矿山设备及自动化

矿山设备及自动化李建平中国矿业大学机电学院,课程提示,成绩与考试课堂讨论及平时作业20%，考试80%。联系电话时安排：总学时数32，课内讲授32学时。,课程的性质、目的与任务,了解矿山主要设备，掌握不同矿山设备的工作原理、应用条件和布置方式，为以后从事矿山机械设计和安装奠定基础，并为今后的毕业设计打下基础。,课程内容,采掘机械、提升运输机械、流体机械三大部分。采掘机械由凿岩机械、装载机械、掘进机械、采煤机械、支护设备等组成；提升机械分为缠绕式和摩擦式两大提升系统（每种提升系统都由提升容器、提升钢丝绳、提升机、井架塔和天轮等组成）；运输机械可以分为刮板输送机、带式输送机、矿用电机车、辅助运输机械；流体机械分为矿山排水设备、矿山通风设备、矿山压气设备。,掌握要点,结构组成特点工作原理,绪论,煤矿六大系统：采煤系统，掘进系统，机电系统，运输系统，通风系统，排水系统，简称“采掘机运通”+排水系统。,煤炭机械行业高速发展期煤炭工业“十一五”发展规划：2010年煤炭生产总量控制在26亿吨。其中：大型煤矿14.5亿吨；中型煤矿4.5亿吨；小型煤矿数量控制在一万处以内，产量控制在7亿吨。为确保大型煤矿采掘机械化程度达到95%以上，中型煤矿达到80%以上，小型煤矿机械化，半机械化达到40%以上的目标的实现。2010年，在煤炭行业需要拥有771套综采设备、720套高档普采设备、600套普采设备在籍采煤运行,绪论,新建煤矿需求根据煤炭工业发展“十二五”规划(征求意见稿)，到2015年,我国将形成10个亿吨级、10个5000万吨级特大型煤炭企业,千万吨级煤矿达到60处,煤矿企业数量控制在4000家以内。设备更新,绪论,2015年煤炭科技发展的目标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。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。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,绪论,高效、安全的现代化矿井技术年产600万吨综采工作面总体配套技术研究(1)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,绪论,(2)大采高强力液压支架及电液控制技术研究开发液压支架和端头支架合理参数研究样机试制与试验研究主要技术指标工作阻力800010000KN支架寿命按5万次循环试验加载（按新标准），大修周期1000万吨以上,绪论,(3)厚煤层大功率电牵引采煤机研制厚煤层大功率电牵引采煤机总体结构优化设计研究采煤机采高自适应控制技术基于网络的采煤机工况监测和在线故障诊断技术主要技术指标采高范围2.86.0m，总装机功率18002000kW,生产能力20003000t/h大修周期不低于600万吨；开机率（无故障运行时间）达80%,绪论,(5)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(6)液压支架电液控制与综采工作面自动化监控技术研究开发主要技术指标电液控制系统：具备单架自动控制，成组自动控制及跟机自动控制功能，单架移设速度（循环时间）小于8秒实现综采工作面顺槽计算机集中监测监控,绪论,年进800010000米煤巷快速掘进成套技术完善提高现有的掘进机、锚杆机，解决掘进过程中切割与支护的协调作业；改进悬臂式掘进机的截割传动和电控系统，提高单位时间进尺；研制一种输出功率大、钻进速度快、稳定性好的新型单体锚杆钻机；研制配合锚杆钻机使用的连续采煤机，使掘进和支护协调作业，缩短掘、钻、支循环作业时间，提高掘进速度。,绪论,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。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。,绪论,自动化采煤工作面关键技术液压支架电液控制技术液压支架电液控制系统具有支架降架、移架、推溜和升架的自动控制和程序控制等功能，并能够与采煤机、刮板输送机等相关设备协调动作。