煤矿现代化技术装备.ppt

现代化煤矿技术装备,内 容,采煤机械 支护设备掘进机械 带式输送机高效辅助运输提升设备,一、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。,概述,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。,二、高效、安全的现代化矿井技术,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）年进800010000m的煤巷快速掘进成套技术年提升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15001800人，生产人员工效达到1820t/工，基本无伤亡事故的目标可靠、经济、适用的辅助运输技术设备工况监测与故障诊断技术顺槽集中控制技术,年产600万t综采工作面的配套技术：(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46m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)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（700850）kW，小时运输量3500t/h铺设长度250350m整机过煤量大于800万t,(3)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：（35）300600）kW 带式输送机最大运距：6km带式输送机运力 30005000t/h实现综采工作面顺槽计算机集中监测监控,高效、安全的现代化矿井技术,2.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。,3.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。,高效、安全的现代化矿井技术,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。,高效、安全的现代化矿井技术,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。,高效、安全的现代化矿井技术,1.1国外采煤机发展情况,1）电牵引、大功率方向发展。最大装机功率达2390kW 2）调速方式趋向交流变频调速。3）供电趋向中、高压供电。4）监控保护趋向智能化。5）控制趋向远程通讯和集中控制技术。,1 采煤机,1.2 国内采煤机发展情况,1）电牵引研发及电牵引改进。代表产品：MG系列，开发的最大功率达2210kW2）三种调速方式 a.交流变频调速 b.电磁转差离合器调速 c.开关磁阻调速（）3）运行工况监测及故障诊断,1.3 我国采煤机与国外技术的差距及发展,国内在电牵引采煤机的工况在线监测、故障诊断及预报、信号传输与采煤机自动控制、传感器件等智能化技术与国外相比还有较大的差距。因而国内电牵引采煤机智能化程度低、设备可靠性、安全性和可维护性较差,针对国内电牵引采煤机存在的差距,今后国内电牵引采煤机的主要研究内容如下:,1)进一步完善和提高交流变频调速牵引系统的可靠性。重点完善和提高系统装置的抗震、散热和防潮等性能。2)研究可靠的微机电气控制系统。重点提高采煤机电控系统的抗干扰、抗热效应的能力。3)开发或增强电控系统的监控功能。重点研究故障诊断与专家系统、工况监测、显示与信息传输系统、工作面采煤机自动运行控制系统、自适应变频电路的漏电检测与保护技术、摇臂自动调高系统等。,4)开发可四象限运行的矿用交流变频调速装置,使采煤机能适应较大倾角煤层开采的需要。5)开发装机功率更大的采煤机,如截割电机功率900k、总装机功率1800的电牵引采煤机。