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采掘机械绪论中国矿业大学机电学院2015年3月机械设计与自动化工程系煤炭—工业的粮食国民经济的基础•少气缺油，先天不足的能源条件；•丰富的储量，齐全的品种，能源工业的主导；中国是世界上少数几个一次能源以煤为主的国家。在近几年中国生产和消费的一次商品能源中煤炭约占72.9%，煤炭提供了78%的发电能源、70%的化工原料和60%的民用商品能源；在探明的化石能资源中煤炭占94.3%，石油天然气仅占5.7%。在未来的30-50年内，尽管新能源和可再生能源、水电和核电的发展和推广，将使煤炭在一次能源中的消费比重逐年下降，但煤炭的主导地位不会改变。•先进的开采工艺，有差距的技术装备。采煤机械化程度=机械化采煤量/回采总产量综合采煤机械化程度=综合机械化采煤量/回采总产量衡量采煤机械化水平指标：2003年，全国采煤机械化程度45%。全员效率321t/人.年，仅为南非的8.1%，百万吨死亡率是南非的30倍。采煤设备运煤设备支护设备普采单滚筒采煤机或刨煤机可弯曲刮板输送机金属摩擦支柱+金属铰接顶梁高档普采大功率单、双滚筒采煤机或刨煤机大功率可弯曲刮板输送机单体液压支柱+金属铰接顶梁国家实施大公司-大集团战略，形成5～6个年产规模亿吨特大型企业，5～6个年产规模5000万吨大型企业。一、(高档)普采第一节机械化采煤类型1-单滚筒采煤机2-可弯曲刮板输送机3-单体支柱4-金属铰接顶梁5-转载机6-带式输送机7-液压移溜器(高档)普采工作面1.单向采煤：采煤机上行采煤，下行清理浮煤，往返两个行程截割一刀，煤壁推进一个截深。煤层厚度略大于滚筒直径。3.往返两刀双向采煤：滚筒直径基本等于煤层厚度，往返行程各推进煤壁一个截深。双滚筒采煤机采较厚煤层时，上、下行都是前滚筒割顶煤，后滚筒割底煤并清理浮煤，一个行程推进一个截深，一个往返进2刀。单滚筒采煤机采煤方式：2.往返一刀双向采煤：采煤机上行时贴顶板截割，下行时贴底板截割并清理浮煤。往返两个行程滚筒都截割采煤但工作面只推进一个截深。二、综合机械化采煤综采工作面使用液压支架，操纵液压控制阀实现移溜和顶板支护；依靠液压支架推移千斤顶推力将采煤机滚筒切入煤壁——节省人力，提高工效。中厚煤层综采工作面绪论立柱1-采煤机2-刮板输送机3-液压支架4-端头支架5-端头支架6-转载机7-可伸缩胶带输送机4综合机械化采煤工作面采掘机械的发展是一部工业化发展与进步的历史采煤机、液压支架、刮板运输机的地面组合MG750/1910-WD型交流电牵引采煤机（另：机械牵引和液压牵引1.最大计算生产能力4800t/h2.采高2.70～5.50m3.装机功率2×750+2×110+40+150kW4.供电电压3300v5.滚筒直径φ2500,φ2700mm6.截深800，1000mm7.牵引力1000～500kN8.牵引速度0～11.5～23m/min9.灭尘方式内处喷雾10.拖电缆方式自动拖缆11.主机外形尺寸16200×2950×2120mm12.主机重量115t13.最大不可拆卸尺寸3220×2510×1050mm14.最大不可拆卸重量16.7t15.配套运输机SGZ-1000/1050-W工作有序的电液控制液压支架的工作面场景掘进机工作时的场景EBH300(A)悬臂式掘进机第二节我国机械化采煤的发展历史•第一阶段：五十年代–六十年代初风镐、截煤机（实现提高爆破效果的掏槽机械化）、联合采煤机（实现落煤、装煤的机械化）工作面不能连续生产，生产率、工效低，装机功率小30-60KW。•这一阶段没有煤机制造业，以修、配为主。•培养矿山机械方面的专业人才，兴建矿业院、校、组建专业研究院、所。•测绘、仿制矿山机械。工作面的产量和工效有了显著的提高。风镐：是以压缩空气为动力，利用冲击作用破碎坚硬物体的手持施工机具。