来压，有时还较强烈。

因此，支架应有足够的工作阻力，按其煤层赋存条件应比普通综采工作面阻力提高一些为好。

为防止采空区冒落的矸石渗入工作面影响煤质。

以及顶板破碎架间掉矸伤人选择支架时应考虑选用带有侧护板和挡煤板的支撑式掩护液压支架及时支撑刚刚暴露的顶板；并采用带压移架、初撑力保持阀，以提高初撑力，减少顶煤早期下沉和断裂，尽力保持其稳定性，防止顶板下落。

综采工作面顶板压力受多种因素影响，分布不均，因此它将导致支架和采面围岩工作状态不良。

为使支架能可靠地工作，要求支架的结构件及其连接件都要有足够的强度和刚度。

为了保证支架支撑安全性能及稳定性，要求维修人员每班必须对液压支架进行一次检查，发现问题及时处理避免因漏压卸压，压力不足等影响正常工作。

保证快速移架。

支架要有利于顶煤软化、降尘、防火，因此支架选型时要考虑注水、洒水、喷雾、等要求。

（6）液压支架控制方式有手动、液压及电液控制系统，我国多用手动控制。

为了实现综采工作面高产高效，加快推进，我国试验并推广了KS2型液压支架手动快速移架系统。

在铁法晓南煤矿试验，经测试实现单架降、移、升共用时间10．25S。

兖州鲍店煤矿采用快速移架系统，并配置流量为200L／rain和315L／min的大流量乳化液泵，于2000年综放工作面实现年产351．37万t。

开滦钱家营煤矿采用大流量系统并提高泵的流量至200L／min，加快了移架速度，1999年3月创月产26．59万t的好成绩。

神华大柳塔煤矿引进了电液控制系统的液压支架，电液控制液压支架采用了电磁或微电机控制的先导阀、先进可靠的压力和位移等传感器、灵活自由编程的微处理机以及多：

芒=线和位处理等现代新技术，因此，与传统的手动液压控制液压支架相比较，其性能上具有许多显著的优点。

总之，高产高效工作面需要选用大流量快速移架系统，有条件时应选用电液控制系统。

（二）按煤层条件及工作面生产能力初选采煤机

1．采高、下切深度和截深

（1）采煤机的采高H应与煤层厚度M的变化范围相适应。

采煤机产品说明书中所说的“采高”往往是滚筒的工作高度，而不是真正的采高，考虑到底板上的浮煤和顶板下沉的影响，工作面的实际采高要减少，一般比煤层厚度小0．1～0．3m。

为保证采煤机正常工作，采煤机的采高应有较大的可调范围。

（2）下切深度是滚筒处于最低工作高度时，滚筒截割到工作面输送机中部槽底以下的深度，要求一定的下切深度以适应工作面调斜时割平底板，或采煤机割到输送机机头和机尾时能割掉过渡槽的三角煤。

下切深度也叫卧底量，一般取100～300mm。

（3）截深影响采煤机的截割功率（截深大功率大），还影响采煤机与液压支架和输送机的配套尺寸。

截深的选择主要考虑煤层压酥效应，当被截割的煤体处于压酥区内时，截割功率明显下降。

越靠近煤壁，煤被压得越酥。

一般压酥深度为煤层厚度的0．4～1．0倍。

脆性煤取大值，韧性煤取小值。

当滚筒截深为煤层厚度的1／3时，截煤阻力比未被压酥煤的截割阻力小33％～50％。

为了充分利用煤层压酥效应，中厚煤层截深一般取0．6或0.8m。

近年来大功率电牵引采煤机的截深向增大方向发展，部分截深已达1．0rn和1．2m。

加大截深的目的是为了提高生产效率，减少液压支架的移架次数。

但加大截深必然造成工作面空顶距加大，因此必须提高移架速度和牵引速度，并做到及时支护。

2．煤层倾角

当倾角大于12。

时或潮湿底板倾角为8。

时，采煤机应有防滑措施。

采用无链牵引与制动闸的配合，可以停车制动。

一旦制动闸失灵或故障，将出现采煤机高速下滑而造成人身或设备的重大事故。

为此，在电牵引调速系统中应采用回馈制动。

在直流电牵引中可四象限运行，能实现回馈制动，电动机超速发电回馈电网，电磁力变为制动力矩，使采煤机下滑变慢，电牵引采煤机能适应的工作面倾角较大，如3LS可达30度，EDW450／1000I。

可达45度。

在交流电牵引调速系统，若采用电能消耗在电阻上的能耗制动，制动力较小，如DRl02102电牵引采煤机适应的倾角才l5度；若倾角更大需采用四象限运行方式，实现回馈制动。

