安全高效矿井发展概况.ppt
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1、安全高效矿井开采技术,授课教师:鲁岩 博士电话:邮箱:,安全高效矿井开采技术,1 安全高效矿井发展概况,1 安全高效矿井发展概况,安全高效煤矿是指通过现代高新技术对传统采煤技术进行改造,采用新的采煤工艺和新的技术装备,运用新的控制监测设施和新的科学管理技术及方法,在一定时期内,矿井产量和效率等主要技术经济指标明显高于同类矿井平均水平的矿井。安全高效矿井建设,是以安全高效矿井为样板、作导向,以不同层次条件的矿井建设为主要内容,充实内涵、改进技术、加强管理,提高主要煤矿的技术经济效果,从而推进整个煤炭工业的发展。,1.1 国外安全高效开采技术概况,综合机械化采煤是煤矿开采技术现代化的重要标志。20
2、世纪80年代末以来,世界主要产煤国家安全高效综采技术飞速发展,特别是美国、澳大利亚、德国、英国和南非发展最快,综采工作面安全高效纪录不断刷新,综采装备新技术层出不穷。,1.1.1 安全高效工作面综采设备 安全高效综采技术的核心是工作面综采设备,近10年来,工作面三大配套设备-采煤机、刮板输送机和液压支架,在设计方法和结构上都有了重大发展,主要是提高设备生产能力和可靠性,改进操作性能。,1)采煤机,国外采煤机的技术特点和发展趋势:(1)牵引方式采用电牵引 国外目前新开发的采煤机,特别是大功率采煤机基本上都是采用电牵引方式。(2)装机总功率不断增大 国外采煤机电机截割功率通常在40OkW以上,功率
3、大的已达10OOkW;牵引电动机功率均在40kW以上,最大达到125kW;总装机功率通常超过10OOkW,最高已达20OOkW以上,牵引速度普遍达到1525m/min,牵引力达到757kN以上。截深为100012OOmm,个别已达15OOmm。,(3)元部件可靠性大幅提高 为提高采煤机的可靠性,减小故障率,采煤机齿轮的设计寿命已提高到20OOh以上,轴承的寿命提高到300Oh以上。(4)交流变频成为主流调速方式 由于交流变频调速电牵引系统具有技术先进、可靠性高,维护管理简单,价格低廉等特点,交流牵引成为今后电牵引来煤机的发展方向。采用2个变频器分别拖动2台牵引电机的牵引系统,这种一拖一的牵引系
4、统也正被逐步采用,成为电牵引技术发展的又一个特点。,(5)无链牵引从销轨向齿轨式发展 圆柱销被齿轨所取代,宽度增大,节距由125mm增加到175mm,所传递的牵引力大大提高。(6)普遍采用中高压供电 由于装机功率大幅提高以及工作面的不断加长(达到300m),整个工作面供电容量超过50OOkW。新研制的大功率电牵引采煤机几乎都采用中高电压供电。主要供电等级有2300,3300,4160和5000V等。,(7)监控保护系统的智能化 新型的电牵引来煤机具有建立在微处理机基础上的智能监控、监测和保护系统,可实现交互式人机对话、远近控制、无线电随机遥控、工况监测及状态显示、数据采集存储及传输、故障诊断及
5、预警、自动控制等多种功能,以保证采煤机具有最低的维修量和最高的利用率;并可实现采煤机滚筒沿工作面煤层自动调节采高等控制功能。,2)刮板输送机 工作面刮板输送机发展成为大功率、高强度、高可靠性的运输设备。目前工作面刮板输送机最大工作长度已达 335m,最大输送能力达3500t/h,最大功率1412kW。使用寿命达到600120O万t过煤量。采用软启动技术和故障诊断和工况监测技术,可以连续监测输送机各部件的运行状态,进行故障诊断和报警。,3)液压支架 液压支架近10年来主要的发展趋势是向两柱掩护式和四柱支撑掩护式架型发展,架型结构进一步完善,参数向高工作阻力、大中心距(1.75m、2m)发展;支架
6、工作阻力大部分在70008000kN,最大的两柱掩护式支架工作阻力达到9800kN,支架的耐久性试验循环次数达50000次。支架的寿命达14年以上。,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迸行,移架速度大大提高,支架循环时间达到68s。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。,1.1.2 美国长壁工作面设备与生产能力发展趋势 在过去的十多年里,美国井工长壁生产煤矿的煤炭年产量迅速增加,矿井平均煤炭产量由131.4Mt/年增加到 172.7Mt/年,而矿井雇
