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機電運輸知識更新培訓

芙蓉公司

機運部：杜仁慶目錄1.煤礦機電裝備及其發(fā)展方向2.我國采煤機現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

3.我國掘進機的發(fā)展及趨勢4.數(shù)字化礦山簡介5.煤礦綜合自動化隨著煤礦行業(yè)的快速發(fā)展，其機電裝備也展現(xiàn)出新的發(fā)展趨勢，概括地講，就是向設備的重型化、大型化發(fā)展；向設備的集中控制與自動化發(fā)展；設備選型設計向“大馬拉小車”，高可靠性、高配置、高起點發(fā)展。設備的重型、大型化是煤礦的發(fā)展方向煤礦機電裝備及其發(fā)展方向我國煤礦綜合機械化采煤設備的研制水平，經過幾十年的引進技術、消化吸收和自主研發(fā)，已有長足進步。國內某些技術如綜采放頂煤支架技術處于國際領先水平；國產綜采設備的主要技術參數(shù)已接近或達到國際先進水平，國產綜采設備的機電一體化程度接近國際先進水平；國產綜采設備的可靠性接近國際先進水平，落后約5年。國產設備的價格約是引進設備的1/2，中國煤機制造企業(yè)設計制造的煤礦機電裝備已經廣泛地在國各類煤礦中使用，成為中國煤礦工業(yè)技術裝備的主體，為中國煤礦安全生產和高產高效礦井的建設提供了可靠的保證。我國采煤機現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

我國20世紀末曾大量引進德國、英國、波蘭、日本液壓牽引采煤機；通過技貿結合于80年代引進英國液壓牽引采煤機技術、90年代引進德國直流電牽引采煤機技術；通過引進消化于80年代掌握了德國液壓牽引采煤機技術；通過引進消化再創(chuàng)新于90年代掌握了國際先進的交流變頻電牽引采煤機技術、2005年初步掌握了大功率大采高采煤機技術和機電一體化技術。2001年大傾角電牽引采煤機和2002年短壁電牽引采煤機標志著我國采煤機總體設計技術達到或接近國際先進水平。2001年能量回饋型四象限交流變頻技術、2002年中壓開關磁阻調速和中壓電磁調速、2005年中壓交流變頻調速技術標志著我國采煤機電氣調速技術達到或接近國際先進水平。目前我國已經研制生產截高1－7.5m、傾角0－65°、裝機功率100－4000kW、供電電壓660－3300V的滾筒式采煤機系列產品。十一五”末，全國采煤機生產企業(yè)已多達24家，產銷量約800多臺，產能達到1500臺左右?！笆濉蹦?，預計全國煤機產值可達到1500億元左右，但目前產能已接近這個數(shù)字。此外，是世界煤機巨頭德國DBT公司、美國久益(JOY)公司早在2000年就大舉進入中國。美國國際煤機公司收購中國雞西公司后，最近國際煤機公司正被久益國際公司收購。

在國內外煤礦的采煤工作面，目前使用的采煤機主要有滾筒采煤機和刨煤機。我國的大中型煤礦的綜采工作面，絕大多數(shù)使用滾筒采煤機，并以電牽引采煤機為主，刨煤機開采方法和裝備技術還未得以廣泛應用。

近年研制的滾筒采煤機多采用“積木式結構”，各單元之間沒有機械動力傳動，工作系統(tǒng)簡單可靠，主要部件和電機可以左右互換使用。特別是現(xiàn)代最新滾筒采煤機，截割電機在搖臂上橫向布置，機身為框架結構，各主要部件安裝在框架內，搖臂鉸接在框架的兩端，泵閥交易網通過控制液壓系統(tǒng)和調節(jié)液壓缸行程，即可改變截割滾筒的工作高度，而且給設備拆裝和維修帶來極大方便。

目前，國內電牽引采煤機與國外先進機型相比，總體技術參數(shù)方面已經相當接近。采煤機的最大裝機功率已達3000KW，電壓為3.3KV；單個截割電動機的功率都在750KW以上，最大已達900KV；滾筒直徑為2.5~3.5m，截深為800~1000mm；采煤機最大截高可達6.3m；最大牽引速度為28~30m/min；滾筒截割速度已達0.4~0.6m/s。

電牽引采煤機采用的調速系統(tǒng)主要有直流傳統(tǒng)調速系統(tǒng)、交流變頻調速系統(tǒng)、電磁滑差離合器調速系統(tǒng)和開關磁阻電機調速系統(tǒng)(簡稱SRD)。它們的調速原理不盡相同，但基本都可分為控制部分和牽引電機部分，簡化了調速系統(tǒng)結構，提高了精確性和可靠性。在這幾種電牽引調速系統(tǒng)中，交流變頻調速技術在采煤機上的應用已趨向成熟，SRD技術在采煤機上的應用日益廣泛。

在國內外煤礦的采煤工作面，目前使用的采煤機主要有滾筒采煤機和刨煤機。我國的大中型煤礦的綜采工作面，絕大多數(shù)使用滾筒采煤機，并以電牽引采煤機為主，刨煤機開采方法和裝備技術還未得以廣泛應用。

近年研制的滾筒采煤機多采用“積木式結構”，各單元之間沒有機械動力傳動，工作系統(tǒng)簡單可靠，主要部件和電機可以左右互換使用。特別是現(xiàn)代最新滾筒采煤機，截割電機在搖臂上橫向布置，機身為框架結構，各主要部件安裝在框架內，搖臂鉸接在框架的兩端，泵閥交易網通過控制液壓系統(tǒng)和調節(jié)液壓缸行程，即可改變截割滾筒的工作高度，而且給設備拆裝和維修帶來極大方便。

