采煤机产业发展.doc

1采煤工业的发展煤炭在世界一次能源消费（所谓一次能源是指直接取自自然界没有经过加工转换的各种能量和资源，它包括：原煤、原油,它们是不可再生的。）构成中所占比例由1999年的25%增长到2008年的29.25%，呈缓慢增长趋势。2008年世界煤炭消费总量达65亿t，同比增长3.1%，连续6年成为增幅最快的燃料。预计2030年前，世界煤炭需求量年均增长率为2.2%，95%以上需求增长将来自电力用煤。电力用煤占煤炭消费总量的75%左右，燃煤发电占世界发电总量的比重将从目前40%增长到44%。因此煤炭在经济发展中的战略地位在以后的较长时间里都仍将是极为重要的。1.1我国采煤工业发展概况中国式世界上煤炭资源最丰富的国家之一。据不完全统计，我国煤炭探明总储量在9000亿吨以上，居世界第三；已知含煤面积55万多平方千米，而且煤种齐全。我国利用煤炭已有几千年的历史，是世界上发现和利用煤炭最早的国家之一。远在公元前500年左右的春秋战国时期，煤已成为一种重要产品，称为石涅或涅石。魏晋时期称煤炭为石墨，唐宋时期为石炭，明朝始称煤炭。公元前一世纪，煤已经用于冶铁和炼铜。17世纪中叶，明末宋应星的天工开物一书，系统的记载了我国古代煤炭的开采技术，包括地质、开拓、采煤、支护、通风、提升以及瓦斯排放等技术，说明当时的采煤业已发展到一定的规模了。在相当长的时期内，我国的煤炭开采技术始终停留在手工作业生产的水平上，1949年全国煤炭年产量只有32.40Mt。建国以来，党和政府十分重视煤炭工业的发展，建设了大批新矿井，原煤产量飞速增长，1996年原煤产量已达13.3亿吨，居世界首位。在原煤产量中，国有重点煤炭和地方煤矿产量分别约占40%和60%。特别是改革开放以来，煤炭工业发展取得了更为显著的效果，采煤、掘进、运输等生产环节的机械化和生产集中化程度迅速提高，平均单产工效增长较快，创造了许多新的记录。1996年国有重点煤矿有72个综合机械化采煤队年产量超过1.00Mt，工作面平均数目达240.14个，平均年产77.1万t，平均回采工效 26.14t/工，综采比重占47.18%。兖州南屯综采队年产达3.50Mt。达到国际先进水平。全国共329个普采工作面，平均年产24.7万t，其中有40个单体液压支架普采队，年产超过40万t ；普采面平均回采工效7.62t/工，产量比重占23.35%，峰峰（现冀中能源）万年矿普采队创年产80万t的记录。全国煤矿炮采工作面有4个队年产超过35万t，开滦矿区一炮采队曾创年产50万t的高产记录。1.2近年我国煤炭产能变化概况1996年、1997年两年，煤炭产业投资增长率分别是13.8%和17.6%，增幅基本正常。1998年至2000年期间，煤炭产业投资大幅度下降，年均下降19.3%。2001年煤炭产业投资开始小幅增长，2002年至2005年则超高速增长，年均增长50.6%。2006年增幅虽大幅下降，但仍以27.1%的增长率快速增长。1995年至2001年间，平均每年新增原煤生产能力2640万吨。可见，自1998年至2000年间，尽管煤炭产能过剩，但由于投资建设具有较强的发展惯性，煤炭生产能力仍然保持适度增长，在一定程度上加剧了煤炭过剩压力。图1-1 建国以来我国煤炭年产量柱状图2002年至2006年，新增煤炭生产能力开始加快增长，煤炭供应紧张局面有所缓解。2002年、2003年和2004年新增原煤生产能力分别是上年的1.42倍、2.1倍和2.3倍，2004年新增产能达到空前规模，但相对于煤炭产量每年增加2亿吨左右的增长幅度，产能增幅依然偏小，这是造成2004年煤炭供应紧张的主要原因；2005年以后随着2002年以来新增产能的逐步释放，煤炭供应紧张的局面有所缓解。2005年至2006年煤炭产能开始集中释放，煤炭供给呈现略微宽松状态。2002年以来迅猛增长的煤炭产业投资所形成煤炭生产能力已经从2005年开始大量释放，2005年新增产能1.84亿吨，2006年新增产能更是达到了2.26亿吨的空前规模。这大大的缓解了煤炭供应紧张的局面，煤炭供给已经开始从紧张转向略显宽松。同时，我国煤矿的规模也在不断扩大。2002年，全国78个综采队年产超过100万吨，18个综采队年产超过200万吨，9个综采队年产超过300万吨。神华集团大柳塔矿综采队年产803万吨，实现一矿一面，全矿产量920万吨，全矿职工只有350人。神华大柳塔矿 ：2000年，920万；2001年，1511万；2002年，1100万。兖矿集团济宁三号井（设计500万/年）：2001年，530万；2002年，800万；2003年，1000万。1.3我国煤矿采矿机械化发展进程煤矿开采技术随着煤层赋存条件的不同而有很大差异。我国煤层赋存条件较为复杂，目前国有重点煤矿缓斜、倾斜和急倾斜煤层可采储量分别占86.3%、10.1%和3.6%。建国初期，绝大多数煤矿设备极为简陋采煤方法多采用无支护的穿峒式和高落式。在三年经济恢复时期（1949-1952年）推行以壁式体系为主的采煤方法。1949年首次使用了截煤机和刮板输送机。