年產(chǎn)600萬噸大采高綜采成套技術(shù)及裝備--國家獎材料

1、20092009年度國家科技進步獎項目年度國家科技進步獎項目年產(chǎn)年產(chǎn)600600萬噸大采高綜采成套技術(shù)與裝備萬噸大采高綜采成套技術(shù)與裝備 煤炭科學研究總院煤炭科學研究總院 中國神華能源股份有限公司中國神華能源股份有限公司 天地科技股份有限公司天地科技股份有限公司 鄭州煤礦機械集團公司鄭州煤礦機械集團公司 中煤張家口煤礦機械有限責任公司中煤張家口煤礦機械有限責任公司 中煤北京煤礦機械有限責任公司中煤北京煤礦機械有限責任公司目目 錄錄一、立項背景二、總體思路三、關(guān)鍵技術(shù)突破四、創(chuàng)新成果五、經(jīng)濟效益和社會效益六、完成人情況一、立項背景戰(zhàn)略需求戰(zhàn)略需求煤炭是我國的主體能源，安全、高效、高回收率開采 是

2、國家重要的產(chǎn)業(yè)政策，是煤炭生產(chǎn)企業(yè)追求的目標。不同厚度煤層儲量分布比例我國4-6m煤層儲量占34%，是13個億噸級煤炭基地的主采煤層。厚煤層開采主要有三種方法：分層開采、綜放開采、大采高綜采。大采高綜采優(yōu)點：高產(chǎn)、高效、安全性好、回收率高。20%80%100150易發(fā)火50%70%200300瓦斯易超限30%90%300400圍巖難控制采法采法產(chǎn)量比重產(chǎn)量比重(2004年年)回采率回采率年產(chǎn)量年產(chǎn)量(萬噸萬噸)安全性安全性一、立項背景戰(zhàn)略需求戰(zhàn)略需求一、立項背景戰(zhàn)略需求戰(zhàn)略需求一、立項背景存在問題存在問題資源損失量高達1/3以上! 全國每年損失的資源量達億噸以上!主要差距：能 力 低可靠性差配

3、套性差 一、立項背景存在問題存在問題采高大于4米，產(chǎn)能大于600萬噸的大采高綜采成套裝備完全依賴進口。進口設(shè)備價格相當于國產(chǎn)設(shè)備價格的 23倍!備品配件價格相當于國產(chǎn)備品配件價格數(shù)十倍!一、立項背景存在問題存在問題一、立項背景項目總體目標項目總體目標“年產(chǎn)600萬噸大采高綜采成套技術(shù)與裝備”列入國家十大重大裝備項目!項目總體目標： 開發(fā)研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的、4-6米厚煤層一次采全高、工作面生產(chǎn)能力達到年產(chǎn)600萬噸的成套綜采技術(shù)與裝備。皮帶機多電機驅(qū)動功率不平衡、皮帶易跑偏、托輥壽命短。 刮板機溜槽磨損加重、卸載不暢、刮板鏈易斷裂、銷軌強度低；采煤機負荷增大，搖臂散熱困難，易斷裂，行走機構(gòu)

4、承載能力低、易損壞；支架易傾倒、立柱易損壞、移架速度慢，支架穩(wěn)定性和承載能力以及自動化控制需要提高；煤壁片幫、冒頂嚴重、頂板來壓強烈，巖層控制和支架設(shè)計理論有待突破和完善；采高加大一、立項背景技術(shù)難點技術(shù)難點工作面加長產(chǎn)能提高產(chǎn)、學、研聯(lián)盟，協(xié)同攻關(guān)。 形成年產(chǎn)600萬噸成套技術(shù)與裝備研究提出大采高圍巖控制理論關(guān)鍵元部件及關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)力場位移場為支架設(shè)計提供理論支持研制高性能的單機設(shè)備現(xiàn)場工業(yè)性試驗為成套設(shè)備的高可靠性提供保障檢驗設(shè)備的配套性和可靠性二、總體思路能力、尺寸、功能、系統(tǒng)可靠性匹配 形成工作面設(shè)備的整體配套準則 為單機設(shè)備的研制和開采工藝設(shè)計提供理論支持 數(shù)值模擬采場應(yīng)力分布三、關(guān)鍵

