煤矿机电装备及其发展方向.ppt

煤矿机电装备及其发展方向,山东肥矿技师学院马士兴2012年11月,引言,随着煤矿行业的快速发展，其机电装备也展现出新的发展趋势，概括地讲，就是向设备的重型化、大型化发展；向设备的集中控制与自动化发展；设备选型设计向“大马拉小车”，高可靠性、高配置、高起点发展。,一、设备的重型、大型化是煤矿的发展方向,1、采煤及原煤运输设备2、掘进及后配套设备3、供电设备4、矿井固定设备,1、采煤及原煤运输设备,（1）采煤设备推广应用大功率、电牵引采煤机，大功率和长距离、高运力运输刮板机；相对而言，进口大功率电牵引采煤机的可靠性更高。目前，国内最大型采煤机总装机功率可达2500kw，滚筒直径3m，截深865mm，生产能力大于3500t/h；最大型工作面运输刮板机总装机功率可达3700kw，最大运距300m，槽宽1250mm，运力可达3600t/h。从可靠性角度讲，进口大功率电牵引采煤机是煤矿的发展方向。,1、采煤及原煤运输设备（续）,（2）原煤运输设备近几年，与工作面配套的原煤运输系统皮带机型发展迅速，不断升级，目前，国内生产的最大型皮带机带宽可达2200mm，带速5.6m/s，功率达31850KW，运力可达6000t/h。电压10KV。从国内外采煤工作面生产情况看，逐步实现采煤设备及原煤运输系统升级、实现设备重型化、大型化是提高煤矿采煤工作面单产，实现矿井高产高效的有效途径。,采煤机,肥矿集团使用采煤机情况高档普采用DY-150型采煤机综采如930、1130、238、710、730、456等型号主要厂家西安煤机厂、山西太原煤机厂、上海天地公司等。,国内最大采煤机（山西太重煤机09年9月）,这个项目是国家“十一五”科技支撑计划课题，总投入约４．５亿元。２５００千瓦采煤机是目前我国装机功率最大、采高最高、结构设计先进、智能化程度较高的采煤机，整套设备还包括目前国内井下最高的液压支架和井下内槽最宽的刮板运输机。这一套设备被业内称为采煤机械“巨无霸”，投入批量生产后的价格仅为国外同类产品的一半，其他配件比国际同类产品低四分之三。11年11月发布最大功率3000kw。长１４米、高２．８米、重１８０吨国内目前最大的采煤机，采高7.2米，产煤4500t/h，价格是进口的2/3（见下图）,,2、掘进及后配套设备,（1）掘进设备推广应用综合机械化掘进机特别是重型机械化掘进机，掘锚一体机是煤巷掘进核心设备的发展方向。随着煤矿掘进工艺的改进，炮掘工艺已逐步被机掘所代替，对于煤巷掘进，采用掘进机及运输系统的工艺得到了推广，而重、大机型掘进机则显示了其高速快掘的强大威力。以新巨龙公司（菏泽）为例，淘汰使用120及160机型，推广使用200机型后，煤巷掘进迎头单进提高了30；对于岩巷掘进，炮掘工艺正被淘汰，逐步开始被综合机械化掘进机所代替。目前国内外都已开始进行了有益的尝试，并取得了突破，其中，新巨龙公司使用的一台AHM105硬岩掘进机系“奥钢联”与新矿集团共同研制应用的国内煤矿井下使用的重型硬岩掘进机，引起了煤矿同行的极大兴趣。其后，国内诸厂也进行了积极探索，推出了试验机型。,煤巷综合机械化掘进,煤巷综合机械化掘进由悬臂式掘进机、转载机、可伸缩带式输送机（或刮板输送机）、单体锚杆钻机、通风除尘设备及供电系统等设备组成。悬臂式掘进机是煤巷综合机械化掘进的关键设备，掘进机的性能对于提高掘进工效和掘进进尺具有重要作用。我国煤巷悬臂式掘进机的研制和应用始于20世纪60年代，以30～50kW的小功率掘进机为主，研究开发和生产使用都处于试验阶段。80年代初期，为适应煤矿机械化生产发展的需要，我国引进了AM50型（奥地利阿尔卑斯）、S-100型（日本三井三池）（EBZ-100）掘进机两种为代表的机型，对发展我国综掘机械化起到了推动作用。同时，国内加强对引进机型的消化吸收工作，积极研制开发了适合我国地质条件和生产工艺的综合机械化掘进装备。