1950年开始对顶板进行分类，并采用了全部垮落法管理顶板。1952年国营煤矿采用以长壁式为主的正规采煤方法，其煤炭产出量比重已由1949年的12.51%迅速增长到72.4%。1953年，双鸭煤矿在长壁工作面上首次使用了框式联合采煤机（康拜因）。1957年，全国煤矿机械化程度达到12.75%，以长壁为主的正规采煤方法所占的产量比重达到92.27%。1964年我国首次在鸡西矿物局小桓山矿成功地使用了浅截式滚筒采煤机，对发挥长壁采煤法的优越性起了重要作用。1965年以后，煤炭工业部组织推广一次多放炮、爆破装煤、滚筒式采煤机采煤、使用金属摩擦支柱和铰接顶梁等12项先进经验，使采煤方法得到进一步的完善和发展。1974年开始采用综合机械化采煤技术设备。1977年以后在大力推广走向长壁采煤法机械化采煤的同时，因地制宜的积极推广倾斜长壁采煤法、柔性掩护支架采煤法、对拉工作面采煤、无煤柱护巷、水力采煤等。表1-1 1993-2007年原国有重点煤矿按回采出煤方式分回采产量及分布变化1996年，长壁综合机械化采煤的产量已占全国国有重点煤矿的47.18%，综合采煤技术及生产指标大幅度提高。与1975年相比，全国煤矿工作面的单产提高154.87%，平均单产达64.233t/月；回采工效提高了135.5%，达到26.14t/工。3.5m-5m厚煤层大采高一次采全厚采煤法，5m以上煤层综采放顶煤采煤法等进一步得到改进。2煤矿采矿方法简介采煤工艺，由于煤层的自然条件和采用的机械不同，完成回采工作各工序的方法也就不同，并且在进行的顺序上、时间和空间上必须有规律的加以安排和配合。这种在采煤工作面内按照一定顺序完成各项工序的方法及配合，称为采煤工艺。在一定时间内，按照一定的顺序完成回采工作各项工序的过程，称为采煤工艺过程。采煤系统，回采巷道的掘进一般是超前于回采工作进行的。它们之间在时间上的配合以及在空间上的相互位置关系，称为回采巷道布置系统，也即采煤系统。采煤方法，根据不同的矿山地质及技术条件，可有不同的采煤系统与采煤工艺相配合，从而构成多种多样的采煤方法。如在不同的地质条件技术条件下，可以采用长壁采煤法、柱式采煤法和其他采煤法，而长壁和柱式采煤法在采煤系统与采煤工艺方面差别很大。因此采煤方法就是采煤系统与采煤工艺的综合及其在时间和空间上的相互配合。目前采煤方法可以分为壁式体系采煤法和柱式体系采煤法两大类。2.1壁式体系采煤法一般以长工作面采煤为其主要标志，产量约占我国重点煤矿的95%以上。随着煤层厚度及倾角的不同，开采技术和采煤方法会有所区别。对于薄及中厚煤层，一般都是按煤层全厚一次采出，即整层开采；对于厚煤层，可把它分为若干中等厚度（2-3m）的分层进行开采，即分层开采，也可以采用放顶煤整层开采。无论整层开采还是分层开采，依据不同倾角、按采煤工作面推进方向，又分为走向长壁开采和倾角长壁开采两种类型。上述每一类型的采煤方法在用于不同的矿山地质条件及技术条件时，又有很多种变化。2.1.1薄及中厚煤层单一长壁采煤方法所谓“单一”，即表示整层开采；“垮落”表示采空区处理是采用垮落的方法。由于绝大多数单一长壁采煤法均采用垮落法处理采空区，故一般可简称为单一走向长壁采煤法。首先将采（盘）区划分为区段，在区段内布置回采巷道（区段平巷、开切眼），采煤工作面呈倾斜布置，沿走向推进，上下回采巷道基本上是水平的，且与采（盘）区上山相联。图2-1 单一走向长壁采煤法示意图1-区段运输平巷，2-区段回风平巷，3-采煤工作面对于倾斜长壁采煤法，首先将井田或阶段划分为带区及分带，在分带内回采巷道（分带斜巷、开切眼），采煤工作面呈水平布置，沿倾向推进，两侧的回采巷道时倾斜的，并通过联络巷直接与大巷相联。采煤工作面向上推进称仰斜长壁；向下推进称俯斜长壁。为了便于顺利开采，煤层倾角不宜超过12。当煤层顶板极为坚硬时，若采用强制放顶（或注水软化顶板）垮落法处理采空区有困难，有时可采用煤柱支撑法，如图，采煤工作面每推进一定距离，留下一定宽度的煤柱（即刀柱）支撑顶板。但这种方法工作面搬迁频繁，不利于机械化采煤，资源的采出率较低，是在特定条件下的一种采煤方法。图2-2 刀柱式采煤法示意图当开采急倾斜煤层时，为了便于生产和安全，工作面可呈俯伪斜布置，仍沿走向推进，则称为单一伪斜走向长壁采煤法。另外，近十年来再缓倾斜厚煤层（5m）中成功采用大采高一次采全厚的采煤法，也属于单一长壁采煤法的一种。单一长壁采煤法是我国采用最为普遍的一种采煤方法。其产量比重占国有重点煤矿总产量的55.91%（1996）。其中：单一走向长壁、单一倾斜长壁、单一长壁刀柱、厚煤层大采高一次采全厚采煤法产量比重分别为43.16%、8.65%和2.44%。2.1.2厚煤层分层开采的采煤方法开采厚煤层及特厚煤层时，利用上述的整层采煤法来开采将会遇到困难，在技术上较复杂。煤层厚度超过5m，采场空间支护技术和装备目前尚无法合理解决。因此，为了克服整层开采的困难，可把厚煤层分为若干中等厚度的分层来开采。根据煤层赋存条件及开采技术不同，分层采煤法又可以分为倾斜分层、水平分层、斜切分层三种，分别如图，所示。