5、技術(shù)突破巖層控制理論巖層控制理論現(xiàn)場實測超前支承壓力22311111122niiiqLPPPq lqLkhf 直接頂老頂老頂采場頂板“短懸臂梁-鉸接巖梁”結(jié)構(gòu)直接頂煤層老頂大采高采場頂板“短懸臂梁-鉸接巖梁” 理論模型支架工作阻力計算公式三、關(guān)鍵技術(shù)突破巖層控制理論巖層控制理論可控性因素數(shù)值模擬 4個可控性因素：端面距、工作阻力、水平力、合力作用點距煤壁距離；三、關(guān)鍵技術(shù)突破巖層控制理論巖層控制理論“壓桿”計算模型采高采高xxPFPFPF0/MhPF0Myy0.65倍倍采高采高0.65倍采高以上煤體易發(fā)生片幫，臨界護幫高度應(yīng)不小于0.65倍采高。三、關(guān)鍵技術(shù)突破電液控制液壓支架電液控制液壓支架

6、三維動態(tài)仿真 支架總體參數(shù)的動態(tài)優(yōu)化設(shè)計創(chuàng)新研制了首套具有二級護幫和準剛性穩(wěn)定機構(gòu)的大采高液壓支架 (專利號: ZL200620119454.1 )大采高液壓支架三、關(guān)鍵技術(shù)突破電液控制液壓支架電液控制液壓支架發(fā)明了單線CAN總線構(gòu)成的支架控制器（發(fā)明專利：ZL2007101184888）耦合器（發(fā)明專利：ZL2007101184873），創(chuàng)新研制了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的支架電液控制系統(tǒng)。三、關(guān)鍵技術(shù)突破電液控制液壓支架電液控制液壓支架SAC-H型支架人機操作界面數(shù)字化虛擬樣機三、關(guān)鍵技術(shù)突破電牽引采煤機電牽引采煤機 解析法的力學模型三、關(guān)鍵技術(shù)突破電牽引采煤機電牽引采煤機搖臂強度有限元分析三、關(guān)

7、鍵技術(shù)突破電牽引采煤機電牽引采煤機創(chuàng)新研制了內(nèi)外組合冷卻系統(tǒng)，提高了搖臂的傳動強度；創(chuàng)新研制了高強度合金鑄鋼材料及熱處理新工藝，提高了搖臂的結(jié)構(gòu)強度。三、關(guān)鍵技術(shù)突破電牽引采煤機電牽引采煤機創(chuàng)新研制了147mm節(jié)距、承載力達1000kN的高強度“齒銷”傳動系統(tǒng)，提高了采煤機的壽命；三、關(guān)鍵技術(shù)突破刮板輸送機刮板輸送機刮板受力的應(yīng)力應(yīng)變圖優(yōu)化設(shè)計后的立環(huán)與平環(huán)147*6整體模鍛銷軌自主研發(fā)了整體鑄焊式中部槽 (ZL200620127424.5 )三、關(guān)鍵技術(shù)突破刮板輸送機刮板輸送機創(chuàng)新研制了高強度鑲嵌式“啞鈴”銷連接結(jié)構(gòu) 創(chuàng)新研制了了大運量交叉?zhèn)刃稒C頭 創(chuàng)新研制了多電機功率平衡控制系統(tǒng) 創(chuàng)新研制

8、了自動儲帶系統(tǒng)儲帶倉創(chuàng)新研制了高效液壓卷帶裝置(專利: ZL200420114143.7)液壓卷帶裝置創(chuàng)新研制了高速低阻托輥托輥三、關(guān)鍵技術(shù)突破可伸縮帶式輸送機可伸縮帶式輸送機項目在神華萬利一礦五個月工業(yè)性試驗。l 工作面長度：300ml 煤層平均厚度：5.2ml 成套裝備開機率：94l 月產(chǎn)量：69萬萬tl 回采率：93.6%l 采煤工效: 398.8噸噸/工工四、創(chuàng)新成果工業(yè)性試驗工業(yè)性試驗2008年工作面實際產(chǎn)量達到了1025萬噸，創(chuàng)國產(chǎn)綜采裝備單產(chǎn)新記錄。設(shè) 備內(nèi) 容立項前國 際本項目支架工作阻力（kN）60001000010000移架速度（秒/架）20108最大高度（m）46.36.