“十二五”期間煤機設備年均約實現(xiàn)20%的增長，預計到2015年全行業(yè)需求將超過1400億元，行業(yè)需求主要來自于更新維護需求、機械化率提升以及新增煤炭產能帶來的設備需求三方面。在煤機設備中，以“三機一架”（采煤機、掘進機、刮板機、液壓支架）為核心的綜采設備約占總量的82%，因此受益程度最大。

目前，在我國整個采煤設備市場中，采煤機占有綜采設備總量82%中的25%的市場。從國內市場整體來看，目前我國采煤機制造企業(yè)眾多，但行業(yè)整體集中度低，競爭激烈，龍頭企業(yè)市場占有率不到10%，前十名企業(yè)占有率不到50%，但這其中雞西煤礦機械有限公司、太重煤機、天地科技、鄭州煤機等占有絕大多數(shù)的份額。

目前，國內電牽引采煤機與國外先進機型相比，總體技術參數(shù)方面已經相當接近。采煤機的最大裝機功率已達3000KW，電壓為3.3KV；單個截割電動機的功率都在750KW以上，最大已達900KV；滾筒直徑為2.5~3.5m，截深為800~1000mm；采煤機最大截高可達6.3m；最大牽引速度為28~30m/min；滾筒截割速度已達0.4~0.6m/s。

電牽引采煤機采用的調速系統(tǒng)主要有直流傳統(tǒng)調速系統(tǒng)、交流變頻調速系統(tǒng)、電磁滑差離合器調速系統(tǒng)和開關磁阻電機調速系統(tǒng)(簡稱SRD)。它們的調速原理不盡相同，但基本都可分為控制部分和牽引電機部分，簡化了調速系統(tǒng)結構，提高了精確性和可靠性。在這幾種電牽引調速系統(tǒng)中，交流變頻調速技術在采煤機上的應用已趨向成熟，SRD技術在采煤機上的應用日益廣泛。

二、薄煤層綜采及公司現(xiàn)狀近年隨著薄煤層三機設備的不斷發(fā)展，薄煤層的綜采開采厚度已達到0.6m以下，經初步考查，遼源煤機廠、上海天地公司、西安康瑞、廣能嘉華等公司生產的采煤機都較適合我公司薄煤層的開采，并且川煤集團達竹公司、廣能公司、威達公司都對薄煤層進行了成功的開采，為我公司薄煤層開采提供了成熟的經驗和成功的案例，我公司也作了大量的薄煤層綜采的技術儲備工作。因此我公司應用綜合機械化對薄煤層進行開采是可行的。薄煤層綜采可行性三、礦井開采技術條件（杉木樹）薄煤層綜采必要性多年來芙蓉公司對薄煤層開采一直采用爆破落煤的回采工藝，該回采工藝已不再適應當前煤礦生產的需要。長期以來，由于薄煤層開采難度大、效率低、成本高、工作環(huán)境差，所以薄煤層的開采技術問題一直未能得到很好地解決。我公司薄煤層儲量占煤炭總儲量的30%以上，而回采產量僅占總產量的10%左右。因此，探索試驗薄煤層開采新工藝、新方法和新設備，最大限度地回收有限的煤炭資源，顯得越來越重要。所以采用綜合機械化采煤工藝對以上煤層進行開采顯得十分必要，三、礦井開采技術條件薄煤層賦存條件根據(jù)地勘報告，公司各礦C1煤層屬極不穩(wěn)定煤層，煤層賦存、厚度變化較大，C1煤層厚度在0.25～2.0m之間，平均煤厚1.21m；從現(xiàn)有采區(qū)揭露情況看，C1煤層厚度在0.25～1.7m不等，但大部分在0.7m-1.7m，煤厚變化較大總的分析，煤厚是由西向東變薄，煤層硬度系數(shù)f=3~4。四、薄煤層綜采“三機”選型及要求（二）、對“三機”配套選型的要求1234支架最小高度0.75m，支架最大高度1.8m，支護強度不小于30.7噸/米2。采煤機最小采高1.0m，最大采高1.6m，臥底量大于90mm，調速方式為交流變頻調速，牽引方式為銷軌式無鏈牽引，牽引力≥200KN，功率不低于300KW，滾筒截深630mm，牽引速度0～10m/min，電壓等級1140V。

刮板輸送機選用SGZ-630/320型，長度200m，電壓等級1140V，運輸量≥450t/時，槽高≤263mm，電機和減速器平行、垂直布置各一部。“三機”適應仰俯角4°-16°傾角≤35°四、薄煤層綜采“三機”選型及要求表六MG200/448-BWD型采煤機技術參數(shù)（遼源煤機）

機型號內容MG200/448-BWD采高范圍(mm)1000～1685適合傾角(o)≤45°截深(㎜)630機面高度(㎜)670700725兩搖臂回轉中心距離(㎜)5150配套滾筒直徑(㎜)φ900最大采高(㎜)1685下切深度(㎜)15012095搖臂結構形式整體彎搖臂搖臂長度(㎜)1997搖臂總擺角32°上擺22°下擺10°截割功率(kW)2*100供電電壓(V)1140四、薄煤層綜采“三機”選型及要求滾筒轉速(r/min)滾筒直徑(㎜)74.4φ850截割速度m/s2.712.97φ9002.903.10φ10503.353.67牽引與調速型式銷軌式、交流變頻調速牽引功率與供電電壓2×22kW，380V牽引速度(m/min)7.11/11.43牽引力(kN)254/158泵站電動機功率(kW)11供電電壓(V)1140噴霧方式內、外噴霧冷卻方式截割、牽引、泵站電機、搖臂水套等用水冷整機功率（kW）455配套運輸機支架型號運輸機SGZ630/320（264）支架ZY3200/7.5/18整機重量(t)～21.1t(不含主電纜，供水管，電纜夾板)表六MG200/448-BWD型采煤機技術參數(shù)（遼源煤機）

