薄煤层大倾角采煤机的应用与展望.pdf

薄煤层大倾角采煤机的应用与展望 郭 岱,许森祥,韩保民 天地科技股份有限公司 上海分公司, 上海 200030 [摘 要 ] 介绍了国内外薄煤层电牵引采煤机的应用与发展, 重点介绍了 MG200/456QWD型 薄煤层大倾角电牵引采煤机的原理、应用及其发展趋势。 [关键词 ] 采煤机; 薄煤层; 大倾角; 四象限 [中图分类号 ] TD6321 [文献标识码 ] A [文章编号 ] 10066225 2009 01001203 Application and Prospect ofCoalCutter in Thin Coal Seam with Large Dip Angle GUO Da,i XU Senxiang, HAN Bao m in ShanghaiBranch , T iandi Sciencethin coal sea m;large dip angle ;the fourth quadrant [收稿日期 ] 2008- 06- 25 [作者简介 ] 郭 岱 1980- , 男, 江苏徐州人, 助理工程师, 从事采煤机电气方面设计及井下现场技术支持工作。 1 薄煤层分布及开采现状 我国煤炭储量大且赋存多样化,其中薄与极薄 煤层资源丰富, 并且分布广泛。在已探明矿区中, 842 的矿区均有薄煤层分布, 资源量约为 67G, t 其主要分布在河南、山西、河北、山东、四川、贵 州、吉林、辽宁、安徽、内蒙古等省区,其中有的 矿区薄煤层储量占有相当大的比重,如安徽占 72、四川占 518、贵州省占 372 。在全国 95个重点煤炭企业 集团 中有 80个企业 445处 矿井都赋存有薄煤层,薄煤层可采储量 615G, t 约占总可采储量的 19 。由于受工作面空间的限 制, 薄煤层一直是井工矿井开采的薄弱环节,设备 的能力、安装、检修、操作等均受到很大的限制, 煤层生产能力低, 单产水平低, 巷道掘进率高、接 替紧张, 经济效益差, 而对于大倾角薄煤层的开采 更是难上加难。受经济效益影响, 我国多数矿井对 于煤厚小于 12m 的薄煤层,存在弃之不采的现 象, 资源损失严重。 2 国内外薄煤层采煤机使用现状 目前,国外长壁式薄煤层滚筒采煤机高效开采 的主要采煤国有美国、英国、德国,其开采煤层多 为 08 13m 的薄煤层和 13 18m 较薄煤层, 主要使用的采煤机有美国 JOY公司的 4LS ,英国 Anderson公司的 AM420,AS270 ,德国 Eickhoff公 司的 EDW 170LN,EDW300LN,平均日产在 5000 7000t 。国内采煤机生产厂家也先后试制薄煤层 采 煤 机,如 河 北 金 牛 能 源 股 份 有 限 公 司 的 MGN132/316 DW、鸡西煤矿机械厂的 MG132/315 WD,MG132/320 WD,无锡盛达机械制造公司的 MG132/320 WD等。 天地科技股份有限公司上海分公司前身是国家 采煤机专业归口单位,行业标准化委员会采煤机分 会主持单位,在国内首先研制开发了液压牵引和交 流变频电牵引二大系列采煤机,现已有研制成功采 煤机 23个系列近百种型号。公司从成立之初就致 力于薄煤层大倾角采煤机的研制, 从 2003年第 1 台薄煤层采煤机 MG200/456 WD样机在四川华蓥 山广能 集团 公司使用成功,到今天为止公司 已为四川、贵州、山东、山西、河北、河南、东北 等省区 30多个局矿的新老客户提供了近 50台 456 系列采煤机,并于 2006年 3月 10日在同煤集团晋 华宫矿,创下了同等条件下、单头单面薄煤层日产 原煤 7362t的全国最高记录 该煤层厚度 12 14m, 煤层硬度系数 f 4 、多夹石、多黄铁矿结 核 。2004年在MG200/456 WD型通用非机载两象 限变频调速运行系统的基础上派生出非机载能量回 馈型四象限运行系统,使适用倾角范围扩大到 0 45 , 并在贵州盘江精煤股份有限公司煤层倾角达 12 第 14卷 第 1期总第 86期 2009年 2月 煤 矿 开 采 Coalm ining Technology Vo114No 1 SeriesNo86 February2009 到 38 的情况下,实现平均日产原煤 2kt以上。 通过多年来对 456系列采煤机的使用统计, 该 机型最佳采煤高度为 12 17m,在采高 14m, 工作面长 200m 时,平均日产 3000 5000, t 大倾 角工作面平均日产 1500 3000, t 开机率在 90 以 上。