截煤机•第二阶段：六十年中—七十年代中•专业煤机厂仿造生产单滚筒采煤机•采煤机≦80kw•输送机：可弯曲刮板输送机功率：，输送机≦40kw•自行研制国产单滚筒采煤机、可弯曲刮板输送机、垛式液压支架，可伸缩皮带运输机等机械化采煤装备。•国家组建、装备一批煤机厂开始生产综采装备。•七十年代初开始引进国外成套综采设备。•国外成套综采设备突显机械化采煤装备的成功经验和发展前途。刮板机•第三阶段：七十年中—九十年代中•成功引进、消化吸收、发展自我、研制完善机械化采煤成套设备。功率:采煤机：170～750kw，输送机：150～400kw，基本适应多种地质条件的各型液压支架相应出现。工作面产量和工效大大提高•国产机械化采煤成套设备逐渐发展成熟，缩短了与世界主要采矿设备制造厂家（公司）先进水平的差距。主导装备我国各高产、高效采煤工作面。现阶段发展水平——国产机械化采煤成套设备取得明显进展•高产高效矿井综合配套技术：“年产600万t级高产高效工作面关键技术与装备”的研究取得了重大进展，包括研制开发了采用3.3kV供电电压和机载变频调速、功率2000kW左右的大功率电牵引采煤机和薄煤层采煤机；采用整体顶梁、紧凑型四连杆的强力液压支架和新型大流量供液和快速移架系统，移架速度有明显提高；同时开展了电液控制系统关键元部件攻关，初步完成了系统集成，并进行了小批量工业试验；完成了750kW大功率刮板输送机行星减速箱、交叉侧卸装置攻关；完成了28度大倾角顺槽皮带机多点驱动等技术攻关，取得了良好的效果；开展了工作面状态监测和故障诊断的研究。主要技术参数•国产大功率厚煤层采煤机的主参数一两年内将达到或接近目前世界先进水平。•目前国产大功率厚煤层采煤机有上海MG400/920-GWD和太矿MGTY500/1200-4.5/3.3，采高范围分别为1.9~4.9、2.5~4.5m，适用煤层倾角≤10°，可以截割f≤5的煤和岩石。截割功率分别为2×400、2×500kW，破碎机功率70kW，牵引功率分别为2×50、2×55kW（AC），泵站功率20kW，装机总功率分别为920、1200kW。上海正在研制与SL500、7LS6相当的MG750/1815-GWD型大功率厚煤层采煤机，可以实现整机和主要部件的互换，2005年出厂，西安煤机厂2005年已生产出：MG750/1910-WD型交流电牵引采煤机。第三节2015年煤炭科技发展的目标•1.科技进步成为煤炭经济增长的主导因素，大中型煤炭企业的科技进步贡献率达到60％。•2.机电一体化技术、信息技术、新材料、新工艺等高新技术在煤矿得到普遍应用。大型矿井实现高效、安全、集约生产，并建成一些综采自动化工作面。安全状况实现根本好转，大中型煤矿重大灾害事故得到控制，百万吨死亡率降到0.5以下。大型露天煤矿的技术水平达到相同条件的国际水平。•3.通过技术攻关、配套和技术改造，形成以煤炭生产与煤炭综合利用、多种经营并举的区域产业布局；建成一批矿井生产、选煤、焦化、发电、建材及矿物综合利用一条龙的现代化大中型煤矿。第四节高效、安全的现代化矿井技术•年进8000～10000m的煤巷快速掘进成套技术•具有年产600万t能力的综采工作面（2005年国家发改委的国家重大技术装备研制专项）•年提升700万t能力的自动控制矿井提升系统•实现全矿生产人员减少到1500～1800人，生产人员工效达到18～20t/工，基本无伤亡事故的目标1、年产600万吨综采工作面总体配套技术研究•年产600万吨厚煤层综采生产系统总体优化设计（1）.年产600万t综采工作面的配套技术：•设备总体配套设计和单项设备总体技术参数研究•高产高效综采工作面地质保障技术措施•综采成套设备地面组装试验和井下工业性试验主要技术指标•4～6m煤层一次采全高工作面年生产能力达到600万吨以上•工业性试验连续三个月产量不低于150万吨(2).