十五期间应加强与国外合作，进一步提高传感器、电液阀等关键元部件的防潮、防锈性能及系统的工作可靠性。刮板输送机直线推进技术刮板输送机的直线推进系统能保证输送机在正常允许的弯曲范围内推进，最终使输送机推成一条直线。它由直线基准和可控推移二部分组成，直线基准为系统提供准确的参照信息，使各可控千斤顶根据各自位置和计算值进行推移。因此要进一步研究直线基准传感器和累积误差消除等关键技术。,绪论,煤岩分界及采煤机摇臂调高技术为保证采煤机在自动控制运行中准确区分煤岩界面，实现摇臂自动调高,拟采用现代信息处理技术和传感器技术，对不同煤岩介质的电参数特征、煤岩界面电磁波传输机理、红外视频或热释电探测器等方面进行煤岩分界测试原理的研究；同时研究摇臂角测量控制摇臂高度技术，使采煤机滚筒自动跟踪煤层变化。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。,绪论,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。,绪论,国内采煤机械与国外先进技术的差距,绪论,绪论,绪论,煤机行业主要问题1、自主创新能力较弱具备自主知识产权和核心技术的产品少产品开发周期过长我国煤炭装备新产品开发周期平均为18个月,而美国新产品设计周期在1990年就缩短到3个星期。设计理论方法比较落后。,绪论,2、制造工艺水平不高制造工艺、检测手段落后主机用原材料、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水平相比都存在较大差距。3、产品主要性能指标落后,绪论,绪论,煤机行业发展趋势1、应用现代设计方法提高煤矿机械设计水平设计决定了产品的质量,设计决定了产品成本，采用现代设计方法是我国煤矿机械发展的必由之路。,2、机电液一体化是煤矿机械的发展趋势把各种自动化技术、可视化技术移植过来,实现煤矿机械各种工况参数、运行参数的可视化,实现煤矿机械自动控制以及故障的自我诊断。,绪论,绪论,3、把材料科学的最新研究成果用于煤矿机械把陶瓷材料、碳纤维复合材料、超强度聚合材料以及金属基复合材料等有针对性地选用到各种煤矿机械的关键零部件上,不仅可以大幅度提高煤矿机械的可靠性,减轻其重量,甚至还可以改变煤矿机械的形体设计。,4、采用先进的制造工艺在主要产品的设计制造上实现CAD/CAM,进而实现CIMS。煤矿机械制造要采用少余量或无余量加工技术新技术的应用,将大大提高机械零件的加工质量、加工速度和加工自动化程度,并能实现设计、制造并行化,缩短煤矿机械产品的开发周期。,绪论,第一章煤岩的物理机械性质,煤岩的物理性质容重：煤岩的容重是指单位体积煤岩在干燥状态下的重量(质量)。它在很大程度上反映了煤岩的机械强度。湿度：煤岩的湿度用其含水率表示。含水率是指在煤岩的缝隙中存留的水的重量与煤岩固体重量之比。含水率高的煤岩体，结构被弱化，其强度明显降低。采掘这样的煤岩时，功率消耗会明显降低，而且粉尘也将减少。但巷道的围岩易产生变形，巷道维护的难度增加。,第一章煤岩的物理机械性质,松散性：指煤岩被破碎后，其容积增大的性能。破碎后与破碎前煤岩的容积之比称为煤岩的松散比(或称松散系数)。稳定性：煤岩的稳定性是指煤岩暴露出自由面以后，不致塌陷的性能。,煤岩的机械性质强度：煤岩体在一定条件下受外力作用开始破坏时所具有的极限应力值称为煤岩的强度。由于煤岩为非均质材料，各向异性，其抗压、抗剪和抗拉强度在数值上大约有如下关系：硬度：煤岩的硬度是指煤岩抵抗尖锐工具侵入的性能，它反映煤岩体在较小的局部面积上抵抗外力作用而不被破坏的能力。硬度越大，截割、钻凿越困难。,第一章煤岩的物理机械性质,弹性、塑性与脆性弹性：即当撤消所受外力后，煤岩恢复原来形状和体积的性能。塑性：即当作用于煤岩体上的外力消失后，其形状和体积不能得到恢复的性能。脆性：即煤岩被破碎时不带残余变形的性能。坚固性：是一种表示煤岩破碎难易程度的综合指标。普氏用坚固性系数(又称普氏系数)来表示煤岩的坚固性大小。可以通过采样、捣碎、筛分、量筒测高的方法来求得工作面煤岩的坚固性系数，也可以根据煤岩的极限抗压强度的大小近似地确定。抗压强度=10f(Mpa),第一章煤岩的物理机械性质,截割阻抗：利用专用设备，采用标准刀具（截割刃宽度为20，截角为40度，后角10