经过近30年的消化吸收和自主研发，目前，我国已形成年产1000余台的掘进机加工制造能力，研制生产了20多种型号的掘进机，初步形成系列化产品，基本能够满足国内市场的需求。,,AM50型、S-100型掘进机均为国外20世纪70年代的产品，设备功率小、机重轻、破岩能力低及可靠性差，仅适合在条件较好的煤巷中使用。近几年来，我国相继开发了以EBJ-120TP型掘进机为代表的替代机型，在整体技术性能方面达到了国际先进水平，正在推广应用。EBJ-120TP型掘进机于2002年通过了中国煤炭工业协会组织的鉴定，2003年获中国煤炭工业科技进步特等奖，2004年获国家科技进步二等奖，EBZ260型掘进机在2011年科技节被评为十大明星产品之一，目前最大型号为佳木斯350型。具有结构紧凑、性能可靠、功能齐全、功率大、截割效率高、截齿消耗小、生产率高等特点。主机重125吨，可谓“身强体壮”，为提高破岩能力做好了基础准备。总功率555KW，其中截割功率350KW，泵站功率160KW，一运45KW，另外电控备44KW除尘风机控制回路和二运11KW控制回路；定位截割宽度7.0m，截割高度6.0m，定位截割面积42.0㎡，截割头卧底深度250mm，经济截割硬度100MPa，最大截割硬度120MPa。电气系统技术先进，采用模块化设计，操作箱具有液晶汉字动态显示故障自诊断及记忆功能。,,我国研制的新一代煤巷掘进机具有以下技术特点1整机结构紧凑、设计合理；2机身矮、重心低、工作稳定性好；3生产能力大、破岩能力强、适应性好；4采用液压马达直接驱动装载机构，结构简单，工作稳定，可靠性高，减少了维护量；5采用无支重轮履带行走机构和履带导向轮黄油缸张紧装置，提高了履带行走机构的可靠性；6液压系统简单可靠，增设了自动加油装置，提高了液压系统的可靠性；7电气系统采用了PLC控制，具有工矿检测和故障诊断功能。,大断面煤巷连续采煤机高效掘进,连续采煤机是一种具有较大截割宽度的集落煤、装运及行走为一体的综合机械化掘采设备，在国外广泛应用于矩形断面的双巷或多巷快速掘进，以及短壁开采，已成为现代高产高效矿井的重要设备。我国引进连续采煤机始于1979年，迄今为止大体经历了单机和成套设备引进两个阶段。目前我国神东公司、晋城煤业、万利公司、晋神公司、鲁能集团、伊东公司及伊泰公司等矿区使用连续采煤机近60余台，用于大断面煤巷的掘进和短壁开采。连续采煤机掘进工作面设备配置按工作面运输方式一般分为两种一种是间断式运输方式，工作面配置为连续采煤机、运煤车或梭车、给料破碎机、锚杆钻车、铲车及胶带输送机；另一种是连续运输方式，工作面配置为连续采煤机、锚杆钻车、连续运输系统、铲车及胶带输送机。连续采煤机在大断面煤巷掘进时，连续采煤机与锚杆钻车采用交叉换位作业方式，连续采煤机在运输巷道掘进的同时，锚杆钻车正在回风巷道进行锚杆支护作业，当连续采煤机完成一个掘进循环时，与锚杆钻车交换位置。为满足机器调动和运输的要求，两条巷道之间每隔50m掘一条联络巷。,,我国神东矿区使用连续采煤机进行煤巷掘进取得了较好的成绩，平均月进尺在2000m以上，并创造了多项全国纪录，为高产高效矿井生产准备提供了最佳技术途径。2005年神东公司榆家梁煤矿采用四个连采队，全年完成掘进进尺63368m，其中月进尺最高达7802m，为全国之冠。2004年神东公司上湾矿连采二队使用12CM27-11D型连续采煤机，掘进断面6m4.4m,创日进尺163m，双巷掘进月进尺3070m。2003年神东公司上湾矿连采一队使用单机三巷掘进，完成月进尺4656m，创全国掘进纪录。除神东矿区外，在地质条件复杂的宁煤集团羊场湾使用连续采煤机煤巷掘进，最高月进尺达40m，月进尺1000m。在我国连续采煤机实现煤巷高效掘进的使用经验表明，连续采煤机用于长壁工作面顺槽双巷及三巷掘进，完全可以满足高产高效综采工作面月推进速度的要求，而且掘进成本比采用悬臂式掘进机（如S100）降低160元/m。但由于需要较好的煤层赋存条件，不能实现单巷掘进，连续采煤机用于煤巷掘进具有一定条件限制。国内连续采煤机的研制工作正在进行中。