倾斜分层将煤层划分成若干个与煤层面相平行的分层，见图，工作面沿走向或倾向推进。图2-3 厚煤层开采倾斜分层水平分层将煤层划分成若干个与水平面相平行的分层，见图，工作面一般沿走向推进。图2-4 厚煤层开采水平分层斜切分层将煤层划分成若干与水平面成一定角度的分层，见图，工作面沿走向推进。图2-5 厚煤层开采斜切分层各分层的回采有下行式和上行式两种顺序。先采上部分层，然后依次回采下部分层的方式称为下行式；先回采最下分层，然后依次回采上部分层的方式称为上行式。回采顺序与处理采空区的方法有极为密切的关系。当采用下行式回采顺序时，可采用垮落或充填法来处理采空区；采用上行式回采顺序时，则一般采用充填法。不同的分层方法、回采顺序以及采空区处理方法的综合应用，可以演变出各式各样的分层采煤方法。但是，在实际工作中一般采用的主要有下列三种：倾斜分层下行垮落采煤法；倾斜分层上行充填采煤法；水平或斜切分层下行垮落采煤发。分层采煤法是当前我国在厚煤层中采用的主要采煤方法，产量占国有重点煤矿总产量的25%以上。最常用的是倾斜分层，产量占24.79%；顶板管理主要采用垮落法，充填法仅占1%.2.1.3厚煤层整层开采的采煤方法随着生产技术的发展，在厚煤层开采中整层开采有了较大发展。产量比重达到14.75%。如近几年来，由于综合机械化采煤技术装备的发展、大采高支架的应用，为5m以下的缓斜厚煤层采用大采高一次采全厚的单一长壁采煤法创造了条件，并已得到一定的发展，产量比重已达2.44%。在缓倾斜、厚度为5.0m以上的厚煤层条件下，特别是厚度变化较大的特厚煤层，采用了综采放顶煤采煤法，产量比重约占12.29%。在急斜厚煤层条件下，可利用煤层倾角较大的特点，使工作面俯斜布置，依靠重力下放工作面支架，为有效地进行顶板管理创造了条件，在煤层赋存较稳定的条件下，成功采用了掩护支架采煤法，实现了整层开采，并获得了较广泛的应用。壁式体系采煤法一般具有下列主要特点：1) 通常具有较长的采煤工作面长度，我国一般为120-180m，但也有较短的80-120m，或更长的180-240m。先进采煤国家其工作面长度多在200m以上。2）在采煤工作面两端至少各有一条巷道，用于通风和运输。3）随着采煤工作面推进，应有计划地处理采空区。4）采下的煤沿平行于采煤工作面的方向运出采场。2.2柱式体系采煤法柱式体系采煤法包括：房式采煤法、房柱式采煤法。根据不同的矿山地质条件和技术条件，每类采煤方法又有多种变化。图2-6 房柱式采煤法示意图房式及房柱式采煤法德实质是在煤层内开掘一系列宽为5-7m左右的煤房，开煤房时用短工作面向前推进，煤房间用联络巷相连以构成生产系统，并形成近似于矩形的煤柱，煤柱宽度由数米至二十多米不等。煤柱可根据条件留下不采，或在煤房采完后再将煤柱按要求尽可能采出，前者称为房式采煤法，后者称为房柱式采煤法。由于房式采煤法与房柱式采煤法巷道布置基本相似，因此在美国将这两种方法统称为房柱式采煤法，前者称为这种采煤方法的“部分回采”方式；后者称为“全部回采”方式。典型房柱式采煤法的基本特点是采用短工作面推进，将煤柱作为暂时或永久的支撑物，采用连续采煤机、梭车、锚杆机等配套设备进行采煤。开采时的矿山压力显现较壁式体系长壁采煤法和缓。因此，随着工作面推进，可只用较简单的支架或锚杆支护顶板，用于防止顶板岩石冒落。由于采用锚杆支护，增大了工作面空间，为机械化采煤创造了有利条件。此外，由于采用同类机械采房和采柱，提高了采煤的灵活性。柱式体系采煤法的主要特点：1）一般工作面长度不大但数目较多，采房和回收煤柱设备合一。2）矿山压力显现较弱，在生产过程中支架和处理采空区工作比较简单，有时还可以不处理采空区。3)采场内煤的运输方向是垂直于工作面的，采煤配套设备均能自行行走，灵活性强。4)工作面通风条件较壁式采煤法差，采出率也较低。3国内外采煤机械现状3.1国内外研究现状3.1.1国外采煤机研究现状80年代以来，世界各主要采煤国家，为适应高产高效综采工作面发展和实现矿井集中化生产的需要，积极采用新技术，不断加速更新和改进滚筒采煤机的技术性能和结构，相继研制出一批高性能、高可靠性的重型采煤机。其中最具代表的是德国Eickhoff公司自1976年研制成功直流电牵引采煤机后，基本停止了液压牵引采煤机的开发研究，陆续开发了多种形式电牵引采煤机。90年代开发的SL系列横向布置交流电牵引采煤机，将截割电机布置在摇臂上。其中SL500型电牵引采煤机装机功率达1 580kw，最大牵引力998kN。SL300型电牵引采煤机总装机功率1018kw，采用双变频器一拖一系统，最大牵引速度达545mmin。控制系统具有人机对话、在线控制、数据传输等功能。英国LongAirdox公司自1984年研制成功第一台将截割电机布置在摇臂上的多电机横向布置的Electra550型直流电牵引采煤机后，在其基础上加大功率，又研制成Electral000型直流电牵引采煤机。