大采高强力液压支架及电液控制技术研究开发主要研究内容•液压支架和端头支架合理参数研究•样机试制与试验研究主要技术指标•工作阻力8000～10000KN•支架寿命按5万次循环试验加载（按新标准），大修周期1000万吨以上(3)厚煤层大功率电牵引采煤机研制主要研究内容•厚煤层大功率电牵引采煤机总体结构优化设计研究•采煤机采高自适应控制技术•基于网络的采煤机工况监测和在线故障诊断技术主要技术指标•采高范围2.8～6.0m，总装机功率1800～2000kW,生产能力2000～3000t/h•大修周期不低于600万吨；开机率（无故障运行时间）达80%(4)重型刮板输送、转载和破碎设备研制主要研究内容•运量3500t/h的高可靠性重型刮板输送机、转载机、破碎机总体被套设计；主要技术指标•总装机功率为3×（700～850）kW，小时运输量3500t/h•铺设长度250～350m•整机过煤量大于800万t(5)大运力长距离顺槽带式输送设备研制主要技术指标•带式输送机总功率：（3～5）×300～600）kW•带式输送机最大运距：6km•带式输送机运力3000～5000t/h(6)液压支架电液控制与综采工作面自动化监控技术研究开发主要技术指标•电液控制系统：具备单架自动控制，成组自动控制及跟机自动控制功能，单架移设速度（循环时间）小于8秒•实现综采工作面顺槽计算机集中监测监控第四节高效、安全的现代化矿井技术2.年进8000～10000米煤巷快速掘进成套技术完善提高现有的掘进机、锚杆机，解决掘进过程中切割与支护的协调作业；改进悬臂式掘进机的截割传动和电控系统，提高单位时间进尺；研制一种输出功率大、钻进速度快、稳定性好的新型单体锚杆钻机；研制配合锚杆钻机使用的连续采煤机，使掘进和支护协调作业，缩短掘、钻、支循环作业时间，提高掘进速度。第四节高效、安全的现代化矿井技术3.可靠、经济、适用的辅助运输技术针对辅助运输目前存在的运输环节多、设备可靠性差、效率低和安全隐患多等问题，在调查研究现有设备的基础上，进行完善、提高和合理的组合配套，形成可靠、经济、适用的辅助运输技术，使其成为具有承载能力大、爬坡能力强、运行速度快、制动性能好、低污染的辅助运输设备。4.年提升700万t能力的交流提升机变频调速控制系统针对目前交流提升机采用串联电阻进行加减速控制的工作方式和运行中存在的问题，采用自适应控制理论，研制能实现精确的转矩控制和快速的动态反应，达到快速平稳的起动、制动、准确停车和平滑连续调速，以及四象限运行的变频调速控制系统。第四节高效、安全的现代化矿井技术5．自动化采煤工作面关键技术1）液压支架电液控制技术液压支架电液控制系统具有支架降架、移架、推溜和升架的自动控制和程序控制等功能，并能够与采煤机、刮板输送机等相关设备协调动作。十五期间应加强与国外合作，进一步提高传感器、电液阀等关键元部件的防潮、防锈性能及系统的工作可靠性。2）刮板输送机直线推进技术刮板输送机的直线推进系统能保证输送机在正常允许的弯曲范围内推进，最终使输送机推成一条直线。它由直线基准和可控推移二部分组成，直线基准为系统提供准确的参照信息，使各可控千斤顶根据各自位置和计算值进行推移。因此要进一步研究直线基准传感器和累积误差消除等关键技术。3）煤岩分界及采煤机摇臂调高技术为保证采煤机在自动控制运行中准确区分煤岩界面，实现摇臂自动调高,拟采用现代信息处理技术和传感器技术，对不同煤岩介质的电参数特征、煤岩界面电磁波传输机理、红外视频或热释电探测器等方面进行煤岩分界测试原理的研究；同时研究摇臂角测量控制摇臂高度技术，使采煤机滚筒自动跟踪煤层变化。4）设备工况监测与故障诊断技术采用计算机技术、传感器技术，对采煤机、输送机、液压支架等工作面设备进行工况监测，以及对机械传动系统、电气控制和驱动系统等故障进行判别和诊断，并研究多传感器融合技术、复杂故障专家诊断系统、设备故障预报及维修管理专家系统等，实现对工作面设备的自动监测控制和故障诊断。5）顺槽集中控制技术采用计算机控制技术、通讯技术和抗干扰技术，通过控制中心实现对采煤机、输送机、破碎机的开停，采煤机沿煤层切割，液压支架的升、降、移，以及采煤机、输送机、液压支架的闭环控制和协调控制，达到工作面自动化生产和矿井生产可视化管理的目标。学习采掘机械应了解的有关专业知识•地质、采矿•机