为此，需在变频器中再反并联一套有源逆变电路，或者采用交一交变频器，以便实现四象限运行。

制动闸的制动力距一般为最大工作力矩的2／3，能有效地控制下滑，制动也较平稳。

采煤机采用无链牵引装置和制动闸，在大倾角工作面使用时不必再设液压防滑绞车。

3．煤层地质构造

煤层地质构造包括断层、顶底板岩性、火成岩侵入体在煤岩中的宽度、煤层中坚硬夹杂物（矸石和硫化铁等）、煤岩的磨蚀性、煤层的层理和节理、煤的脆性和韧性等。

对采煤机选型影响较大的是断层，大功率采煤机能强行通过落差小于lm的砂页岩、页岩断层。

采煤机的实际生产率比理论生产率低得多，特别是机器的可靠性对生产率的影响更为突出。

采煤机的生产率主要取决于采煤机的牵引速度，生产率与牵引速度成正比。

牵引速度的快慢受到很多方面因素的影响，如液压支架移架速度、输送机的生产率等，同时还受瓦斯涌出量和通风条件的制约。

在实际选取采煤机时，应按工作面生产能力确定采煤机牵引速度、牵引力、装机功率和滚简直径，初选采煤机。

（三）根据工作面生产能力和采煤参数初选刮板输送机

工作面刮板输送机生产能力的选择原则是保证采煤机采落的煤被全部运出，并留有一定备用能力。

（四）“三机”配套选型应考虑的问题

工作面“三机”的相互联系尺寸与空间位置配套关系，设备性能的协调性与适应性，各设备之间的生产能力配套是“三机”配套的重点问题，其中核心设备是液压支架。

从具体配套程序来看，首先是将上述依条件及生产能力初步确定的采煤机和刮板输送机的机型进行配套，而后再据此配套横、纵断面与支架配套。

1.确定“三机”配套最低支架结构高度依采高要求确定“三机”配套的最低支架结构高度Hz为

Hz=A+C+t

式中A——采煤机机身高度、输送机高度和采煤机底托架高度之和，mm，其中采煤机底托架高度应保证机身下部空间大于过煤高度E，一般E取250～300mm；

C——采煤机机身上部空间高度，mm，不仅要考虑便于采煤机司机观察和操作，而且要考虑顶板下沉后不影响采煤机顺利通过；

t——支架顶梁厚度，mm。

2．确定采煤机自开切口的“三机”纵向配套尺寸依采煤参数及巷道尺寸和采煤工艺要求，确定采煤机自开切口的“三机”纵向配套尺寸。

目前综采高产高效工作面刮板输送机一般采用交叉侧卸式布置，为了采煤机能够自开切口，必须使输送机的机头、机尾延伸至平巷中，割煤滚筒在长摇臂的支撑下，可以实现自开缺口，“三机”尺寸要匹配，保证不丢底煤，且能割透上下煤壁，上下平巷顶底板符合设计要求，保证“三机”运行推移正常。

3．工作面断面应满足通风安全要求在采煤机行走机构与刮板输送机的承载和导向机构在结构尺寸上做到密切配合的前提下，由工作面各种设备确定的工作面断面应满足通风安全的要求。

特别是在高瓦斯煤矿和煤尘大的放顶煤综采工作面中，更应满足通风安全的要求。

4．校核工作面“三机”性能的配套在“三机”横纵断面配套尺寸关系确定后，要校核工作面“三机”性能的配套。

综采工作面“三机”性能的配套主要指各设备性能之间的互相匹配问题，在满足生产能力的前提下，要充分发挥各设备的性能，不使设备处于超负载状态或低效率运转。

采煤机与液压支架经常发生配套问题。

例如，兖州东滩煤矿通过采用大流量快速移架系统及采用间隔移架法改变了移架推输送机速度慢的现象，同时充分发挥了AM500型采煤机的截割能力，将采煤机的平均牵引速度提高到4．5m／rain以上，最大限度地解决了采煤机牵引速度慢于放煤速度的矛盾，使每个生产循环有效地控制在50min以内，显著提高

第二章设备选型

综采工作面的“三机”是指采煤机、液压支架、刮板输送机,是综采工作面的主要设备。

其选型首先必须考虑配套关系,选型正确先进、配套关系合理是提高综采工作面生产能力、实现高产高效的必要条件。

第一节采煤机选型

机械化采煤工作面的生产能力主要取决于采煤机的落煤能力。

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

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

采煤机械主要完成此啊没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具有足够的落煤和装煤能力、采高能调节、能量消耗少、采落下的煤块度大、截煤过程中的产生的煤尘少，能自开缺口等等。