90年代，在Electra系列机型基础上，加大功率，改进控制系统，开发了EL系列交流电牵引采煤机，主要机型有EL600、ELl000、ELl500、EL3000型。在EL系列机型上装置的Impact集成保护及监控系统，具有负荷控制、机器监控、采煤机自动定位、自动调高、区域控制、智能化安全连锁、随机故障诊断、数据传输等功能。美国JOY公司20世纪70年代研制成功1LS多电机横向布置直流电牵引采煤机后，又陆续研制了2LS7LS等型多电机横向布置直流电牵引采煤机。7LS5采煤机总功率1940kW，牵引速度30m/min。采用JOY Ultratrac2000型强力销轨无链牵引系统，加大链轨节距和宽度，并采用锻造销排；装备了与6LS5型通用的JNA机载计算机信息中心，具有人机通讯界面、故障诊断图形显示和储存、无线电遥控、牵引控制和保护等功能。日本三井三池制作所1987年后陆续研制成功多种截割电机纵向布置MCLE.DR系列交流电牵引采煤机，近几年又开发了截割电机横向布置的多电机交流电牵引采煤机。采煤机装有危机工况监测及故障诊断系统，可数字显示牵引速度、滚筒位置、留顶底煤厚度、电机负载及各处温度，具有无线遥控，并可加装红外线发射器操纵液压支架。3.1.2国外采煤机发展趋势(1)装机功率和截割电机功率有较大幅度增加单台截割电机功率均在400kW以上，多数采煤机单台截割电机功率已经达到600kW，7LS5采煤机单台截割电机功率高达750kW。牵引功率均在80 kW以上，最高已经达到220 kW。总装机功率超过1000 kW，如7LS5已经达到1 940 kW，EL300总装机功率最大达到2000 kW。(2)电牵引采煤机已取代液压牵引采煤机而成为主导机型德国艾柯夫公司最早开发电牵引采煤机，80年代中后期已基本停止生产液压牵引采煤机，研制出EDW系列电牵引采煤机，其中EDW4501000和EDW300-LN是代表性的机型，90年代又研制成功交直流两用的SL300、SL400、SL500型采煤机。美国乔埃公司70年代中期开始开发多电机驱动的直流电牵引采煤机，80年代以来先后推出3LS、4LS、6LS三个新机型，其中电控系统已改进多次，性能更趋完善。英国安德森公司在80年代中期研制了第一台直流电牵引采煤机Electra550，在美国使用成功后，又先后开发了Electral000和Electra薄煤层电牵引采煤机。日本三井三池公司80年代中期着手开发高起点交流电牵引采煤机，在国际上是首创，最具代表性的是MCLEDRl01101、MCLEDRl02102采煤机。法国萨吉姆公司在90年代也已研制成功Pande-E型交流电牵引采煤机。世界各主要采煤机厂商80年代都已把重点转向开发电牵引采煤机，目前，美国长壁工作面中电牵引采煤机己超过90，德国已占56，澳大利亚占52，而且近几年来，几乎所有综采工作面的高产高效记录都是由电牵引采煤机创造的。交流电牵引近几年发展很快，由于技术先进，可靠性高，维护管理简单，有取代直流电牵引的趋势。自日本80年代中期研制成第一台交流电牵引采煤机，至今除美国外，其他国家如德国、英国、法国等都先后研制成交流电牵引采煤机，并认为是今后电牵引采煤机发展的新目标。(3)牵引速度和牵引力不断增加液压牵引采煤机的最大牵引速度为8m/min左右，而实际可用割煤速度为45m/min(相对最大牵引力时的牵引速度)，实际牵引功率仅为4050kW，不适应快速割煤的需要。为适应高产高效工作面，电牵引采煤机牵引功率需要成倍增加，据报导在美国18m/rain的牵引速度已很普遍，个别的已超过24m/min，美国乔埃公司的一台经改进的4LS采煤机的牵引速度高达285m/min。由于采煤机需要快速牵引割煤，滚筒截深的加大和转速的降低，又导致进给量和推进力的加大，故要求采煤机增大牵引力，目前已普遍加大到450-600kN，现正研制最大牵引力为l 000kN的采煤机，而由西安煤矿机械有限公司生产的MG900/2210WD型采煤机牵引力已经达到1000kN。(4)采用多电动机驱动横向布置的总体结构70年代中期只有少数几种采煤机(主要是美国的LS系列采煤机，原西德的EDW-150-2L-2W)采用多电动机驱动横向布置。由于这种布置方式是各部件由单独电动机驱动，机械传动系统彼此独立，取消了锥齿轮传动副和复杂通轴，机械结构简单，装拆方便，因此被广泛采用。包括电牵引的(如英国Electra系列、德国的SL系列)和液压牵引的(如波兰的KGS系列)，以及中厚煤层用大功率的(如Electral000，SL500)和薄煤层的(如英国Electra)，并有取代传统的截割电动机纵向布置的趋势。(5)滚筒的截深不断增大牵引速度的加快，支架随机支护也相应跟上，使机道宽度内空顶时间缩短，为加大支架步距创造了条件，也为加大滚筒截深提供了可能性。十年前滚筒采煤机的截深，大都在630-700mm，而今多数已采用800mm和1000mm，1200mm截深也已在实际使用。美国阿巴拉契煤矿正在考虑采用1500mm截深的可能性。(6)高的可靠性据了解美国LS系列采煤机、英国Electral000型采煤机的利用率可达9598，维修期都在采煤350万吨以上，最高的达1000万吨。