續(xù)四、薄煤層綜采“三機”選型及要求表七MG150/346-WD型采煤機技術參數(shù)（上海天地）

機型號內容MG150/346-WD（改變后型號MG170/390-WD）采高范圍(mm)950～1.8適合傾角(o)≤35°截深(㎜)630機面高度(㎜)703兩搖臂回轉中心距離(㎜)5150配套滾筒直徑(㎜)φ850φ950φ1050最大采高(㎜)168017301780下切深度(㎜)144194244搖臂結構形式整體彎搖臂搖臂長度(㎜)1822搖臂總擺角32°上擺22°下擺10°截割功率(kW)2×（2×85）(原基礎增加10KW每臺)供電電壓(V)1140四、薄煤層綜采“三機”選型及要求表七MG150/346-WD型采煤機技術參數(shù)（上海天地）

續(xù)滾筒轉速(r/min)滾筒直徑(㎜)6267截割速度m/sφ8502.712.97φ9503.033.32φ10503.353.67牽引與調速型式銷軌式、交流變頻調速牽引功率與供電電壓2×22kW，380V(原基礎增加2KW每臺)牽引速度(m/min)5.67/9.45牽引力(kN)367/220泵站電動機型號YBQYS-20(A)泵站電動機功率(kW)5.5供電電壓(V)1140噴霧方式內、外噴霧冷卻方式截割、牽引、泵站電機、搖臂水套等用水冷配套運輸機支架型號運輸機SGZ630/320（264）支架ZY3200/7.5/18整機重量(t)～19t(不含主電纜，供水管，電纜夾板)四、薄煤層綜采“三機”選型及要求（三）、滾筒采煤機的選擇根據(jù)上述兩臺采煤機的情況，MG150/346-WD的截割電機功率偏小，同時結合我公司煤硬度偏大，且夾矸較多的情況，優(yōu)選MG200/448-BWD采煤機。

四、薄煤層綜采“三機”選型及要求（四）、刮板輸送機的選擇

1．原始資料工作面生產能力Q=245噸/小時、工作面長度L=200m、煤層傾角β按坡度0°來計算、煤的散積容重γ=1.35噸/米3。

2．工作面刮板輸送機選型。初步選擇SGZ-630/320刮板輸送機，主要規(guī)格與技術性能見下表。四、薄煤層綜采“三機”選型及要求表八SGZ-630/320刮板輸送機技術參數(shù)

出廠長度(米)鋪設長度(米)輸送量(噸/小時)刮板鏈速(米/秒)減速器速比電動機型號功率(KW)電壓(伏)轉速(轉/分)1502004501.129.7551YSB-160/4160*211401475中部槽減速器冷卻方式刮板鏈長×寬×高(毫米)水平彎曲(度)垂直彎曲(度)型式規(guī)格(毫米)鏈環(huán)破斷拉力(噸)刮板間距(毫米)重量（kg/m)1500×630×205±1°±2°水冷中雙鏈26*92≥85110436.26緊鏈方式聯(lián)接方式生產廠家閘盤緊鏈鍛造大環(huán)河北張家口煤礦機械有限公司根據(jù)前面的兩機選型及地質情況，嘉業(yè)公司與天地科技股份有限公司開采所共同合作，初步設計了液壓支架及三機配套方案，確定支架型號為ZY3200/7.5/18二柱掩護式液壓支架。1．架型的選擇根據(jù)兩個煤礦煤層賦存條件和開采方式，并結合國內外液壓支架的發(fā)展趨勢，支架的架型設計方案選用兩柱掩護式。2．液壓支架結構參數(shù)的確定根據(jù)“液壓支架設計規(guī)范”（MT/T556-1996）和計算選取支架的高度0.75～1.8m，結合國內薄煤層開采現(xiàn)狀以及行人的具體情況，確定采高范圍：1.0m～1.6m。支架調高范圍較大，適應煤層厚度的變化大，提高了煤炭的回收率，并最大可能的減少了割頂?shù)装宓膸r石工作量，減少煤炭的含矸量四、薄煤層綜采“三機”選型及要求（四）、液壓支架的選型

3．工作阻力的確定根據(jù)地測資料，通過計算，同時參考芙蓉公司以往支架的使用經驗，考慮支架立柱伸縮比較大，立柱的有效支護效率偏低，工作面的支護留取較大的安全系數(shù)，根據(jù)計算結果及我國行業(yè)標準中立柱系列，選取支架所需的額定工作阻力為3200kN，選取缸徑為230mm的立柱，取安全閥開啟壓力為38.5MPa。4.支架中心距的確定液壓支架中心距有三種：1.75m、1.5m、1.25m。四、薄煤層綜采“三機”選型及要求（四）液壓支架的選型本型液壓支架按1.5m中心距進行選取。主要是基于我們以前的支架均是1.5m中心距，便于與目前的刮板機中部槽長度一致，便于管理。5.工作面截深的確定根據(jù)兩機（采煤機、刮板機）選型情況，采煤機選擇MG200/448-BWD448采煤機情況下，我們選擇截深為0.63m。6．ZY3200/7.5/18型液壓支架主要技術參數(shù)主要技術參數(shù)見下表（詳細參數(shù)以最終設計為準）：

四、薄煤層綜采“三機”選型及要求（四）液壓支架的選型四、薄煤層綜采“三機”選型及要求表九ZY3200/7.5/18型液壓支架主要技術參數(shù)

序號項目參數(shù)單位附注1支架型式兩柱掩護式高度750～1800mm中心距1500mm寬度1430～1600mm初撐力2600kNP=31.5MPa工作阻力3200kNP=38.5MPa支護強度0.34～0.41MPa底板前端比壓1.9～2.1MPa(f=0.2)泵站壓力31.5MPa操縱方式鄰架手動質量約8600kg適用傾角≤35°四、薄煤層綜采“三機”選型及要求表九ZY3200/7.5/18型液壓支架主要技術參數(shù)