7、员却从 26537人减少到16611人,长壁生产矿井个数由76个减少到53个,矿井生产效率由2.40t/人/小时增加到4.67t/人/小时。产量最高的长壁工作面年产量由1989年的4.4OMt/年增长到1999年的7.9OMt/年。,1)采煤机的生产能力 目前采煤机的截割速度一般在0.200.250m/s。一些新研制开发出来的采煤机的截割速度达到了0.40.6m/s。计算机系统的装备,包括具备模拟功能和带记忆功能的切割设备和采煤机设备,以及具备超前防护作用装置的应用,使长壁工作面的生产能力和效率持续得到改善。安装在采煤机上的计算机人工智能系统,可根据煤层地质条件的实际变化情况,来自动地改变采煤
8、机的运行状态参数。,2)长壁工作面铠装输送机 工作面铠装输送机锚链的直径也不断增大。现阶段,高产长壁工作面铠装转送机溜槽宽度通常为1342mm,采用两根直径为42mm的锚链,总装机功率222OkW。这种销装输送机用于300m长的工作面,运输量可达到5000t/h。,3)长壁工作面顶板支架 重型支架设计制造成二柱型,支架柱子的直径也增加到40Omm以上。使用寿命要求能大于60000个生产循环,大型支架立柱的直径在掩护支点到立柱柱窝间的中心距达到1.75m时,必须具有足够的支护强度的要求。满足采煤机的截割深度在大于100Omm条件下支撑力大幅度提高的要求。,4)盘区胶带输送机(或矿井主输送机)美国
9、大多数长壁开采煤矿使用的胶带输送机的宽度为 13721524mm。大多数采用长壁开采技术或连续采煤机开采的煤矿将宽度为1524mm胶带输送机作为标准设备,用作矿井的主输送机。随着长壁工作面设备生产能力的继续加大,宽度为1829mm的胶带输送机有可能会成为矿井主输送机的首选设备,盘区胶带输送机的输送速度为3.6m/s,矿井主胶带输输送机的输送速度为5.1m/s。,就目前的情况看,美国煤矿长壁工作面生产效率和产量将继续保持增加的趋势。将来,长壁生产矿井的生产效率和产量增加的关键将主要取决于工作面设备系统性能的全面改善。因此,为与长壁工作面采煤设备的生产能力与效率相适应,必须提高工作面支护设备的支撑
10、能力和可靠性。,5)美国20英里矿长壁工作面产量 美国塞浦路斯阿迈克斯矿物公司的20英里矿于1983投产,煤层顶底板条件很好,煤层的厚度在3m以上,1989年投资1200万美元完成长壁工作面改造。初期长壁盘区长2743m、工作面长195m,1993年,该矿将长壁盘区及工作面长度分别加大至3353m和256m,1999年,长壁工作面长度达到305m。,20英里矿自1994年以来连续7次创造长壁工作面月产量最高的世界纪录。1994年9月该矿长壁工作面创造的月产量是484843t。1997年6月月产量增加到908271t。20英里矿1999年的年产量达到820万t,人班小时生产原煤8.07t。,1.
11、1.3 世界先进采煤国家安全高效矿井地质与采矿技术的主要特点 煤层赋存条件好,煤层绝大部分为水平煤层,以中厚煤层居多,并且煤层埋藏浅。绝大多数为单一长壁工作面综采,多是一井一面,日产万吨以上,年产200万t以上,工作面效率15Ot/工以上,矿井全员效率30t/工以上。,广泛采用大功率高效能重型成套综采设备,设备可靠性高。采煤机总装机功率最大已达153OkW,采高5m,大修周期2a,可采煤400万t500万t。工作面刮板输送机装机功率己达225OkW,槽宽达1.2m,最大输送能力400Ot/h,过煤量600万t/a以上,液压支架最大工作阻力已达980OkN;采、装、运和支护设备综合开机率达90%
12、以上。美国安全高效设备可用率达97%,采煤机大修间隔内平均采煤量达320万t,支架使用寿命一般在81Oa。平巷带式输送机装机功率(24)X(250300)kW,并装有中间驱动装置,最大运输能力达350Ot/h,铺设长度20OOm以上。,工作面设备配套合理。美国综采工作面刮板输送机、转载机、平巷带式输送机的生产能力一般大于采煤机最大生产能力的20%,为工作面稳定高产创造条件。工作面上、下平巷多巷布置,掘进采用连续采煤机,支护使用锚杆或锚网联合支护技术。矿井生产规模向大型化方向发展,矿井开拓方式、运输和通风系统进一步合理化、简单化,采区范围进一步加大,以提高采区综合生产能力。矿井生产强度、生产及安
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