9、3大修周期（Mt）341515采煤機滿載牽引速度（m/min）7.71512.3最大截割高度（m）466刮板機運輸能力（t/h）180035003500過煤量（Mt）31515帶式輸 送機運輸能力（t/h）250035003500過煤量（Mt）101515成套裝備采高(m)466開機率(%)45%90% 94%采煤工效(t/工)34.3300398.8產(chǎn)能(Mt)31010四、創(chuàng)新成果成套裝備能力與可靠性成套裝備能力與可靠性專家鑒定意見：“項目研究的國產(chǎn)大采高綜采成套整體達到國際先進水平，部分達到國際領(lǐng)先水平。”序號專利名稱專利號知識產(chǎn)權(quán)類別1液壓式單環(huán)補接機ZL200610048115.3發(fā)

10、 明2一種由單線CAN總線構(gòu)成的支架控制器 ZL2007101184888發(fā) 明 3一種工作面支架控制器使用的耦合器ZL2007101184873發(fā) 明4煤礦工作面順槽超前支護液壓支架ZL200620119454.1實用新型5聚氨酯復合液壓密封圈 ZL2005201303547.X實用新型6聚氨酯液壓密封組件 ZL2005201303544.6實用新型7電流互感器故障自檢測裝置 ZL200620042141.0實用新型8新型中部槽 ZL200620127424.5實用新型9同步輸送機自動改向托輥裝置 ZL200420114143.7實用新型10煤礦設(shè)備機電基礎(chǔ)數(shù)據(jù)制作系統(tǒng) 2005SR0518

11、1 軟件著作11煤礦設(shè)備機電基礎(chǔ)數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng) 2005SR12575 軟件著作 序號專有技術(shù)名稱專有技術(shù)編號1煤礦回采工作面綜采“三機”配套關(guān)鍵技術(shù)煤科總院科專20070012支架穩(wěn)定性設(shè)計與控制技術(shù)煤科總院科專20070053大功率采煤機截割部熱平衡控制技術(shù)煤科總院科專2008002四、創(chuàng)新成果知識產(chǎn)權(quán)知識產(chǎn)權(quán)發(fā)明專利3項實用新型專利6項專有技術(shù)3項軟件著作權(quán)2項處于實審和公告期階段的發(fā)明專利11項 形成相關(guān)國家及行業(yè)標準 9 項四、創(chuàng)新成果論文、獎勵及人才培養(yǎng)論文、獎勵及人才培養(yǎng)發(fā)表相關(guān)論文53篇，其中被 SCI、EI 等收錄 17篇，出版專著1部;獲中國煤炭工業(yè)協(xié)會科學技術(shù)特等獎 1 項

12、，一等獎2項培養(yǎng)了博士、碩士生20名。自主研發(fā)了大功率交流電牽引采煤機，解決了多年未解決的搖臂“瓶頸”技術(shù),使國產(chǎn)采煤機的能力和可靠性上了一個新的臺階 ；集成創(chuàng)新了由“一個理論、四套裝備”（36個關(guān)鍵元部件、16項創(chuàng)新技術(shù)）所構(gòu)成的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的年產(chǎn)600萬噸能力的綜采成套技術(shù)與裝備。完善發(fā)展了大采高綜采巖層控制理論，為大采高回采工藝、頂板控制技術(shù)和支架設(shè)計提供了理論依據(jù) ;四、創(chuàng)新成果項目創(chuàng)新點項目創(chuàng)新點自主研發(fā)了高可靠性大采高電液控制液壓支架，填補了4-6m采高國產(chǎn)支架的空白 ；自主研發(fā)了大功率工作面刮板輸送機和大運量長運距可伸縮帶式輸送機，滿足了高產(chǎn)、高效、安全的要求并完全替代了進口裝備； 本項目在神華集團萬利一礦應(yīng)用，工作面裝備投資減少1.5億元，是進口設(shè)備的43%。設(shè)備已連續(xù)使用三年，運行良好，實現(xiàn)了工作面安全生產(chǎn)零死亡。截止到2008年底，研究成果已在11個礦區(qū)21個工作面推廣應(yīng)用，新增利稅103.9億元。五、經(jīng)濟效益及社會效益五、經(jīng)濟效益及社會效益年份新增利潤(億元)新增稅收(億元)節(jié)支總額(億元)200613.023.216.31200724.275.8111.16200846.6210.9820.44累 計103.937.91