續(xù)2立柱型式雙伸縮2個缸徑230/180mm柱徑220/160mm行程832mm初撐力1308kNP=31.5MPa工作阻力1600kNP=38.5MPa

3推移千斤頂型式差動1個缸徑125mm桿徑85mm行程700mm拉架力207kN推溜力178kN四、薄煤層綜采“三機”選型及要求表九ZY3200/7.5/18型液壓支架主要技術參數(shù)

續(xù)4平衡千斤頂型式普通2個缸徑/桿徑125/70mm行程285mm推/拉力386/265kNP=31.5MPa推/拉力(工作阻力)501/344kNP=38.5MPa5側推千斤頂型式普通3個缸徑/桿徑63/45mm行程170mm推力98kNP=31.5MPa拉力48kNP=31.5MPa6底調千斤頂型式內進液2個缸徑/桿徑110/85mm行程250mm推力299kNP=31.5MPa工作阻力366kNP=38.5MP四、薄煤層綜采“三機”選型及要求表九ZY3200/7.5/18型液壓支架主要技術參數(shù)

續(xù)7防倒千斤頂型式普通1個（上下各0.5個）缸徑/桿徑80/45mm行程545mm推力158kNP=31.5MPa拉力108kNP=31.5MP公司薄煤層三機情況支架選芙蓉公司生產的ZY3200/7.5/18型掩護式液壓支架。采煤機遼源煤機廠的MG200/448-BWD型采煤機，次選上海天地公司的MG150/346-WD型采煤機。運輸機選用同東煤礦機械有限公司的SGZ-630/320型刮板輸送機。一般指煤厚0.6m以下的極薄煤層，實現(xiàn)薄煤層特別是極薄煤層機械化開采技術研究探討的重要難題。川煤達竹公司前后三次試用了截煤機、ZB2型采煤機和刨煤機，由于煤層條件和設備等諸多因素影響，都沒有取得成功。目前對于中厚、厚煤層機械化開采工藝，國家早有定型裝備，而極薄煤層機械化開采裝備選擇余地有限。

目前國內在薄煤層和極薄煤層機械化開采方面主要有：1.螺旋鉆機無人工作面的開采。2.刨煤機：刨煤機是一種井下采煤工作面集落煤、裝煤、運煤自動化為一體的采煤機械。3.爬底板式采煤機：以永榮礦業(yè)公司MG100-TP為代表。4.極薄煤層綜采：以遼源煤機廠MG100/238-WD型電牽引采煤機為代表。極薄煤層機械化開采爬底板式采煤機特點該采煤機具有三個顯著特點：一是在大傾角（300以下）極薄煤層（煤厚0.4m～0.8m）的惡劣地質條件下，適應性更強。二是解決了過去采煤機牽引部小牙箱和液壓系統(tǒng)升溫快、溫度高，從而導致機械故障多的難題。該機最大牽引力可達12噸，牽引速度最高達3m/min，采煤推進度可加快10％～25％。三是裝煤部箱體和截煤部箱體焊接為整體，增強了設備的穩(wěn)固性和安全可靠性。極薄煤層綜采特點1.該薄煤層采煤機在580mm的機面高度下，實現(xiàn)了機身厚度、過煤空間與機面高度三者的匹配布置,可保證機面高度<580mm；2.截割電機縱向固定于搖臂內，通過一級錐齒傳動與一級行星機構將動力傳遞給滾筒。該傳動系統(tǒng)輸出扭矩大(可達11kN?m)，高速軸上設置離合器，操作方便、可靠。3.采煤機的傳動系統(tǒng)特點:該薄煤層采煤機不但要保證在有限的空間內布置傳動系統(tǒng)，還要求按等強度、等壽命原則設計零部件，并在裝拆工藝上做到完善。極薄煤層機械化開采采煤機未來發(fā)展趨勢

1234首先，進一步完善和提高交流變頻調速牽引系統(tǒng)的可靠性，主要是完善和提高系統(tǒng)裝置的抗振、散熱和防潮等性能，讓微機電氣控制系統(tǒng)更加安全可靠。

其次，研發(fā)適合我國復雜地形的四象限運行的電牽引采煤機，也不能一味的追求大功率，要將重點放在適合中厚煤層的中等功率的電牽引采煤機，提高采煤的數(shù)量和效率。

第三，加大對延長整機及關鍵部件使用壽命的研究。開展高強度長壽命殼體的研究，大功率采煤機需滿足整機2000萬噸采煤量壽命的總體設計，這樣才能使采煤機的使用壽命整體達到高水平，節(jié)約采煤成本，提高采煤效率。

第四，加大先進信號傳輸系統(tǒng)的研究。開發(fā)工作面遠距離無線高速信號傳輸裝置，解決采煤機工作影像高可靠實時傳輸?shù)难芯?。讓采煤機的工作更加智能化，提高工作效率。采煤機未來發(fā)展趨勢

５67８第五，向小型化的采煤電器設備方向發(fā)展。由于采煤機的各個部件眾多，因此，為了使用性更強，應在研發(fā)小型采煤機的技術上加大功夫。

第六，加大大功率采煤機的監(jiān)測、診斷和控制系統(tǒng)的研究。采用機載計算機監(jiān)測、故障診斷及自動控制系統(tǒng)，可以有效提高采煤機的安全可靠性，是保證采煤工作順利、有序、高校進行的重要途徑。

第七，適當?shù)囊煤徒梃b是十分必要的。隨著市場經濟的不斷發(fā)展和全球一體化進程的不斷加快，國際間的技術交流也在不斷深入。相互借鑒，實現(xiàn)共同發(fā)展，讓我國的采煤機技術達到甚至超過世界先進水平。