6)电器件小型化的研究。由于功率的增大,电动机、变压器、变频器等设备的体积也相应增大,为满足整机结构布置紧凑的要求,必须研究设备小型化的技术途径。,MG900/2210-WD型交流电牵引采煤机,1.多电机横向布置，框架式结构，三段机身组成，无底托架。2.直摇臂，左右可互换，左右牵引部对称。3.二台交流电动机牵引，“一拖一”。4.四象限运行。5.水冷变频器，技术领先，可靠性高，体积小。6.PLC控制，全中文液晶显示系统。,西安煤矿机械厂,据鸡西煤矿机械有限公司总工程师祁恒军介绍：这台我国自主研发的世界上装机功率最大的采煤机，在设计制造上实现四大突破：一是实现了装机功率最大，二是实现了自动调高，三是实现了远程监控，四是实现“三机”联动。,采煤机由大同以两千万元购进，参加2005年10月23日在北京举行的国际采矿机械设备博览会，运往山西投入生产运行。装机功率2040kW，采掘高度2.86m，日产原煤2万t。,鸡西煤矿机械厂,2 液压支架2.1 国内液压支架现状,中国煤机行业从20世纪60年代末开始液压支架的研究和开发工作。70年代，我国从英国、德国、波兰和前苏联等国家引进数十套液压支架，经过使用、仿制和总结经验，到20世纪80年代我国液压支架的研制和应用获得了迅速的发展，相继研制和生产了TD系列、ZY系列和ZZ系列等20多种不同规格的液压支架。目前，在国内大、中型矿井中，条件合适的煤层均采用液压支架进行综合机械化开采。,2.1 国内液压支架现状,2.1 国内液压支架现状,液压支架的科研和制造企业已能根据中国煤矿企业的需要，设计和生产支撑高度0.66.5m、工作阻力为120015000kN、工作面倾角在3045以下、移架速度在1216s范围内的各种掩护式、支撑掩护式、放顶煤和铺网液压支架。向印度、俄罗斯、土耳其等国出口了掩护式、支撑掩护式及过渡、端头高位放顶煤支架等。,2.1 国内液压支架现状,High Support Capacity 高支护能力High Load Density 高支护强度High Canopy Tip Load 大的顶梁梁端支护力Fast Cycle Time 快速移架循环时间Low Base Pressure 低底座比压Optimal Lemniscate Curve(Tip-to-Face Distance)最优化的四连杆曲线(梁端距保持常数)Shield Stability/支架的稳定性(especially in inclined and high seam operations尤其在倾斜和厚煤层生产中),对液压支架的主要要求,(1)液压支架的结构型式继续向简化结构、提高可靠性的方向发展 一般选用掩护式、支撑掩护式液压支架，且多采用整体顶梁和两柱掩护式液压支架，以利于简化电液控制系统，增强电液控制系统的可靠性。液压支架的支护范围逐步加大，目前支撑高度已增加到56.2m，不断扩大一次采全高的范围。放顶煤支架除向四柱式的方向发展，根据其适用条件的不同，将继续发展多种结构形式的放顶煤支架；综采的适用范围将不断扩大，薄煤层支架、大倾角支架等不同用途的支架将不断发展新结构；适用端头支护的技术发展，特别是铺网支护下新型端头支架和过渡支架等特殊支架也将有较大的发展。,2.2 液压支架的发展趋势,(2)支护强度和工作阻力不断加大支护强度一般为800950kN/m2，最大达到1100kN/m2。工作阻力一般为60008000kN，最高已达到15000kN。支护强度和工作阻力加大，有利于液压支架适应地质条件的变化，减少机械事故的发生和延长支架的使用寿命。,2.2 液压支架的发展趋势,(3)液压支架的宽度已由1.5m增加到1.75m，且已有2m的架型 宽度增加，主要解决液压支架支撑高度增加和工作阻力加大后的稳定性问题，以防支架倾倒，同时还可减少电液控制装置的数量。