煤礦新裝備

及其安全技術要求遼寧工程技術大學第一章采掘機械

第一節采煤機械

第二節采煤工作面支護設備

第三節掘進機械

第四節刮板輸送機第二章礦井運輸機械

第一節帶式輸送機

第二節無軌膠輪輔助運輸設備第三章礦井提升及排水設備

第一節礦井提升設備

第二節礦井排水設備第一章采掘機械緒論20世紀末期以來，在新技術革命的帶動下，煤礦開采技術與裝備迅速發展。先進國家積極應用機電一體化和自動化技術，研制開發了大生產能力、高性能的開采技術裝備，廣泛應用計算機技術,實現了礦井生產過程自動化控制、高產高效生產。采掘機械化是煤炭工業增加產量、提高勞動效率、改善勞動條件、保障安全生產的必要技術手段，也是煤炭生產過程中節約能源、人力和減少原材料消耗的有效技術措施。綜合機械化采煤工作面的裝備以采煤機、液壓支架和刮板輸送機為代表。一、機械化采煤的發展概況

機械化采煤開始于20世紀40年代，是隨著采煤機械的出現而開始的。40年代初期，英國、蘇聯相繼生產了采煤機，使工作面落煤和裝煤實現了機械化。50年代初期，英國、聯邦德國相繼生產出了第一代采煤機——固定滾筒采煤機、可彎曲刮板輸送機和單體液壓支柱，從而大大推進了采煤機械化技術的發展。60年代是世界綜采技術的發展時期。第二代采煤機——單搖臂滾筒采煤機的出現，解決了采高調整問題，擴大了采煤機的適用范圍，其采煤機的滾筒裝在可以上下擺動的搖臂上。1964年，第三代采煤機——雙搖臂滾筒采煤機的出現，進一步解決了工作面自開切口問題。另外，液壓支架和可彎曲輸送機技術的不斷完善，把綜采技術推向了一個新水平，并在生產中顯示了綜合機械化采煤的優越性——高效、高產、安全和經濟。因此，各國競相采用綜采技術。進入70年代，綜采機械化采煤技術得到了進一步的發展和提高，綜采設備開始向大功率、高效率及完善性能和擴大使用范圍等方向發展，相繼出現了功率為750～1000kW的采煤機，功率為900～1000kW、生產能力達1500t／h的刮板輸送機，以及工作阻力達1500kN的強力液壓支架等。1970年采煤機無鏈牽引系統研制成功。1976年由德國生產出第四代采煤機——電牽引采煤機(此前的采煤機均屬于機械牽引或液壓牽引)，大大改善了采煤機的性能，并擴大了它的使用范圍。1976年，西德艾柯夫公司研制出世界上第一臺直流電牽引(他勵)采煤機——EDW-150-2L型采煤機。1976年，美國久益公司研制出了1LS直流(串勵)電牽引采煤機，以后陸續改進發展為2LS、3LS、4LS系列；1996年生產了6LS05型采煤機，其總裝機功率為1530kW，是當時世界上功率最大的采煤機。1984年，英國生產了第一臺ELECTRA550直流(復勵)電牽引采煤機，其后生產的ELEC—TRAl000型采煤機在1994年創下了年產408萬t商品煤的世界最高紀錄，其截煤牽引速度達25m/min。1986年，日本三井三池制作所研制出世界上第一臺交流電牽引采煤機——MCLE400-DR6868。