隨著采煤自動化的快速發(fā)展，未來開發(fā)的采煤機一定是高可靠性、高度自動化、具有很強適應性、能遠程控制的產品。

一、概述綜掘機是綜合機械化掘進機的簡稱，是一種集合掘進、裝巖、運煤甚至支護、釘?shù)蓝喾N功能為一體的綜合機械化設備。又簡稱掘進機，現(xiàn)應用較多的是懸壁式綜合掘進機，（另一種為全斷面掘進機是集機械、電氣、液壓和自動控制于一體的世界上公認的快速地下開挖工程最有效的大型高技術成套施工裝備，全斷面掘進機主要包括全斷面巖石掘進機（也稱為TBM）和全斷面盾構機（一般稱為盾構機）。是將掘進、移動、出碴和襯砌等多功能有機組合在一起的聯(lián)合機組，融合了新材料、新工藝、液壓、自動控制、信息、電子、電力、環(huán)保、人工智能、激光制導、遙測、遙感等高新技術。）一般使用綜合機械化掘進之后，相比較打眼放炮的掘進工藝，可以將掘進進度增加5-10倍以上，但是由于截齒鋼材的制約，現(xiàn)在綜合機械化掘進僅僅在全煤巷道或相似全煤巷道發(fā)揮作用較好。懸臂式掘進機是煤礦掘進巷道常用設備,它的發(fā)展使得礦井巷道的掘進速度和效率大幅度提高,而我國目前的現(xiàn)狀是綜采設備的發(fā)展較快,綜掘設備的發(fā)展相對較慢。我國掘進機的發(fā)展及趨勢1國外掘進機發(fā)展狀況自世界上第一臺懸臂式掘進機于1947年在匈牙利誕生以來，已經歷了半個多世紀。經過不斷研究、試驗、改進的掘進機，現(xiàn)已成為煤礦巷道掘進的主要設備。目前世界上生產掘進機的主要國家有奧地利、英國、德國、日本等，所生產的掘進機累計近萬臺，機型達100余種。國內煤炭大企業(yè)先后引進了德國WAV300、奧地利AHM105、英國MK3型重型懸臂式掘進機。這些公司的掘進機發(fā)展，基本上代表著國外懸臂式掘進機的技術現(xiàn)狀。全巖巷重型懸臂式掘進機代表了巖巷掘進技術今后的發(fā)展方向。雖然三一重裝推出了國內第一臺EBZ200H型硬巖掘進機，但國產重型掘進機與國外先進設備的差距除總體性能參數(shù)偏低外，在基礎研究方面也比較薄弱，適合我國煤礦地質條件的截割、裝運及行走部載荷譜沒有建立，沒有完整的設計理論依據(jù)，計算機動態(tài)仿真等方面還處于空白；在元部件可靠性、控制技術、在截割方式、除塵系統(tǒng)等核心技術方面有較大差距。

懸臂式掘進機的發(fā)展概況國外掘進機經歷了四個發(fā)展階段

1234第一階段：20世紀40年代末期～60年代中期。這個階段，掘進機從無到有，形成了集切割、裝運和行走為一體的結構雛形，主要用于軟煤巷道掘進，機重15t左右。第二階段：60年代中期～70年代末期。這一階段是煤巷掘進機蓬勃發(fā)展時期，機重20～40t左右。代表機型有英國安德森公司的RH25、奧地利阿爾卑尼公司的AM50和日本三井三池公司的MRH—100等。第三階段：70年代末期～80年代末期。這一階段，半煤巖掘進機開始成熟，重型機大批涌現(xiàn)，煤巷掘進功能齊全，可靠性大幅度提高，機重50t左右英國多斯克公司的MKⅡB、LH1300等。。第四階段：80年代后期至本世紀初。這一階段重型機機重進一步增加，一般在70t以上，切割硬度100Mpa以上；掘進機采用了新技術，功能更加完善；計算機自控裝置較成熟，掘進機正向巖巷進軍。目前的掘進機已進入了機電一體化的自動控制截割的時代。

國外中型掘進機已日趨完善，其代表機型有英國多斯克公司的LH1300型號、德國保拉特公司的E200型、奧地利阿爾卑尼公司的AM75型、日本三井三池公司的S220型等。其切割功率在132～220kw之間，機重50～70t，經濟切割的巖石硬度80Mpa，近期德國在研究開發(fā)切割硬度達100Mpa的掘進機。

國外代表機型

我國綜掘機械化的應用始于20世紀70年代末，雖然起步較晚，發(fā)展相對緩慢，技術性、配套性較差，但綜掘機械化在我國煤礦煤及半煤巖巷道的開拓中已得到了廣泛的應用。經過30多年的努力，目前我國已經具有一定水平研究開發(fā)、生產制造掘進機的能力。已經開發(fā)出了20多種型號的掘進機機型，截割功率在30～200kw之間，并已初步形成系列產品，基本滿足了國內市場的需求，結束了我國煤礦掘進機一直依靠進口的局面。同時，已有了必要的試驗測試手段和基本技術標準，形成了一支有一定技術能力的研制隊伍，積累了較為豐富的研制經驗，為我國掘進機的發(fā)展奠定了扎實的基礎。

我國懸臂式掘進機發(fā)展狀況

我國設計生產掘進機的單位有煤科總院上海分院、太原分院、唐山分院以及淮南煤機廠、佳木斯煤機廠、三一重工集團、石家莊煤機廠、北方交重集團、南京晨光機器廠、內蒙二機廠等。主要機型有ELM型、EBJ型、EBZ型等。EBZ132、EBZ160型掘進機，是在分析了當前國內外掘進設備發(fā)展趨勢，汲取了多種型號掘進機研制經驗，與用戶共同合作開發(fā)，以截割硬度≤f8、適應較大斷面、高可靠性、快速掘進為主要特征的部分斷面懸臂式重型掘進機。