2.适应性能方面的要求

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等。

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。

5.经济性和可靠性的要求

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、采煤机的选型

1.根据煤的坚硬度选型

滚筒式采煤机适于开采坚硬度系数f＜4的缓倾斜及急倾斜煤层，对f=2.5—4的中硬以上的煤层，应采用大功率采煤机。

2.根据煤层厚度选型

采煤机的最小采高、最大采高、过煤高度、过机高度等都取决于煤层的厚度，煤层厚度可根据技术要求分为三类：

（1）薄煤层煤层厚度小于是1.3m。

最小采高在0.65—0.8m时，只能采用爬底板式采煤机；最小采高在通常情况下0.75—0.90m.时，可选用骑溜式采煤机。

（2）中厚煤层煤层厚度为1.3~3.5m。

开采这类煤层在技术上比较成熟，根据煤的坚硬度等因素可选择中等功率的采煤机，如MG340、MXA—300/3.5、MG300—W（2×300）、MG200—W（2×200）等。

（3）厚煤层煤层厚度在3.5m以上。

由于大采高液压支架及采煤、运输设备的出现，厚煤层大采高一次采全高综采工作面取得了较好的经济指标。

适用于大采高的采煤机应具有调斜功能，以适应大采高综采工作面地质及开采条件的变化以及俯采的要求，此外由于落煤块度较大，采煤机和输送机应有大块煤机械破碎装置，以保证采煤机和输送机的正常工作。

适于煤层大采高一次全高的采煤机有MXA—300/4.5、MXA—600/4.5、MG300—WG（600）、AM—500等型采煤机，最大采高达4.1m。

当采用厚煤层放顶煤综采工艺时，在长度大于60m的长壁放顶煤工作面，采煤机选型与一般长壁工作面相同；但在短壁工作面，可选用正面截割的短工作面采煤机和侧面截割的短工作面采煤机两种机型。

前者其滚筒轴线平行于工作面，致使顶底板由多个圆柱体相交而成为不平坦的表面，造成支架和输送机移动的困难，另外机身重心高，稳定性差。

然而由于机身短、结构紧凑、操作维修方便，较为适于短工作面使用。

侧面截割的MGD150—NW采煤机则克服了上述缺点，该机摇臂在机身中间出轴，并可旋转270°，机身短、工作平稳，装煤效果也很好。

3．根据煤层倾角选型

煤层倾角分为三类：

0～5度近水平煤层5～25°为缓倾斜煤层25°～45°为倾斜煤层；45°以上为急倾斜煤层。

在工作面潮湿的条件下，摩擦系数减小，倾角大于8°时，就应备用防滑装置。

4．工作面小时生产能力

采煤机按照中厚煤层4.0Mt／a的产量要求，工作制度为330d／a，按每天两面，每面两班生产一班检修计算，则采煤工作面生产能力约793t／d。

工作面采煤机开机率按60％，采煤机功率按美国开采硬煤估算功率经验值为0．5～0．7kW·h／t，则：

工作面小时生产能力为：

Q=60HBvqp

=60*2.5*0.8*1.35*6

=972t

式中；Q-----生产率t/h

H-----工作面平均采高，m

B-----截身，m

Uq----采煤机最大牵引速度，m/min

p-----煤的实体密度/立方米

根据采煤机生产厂家资料，设计选定采煤机型号为MG160/380-WD，其主要技术参如下表：

MG160/380-WD型采煤机主要技术特征

技术特性

性能

单位

型号

MG160/380-WD

采高

1.4-3.2

m

适应煤质硬度

2-4

f

煤层倾角

0-25

（°）

截深

800

mm

滚筒直径

1.25

m

牵引方式

电牵引，无链牵引

牵引力

360

kN

牵引速度

0-7.5

m/min

链条规格

齿轮-销轨

摇臂摆动中心距

5850

mm

机面高度

1350

mm

卧底量

170

mm

耗水量/水压

喷雾灭尘方式

内外喷雾

摇臂长度

1798

mm/t

滚筒转速

52.45

mm

总重

41

t

设计单位

无锡盛达煤矿机械厂

制造厂

无锡盛达煤矿机械厂

第二节液压支架的选型

正确选择支架的架型，对于提高综采工作面的产量和效率，实现高产高效，是一个很重要的要素。

在选择架型时，首先要考虑煤层的顶板条件，下表是液压支架的使用经验，提出各种顶板条件下适用的架型。

液压支架一般由顶梁、底座、立柱、推移装置、操作控制装置和其他辅助装置组。

支撑式支架由顶梁、底座、立柱、推移及挡杆装置组成;掩护式支架主要由顶梁、掩护梁、底座、立柱,前、后四连杆及推移装置等组成.