二、我國機械化采煤設備發展現狀(1)掌握了緩傾斜中厚和厚煤層綜合機械化采煤成套設備的設計、研究和制造技術;(2)已研制成功了適用于部分薄煤層的采煤機、液壓支架和刨煤機。（3）“三軟”（軟頂板、軟底板和軟煤層）和“三硬”煤層、55o以下大傾角和急傾斜煤層等困難條件下使用的綜采成套設備先后問世。三、開采技術裝備發展趨勢研制機電一體化、自動化煤礦開采技術裝備。（1）發展年產800萬t-1000萬t綜采工作面配套技術大功率高性能系列電牽引采煤機大采高電液控制強力液壓支架大功率刮板輸送機軟啟動帶式輸送機3．3kV供電技術（2）發展年進8000-10000m煤巷快速掘進成套技術主要是掘錨聯合機組、重型掘進機、重型掘進錨桿。完善提高現有掘進機、錨桿機，解決掘進過程中切割與支護的協調作業；改進懸臂式掘進機的截割傳動和電控系統，提高單進；研制輸出功率大、鉆進速度快、穩定性好的新型單體錨桿鉆機；研制配合錨桿鉆機使用的連續采煤機，使掘進和支護協調作業，縮短掘、鉆、支循環作業時間，提高掘進速度。（3）發展先進的、實用的工作面開采技術與裝備主要包括：高效、回收率高、安全的放頂煤開采技術短壁和短工作面高效開采技術與設備適合中、小煤礦的實用配套技術開發應用高效實用的采煤方法，研制經濟實用靈活緊湊的采煤機、順槽可拐彎刮板輸送機等配套裝備，逐步實現采、支、運機械化。（4）綜合機械化采煤工作面無人自動化生產技術在工作面采煤機、刮板輸送機、液壓支架等設備實現單機自動控制功能的基礎上，采用紅外線引動、位置速度檢測、計算機集中控制等方式，使采煤機、刮板輸送機、液壓支架等設備自動完成割煤、運輸、液壓支架移設和頂板支護等生產流程，實現工作面自動化生產。自動化采煤工作面關鍵技術主要包括：a.液壓支架電液控制技術b.在薄煤層中實現刮板輸送機直線推進技術c.煤巖分界及采煤機搖臂自動調高技術d.薄煤層用電氣調速自動化刨煤技術e.設備工況監測與故障診斷技術f.順槽集中控制技術第一節采煤機械

采煤裝備水平是煤礦技術水平的重要標志之一。采煤機械的選用取決于煤層的賦存條件、采煤方法和采煤工藝，而采煤機械的技術發展又促進了采煤方法和采煤工藝的更新。采煤方法按采煤工藝分：長壁式采煤法房柱式采煤法長壁式采煤法:爆破采煤機械(炮采機械)普通機械化采煤機械(普采機械)綜合機械化采煤機械(綜采機械)房柱式采煤法:使用連續采煤機破煤、裝煤和轉載，用帶轉載機的可伸縮帶式輸送機或梭行礦車運煤。

采煤機的發展與采煤工作面機械化的發展密切相關的。

一、滾筒式采煤機20世紀50年代是以打眼放炮采煤為主的階段，破煤是用煤電鉆在煤壁上鉆出炮眼孔，裝入安全炸藥，爆破把煤破碎。

目前世界各國廣泛采用長壁采煤法。高產高效綜合機械化采煤工作面的長度一般在200m以上，推進長度也在不斷加大。（一）滾筒采煤機發展過程：20世紀60年代中，開始發展了普通機械化采煤。破煤和裝煤工作使用淺截深單滾筒采煤機，裝煤工作采用鎧裝式可彎曲刮板輸送機，頂板控制采用摩擦式單體金屬支柱和鉸接式金屬頂梁。MLQ—64是我國1964年仿制波蘭的第一臺淺截深單滾筒采煤機，把固定滾筒改進為帶搖臂可調高的螺旋滾筒以后，定型為MLQ—80型。高檔普通機械化采煤是在普采的基礎上，把摩擦式單體金屬支柱改為單體液壓支柱而成的。使用的采煤機主要是DYl50型單滾筒采煤機。20世紀70年代開始研制綜合機械化采煤設備。綜合機械化實現了采煤工作面全部機械化生產，破煤、裝煤使用雙滾筒采煤機，運煤使用刮板輸送機，頂板控制使用液壓支架，消除了繁重的人工體力勞動。