我國懸臂式掘進機發(fā)展狀況我國的懸臂式掘進機的發(fā)展主要經歷了三個階段

1234第一階段:60年代初期到70年代末,這一階段主要是以引進國外掘進機為主,掘進機的主要特點是:使用范圍越來越廣,切割能力逐步提高,有切割夾巖和過斷層的能力。第二階段:70年代末到80年代末,這一階段,我國與國外合作生產了幾種懸臂式掘進機并逐步地實現(xiàn)了國產化,這一階段的特點是:可靠性較高,半煤巖巷的掘進技術已達到相當?shù)乃?出現(xiàn)了重型機。第三階段:由80年代末至今,重型機型大批出現(xiàn),懸臂式掘進機的設計與制造水平已相當先進,可以根據(jù)礦井生產的不同要求實現(xiàn)部分個性化設計,這一階段的代表機型較多,主要有EBH、EBZ型等。一些高新技術已用于機組的自動化控制并逐步發(fā)展全巖巷的掘進。經過三階段的發(fā)展

,我國懸臂式掘進機的設計、生產、使用進入了一個較高的水平,已跨入了國際先進行列,可與國外的懸臂式掘進機媲美。

主要技術參數(shù)機重/t51.5總功率/kW250截割功率/kW160長/m9.8寬/m2.55高/m1.7臥底深度/mm250地隙/mm250接地比壓/MPa0.14槽寬/mm610龍門高度/mm400EBZ160型掘進機主要技術參數(shù)與結構特點

EBZ160型掘進機

鏈速m/s-11.2鏈條規(guī)格18×64運輸形式邊雙鏈刮板行走速度m/min－10～15接地長度m3.0防滑型式摩擦離合器制動履帶板寬度/mm600泵站功率/kW90系統(tǒng)壓力/MPa23油箱容積/L640供電電壓/V1140隔爆型式隔爆兼本質安全型

1.截割功率的不斷提高

為適應更大范圍的截割條件,懸臂式掘進機的截割功率不斷增大,由最初的100kW以下的輕型機型增加到現(xiàn)在的中型機型的132～200kW,重型機型可達200kW以上,掘進供電電壓等級的升高也為大功率、長距離掘進提供了有利條件。截割功率的增加使可截割煤巖的抗壓強度也隨之增加,截割硬度可達100MPa以上,新型掘進機的切割頭的轉速普遍降低以增大扭矩,一般為20～30r/min,其切割力常達100～200kN。整機的功率配比合理是這一階段發(fā)展的主線。

懸臂式掘進機的發(fā)展特點

2在行走、裝載、截割設計方面的發(fā)展方向液壓發(fā)展方向早期的懸臂式掘進機的裝載機構和行走的傳動絕大多數(shù)采用液壓方式,這是因為裝載時,大塊的煤和矸石卡、絆造成對裝載部的沖擊；行走部要實現(xiàn)無級調速,便于調動并要有過載保護等功能以及節(jié)省安裝空間的要求,而液壓傳動具有控制簡單,易于實現(xiàn)自動化；操作簡便省力,可以方便實現(xiàn)過載保護；易于實現(xiàn)無級調速,調速范圍大；液壓馬達與電機相比質量輕、體積小等優(yōu)點,可以滿足裝載、行走的要求。而那時的電氣設備在使用可靠性、元器件的質量及性能上都較低,且元器件體積較大,不易實現(xiàn)上述的要求制約了它的發(fā)展,行走、裝載甚至截割液壓傳動成為這一時期的主流發(fā)展方向。懸臂式掘進機的發(fā)展特點

電動發(fā)展方向液壓傳動方式雖然發(fā)展較快,但由于煤礦井下工作條件惡劣,粉塵大、空氣潮濕,油脂極易被污染,對油脂污染很敏感的液壓件易損壞；液壓件成本高、故障診斷困難等原因而使其發(fā)展應用減緩,這一時期的電子技術的高速發(fā)展為電動發(fā)展提供了有利條件,大容量集成化、變頻調速、PLC控制等一些新技術不斷應用到掘進機的設計制造上,使得監(jiān)控、監(jiān)測的自動化程度極大提高。電子產品質量高、體積小、功能齊全的優(yōu)勢使電動發(fā)展加速,成為另一主要發(fā)展方向。液壓與電動都有優(yōu)、缺點,但隨著科技的進步,它們的缺點在不斷地被彌補、改進,目前懸臂式掘進機在電、液兩方面發(fā)展速度很快,在裝載、行走、截割方面都采用液壓傳動的如EBJ-160SH型等,也有全部采用電動方式的如AM-50型等,大多數(shù)的機型還是采用電液混合方式,總之這兩種方式互相取長補短,在今后很長一段時間內將共同并存、相互融匯。懸臂式掘進機的發(fā)展特點

3電控系統(tǒng)的發(fā)展方向早期掘進機的控制、操作回路一般都通過操作安裝在隔爆型主令箱上的按鈕或手把開關來控制傳統(tǒng)的交流中間繼電器電路。隨著控制技術的發(fā)展,操作回路逐漸以本安型的先導回路包括單回路和多回路來替代隔爆型主令箱,這也是適應各類保護傳感器的應用和選型的需要,而可編程控制器PLC的應用更是使掘進機的控制技術和可靠性上了一個臺階。近年,體積小、功耗低、可靠性高的光電耦合元件作為隔離和轉換器件在本安型控制先導回路中得到了廣泛的應用并取得了良好的效果,體現(xiàn)了目前掘進機電控技術的發(fā)展趨勢。此外,一些發(fā)達國家的掘進機電控系統(tǒng),除完成常規(guī)的控制以外,還具有遙控、程控功能,增設掘進斷面自動控制和掘進定向功能,使掘進機按預定方案作業(yè),大大提高了其自動化程度和掘進效率,同國外相比,我國的電控技術仍有一定的差距:①基礎元器件質量差;②電子保護插件內部元件質量差、電路設計有缺陷、抗干擾能力、抗震動性能差等造成插件工作不可靠;③電控箱設計水平制造工藝都遠遠落后于國外的產品;④電控箱抗震性能差。懸臂式掘進機的發(fā)展特點