,半煤岩巷道掘进机,我国重点煤矿半煤岩巷的掘进基本上采用半煤岩悬臂式掘进机机械化作业线，半煤岩掘进机以中型和重型机为主，截割功率在120kW以上，机重在35t以上。煤矿现用主流半煤岩巷悬臂式掘进机以EBJ-120TP型、EBZ160TY型及S150J型三种机型为主，占半煤岩掘进机使用量的80％以上。,岩巷掘进机,进口主要有德国WAV300、奥地利AHM105、英国MK3等机型。国产三一重装生产的EBZ260A岩巷掘进机，在2011年科技节被评为十大明星产品，适用于截割单向抗拉强度≤120MPa岩石的快速掘进产品，是目前国内市场销售量最大的岩巷掘进机。EBZ318H全岩掘进机截割功率达318千瓦，总功率达589千瓦，最大定位截割断面达39平方米。其截割扭矩是EBZ200标准型掘进机的2.2倍，能有效截割岩石硬度f10的全岩断面，最大截割硬度可达f13。佳煤机公司自主设计开发的中国截割功率最大、吨位最重、截割头采用横轴设计的EBH350重型掘进机，EBH350型掘进机，总长13.3米、宽3.6/4米、高2.2米，机重125吨，装机总功率555kw，定位切割面积达42.2m,最大单轴抗压强度130MPa，具有轨迹跟踪、自动切割、液晶汉字动态显示、故障自诊断及记忆等功能，是中国技术领先、功能齐全、全新智能化设计的新一代重型掘进机。,2、掘进及后配套设备（续）,目前肥矿现有综合机械化掘进机类型主要是佳木斯EBZ-150（S150）；煤科总院山西太原分院设计山西太原煤机厂生产EBJ-120TP；三一重装160、260型；另有132型,2、掘进及后配套设备（续）,（2）掘进后配套设备推广应用大、中型皮带运输机，高配置高可靠性皮带机是后配套设备的发展方向。掘进后配套设备必须与掘进机能力相配套，其选型的依据是满足运量要求及高可靠性。尤其对无条件使用矸石仓（煤仓）缓冲的后配套系统，在设备选型设计时要依据掘进机的最大运力而非平均运力进行选取，以免后配套系统对掘进机的能力形成制约。,2、掘进及后配套设备（续）,掘进设备重型化及其配套系统升级是矿井实现高效快掘的有效途径，为矿井高产高掘提供了保障。新巨龙公司优化掘进及后配套设备、系统升级后，掘进工作面月单进水平大大提高。煤巷迎头月平均进尺300m，最高达460m；岩巷迎头“澳钢联”AHM105掘进机平均月进130m，最高达166m，列国内前茅。,3、供电设备,推广应用高电压等级、大容量、重型化电气设备，3300v以上高电压等级设备及电缆是供电设备的研究和发展方向。随着采掘设备重型化的发展，井下供电电压也逐步实现升级，供电设备也趋向大型化。供电电压由最初的380v发展至660v、1140v，目前已推广应用3300v；电气设备容量也不断升高，国内井下变压器的最高容量已达3150KVA。普通移动干式变压器推广应用1000KVA及以上产品；4800v高等级电压设备电缆是供电设备的研究和发展方向。,3、供电设备（续）,井下目前已杜绝了660v等级的供电系统，采煤设备电压等级为3300v，其余设备电压等级为1140v。矿井通过优化供电系统，实现电压及电气设备升级，保证了供电的可靠性及安全性，满足了采掘正常生产的需要。,4、矿井固定设备,树立“高起点”、“高配置”的选型理念，推广应用国内领先的通、压、排、提等固定设备及其控制系统，进口世界领先的设备及控制系统是煤矿固定设备的发展方向。矿井固定设备及要害系统采用国内及世界领先的前沿技术，实现高配置，是保证矿井安全高效运行的前提，提高了矿井抗灾能力，是建设“本质安全型”矿井的保障。,二、设备的集中控制化与自动化是矿井的发展方向。,设备的集中控制化与自动化是现代化矿井的主要特征之一，也是矿井的发展方向。综合自动化工程通过千兆工业以太环网技术连接地面、井下各个系统，把所有监控信息集中到调度指挥中心，综合自动化工程使用了高性能服务器，具有数据采集、数据备份归档、WEB发布能力。