表3-1 国外代表性电牵引采煤机主要技术参数图3-1 美国7LS6电牵引采煤机3.1.3国内采煤机研究现状我国之前广泛使用的三大系列采煤机，主要有上海分院开发设计的MG系列，西安煤矿机械厂生产的MXA300和太原矿山机器厂的AM500系列采煤机，其中MXA300和AM500系列采煤机主要用于综采工作面，MG系列采煤机既有配套液压支架使用于综采工作面的，也有配套单体液压支柱适用于普通机采工作面的采煤机，可分别使用在厚煤层、中厚煤层和薄煤层。目前使用量最大的液压牵引采煤机有MGl50(200)-W1、MG200-W、MG300(2300)-W、AM500/3.5、MXA300等型号。从技术上看，这些采煤机都处于国外70年代末或80年代初的技术水平。其中MXA300型系列采煤机是西安煤矿机械厂1983年研制生产的大功率无链牵引双滚筒采煤机，采用了三头螺旋滚筒，滚筒转速有所降低；牵引机构采用齿轮一销轨式，传动平稳，消除了链牵引的缺点，机器的使用寿命延长，增设了副牵引部和可靠的液压制动装置，可用于大倾角(40一500)煤层而不需要设防滑安全绞车，提高了工作效率，加大了生产能力。为使我国采煤机技术能跨上一个新台阶，上海分院进行了大量技术攻关，并在90年代初研制了国内单电机功率最大和装机功率最大的MG2400-W型液压牵引采煤机，为我国研制大功率采煤机提供了经验。为发展多电机驱动横向布置的电牵引采煤机，又研制了MG200/475-W型液压牵引采煤机，这种机型总体布置的优越性在使用中得到了充分体现，并为研制电牵引采煤机打好了基础。后又开发了MG375-W型液压采煤机，该机型能演变成MG375-AW型采煤机，成为开采较薄煤层的大功率采煤机。90年代中期，神华集团先后引进了JOY公司的6LS3和6LS5型直流电牵引采煤机5台，90年代末期又引进了两台6 LS5型交流电牵引采煤机。其中6 LS5型采高范围2.54.5 m，装机总功率1500kW。2003年神东引进JOY公司7LS6型交流电牵引采煤机2台，其采高范围2.44.8m，装机总功率1860kW。同年神东公司、晋城、大同局各引进1台Eickhoff公司SL500型采煤机，其中神东公司的采高范围2.55m，晋城、大同局的采高范围2.85.5m，神东公司、大同局所用的机型带有破碎机，装机总功率1815kW；晋城局的无破碎机，装机总功率1715kW。神东公司还引进l台DBT公司EL3000型交流电牵引采煤机，采高范围2550m，装机总功率1744kW。目前国产大功率采煤机(装机功率1000kW以上)有MG450/1020(上海分院)、MGTY500/1200(太矿)、MG750/1910WD(西安煤矿机械有限公司)等，但台数不多。总之，我国采煤机技木经过半个多世纪发展，从国外设备仿制、国外设备和技术引进、自主产品技术研制、国际合作研制、自主技术创新的发展过程，我国的采煤机技术理论和产品从无到有，已形成了开采范围0.85.5m、适应倾角055度、总装机功率最大达2215kW的具有自主知识产权的采煤机产品和理论基础。3.2 滚筒采煤机发展简史 目前国内外使用的采煤机械主要是可调高的双滚筒采煤机，这种经过改进的滚筒采煤机，可追溯到长壁截煤机，是早期用于煤层底部掏槽的采煤机械。最早的滚筒采煤机是在截煤机的基础上，将减速箱部分改成允许安装一根水平轴和截割滚筒而演变成的。这种滚筒采煤机与可弯曲输送机配套，奠定了煤炭开采机械化的基础。早期的滚筒采煤机主要存在2个问题：截煤滚筒的安装高度不能在使用中调整(即所谓的固定滚筒)，对煤层厚度及变化适应性差；截煤滚筒的装煤效果不佳(即所谓的圆形滚筒)，限制了采煤机生产率的提高。20世纪60年代，英国、德国、法国和前苏联等先后对采煤机的截割滚筒作出2项改进。一是截煤滚筒可以在使用中调整其高度，完全解决对煤层赋存条件的适应性；二、是把圆形滚筒改进成螺旋叶片式截煤滚筒，极大地改善了装煤效果。这2项改进使滚筒式采煤机成为现代化采煤机械的基础。在滚筒采煤机发展的同时，还研制出用刨削方式落煤的刨煤机、以钻削方式落煤的钻削式采煤机，以及螺旋钻式采煤机。现代滚筒采煤机均为可调高摇臂滚筒采煤机，其发展是从有链到无链；由机械牵引到液压牵引再到电牵引；由单机纵向布置驱动到多机横向布置驱动；由单滚筒到双滚筒，且向大功率、遥控、遥测、智能化发展，其性能日臻完善，生产率和可靠性进一步提高，工况自动监测、故障诊断以及计算机数据处理和数显等先进的监控技术已在采煤机上得到应用。 3.3国内外采煤机技术差距我国采煤机械技术经历了近半个世纪的发展，已在国际采煤机械领域占取一席之地，形成了自主知识产权的开采范围1.15.5m的滚筒式采煤机系列产品，我国采煤机械部分技术已处于国际领先地位。但与当前国外先进采煤机械制造厂商(美国JOY公司、德国Eicohoff公司和DBT公司)相比，我国采煤机械在各方面还存在一定的差距。差距主要表现在以下几方面：产品可靠性差距大。