,2.2 液压支架的发展趋势,(4)液压支架的结构设计更加合理，钢材选用趋向于多用高强度钢材国外液压支架的结构件选材已普遍使用优质板，其屈服强度s=7001100MPa。液压支架样架耐久性加载试验项目达到1518项，加载循环总量已超30000次，液压支架整架重量相对较轻，使用寿命可达812年。,2.2 液压支架的发展趋势,(5)液压支架的供液系统，正向高压、大流量方向发展 为了适应综采工作面快速移架、推溜的需要，泵站供液压力普遍提高到31.540MPa，总流量已加大到350500L/min。运输巷内采用大管径多路供回液管路，工作面内采用双线环形供回液系统。液压系统采用大通道、高压大流量液压元件。,2.2 液压支架的发展趋势,(6)液压支架的控制系统，朝扩大电液控制系统的应用功能和提高电液控制系统的可靠性以及延长电液控制系统使用寿命的方向发展 电液控制系统已普遍实现了液压支架双向邻架自动顺序控制和成组顺序控制，有的电液控制系统还具有按照采煤机运行方向和位置，实现全工作面液压支架自动控制的功能。移架速度大大提高，一般为68s/架。电液控制系统的可靠性正在加强，机械故障很低，使用寿命已达到5年以上，正向810年发展。,2.2 液压支架的发展趋势,(7)液压支架的设计，将综合应用有限元法、CAD和CAM现代技术，能够在很短的时间内提供最佳设计方案。同时采用三维CAD软件直接在计算机上看到液压支架产品的三维图像，观察液压支架与采煤机、刮板输送机之间的相互配合及人机配合关系，使液压支架的设计更加趋于合理。,2.2 液压支架的发展趋势,Westfalen Mine矿 Germany 1981 年6.0m shield height,Shendong Coal/神东公司 中国 2004 年5.5 m shield height,2.2 液压支架的发展趋势,3 掘进机3.1 国外掘进机械发展情况,1)向大功率、重型化的方向发展。截割功率达220kW，机重达70t。2)重视对提高截割能力的研究。达100MPa3)实现自动控制和工况监测。,3.2 国内掘进机械发展情况,1)掘进机的机型从轻型发展到了中、重型,使掘进机的适用范围产生了很大的变化。截割功率达160kW,机重达53t2)我国掘进机产品已有煤岩和半煤岩两大系列、十多个品种,其技术性能有明显提高，具有良好的性价比。,3.3 我国掘进机与国外技术的差距及发展,1.与先进的采煤国相比的主要差距：1）可靠性、开机率低2）基础研究方面比较薄弱3）掘进配套作业方面较差 为了尽快缩短与国外先进技术的差距,必须针对上述不足之处加大投入力度,综合起来主要有以下4个方面:,3.3 我国掘进机与国外技术的差距及发展,1)发展巷道快速掘进技术。2)进一步提高掘进机的截割能力。3)推进机电一体化技术。4)开展对重要元部件的研究。,4 带式输送机4.1 国外带式输送机的现状和发展趋势,1)向大型化和高速化方向发展。带速达8m/s，带宽达2m，单机长度达16km,单机功率达1100kW,带强达ST7300。2)不断完善驱动技术。3)开展动态分析研究。4)采用多点驱动技术。5）监测监控6）关键零部件研究,4.2 国内带式输送机的现状和发展趋势,1)运输能力有所提高 带速达4.5m/s，单机长度达7km,带强达ST4000。2）可控传动控制技术。3)多点驱动技术。4)特种输送机开发。,4.3 我国运输机械与国外技术的差距及发展,面对我国与国外的差距，采取对策：总体：长运距、高带速、大运量、大功率。1)实现在线检测和实时监控。2)开展动态性能研究。3)加强主要元部件研究。4)开展经济性和可靠性研究。,5 辅助运输设备5.1 国外辅助运输发展现状,国外的辅助运输设备主要有三大类:1 牵引式设备：以绳牵引卡轨车、绳牵引单轨吊运输及架空乘人装置（猴车）为主，这些设备功能比较齐全，承载能力大，运输效率高，采用了较多的安全保护措施，设备运行可靠，极其适用于周期较长的固定巷道实现材料、设备及人员运输。