MG200/456 QWD采煤机主要技术参数如下 采高范围 10 20m,适用倾角 0 45 ,总装 机功率 4555k W, 截割功率 2 200k W,牵引功率 2 25k W,泵站功率 55k W,牵引力 440/220kN, 牵引速度 0 6/12m /m in ,截深 630/800mm,滚筒 转速 44r/m in ,滚 筒直 径 1150mm,1250mm, 1400mm,整机重量 22t 。 3 MG200/456 QWD采煤机工作原理 如图 1所示,MG200/456 QWD型采煤机的变 频调速装置与机身分离,安放在采煤工作面巷道 内,通过拖拽电缆连接到采煤机机身上的牵引电 机;采用通用的两象限变频器加能量回馈单元的交 流变频调速系统,使采煤机牵引电机可四象限运 行,实现电动工况和发电工况的无级调速牵引;具 有变频器与机械制动器配合工作的时序控制电路, 保证启动、停止和故障时的安全。 图 1 MG100 2/456Q WD机组 结合图 1 ,采煤机工作流程简述如下 采煤机启动后,首先泵电机和 4台截割电机得 电, 采煤机机身内以 PLC 为主的控制系统得电并 完成相应检测,然后进行采煤机牵引送电操作, 电 控箱发出牵引送电信号通过拖拽电缆传送给巷道变 频器使得变频器得电, 然后进行采煤机牵启操作, 电控箱发出牵启信号通过拖拽电缆传到变频器, 变 频器随后发出变频器运行信号, 该信号经拖拽电缆 传输到电控箱后,电控箱内控制系统控制制动电磁 阀打开,液压油通过管路流向采煤机制动器, 同时 在制动电磁阀后的压力继电器对流过的油压进行检 测,如达到设定值该设定值为满足打开制动器 的油压值 , 压力继电器的压力结点将闭合并将该 松闸确认信号经拖拽电缆传于变频器,变频器得到 松闸确认信号后就可以进行选择方向、加、减速等 操作以完成对采煤机的控制。需要停机时,变频器 13 郭 岱等 薄煤层大倾角采煤机的应用与展望2009年第 1期 将按设定好的控制程序给采煤机减速, 压力继电器 结点将按照设定时间延时断开, 随后制动电磁阀关 闭制动器抱闸,采煤机停止行走。 4 四象限运行变频调速的工作原理及特点 1 当采煤机为爬坡运行时,如图 2所示, 设采煤机用 S表示,对其进行受力分析 其自身重 力为 G,G 又分解为下滑力 g1和垂直于工作面底 板的压力 g2,以及工作面底板对采煤机的支持力 N;当采煤机运行时,牵引电机产生一个向上的牵 引力 F,g2又会产生一个向下的动摩擦力 f,以及 煤壁对采煤机的阻力 f2,所以当采煤机向上爬坡运 行在某一稳定状态时其受力情况为F f g1 f2, 此时采煤机为电动状态,牵引电机运行于第一象 限。 图 2 采煤机爬坡时受力分析 2 当采煤机为下坡运行时,如图 3所示, 设采煤机用 S表示,对其进行受力分析 其自身重 力为 G,G 又分解为一个下滑力 g1和一个垂直于 工作面底板的压力 g2,以及一个工作面底板对采 煤机的支持力N, 当采煤机处于割煤运行时,牵引 电机产生一个向下的牵引力 F1,g2又会产生一个 向上的动摩擦力 f,以及煤壁对采煤机的阻力 f2, 此时当采煤机运行在某一稳定状态时其受力情况 为F1 g1 f f2, 此时采煤机为电动状态, 牵 引电机运行于第三象限。当采煤机在下坡阶段不割 煤情况下,煤机刚启动时, 牵引电机产生一个向下 的牵引力 F1,此时采煤机运行在加速状态,其受 力情况为 F1 g1 f, 随着采煤机速度不断增加, 当牵引电机运行转速大于其同步转速时,牵引电机 将运行于发电状态,此时牵引电机产生一个制动力 F2, 可使采煤机运行在某一稳定状态,此时其受力 情况为g1 F2 f,牵引电机运行于第四象限。 所以在倾斜煤层工作面上的采煤机,其牵引电 动机转速 n/转矩 M 在直角坐标系上的四 象限运行图如图 4所示, 其中 n0,n1,n2,n3为在 图 3 采煤机下坡时受力分析 不动同步转速时的情况。 图 4 四象限变频器的工作原理 5 薄煤层大倾角采煤机的发展趋势 51 电气结构和可靠性方面 1 改变采煤机与变频器间信号传输方式 因为从以上的介绍可以看出, 对于薄煤层采煤机而 言,由于受到工作面高度的限制, 如果把变频器和 牵引变压器放在机身上,会使得采煤机机身过长, 从而导致采煤机对工作面的通过性和适应性很差, 所以, 要把变频器和牵引变压器放在工作面巷道 内。但与此同时,增加了 1根连接采煤机与变频器 之间的牵引电缆,由于井下工作面条件恶劣尤其是 薄煤层工作面, 所以,牵引电缆在使用一段时间以 后,可能会导致电缆控制芯线的折断,另外由于外 界的干扰信号很多,也可能影响传输信号的失真。 