主机用原材料、关键零部件、轴承、密封件、电动机、电气元件、液压元部件等都存在较大的差距。这些问题造成了我们的产品可靠性不高，寿命较低。如采煤机齿轮寿命国内5000h，而国外为2万h。很简单的皮带机托辊，国内最好产品的寿命达到3万h，而国外同类产品寿命可达9万h。产品制造工艺、检测手段落后，主要体现为加工设备落后。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来加工阀类零件，很难保证阀类零件的几何精度和相互位置精度。主要产品的核心技术没有完全掌握。我们产品的开发主要足从仿制丌始，缺少自主知识产权。如支架电液阀核心技术靠国外公司提供；交流电气调速采煤机用的变频器，我们只能从国外购买地面上用的通用变频器，经过拆卸改造，重新装配，来满足抗震、抗凝雾、抗干扰的要求。而国外是专门为采煤机研制的专用变频器。我们改造的变频器抗震等性能较低。产品全程质量控制差距较大，技术标准不尽完善。完善产品技术标准可以促进产品技术水平的发展，提高产品的可靠性。技术攻关只侧重于设计结构研究，很少进行可靠性理论、工艺方法研究，结果造成制造技术发展滞后。产品的设计理论差距较大。国外非常重视基础元、部件的理论研究，同时强调产品设计必须要有较好的设计理论支持。而我国目前无论足科研院所还是制造厂，只簟纯追求应用技术，忽视基础理论的研究。引进消化只注重仿形而较少深入研究相应的理论问题和保汪手段，结果造成因产的基础元部件不过关，严重影响产品的可靠性。4国产电牵引采煤机概况4.1厚煤层电牵引采煤机实施厚煤层高效集约化生产的最佳有效快捷的技术途径就是在煤层储存条件许可下，采用一次采全高的生产方式，这种方式依靠的是可靠的综采工作面成套装备。在国产大功率电气调速采煤机技术成熟之前，国外先进的采煤机生产企业(JOY公司、Eicohuff公司和DBT公司)已经分别进入我国大型煤炭生产企业，如神华集团、同煤集团、晋城无烟煤集团等。自2005年起天地科技股份有限公司上海分公司、西安煤矿机械厂、鸡西煤矿机械有限公司、太原矿山机械有限公司和三一重型装备有限公司纷纷推出大采高电气调速采煤机产品，目前在大采高大功率的煤机市场，竞争日趋激烈。表4-1 国内大采高电牵引采煤机的主要技术参图4-2 三一重型装备MG750/1905-WD型交流电牵引采煤机MG750/1915-WD型交流电牵引采煤机是为厚煤层或中厚煤层开发设计的新型大功率采煤机。主机采用整体托架结构，积木式组合，刚性好，折装方便。摇臂、行走箱、破碎机等主要部件均可实现左右互换。整机传动齿轮通过严格的加工及热处理工艺，大幅度地提高了传动件的各项性能指标，噪音控制在72分贝以下。产品的铸件、紧固件及焊接件的加工制造也进行完全的材料及工艺过程控制，从而保证了关键件的制造质量。通过系统的减震技术，通过各部件独特的密封、润滑方式，提高了整机使用寿命。液压系统在吸取了国内外大型采煤机特点的基础上，结合了三一在工程机械领域的研究成果，在系统的抗污染能力方面有了新的突破。同时对系统的维护性也进行了充分的研究设计。电气部分充分借鉴了国外一流产品的设计理念，兼顾了中国煤碳开采的特点，研制开发了具有自主知识产权的SANY-MGKZ-01控制系统，该系统兼顾电机过流、过压、短路及漏电保护，具备故障自行诊断功能，同时，由于系统集成为一体，便于整体更换，从而缩短了故障处理时间。主回路元器件均采用国际知名品牌，设计和布局兼顾了散热性、易拆装性和电磁兼容性三大要点。变频器采用双底板水冷结构及硅油减震系统，提高了可靠性。此外，整机的轴承、关键密封及关键电气、液压元件均采用进口名牌产品。4.2大倾角煤层采煤机1999年国家科技部立项拨款支助交流电牵引采煤机四象限运行变频调速及控制系统的研究，该项目技术于2003年完成验收，2005年通过中国煤炭工业协会组织的技术鉴定，该项技术达到了国际先进水平。该技术成果自2002年起先后应用在MGl80/460-QWD型、MG200/500-QWO型、MG250/600.QWD型、MG300/700-QWO型、MG400/920-QWO型交流电气调速采煤机等五种机型。该项技术先后在我国华东地区、西北地区、西南地区的大倾角综采和综放工作面得到了成功的应用，使我国电气调速采煤机技术突破了大倾角煤层开采应用上的技术难关。该项目技术己于2005年获得中国煤炭工业协会科技进步一等奖。目前我国适应大倾角电牵引采煤机的产品见表4-3表4-3 国产大倾角电牵引采煤机图4-3 西安煤矿机械厂MG200/500-QWD采煤机 MG200/500-QWD采煤机截割电动机横向布置、多电机驱动，各部件间无动力传动，与纵向布置单（双）电机驱动的结构相比传动系统简单、可靠、效率高，零部件 安装和维护方便。 采用框架结构，机身设计成两段或三段，无低托架，彻底解决了采煤机在冲击振动环境下各主要部件连接松动问题.摇臂、牵引传动箱、油缸三 体铰接受力，使采煤机整机受力简化，机身联结可靠。 截割电机装有弹性扭矩轴，可大大减小截割电机和截割传动系统受冲击载荷的影响，延长其工作寿命。