1975年仿制的MLS3—170型雙滾筒采煤機；1978年鑒定的MD一150型雙滾筒采煤機；以上兩種采煤機都是液壓調速，牽引機構為牽引鏈和牽引鏈輪。在20世紀70年代末采煤機由“鏈牽引”變成了“輪軌嚙合式行走”。最初研制的采煤機有MG300—W型（后擴展成MG400一W型）和MXA—300型；20世紀80年代末90年代初開始研制電氣調速的采煤機。我國第一臺電氣調速的采煤機是1986年開始設計的中波合作研制的MG344—PWD型薄煤層采煤機，采用非機載的變頻調速裝置。電氣調速和采煤機總體結構橫向布置的廣泛應用，使得采煤機的生產能力得到大幅度提高，到了21世紀，發展更加迅速。

（二）電牽引采煤機的特點：①具有良好的牽引特性可在采煤機前進時提供牽引力，使采煤機克服阻力移動；也可在采煤機下滑時進行發電制動，向電網反饋電能。②可用于大傾角煤層牽引電動機軸端裝有停機時防止采煤機下滑的制動器。其設計制動轉矩為電動機額定轉矩的1.6～2.0倍，因此，電牽引采煤機可用在40o傾角的煤層。③運行可靠，使用壽命長電牽引與液壓牽引不同，電牽引除電動機的電刷和整流子有磨損外，其他件均無磨損，因此，使用可靠，故障少，壽命長，維修工作量小。④反應靈敏，動態特性好電子控制系統能將多種信號快速傳遞到調節器中，以便及時調整各參數，防止采煤機超載運行。⑤效率高電牽引采煤機將電能轉化為機械能只做一次轉換，效率可達0.9；而液壓牽引由于能量的幾次轉換，再加上存在的泄漏損失、機械摩擦損失和液壓損失，效率只有0.65～0.7左右。⑥有完善的檢測和顯示系統采煤機在運行中，各種參數如電壓、電流、溫度、速度等均可檢測和顯示。當某些參數超過允許值時，便會發出報警信號，嚴重時可以自行切斷電源。⑦結構簡單電牽引部的機械傳動系統結構簡單，尺寸小，重量輕。

近年來，電牽引采煤機已發展成為國際主導機型，不僅可控硅控制調速的直流電機牽引已發展成系列產品，而且已經開發出了多種類型的交流調頻電牽引采煤機。由于高新技術的發展，將會使電牽引采煤機逐步替代液壓牽引采煤機。