基于以上原因, 在采煤机与变频器之间的信号传输 方式上如果能采用双向载波通讯方式,即通过牵引 电缆的主芯线利用载波通信的方式, 实现采煤机与 变频器之间的信号传输, 这样可以避免牵引电缆中 控制芯线长时间使用后易折断的问题,从而更好地 提高采煤机的可靠性。 下转 66页 14 总第 86期煤 矿 开 采2009年第 1期 掘进进尺在 15 16m,炮眼利用率不足 80 。 采用混合掏槽技术后, 爆破进尺大大提高, 循环进 尺都在 180m 以上,比试验前每循环高出至少 02m,炮眼利用率提高到了 90 以上; 2 提高单进 胶带上山岩巷采用混合掏槽 爆破技术,循环进度由原来的 12 13m 提高到 18 19m,炮眼利用率由原来的不足 80 提高到 90以上,实现了快速成巷; 剔除其他影响,月进 尺由原来的 50 60m 提高到 95m 左右, 进尺效率 是原来的 190 。 3 结论 紫金煤矿胶带上山岩石大巷采用混合掏槽爆破 技术,基本解决了制约掘进单进水平的最为关键的 爆破方面的技术问题,实现了岩石巷道安全、优 质、高效掘进。 1 混合掏槽技术具有很好的适应性和很高 的掏槽效率,该掏槽方法简单、实用、掏槽效率 高、炮眼数目少、工人易于掌握等特点,为岩石巷 道快速掘进提供了技术保障。 2 优化爆破参数,控制超欠挖,控制炮眼 数目,降低钻眼爆破费用等,在保证爆破效率和爆 破质量的前提下,极大地提高了岩巷掘进速度。 3 降低了施工成本及支护工作量。岩巷中 采用混合掏槽爆破技术, 不但单位炸药消耗量、炮 眼长度、雷管消耗量均有明显的降低,而且巷道成 型,超欠挖也得到了很好控制,眼痕率也得到大幅 度提高。减小了打眼、出矸工作量, 控制了爆破成 本,提高了劳动效率,同时还在支护时, 减少了因 超欠挖而要扩帮或充填空洞的工作量及其支护材料 等,节约了大量的时间和支护成本。 [参考文献 ] [ 1] 刘优平, 陈寿如 直眼掏槽爆破参数设计探讨[ J] 采矿技 术,2005 3 [ 2] 姜东泉 直线掏槽技术的应用及合理炮眼深度的确定[ J] 有色矿治,2005 6 [ 3] 郭义奎, 付菊根 直眼掏槽技术试验研究与应用[ J] 煤矿 爆破,2000 1 [ 4] 税明东 大面积深孔楔形掏槽爆破技术在终南山隧道的应用 [ J] 铁道标准设计,2003 12 [ 5] 王龙飞, 王仙芝 小断面隧道斜眼掏槽开挖爆破技术[ J] 建筑施工,2005 5 [ 6] 段乐珍, 徐国元, 闫长斌 一种新型掏槽技术在白云巷道掘进 中的应用[ J] 采矿技术,2003 12 [责任编辑 王兴库 ] 上接 14页 2 发展中压机载变频技术 目前采煤机上 使用的电压等级多为 400V的低压变频器,由于薄 煤层采煤机供电电压等级一般为 1140V, 所以要增 加 1台牵引变压器, 这也是薄煤层采煤机多为非机 载形式的一个原因。如果能采用电压等级为 1140V 变频器, 这样采煤机变频系统就不需要牵引变压 器, 从而有可能使变频器采用机载形式,省去了变 频器与采煤机之间很长的牵引电缆。 52 采煤机性能方面 提高自动化程度, 最终实现无人工作面。利用 工控机或自主研发具有更强信号处理和抗干扰能力 的以数字形式传输的网络化控制系统, 自动实现工 作面各项数据的采集、处理;利用煤岩识别技术, 自动调整截割高度;利用交流变频电牵引技术, 自 动调整牵引速度; 利用红外技术和电液阀技术, 引 导液压支架和工作面输送机自动推移; 工作面巷道 集中控制站与采煤机、液压支架、输送机、巷道设 备以及地面调度室的双向远程通讯;工作面巷道集 中控制站、地面调度室对采煤机等工作面设备的远 程集中控制, 最终实现无人自动化采煤工作面。目 前天地科技股份有限公司上海分公司已研制成功的 MG750/1815 WD型采煤机已实现了对工作面采高、 煤机位置、牵引速度等数据的实时采集, 并通过自 主研发的控制系统以载波通信方式传输到工作面巷 道集中控制站, 为以后实现薄煤层无人工作面打下 了一定的基础。 6 结束语 随着科学技术的不断进步,越来越多的先进技 术和测量方法在煤矿设备中得到了广泛应用, 由于 薄煤层大倾角工作面条件极其恶劣, 所以提高设备 的可靠性逐步实现工作面的自动化开采是今后将为 之努力的目标。 [参考文献 ] [ 1] 刘振坚, 等 我国采煤机交流电牵引技术的应用与发展[ J] 煤炭学报,2001 10 [ 2] 冯泾若, 等 我国薄煤层电牵引采煤机技术发展的历史现状 和趋势[ J] 煤矿机电,2005 1 [ 3] 冯泾若, 等 MG200 /456 WD 型薄煤层电牵引采煤机[ J] 煤矿机电,2005 5 [责任编辑 邹正立 ] 66 总第 86期煤 矿 开 采2009年第 1期