服务器通过组态软件和逻辑控制器进行数据的采集，在工程师站上能够完成各个自动化系统的组态，达到监测和控制的目的；同时对采集的数据进行备份，保证数据的完整性、WEB发布能力，可方便和安全地将自动化信息与办公网络结合，方便领导和相关人员随时查看各分项的信息，更好地指导安全生产。,矿井主要设备实现远程监测和远程控制，对现代化矿井的生产建设具有重要的意义，能够提高设备的控制精度，提高设备运行的安全性与可靠性，提高矿井抗灾能力及事故响应速度，同时实现“员工由蓝领变白领”，“变岗位工为巡检工”，降低劳动强度，提高劳动效率。,三、“大马拉小车”，高可靠性、高配置、高起点是矿井设备选型设计的发展方向。,传统设计观念遵循了将设备的经济性作为重要指标的原则，更多的考虑了设备的初期概算投资，而忽略了设备可靠性原则的重要性，忽略了因设备可靠性不足而造成的重复损失和投资。目前现代化矿井进行设备选型设计时，应将“大马拉小车”，高可靠性、高配置、高起点作为设备选型设计的首要原则,1、“大马拉小车”原则,传统设计观念在设备选型时，各项参数的确定皆依据平均负荷进行计算，从近几年煤矿生产情况看，尤其是采掘重型设备及原煤运输设备，瞬时负荷超标情况很多，从而大大影响了设备可靠性、安全性及使用寿命，反而保证不了其经济性，这方面的教训也较多。故尤其对于煤矿采、掘、运设备的选型设计，宜树立“大马拉小车”的理念，来实现设备高可靠性及安全性的目的。,2、高可靠性、高配置、高起点原则,应用世界或国内领先的、高起点的先进技术，对矿井关键设备或设备核心部件进行高配置，达到设备免维护的目的，实现设备运行的高可靠性。能够尽可能地实现矿井高产高效，尤其能够大大提升矿井的安全性。,2、高可靠性、高配置、高起点原则,如前所讲，正是树立了新型的设备选型设计理念，对矿井固定设备及其它关键设备实现高配置，使采掘设备及其配套系统向重型化发展，保证了设备运行的安全性、可靠性及高效性，实现了矿井快掘高产，成效突出。,我国煤炭技术装备产品与世界著名品牌产品的差距,郑煤机集团,差距之一产品技术标准技术标准是产品技术水平的体现。我国现行的煤机产品技术标准普遍低于国际同类产品的技术标准，有些地方还缺乏标准。高水平的产品技术标准可以促进设计水平、制造工艺水平、产品技术水平的提高，提高产品的可靠性。郑煤机在公司产品系列中的高端液压支架成为市场关注的重点，什么是高端液压支架郑煤机产品系列中的高端液压支架指的是按照液压支架欧洲标准EN1804或相当于欧洲标准的企业标准进行设计、制造、检测的液压支架产品。,中低端支架指的是按照国内现行的MT312-2000行业标准进行设计、制造、检测的液压支架产品。郑煤机2006年为高端液压支架制定的企业标准高可靠性液压支架安全性要求是我国第一个与欧洲标准接轨的液压支架产品标准，高于现行的国家煤炭行业MT312-2000标准，该标准的某些指标还高于世界通用的欧洲EN标准。,高端支架价格是中低端支架的2倍,差距之二产品设计理论国外知名企业非常重视产品的基础理论研究，从材料的选用、结构的设计考虑的比较周全，科学规范，同时强调产品设计必须要有较好的设计理论支持。而我国目前无论是科研院所还是制造厂，大多只注重追求应用技术，缺乏基础理论研究。引进消化只注重模仿而较少深入研究相应的理论，对某些看似简单的结构形式研究不透，严重影响产品的性能和可靠性。比如液压支架油缸焊接接头设计形式（a、b）。,中缸焊接接头（a）,中缸焊接接头形式（b）,差距之三核心技术我国产品的开发主要是从引进、跟踪仿制开始，确保创新和自主知识产权。如液压支架电液控制技术主要依靠外国公司提供；交流电牵引采煤矿机变频器，我们只能从国外购买地面用的通用变频器，经过拆卸改造，重新装配，来满足抗震、抗凝雾、抗干扰的要求。我们改造的变频器的抗震性能较低，而国外是专门为采煤机研究的专用变频器。,差距之四产品寿命短可靠性差我国煤矿设备用原材料、钢材、关键零部件、轴承、密封、电机、电气元件、液压元部件等，在使用寿命和可靠性上与国际先进设备相比都存在较大的差距。这些问题造成了产品的可靠性差，使用寿命短。