（三）典型滾筒采煤機:(1)大傾角煤層采煤機大傾角煤層采煤機通常是指工作在傾角大于35°中的采煤機。大傾角采煤機一般采用雙滾筒采煤機，使用無鏈電牽引系統，牽引力較大(超過2×300kN)；用于大傾角煤層采煤機在機械結構上主要是通過牽引減速器上安裝液壓制動器實現制動，將搖臂齒輪箱和行星減速器齒輪箱分開使其能獨立形成油池，實現分腔潤滑。MG250/600—QWD型采煤機是一種多電機驅動、電機橫向布置，采用交流變頻調速裝置的電牽引采煤機。該機適用于厚度2．0～3．5m、傾斜角小于45°的中硬煤層中使用。液壓制動器按《煤礦安全規程》要求，煤層傾角大于15o的工作面，必須安裝防下滑裝置。為防止采煤機下滑，大傾角采煤機采用液壓制動器結構主要由外殼、花鍵套、外摩擦片（11片）、內摩擦片（10片）、圓蓋、缸體、活塞及碟形彈簧組成。（2）薄煤層采煤機我國煤層厚度劃分，厚度0．8～1．3m的煤層屬薄煤層。近年來，國外主要有德國Eickhoff的EDW—300LN型、德國DBT公司的EL600型，德國Wirth研制的H4．30型等薄煤層采煤機以及部分刨煤機組；國內較具代表性的有MG344—PWD型及MG132/320—WD型、MG200/456—WD型、MG100/238—WD型等采煤機。薄煤層采煤機技術上從電機單一縱向布置向多電機橫向布置發展，由液壓牽引向電牽引發展，由箱體之間有傳動關系向無傳動關系的積木式發展，由有底托架向無底托架發展，并逐漸研制出了具有雙截割電機搖臂、適于大傾角開采的四象限調速系統、中壓機載等新技術的交流電牽引采煤機。薄煤層采煤機需要能夠較好地解決機面高度、裝機功率、過煤高度三者之間的矛盾，這樣才能夠發揮設備的適應性與可靠性。例1MG200/456—WD型采煤機:采用多電機驅動、電機橫向布置，采用非機載交流變頻調速的無鏈電牽引新型薄煤層采煤機。該采煤機適用于煤層厚度1．1～2．4m，工作面傾角小于等于25°(兩象限變頻器)或者小于等于45°(四象限變頻器)，煤層可有一定仰俯角，煤質中硬(f≤4)的煤層中開采，能夠配套730、764等運輸機，在綜合機械化采煤工作面完成落煤與裝煤。采煤機在工作面按斜切方式自開缺口，雙向穿梭式采煤。創新一：截割部采用雙電機驅動。截割電機橫向布置在搖臂上，懸掛在采空區側。該種布置方式在截割電機總功率不變的情況下，減少了大直徑電機對機面高度與過煤空間的影響；這種大功率小尺寸截割電機(100kW)內部經過特定設計。創新二：非機載四象限變頻調速系統的應用。采用四象限變頻器和能量回饋單元制動能很好地適用于煤層傾角達到25°～45°時的工作面，較好地解決大傾角工作面開采。例2MG100/238—WD型(極)薄煤層采煤機采用多電機驅動、截割電機縱向布置、牽引調高電機橫向布置，采用非機載交流變頻調速的無鏈電牽引新型(極)薄煤層采煤機。該采煤機適用于煤層厚度0．75—1．3m，工作面傾角小于等于25°(兩象限變頻器)或者小于等于45°(四象限變頻器)，煤層可有一定仰俯角，煤質中硬(f≤4)的煤層中開采，能夠配套630、730等運輸機，在綜合機械化采煤工作面完成落煤與裝煤。采煤機在工作面按斜切方式自開缺口，雙向穿梭式采煤。技術創新：該薄煤層采煤機在580mm的機面高度下，實現了機身厚度、過煤空間與機面高度三者的匹配布置：充分利用運輸機鏟板(及煤壁槽幫)上方的空間來布置截割電機等大直徑結構，降低了其對機身厚度、過煤空間等的影響。(3)短壁采煤機

短壁采煤機是一種特殊類型、多用途的單滾筒采煤機。國外大多從缺口機或巷道掘進機發展而來，常用于短壁工作面、短長壁工作面或多機開采的長壁工作面。該類型采煤機在20世紀80年代法國有MS—950，MA—132；德國有ESA—60—L，ESA—150—L,ESA—150—K；波蘭有KGU—130等型號，均為液壓牽引，裝機功率小于等于150kW。我國逐步研發出多種型號短壁采煤機,如MGD150—NW型短壁采煤機、MGD150—N型有鏈牽引短壁采煤機、MG250/300系列電牽引短壁采煤機等。短壁采煤機應用范圍:(1)急傾斜特厚煤層水平分層放頂煤開采(2)“三下一上”采煤(3)煤柱和邊角煤回收(4)短壁工作面雙巷或單巷開采(5)長壁工作面開機窩(6)煤巷掘進2000年以來我國發展的新型橫向布置短壁采煤機:MG(150kW、200kW、250kW