当截割部严重过载时，扭矩轴剪断，从 而保护整个传动系统。 与电牵引采煤机互换性强，只要将中间液压牵引箱换成电牵引箱、牵引液压马达换成牵引电动机即成为电牵引采煤机。 行走箱为独立部件，仅改变行走箱和煤壁侧滑靴即可与不同槽宽的输送机配套。根据用户需要可采用销轨式无链牵引系统，也可配套链轨式无 链牵引系统。 采用高效耐磨滚筒及镐形截齿，非均布叶片消除了切割力不平衡。此项技术生产的滚筒减小了功率及截齿消耗，大大增加了块煤率。液压牵引系统保护齐全，调速范围广，牵引力及牵引速度大，能满足高产高效工作面要求。4.3薄煤层采煤机技术我国早就开始研制薄煤层采煤机，BM.100型采煤机就足八十年代研制，并拥有了一定的市场份额。1986年煤炭科学研究总院上海分院与波兰考玛格采矿机械化中心联合研制世界上第一台MG344PWD型强力爬底板交流电气调速薄煤层采煤机，该采煤机于1991年在山西大同通过了工业性试验，并通过了煤炭工业部组织技术鉴定。随着薄煤层高效开采技术的需求发展，在吸收MG344-PWD型采煤机的技术经验基础上，1996年成功开发了MG200/450.WD型薄煤层采煤机，该机型经过了多次的工业性试验，形成了一个系列机型，其开采范围1.12.3m，适用于较薄煤层开采，机型派生出MG200/456-WD型、MG200/456-QWD型、MG250/556.WD型和MG250/556-QWO型。鸡西煤矿机械有限公司近几年推出了薄煤层液压调速采煤机，有MG80/200-BW型和MGl32/310-BW型采煤机。薄煤层采煤机产品见表4-4。表4-4 国产薄煤层电牵引采煤机图4-4 天地科技上海分公司MG200/456-WD型采煤机MG200/456-WD型采煤机主参数合理,总体结构简单可靠,配套的最低机身高度为850mm,显示了新一代薄煤层采煤机的突出优越性;总体布置型式具有独创性,采用多电机横向布置驱动,双电机并行布置在摇臂老塘側,可充分利用采空区空间,较好地解决了截割电机功率与机面高度、过煤空间三者之间的矛盾,又可避免薄煤层爬底板采煤机对地质条件适应性差的不足;采用非机载、四象限运行变频调速系统,牵引速度从06m/min,提高采煤机适用范围;摇臂通过销轴与机身铰接,机身分左右牵引行走部和电控箱、泵箱,四者之间通过销、键和高强度液压螺栓联结成一体,安装运输方便。4.4短壁煤层采煤机短壁采煤机技术足于1990年研发成功，2003年天地科技上海分公司在原有机型基础上进一步进行创新，开发了电动机横向布置、准机载式(即变压器布置在巷道)交流电气调速短壁采煤机，2004年完成研制。目前短壁采煤机制造厂有天地科技上海分公司和辽源煤矿机械厂。天地科技上海分公司产品占有短壁采煤机市场的70-90。短壁采煤机产品见表2-5表4-5 国产电牵引短壁采煤机图4-5 辽源机械厂MG250/300-NWD型采煤机MG250/300-NWD用于煤层厚度1.8m3.2m的短壁煤层开采，机载交流变频调速，齿轮销轨行走，设备运行状态的监测、检测及有关参数的中文显示，具备完善的保护及故障诊断、记忆功能，具备适应现代化矿井所需的远程通讯传输接口。机载操作站操作和无线电离机遥控操作，截割部电机装有离合装置和弹性扭矩轴，提高了安全性，可采较硬煤质。4.5国产主要采煤机生产厂家及产品表4-6 国产采煤机生产厂家及型号ID分类名称设备生产厂家1MGTY200/500-1.1D电牵引采煤机太原矿山机器集团有限公司2MGTY300/710-1.1D电牵引采煤机太原矿山机器集团有限公司3MGTY400/900-3.3D电牵引采煤机太原矿山机器集团有限公司4MGTY500/1200-3.3D电牵引采煤机太原矿山机器集团有限公司5MG200液压牵引采煤机太原矿山机器集团有限公司6MG150/375-W液压牵引采煤机太原矿山机器集团有限公司7MG200/475-W液压牵引采煤机太原矿山机器集团有限公司8MG80/200-BW系列采煤机鸡西煤矿机械有限公司9MG132/310-BW系列采煤机鸡西煤矿机械有限公司10MG132/315-WD系列采煤机鸡西煤矿机械有限公司11MG265/312-WD系列采煤机鸡西煤矿机械有限公司12MG132/320-W系列采煤机鸡西煤矿机械有限公司13MG150/375-W系列采煤机鸡西煤矿机械有限公司14MG300/701-WD系列采煤机鸡西煤矿机械有限公司15MG300/730-WD系列采煤机鸡西煤矿机械有限公司16MG400/940-WD系列采煤机鸡西煤矿机械有限公司17MG610/1400-WD系列采煤机鸡西煤矿机械有限公司18MG800/2040-WD系列采煤机鸡西煤矿机械有限公司19MWG200(250)/500(600)-CD电牵引采煤机无锡盛达机械制造有限公司20MG250/600-WD型电牵引采煤机无锡盛达机械制造有限公司21MG300/700-WD型电牵引采煤机无锡盛达机械制造有限公司22MG160/380-WD型电牵引采煤机无锡盛达机械制造有限公司23MWG250/575(600