4努力提高截割效率截割效率是懸臂式掘進機性能優(yōu)劣的一個重要衡量參數(shù),在掘進截割機理沒有發(fā)生實質的突破時,它在很大程度上取決于截割頭性能的優(yōu)劣,所以很多的設計仍著眼于截割頭性能的改進和優(yōu)化設計。主要是截割頭形式的改變和截齒合理排列及性能的提高。懸臂式掘進機的截割頭最早是縱向圓錐形的,西德和奧地利發(fā)展了橫向雙錐形,這兩種截割頭的布置方式較為普遍,當然還有一些特殊的截割頭形式,如圓柱滾筒形?？v軸式截割頭的優(yōu)點是截割較深,截割效率高;缺點是穩(wěn)定性差,裝運效果差。橫軸式截割頭的優(yōu)點是穩(wěn)定性好,裝載效果好；缺點是:在進刀時其截割方向幾乎與其推進方向重合,所以必須給予較大的推進力,這就需要相應增加行走功率,而且截割深度最大不能超過2/3截頭直徑,截割深度較小,截割時的粉塵大再加上其內噴霧布置比較復雜,滅塵效果不好。懸臂式掘進機的發(fā)展特點

4提高機組的穩(wěn)定性并實現(xiàn)矮型化以適應小斷面巷道掘進的需要提高機組穩(wěn)定性的有效方法主要有兩種:增加機組重量和降低機組高度。新機型的重量都較過去有很大的增加,并且為了適應巖巷的掘進也必須增大自重。在增加自重的同時,新機型在設計上還盡量實現(xiàn)簡化和緊湊化,降低機組高度,這一方面可以降低機組的重心,增加穩(wěn)定性;另一方面也是為了適應低矮巷道的掘進。隨著我國低矮煤層的開發(fā),矮型化機組的應用前景還是十分好的。矮型機組的另一個優(yōu)點是可以充分利用節(jié)省出來的空間進行工作面內除塵器的布置,降低粉塵濃度。懸臂式掘進機的發(fā)展特點

懸臂式掘進機發(fā)展速度雖然很快,并且技術成熟,但隨著煤礦生產工藝的改進,高產、高效礦井的建設,它已不能滿足需要,主要表現(xiàn)在以下幾方面。1)錨桿支護的成功推廣應用提高了巷道支護的可靠性,目前存在掘進、支護不能同步作業(yè),據(jù)統(tǒng)計,巷道支護約占用40%～50%的掘進作業(yè)時間,這就使得掘進機的開機率大大降低,不能有效提高掘進速度。2)現(xiàn)有機型偏向于中、重型,雖然有些掘進機實現(xiàn)了矮型化設計,但整體尺寸仍不能有效縮減,對低矮巷道的適應性還較差。3)內噴霧除塵系統(tǒng)使用的可靠性和適應性較差,而外置機載除塵系統(tǒng)還比較困難。懸臂式掘進機目前存在問題

4)使用元部件的可靠性還不高,不能適應截割硬煤巖產生的震動及井下惡劣的工作條件。5)對于提高截割效率方面的設計和設備配套還不完善。6)電子元器件的選型面窄、電子保護插件的可靠性不高。電控技術還不能適應通用性、靈活性、可擴展性、準確性及響應速度快速的需要。7）由于綜掘機的操作，只能近距離開挖，在瓦斯突出嚴重的掘進工作面受制約較大。8）全斷面硬巖掘進，發(fā)展的效果和進展情況較慢，掘進成本較高。9）目前還沒找到實現(xiàn)掘進機遠程控制較好的方法。懸臂式掘進機目前存在問題

1更加全面的功能與完善的前后配套為適合各種條件要求以及加快掘進速度,提高截割效率,懸臂式掘進機將會逐步發(fā)展掘錨一體化、截割硬度更高、適應各種斷面、適應坡度范圍更廣的機型,并會完善前后配套的轉載、裝運等設備,實現(xiàn)集約化功能,進一步發(fā)揮其效能,提高勞動生產率。懸臂式掘進機的發(fā)展趨勢2自動控制技術的發(fā)展懸臂式掘進機的自動控制包括截割斷面輪廓尺寸的監(jiān)控、機組運行狀況的監(jiān)測和故障的自動診斷、各種功率的自動調節(jié)、遙控操作等。要實現(xiàn)自動控制功能,在電控技術上必須將聲控、光控、微機處理數(shù)據(jù)等先進技術融合在一起,實現(xiàn)電控技術整體先進、準確、可靠。

3提高元部件的可靠性和壽命現(xiàn)在新機型的關鍵元部件大都選用國外的知名品牌,這雖然可提高整機的性能,但使得國產機型在元部件的配置上高低不一、質量不等,為使用、維護和更新機型帶來了許多困難,隨著我國在掘進機元部件研究上的突破,這種狀況會很快改變。懸臂式掘進機的發(fā)展趨勢4個性化開發(fā)機型煤礦在開采過程中會碰到各種不同的生產條件,如煤層變化、水、瓦斯、煤巖硬度不一等,這些特殊的情況必然要求機組具有不同的功能和整體參數(shù)的合理匹配,今后的機型將會根據(jù)不同的要求進行不同的性能配置,實現(xiàn)設計和制造個性化和多元化。