)/(200kW、250kW、300kW)-(NAWD/NWD/NGWD)這種單電機橫向布置的液壓牽引短壁采煤機系列，性能比原有的單電機縱向布置的液壓牽引短壁采煤機更好；多電機橫向布置的電牽引短壁采煤機系列技術上居國際領先水平。（4）大功率采煤機大功率采煤機是指采煤機搖臂單個截割功率超過650kW，總裝機功率達到1600kW以上的采煤機。國內目前最大裝機功率是上海分院研制的MG900/2215—GWD采煤機，截割電機功率達到900kW，裝機總功率達2215kW,采煤機采高達5．2m，機器重量125t，由于機器質量大，在傾角大的工作面下滑力太大，因此只適用于近水平工作面，適應傾角小于等于15°。國外機組目前最大裝機功率是德國Eickhoff的SLl000采煤機組，該機裝機功率最大2390kW；采煤高度大高達6．6m，采煤機重125．7t；適應工作面傾角小。我國已研發生產的主要產品：MGTY系列——中國太原礦山機器集團MG系列交流變頻調速電牽引采煤機——中國西安煤礦機械廠國內2500kW的電牽引采煤機已經下線，單個截割電動機的功率已達l000kW，牽引電動機功率已達2×150kW，截深為800mm、1000mm和1200mm，最大采高高度已經達到6．3m，滾筒直徑最大達到3．0m。MG1000/2550-GWD型采煤機交流變頻調速電牽引、采用多電機驅動、截割電機橫向布置、無鏈雙驅動重型超大功率電牽引。適應煤層傾角θ≤15°、煤質硬度f<4的厚煤層開采采高范圍為3．2～7．1m配套運輸機槽寬：≥1000m結構組成：截割機構、牽引機構、電氣控制設備、電動機、液壓系統、冷卻噴霧系統該機采用交流變頻調速技術，變頻調速箱安置在機身中部，通過改變牽引電機的供電頻率與電壓，實現牽引速度無級調速。牽引速度可根據截割電機的載荷情況，實行截割電機恒功率自動調速，并具有牽引電機過熱、過流保護。MG系列交流電牽引采煤機英國比塞洛斯生產的EIectra系列長壁交流電牽引采煤機7LS-6型采煤機

美國久益公司——雙滾筒電牽引采煤機適用于中厚及厚煤層長壁工作面中的硬煤層開采，它可截割巖石硬度高達f＝14的夾石層。可以通過兩個遙控器，選擇無線電或電纜有線對采煤機實施遠方離機操作與控制。（四）滾筒式采煤機安全要求1、滾筒式采煤機的安全使用(1)未經安全技術培訓，考試合格的司機不得開車。(2)采煤機不得帶負荷啟動和頻繁啟動。(3)除緊急情況除外不允許使用隔離開關或斷路器斷電、停電。(4)無冷卻水或冷卻水的壓力、流量達不到要求時嚴禁開機。(5)截割滾筒上的截齒應無缺損。(6)采煤機在工作中應采取防止采煤機滾筒截割支架頂梁和刮板輸送機鏟煤板的措施。(7)采煤機運行時，隨時注意電纜的拖移情況，防止損壞電纜。(8)煤層傾角大于15°時應設防滑裝置，必要時裝設液壓防滑絞車。(9)采煤機在割煤過程中要割直、割平，并嚴格控制采高，防止出現工作面彎曲和臺階式的頂底板。(10)檢查滾筒、更換截齒或在滾筒附近工作時，必須打開截割部離合器和隔離開關。(11)開機前，應注意查看采煤機附近有無人員及可能危害人身安全的隱患，然后發出開車信號。(12)注意防止刮板輸送機上的中、大型異物刮碰采煤機。(13)遇到下列情況之一時，應緊急停車：①采煤機工作時負荷太大，電動機發生悶車現象。②嚴重片幫、冒頂，危及司機安全。③采煤機發生異常現象。④電纜拖移裝置卡住或采煤機掉道。⑤出現人身傷亡事故或其他重大事故。(14)嚴格貫徹落實《采煤機司機操作規程》和交接班制度。(五)滾筒式采煤機的安全管理(1)采煤機上必須裝有能停止工作面刮板輸送機運行的閉鎖裝置。采煤機因故暫停時，必須打開隔離開關和離合器。采煤機停止工作或檢修時，必須切斷電源，并打開其磁力啟動器的隔離開關。啟動采煤機前，必須先巡視采煤機四周，確認對人員無危險時，方可接通電源。(2)工作面遇有堅硬夾矸或黃鐵礦結核時，應采取松動爆破措施處理，嚴禁用采煤機強行截割。(3)工作面傾角在15°以上時，必須有可靠的防滑裝置。(4)采煤機必須安裝內、外噴霧裝置。截煤時必須噴霧降塵，內噴霧壓力不得小于2MPa，外噴霧壓力不得小于1.5MPa，噴霧流量應與機型相匹配。如果內噴霧裝置不能正常噴霧，外噴霧壓力不得小于4MPa。無水或噴霧裝置損壞時，必須停機。(5)采用動力載波控制的采煤機，當兩臺采煤機由一臺變壓器供電時，應分別用不同的載波頻率，并保證所有的動力載荷互不干擾。(6)采煤機上的控制按鈕，必須設在靠采空區一側，并加保護罩。(7)使用有鏈牽引采煤機時，在開機和改變牽引方向前，必須發出信號，只有在收到返回信號后，才能開機或改變牽引方向，防止牽引鏈跳動或斷鏈傷人。必須經常檢查牽引鏈及其兩端的固定連接件，發現問題，及時處理。采煤機運行時，所有人員必須避開牽引鏈。(8)截齒和滾筒上下3m以內有人工作時，必須護幫護頂，切斷電源，打開采煤機隔離開關和離合器，并對工作面輸送機施行閉鎖。(9)采煤機用刮板輸送機作軌道時，必須經常檢查刮板輸送機的溜槽連接、擋煤板導向管的連接，防止采煤機牽引鏈因過載而斷鏈；采煤機為無鏈牽引時，齒(銷、鏈)軌的安設必須緊固、完整，并經常檢查。必須按作業規程規定和設備技術性能要求操作、推進刮板輸送機。二、連續采煤機