1.煤层厚度

煤层厚度不但直接影响到支架的高度和工作阻力，而且还影响到支架的稳定性。

当煤层变化较大时应选用调高范围大的支架。

2.煤层倾角

煤层倾角主要影响支架的稳定性,倾角大时易发生倾倒、下滑等现象.当煤层倾角大于12

时,应设防滑和调架装置.当倾角超过18

时，应同时具有防滑防倒装置。

3.工作面地质情况

由第二章地质概述可知煤层埋藏不深，顶压较小，且无伪顶，直接顶为厚6m的细沙岩（Ⅱ类）；基本顶为厚10m的砾岩（Ⅱ级）；底板为石灰岩，顶、低板含水可能大，增加了煤的含水性，采煤工作面的环境不好。

该采区地质构造简单，除左右边界有断层外，其它地方地质条件较好；采区正常涌水量为

。

采煤工作面瓦斯相对涌出量为

，没有煤与瓦斯突出危险；煤层自然发火期为6个月，煤尘具有爆炸性，没有冲击地压危险性。

通过对才采煤工作面风量的调节，能够满足工作面人员的呼吸设备散热和除尘的要求。

此工作面的采煤方法一次采全高，液压支架要提供足够的支撑力，保证工作面在顶板周期来压时工作面安全。

推移千斤顶要提供足够的推溜力，保证刮板输送机能顺利的推移。

并要提供足够的拉架的力，保证液压支架能够顺前移。

液压支架是综采工作面主要设备之一，约占工作面装备投资的60％～70％。

因此支架不但要稳定可靠、故障率低，而且使用寿命要长。

近年来液压支架有向重型化发展的趋势，支架工作阻力逐年增加；液压支架技术另一重大突破是控制系统，应用电液控制技术，采用电磁（或微电机）控制的先导阀，先进可靠的压力和位移传感器，灵活自由编程的微处理机技术，红外遥感技术等现代科技成果，使液压支架的动作自动连续进行，移架速度大大提高，支架循环时间达到6～8s。

配合采煤机的煤岩识别系统等先进技术，可实现工作面自动控制。

煤层可采厚度2.3～2.7m，平均2.5m，顶板岩性主要以各种粒级的砂岩为主，粉砂岩次之，底板岩性以粉砂岩为主，次为细砂岩。

设计经过对煤层岩性分析，并参照邻近矿区近年来开采情况。

煤层时的煤岩揭露情况，确定选用电液控制掩护型液压支架，并与采煤机配套，支架选型计算如下。

1．支架支护强度

按估算法有：

公式：

q=KMp*10-5

式中M---采高，取2.5m；

K---顶板岩石厚度系数，取5～8；

p---岩石密度，一般取2.5*103°

q=（5～8）*2.5*2500*0.00001=0.31～0.5MPa

取0．5MPa。

2．支架结构高度支架的最大高度为：

Hmax=Mmax+S1=2.7+0.2=2.9（m）

式中Mmax---煤层最大采高，取2.7rn；

S1---伪顶或浮煤冒落厚度，一般取0．2m。

支架的最小高度应比最小采高低0．25～0.35m

Hmin=Mmax-0.25=2.3-0.25=2.15（m）

式中Mmax---煤层最小采高，m。

根据支架支护强度的计算，借鉴国内经验，结合高产高效工作面的特点，液压支架选取ZZ4400/18/36支撑掩护式液压支架

，其技术参数见下表。

ZZ4400/18/36支撑掩护式液压支架

项目

性能

单位

标准型号

ZZ4400/18/36

支架整体性能

高度

1.8～3.6

m

中心距

1.5

m

工作阻力

4500

kN

初撑力

3516

kN

支护强度

760

对底板比压

1.32

MPa

长

宽

3.33

m

重量

14.5

t

工作压力

31.5

MPa

立柱

型式

缸/杆径

200/185

mm

行程

180/160

mm

工作阻力

1100

kN

初撑力

897

kN

推移千斤顶

型式

缸/杆径

140

mm

行程

700

mm

推移输送机力

431

kN

拉架力

272

kN

侧推千斤顶

型式

缸/杆径

63

mm

行程

170

mm

工作阻力

87

kN

拉力

43

kN

护帮千斤顶

型式

缸/杆径

80

mm

行程

250

mm

推力

141

kN

拉力

86

kN

前梁千斤顶

型式

缸/杆径

140

mm

行程

140

mm

推力

431

kN

拉力

188

kN

制造厂

平阳煤机厂

第三节刮板输送机的选型

1.适用范围

刮板输送机适用于温度在250

C一下的粉状、粒状、小块状及混合物料的密闭输送，以水平运输为主，也可倾斜输送，其最大输送倾角为25

。

主要适用于各种原料的输送，可适用于矿山、