結語懸臂式掘進機今后發(fā)展方向是逐漸擴大其對煤、煤巖、巖石等不同硬度和各種地質條件的適應能力,提高掘進效率,最終實現(xiàn)掘進作業(yè)的完全機械化、自動化和無人控制。隨著科學技術的不斷進步,對這些課題的研究將會越來越深入,難點將會逐漸解決,系統(tǒng)將會更為完善,新的機種和機型也將會不斷出現(xiàn)。懸臂式掘進機的發(fā)展趨勢

數(shù)字礦山也稱智能礦山,是建立在礦山數(shù)字化基礎上能夠完成礦山企業(yè)所有信息的精準適時采集、網絡化傳輸、規(guī)范化集成、可視化展現(xiàn)、自動化操作和智能化服務的數(shù)字化智慧體。數(shù)字礦山簡介

數(shù)字化基礎:把礦山的所有內容處理成現(xiàn)代計算機可以接受、儲存、拷貝、加工和網絡傳輸?shù)臄?shù)字信息,并保證信息的完整性。2)精準適時采集:能準確地采集到任何地點、任何時間所需要的安全、生產和管理等信息,并保證信息的及時性。3)網絡化傳輸:所有信息包括實時數(shù)據(jù)、多媒體數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)可以通過局域網和廣域網進行準時、可靠、安全的傳輸,必要的數(shù)據(jù)要保證時鐘同步。4)規(guī)范化集成:通過標準的數(shù)據(jù)格式、開放的通信協(xié)議和統(tǒng)一的管理規(guī)范所定義的數(shù)據(jù)倉庫實現(xiàn)各種應用中信息的互連互通。數(shù)字礦山簡介

5)可視化展現(xiàn):對于數(shù)據(jù)倉庫中的所有信息和模型均可用多維地理信息系統(tǒng)技術、虛擬現(xiàn)實技術、模擬仿真技術、多媒體技術和可視化分析技術進行表達和展現(xiàn),實現(xiàn)透明管理。6)自動化操作:對于主要生產執(zhí)行環(huán)節(jié)、監(jiān)聽監(jiān)視環(huán)節(jié)、時限性強、準確度高的環(huán)節(jié)以及環(huán)境惡劣、易疲勞環(huán)節(jié)實現(xiàn)操作自動化或無人化。7)智能化服務:在一些諸如危險辨識、災害預警、事故報警、方案設計、計劃編制、過程控制、經濟分析、調度優(yōu)化等方面提供智能化工具和綜合決策支持,最大限度地降低腦力勞動強度,避免人為決策失誤。8)數(shù)字化智慧體有2層含義:①通過數(shù)字化再造使整個礦山具有自我分析能力和決策能力,使礦山的人、機、環(huán)境處在高度協(xié)調的統(tǒng)一體中運行;②通過不斷地收集、學習和濃縮相關專家的最新知識,使數(shù)字礦山的神經中樞具有眾多專家集體決策的能力。數(shù)字礦山簡介

總的來說數(shù)字礦山，就是通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網連接起來進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡。數(shù)字礦山就是“感知礦山”。數(shù)字礦山的核心和基礎仍然是互聯(lián)網，是在互聯(lián)網基礎上的延伸和擴展的網絡；其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信。數(shù)字礦山簡介

綜合自動化網絡系統(tǒng)選擇工業(yè)以太網GEPON千兆無源光網絡基于多業(yè)務的MCTP礦井綜合自動化

基于三層的系統(tǒng)體系架構1、管理層（以太網）2、控制層（冗余工業(yè)以太環(huán)網）3、設備層（現(xiàn)場總線）礦井綜合自動化

系統(tǒng)組成:信息層

冗余的數(shù)據(jù)庫服務器Web服務器視頻服務器（發(fā)布、轉發(fā)）OA服務器系統(tǒng)組成:控制層

多個冗余工業(yè)子環(huán)網冗余管控服務器專業(yè)級的控制工作站大屏幕控制器各子系統(tǒng)工作站系統(tǒng)組成:設備層

礦井生產自動化子系統(tǒng)設備礦井安全監(jiān)測監(jiān)控子系統(tǒng)設備礦井調度通信子系統(tǒng)設備專用的監(jiān)控設備等等井下隔爆兼本安環(huán)網接入器

核心為千兆工業(yè)環(huán)網交換機，所有端口均進行安全隔離，同時另加多路RS485/232轉換接口，接入形式多樣。內置不間斷電源，外部電網停放電后可工作2小時。建設方法及要求（一）分級建設。礦井建設煤礦生產綜合信息化自動化系統(tǒng)，為礦井生產安全服務；各子公司建設生產綜合信息化系統(tǒng)，能監(jiān)控所屬各礦井生產安全主要情況；川煤集團公司建設生產綜合信息化系統(tǒng)，能監(jiān)控各子公司生產安全主要情況。川煤集團關于煤礦綜合信息化自動化建設的指導意見系統(tǒng)功能要求。1、各系統(tǒng)和各級所用設備、軟件、接口、網絡必須高度融合，三級系統(tǒng)統(tǒng)一標準（集團負責統(tǒng)一硬件接口，統(tǒng)一軟件接口和協(xié)議）。2、冗余布線，所有巷道全布線，互聯(lián)互通，各獨立生產系統(tǒng)、安全系統(tǒng)必須與控制中心高度融合，各關聯(lián)系統(tǒng)之間高度融合。3、必要功能必須與系統(tǒng)高度融合，獨立系統(tǒng)必須方便監(jiān)控，設置狀態(tài)參數(shù)顯示、故障顯示、報警、緊急停車、手動操作等功能，控制中心主要設置自動更新、自動存儲