2 自行式设备：以柴油机单轨吊、蓄电池单轨吊、柴油机齿轨车、柴油机胶套轮机车及无轨胶轮车为主，这些设备机动灵活、安全保护设施齐全，可从井底车场或地面通过大巷、采区巷道连续直达工作面。,5.1 国外辅助运输发展现状,3 移动式设备：主要产品是风动单轨吊和电缆输送机，以风为动力或采用电缆拖动为动力型式，在短距离、小坡度工况条件下调运设备或材料。,5.2 国内辅助运输发展现状,1 我国大部分煤矿的井下辅助运输系统相当落后，尤其是采区辅助运输，仍然采用传统的小绞车、回柱机运输。一条巷道一般需要68部绞车接力、对拉运输，运输环节多，占用人员多，运输效率低，严重制约着工作面的安撤速度，而且安全隐患多，是安全管理的薄弱环节,新型高效辅助运输设备的发展需求已成为必然。2 在运输系统和工艺方面，随着井型和开拓范围的不断扩大，运输距离越来越长，尤其是采区工作面顺槽越来越长，已达到20003000m。辅助运输问题更加突出，已经成为制约我国煤炭生产发展的薄弱环节,改造提升辅助运输系统已成当务之急。,5.2 国内辅助运输发展现状,3 矿井开拓技术的发展对井下辅助运输提出了新的要求，新建矿井一般沿煤层开采，巷道沿底板掘进，变坡和起伏不平将给辅助运输带来困难。架线机车或蓄电池机车只能适用于3坡度运行，用传统的运输方式解决有相当的难度。,5.3 辅助运输装备,1单轨吊车 单轨吊车的轨道是一种特殊的工字钢。工字钢工字钢轨道悬吊在巷道上，单轨吊运输是将材料、设备等通过承载车或起吊梁吊在巷道顶部的单轨吊上，由单轨吊车的牵引机构牵引进行运输的系统。单轨吊车是煤矿井下，尤其是在采区上、下山和工作面顺槽内用来运输材料、设备和人员的先进辅助运输设备之一，随着我国机械化的迅速发展和重型设备的大量使用，单轨吊车运输设备已越来越显示其重要性，其运距一般为10002000m，最大可达3000m，运行速度为：运人1.52m/s；运料和设备22.5m/s，有的高达4.5m/s。,5.3 辅助运输装备,柴油机牵引单轨吊,绳牵引单轨吊车1泵站；2绞车；3钢丝绳；4紧绳器；5控制台；6阻车器；7导绳轮；8牵引储绳车；9运输车；10人车；11制动车；12阻车器；13尾绳站,5.3 辅助运输装备,2.卡轨车 卡轨车是轨道运输设备的一种发展，卡轨车系统主要由轨道装置、卡轨车车辆及牵引控制三部分组成。卡轨车的牵引方式，有液压绞车的钢丝绳牵引，也有内燃机、蓄电池和电机车牵引。卡轨车的突出特点是重量大。爬坡能力强，允许在小半径的弯道上行驶，可有效地防止车辆掉道和翻车，轨道的特殊结构允许在列车中使用闸轨式安全制动车，可防止列车超速和跑车事故。,5.3 辅助运输装备,5.3 辅助运输装备,3.齿轨车 这种机车的特点是：轮箍外圈注塑安全火花型聚氨脂材料，以增加粘着力；机车在进入坡道上运行时，在轨道中间设有齿轨，机车由粘着牵引转为齿轨驱动。由于这一特点，使柴油机车的运输能力和爬坡能力均得以提高，可实现搬运整体液压支架。,5.3 辅助运输装备,4.无轨胶轮车 无轨胶轮运输车以防爆柴油机或蓄电池组为动力,利用胶轮直接在巷道底板上自由行驶,无需铺设轨道，是近年来发展较快辅助运输设备，在美国、澳大利亚、南非和英国用得较多，我国目前发展较快。该机车的形式有多种，主要有拖挂牵引车、平板车和铲运车。这种机车特点是,机动灵活,适应性强,载重大,速度快,能够整体铲运或搬运液压支架,是矿井材料、设备和人员运输的高效设备。,轻型防爆无轨胶轮车,防爆自卸车,防爆运人车,防爆材料车,新型无轨辅助运输设备,轻型防爆无轨胶轮车,防爆运矸车,双向驾驶防爆车,防爆装载机,新型无轨辅助运输设备,新型无轨辅助运输设备,中型防爆无轨胶轮车,防爆运人车,平推自卸车,客货两用车,5.3 辅助运输装备,5.顺槽连续牵引车 组成：无极绳绞车、张紧装置、梭车、尾轮压绳轮及托绳轮。