)-W液压牵引采煤机无锡盛达机械制造有限公司24MWG200/475(500)-W液压牵引采煤机无锡盛达机械制造有限公司25MWG160/375-W液压牵引采煤机无锡盛达机械制造有限公司26MG375液压牵引采煤机无锡盛达机械制造有限公司27MG200液压牵引采煤机无锡盛达机械制造有限公司28MG2X100/456系列型采煤机煤炭科学研究总院上海分院29MG2100/456-WD型采煤机煤炭科学研究总院上海分院30MG2125/550-WD型采煤机煤炭科学研究总院上海分院31MG200/500系列采煤机煤炭科学研究总院上海分院32MG250/600系列采煤机煤炭科学研究总院上海分院33MG300/700系列采煤机煤炭科学研究总院上海分院34MG400/920系列采煤机煤炭科学研究总院上海分院35MG450/1020系列采煤机煤炭科学研究总院上海分院36MG550/1520系列采煤机煤炭科学研究总院上海分院37MG650/1720系列采煤机煤炭科学研究总院上海分院38MG750/1820系列采煤机煤炭科学研究总院上海分院39MG160/375-W液压牵引采煤机煤炭科学研究总院上海分院40MG200/475-W液压牵引采煤机煤炭科学研究总院上海分院41MG200/475-AW液压牵引采煤机煤炭科学研究总院上海分院42MG250/575-W液压牵引采煤机煤炭科学研究总院上海分院43MG250/575-AW液压牵引采煤机煤炭科学研究总院上海分院44MG250/575-GW液压牵引采煤机煤炭科学研究总院上海分院45MG300/675-W液压牵引采煤机煤炭科学研究总院上海分院46MG300/675-AW液压牵引采煤机煤炭科学研究总院上海分院47MG300/675-GW液压牵引采煤机煤炭科学研究总院上海分院48MG150/150-NAW液压牵引采煤机煤炭科学研究总院上海分院49MG150/150-NW液压牵引采煤机煤炭科学研究总院上海分院50MG200/200-NAW液压牵引采煤机煤炭科学研究总院上海分院51MG200/200-NW液压牵引采煤机煤炭科学研究总院上海分院52MG250/250-NAW液压牵引采煤机煤炭科学研究总院上海分院53MG250/250-NW液压牵引采煤机煤炭科学研究总院上海分院54MG150/375-W型干式泵箱液压牵引采煤机西安煤矿机械厂55MG200-500-AWD型交流电牵引采煤机西安煤矿机械厂56MG250-600-WD型交流电牵引采煤机西安煤矿机械厂57MG300-700-AWD型交流电牵引采煤机西安煤矿机械厂58MG300-700-WD型交流电牵引采煤机西安煤矿机械厂59MG400-930-WD型交流电牵引采煤机西安煤矿机械厂60MG500-1130-WD型交流电牵引采煤机西安煤矿机械厂61MG650-1480-WD型交流电牵引采煤机西安煤矿机械厂62MG750-1910-WD型交流电牵引采煤机西安煤矿机械厂63MG900-2210-WD型交流电牵引采煤机西安煤矿机械厂644MXG-150-350D型电磁调速电牵引采煤机西安煤矿机械厂65MXG-500(475)型双滚筒液压牵引采煤机西安煤矿机械厂66MGD250/300-NWD新型短壁采煤机煤炭科学研究总院5螺旋钻机械化开采5.1螺旋钻机采煤法螺旋钻无人采煤是一种比较好的无人机械化薄煤层开采方法。将螺旋钻采煤机布置在顺槽中，利用螺旋钻杆钻入煤层采煤，并通过螺旋钻杆将采落的煤装运出工作面，实现采煤及装运煤工序。螺旋钻机无人采煤是一种非连续性采煤，顶板管理类似于柱式采煤法，有利于顶板的管理。加上作业人员均位于工作面顺槽内，极大地改善了工人的劳动条件和劳动环境，杜绝了顶板事故，是一种矿井安全程度极高的采煤方法。5.2螺旋钻采煤机在我国的应用现状螺旋钻采煤机在我国新汶、徐州、西山、枣庄等集团均有使用。1998年我国从俄罗斯进口2台BYF-3M型螺旋钻采煤机，并在徐州韩桥煤矿进行了井下工业性试验，效果很好。特别是新汶矿业集团2003年从乌克兰引进的2台薄煤层螺旋钻采煤机(适用于0.6O.9 m的薄煤层)，分别在潘西矿和南冶矿进行了前进式和后退式采煤工艺试验获得成功，单面单台钻机月产达到5800t。图5-1 螺旋钻采煤机近年来，我国加大了螺旋钻采煤机研制力度，比如枣庄矿业集团研制成功了MZ系列螺旋钻采煤机。适应于硬度f小于6、厚度0.50.9 m的薄煤层开采。采宽为1.3052.105m，采深可达80m，可适应巷道断面7.614m2。螺旋钻采煤机具投资少、安全性好、工效高、布置灵活等优点，但由于其单产较低，不能成为中大型矿井主要采煤方法。但是，作为边角煤回收、解放层开采及极薄煤层无人化开采，具有其独特优势，可提高资源回收量，适当延长矿井服务年限，是薄煤层(极薄煤层)开采的一种新型采煤设备。6刨煤机综合机械化开采6.1刨煤机综采刨煤机是一种浅截式采煤机械，系统设备由滑行刨煤机、刮板输送机、液压推进装置和电控设备四部分组成。其工作原理为：刨煤机采用刨削式的工作方法，刨头通过刨链沿运输机往复牵引落煤，同