如高强板、耐磨板、焊材等与国外相比都存在差距，采煤机齿轮寿命国产的只有5000小时，而进口的高达2万小时；皮带机托辊，国内最好的产品的使用寿命仅为3万小时，而国外同类产品寿命高达9万小时。国内高端支架产品与进口产品使用过程中仍存在一定的差距，究其原因有一些是制造水平的差异。,差距之五工艺研究不够，制造技术发展滞后。重产品结构的引进仿制设计，而工艺研究力度不大，从而造成了制造技术发展滞后。例如液压支架阀类元件的加工，除少数工厂采用数控设备外，大部分仍然使用普通设备加工，很难保证阀类零件的几何尺寸和配合精度。液压缸的加工精度、加工效率与国外都存在一定差距。,提升中国煤炭技术装备产品水平的途径从以下几个方面进行技术创新第一个方面，从目前煤机行业看创新路线还需要走引进和自主研发相结合的道路，在引进、消化、吸收先进技术的同时，积极开展自主研发，在引进先进产品设计的同时也要加强先进工艺技术、先进工艺装备的引进，快速提升制造企业自身的生产能力。,第二个方面，综采液压支架，一方面设计中广泛采用三维动态仿真模拟技术，使液压支架设计与实际工况尽可能相符；另一方面对液压支架用材料的选择、焊接结构形式设计、主要工艺、关键部件进行深入研究，建立一系列科学规范的液压支架设计、工艺标准；研发电液控制系统核心技术、配置故障诊断和预警装置、可实现液压支架与采煤机和刮板机的联动和远程控制、故障诊断、预警、自动控制焊接技术等。近年来郑煤机进行了大量的设计、工艺标准化工作，先后编制完成了高可靠性液压支架安全性要求、液压支架用实芯焊丝标准、液压支架常用钢铁产品选用标准、液压支架通用件设计手册等近20项企业标准。,第三个方面是采煤机，主要内容有设计模型及手段；装机总功率2000KW、牵引速度达到30m/min、生产能力2000t/h、截割高度6.0m、滚筒寿命大于500万吨；具有建立在微机基础上的智能化监测、监控和保护系统技术；实现交互式人机对话、远程控制，具有工况监测及运行状态显示、数据采集、储存及传输、故障诊断及预警、自动控制、自动调高等多种功能技术；实现液压支架、输送机的信号交流和联动控制等功能及整个工作面自动化技术，井下、地面两级故障诊断及维修管理系统机电一体化技术。,第四个方面是刮板输送机，主要内容有设计理论、设计模型及设计手段；重型输送机低速启动及CST可控软启动传动技术、自动控制的可伸缩机尾和刮板输送机运行状态监控等等技术。第五个方面是全监测监控技术装备，主要内容有瓦斯突出预测技术、大直径长钻孔抽放及提高低透气性煤层技术、瓦斯抽放效果技术；井下隐蔽火源探测及预防矿井火灾监测技术；矿井生产过程多功能技术动态实时自动监测、监控技术。,优势企业优势企业具备研发、创新基础，缺乏研发创新能力的企业面临被兼并危险。发达国家的煤炭装备制造企业经过十几年联合、兼并和重组，正向着组织形式跨国化、企业规模大型化、系统装备成套化、产品结构多元化、生产组织柔性化、售前售后服务全程化、市场竞争国际化的方向发展，并形成了一批具有很强市场开拓与竞争能力的装备制造跨国企业集团。在全球化的大趋势下，国际跨国公司常常通过掌握整体工艺设计和核心技术控制总装和采购。如果我国不能在较短的时期内实现煤炭装备企业的有效联合和战略重组、组建具有较强开发与创新能力、成套研发制造的煤炭装备制造企业集团，就很难适应我国煤炭工业发展的需要，也难以和国际装备制造业集团抗衡，将面临被各个挤垮或兼并的危险。,目前我国煤机行业的优势企业有郑煤机集团、中煤集团、国际煤机、中煤科工集团、三一重工等等。优势企业需要把优势继续发扬光大，同时严峻的形势迫切要求我们要齐心协力保护自己创品牌的主体、珍惜长期形成的民族品牌，确保振兴装备制造业的决策在煤炭装备制造业得到有效落实，以促进煤炭工业健康发展。,结束语,综上所述，要建设高产高效、“本质安全型”特大矿井，就是要大胆摒弃传统的设计理念，从机电装备出发，不断探索，紧跟先进技术的发展方向，实现装备升级，装备现代化，向重型化、集中控制与自动化发展。,致谢,