系列：22、37、55、75、110kW,1.0m/s，2度，顺槽不经转载。6.猴车,SQ系列无极绳连续牵引车示意图,.3 辅助运输装备,7.辅助运输装备的优化配置1）考虑开拓方式2）改扩建问题3）经济性问题,.矿井提升,一、技术装备（仅考虑立井提升）1.要求安全性、可靠性、经济性2.国内外先进装备的技术指标国外：最大速度达2025m/s；一次提升量达50吨；电机单机容量已超过1000kw，井深超过2000m（分段提升超过3600m）。集中化生产，在一个矩形提升塔上安装了12台多绳摩擦提升机（瑞典的基鲁那矿）。,.矿井提升,国内：摩擦提升中主绳最多为6绳，摩擦轮最大直径为5米，缠绕式提升机最大直径为4米，提升最大速度为14米/秒，最大提升载荷32吨。3.先进技术装备的主要表现1）提升容器方面：箕斗采用具有外动力（气动、液动）的侧卸式，装载采用定量，同时在箕斗自重方面比原来有所减轻。由于采用外动力卸载，箕斗无需卸载曲轨，这样便可通过缩短提升循环时间而达到高产高效。为满足综采、综掘大型设备的提升要求，不少矿井采用了非标准、非对称布置副井罐笼，如采用一个大罐、一个小罐的型式。,.矿井提升,2）新技术装备：提升机中低压及中高压盘式闸及液压站、硬齿面行星轮传动等的应用，内装同步电机主轴装置的问世；零部件设计中CAD/CAM及有限元法的利用；利用系统工程方法进行提升系统方案设计及改造、提升系统模化及仿真都取得了较新成就；拖动类型除异步电动机拖动调速、直流电机调速外，交交变频器供电同步电动机拖动方式已在大型提升机中应用；由可编程序控制器（PLC）构成的提升工艺控制、安全回路、监视回路、行程控制器、制动控制以及井筒信号系统，在工业技术发达国家已有典型产品。,.矿井提升,3）监测监控：现代提升设备由大型机械电气机组组成，提升容器在有限的距离（提升高度）内，往返高速运行，速度及加、减速要求严格而准确地控制。因此，除传力、承力及运载装置外，还必须配备完善的拖动控制、安全监测及井筒信号等系统和设备，提高提升系统的可靠性、降低或避免事故的发生、减少维修维护时间，进而使设备处于高效安全的运行状态，达到高产高效。,.矿井提升,二、提高矿井提升安全可靠运行的措施1.运动速参数及制动系统的监护2.设备的技术检测且注意常规检测容易忽略的项目1）动态参数（振动）2）罐道3.摩檫提升滑动保护装置,位移传感器,油压传感器,PLC 模拟量采集与处理,上 位 机,制动器运行状态及故障显示,旁油路电磁阀,故障报警 以及历史故障查询分析,PLC开关量采集与处理,安全回路通断接点,监护系统原理,提升机液压系统监测组成原理如图所示：,下位机 PLC,液晶显示,电控柜,PC上位机,UPS,3.系统组成及工作原理,钢丝绳制动机构,钢丝绳制动机构的作用是：当产生危险滑动时，由电控系统自动控制，实现提升钢丝绳的制动，从而消除滑动，在提升机制动器与钢丝绳制动机构的共同作用下制动住提升系统，达到滑动保护目的。,.矿井提升,三、提高矿井提升效率的途径1 提高一次提升量 此方案可从两方面考虑，一是提升系统已达到提升额定载荷或提升机最大张力差的要求，此时可考虑降低容器自重（如采用轻型容器、箕斗的外动力卸载等），这样可以在静张力不变的情况下提高一次提升量Q，而不必进行钢丝绳安全系数验算，但需要验算最大静张力差和更换箕斗；二是未达到提升额定载荷或提升机最大张力差的要求，此时可直接增加提升载荷，但需要验算最大静张力和张力差。无论采用哪种方式均需对电动机的容量进行验算，对于摩擦提升机还需进行防滑验算。,2.运行参数优化目的：缩短一次提升时间。内容：针对速度图各阶段参数。涉及相关装备：电机、装卸载。,.矿井提升,3.电控改造达到增效 对于转子串电阻调速的提升电控系统，目前的改造主要有三种方式，一是改为直流，二是改为交交变频，三是改为PLC控制（仍串电阻调速）。4.井架改造,