連續采煤機主要用于房柱式采煤方法開采，也可作為工作面運輸、通風巷道的快速掘進設備。連續采煤機由截割機構、裝運機構、行走機構（履帶）、液壓系統、電氣系統、冷卻噴霧除塵裝置以及安全保護裝置等組成。美國JOY公司先后推出10CM、11CM和12CM系列滾筒式連續采煤機，系列機型的技術發展過程有一定代表性。美國生產的連續采煤機適用于薄、中厚及厚煤層，其截高一般在0．8～3．9m之間，最大截高可達6m。12CM18—10D型連續采煤機是12CM系列中的一種機型。該型采煤機是針對神府精煤公司大柳塔礦煤層地質條件生產的，主要用于高產高效長壁工作面煤巷掘進和邊角煤回采。EML340型連續采煤機：煤炭科學研究總院山西煤機裝備有限公司根據市場需求和我國煤機國產化研制的迫切要求，在調研和分析了國外同類進口機型的基礎上，結合煤科總院山西煤機裝備有限公司多年來在煤機領域優勢專業積累的經驗，從我國煤層賦存條件、開采特點出發而研制的用于短壁開采和高產高效長壁綜采工作面的巷道準備，以及滿足“三下”采煤、回收煤柱和殘采區等煤炭資源回收的機型。名稱主要參數名稱主要參數機長11310mm機重65t機寬3300mm總裝機功率587kW機高1950mm截割煤巖硬度單向抗壓強度≤40MPa地隙305mm理論生產能力15～27t/min臥底深度205mm最大采高4650mm接地比壓0.19MPa最小采高2600mm適應巷道坡度≤17°截割寬度3300mm

主要技術參數

1.截割機構2.裝載機構3.輸送機4.行走機構5.機架6.集塵系統7.電氣系統8.液壓系統9.水冷卻噴霧系統10.潤滑系統11.駕駛操縱12.附件

行走牽引是液壓牽引，行走減速器由三級行星傳動組成，結構緊湊，體積小，重量輕(792kg)，傳動比179，輸出扭矩65kN·m，牽引力220kN。履帶行走是支重輪與摩擦板復合形式，增大了履帶接地面積，減小行走阻力，提高了調動速度。與連續采煤機配套的履帶行走式液壓支架：

履帶行走式液壓支架，主要用于配套連續采煤機進行房柱式開采或回采煤柱時對巷道頂板的支護。履帶行走式液壓支架用于短壁工作面機械化開采技術創始于美國，為配合短壁工作面機械化開采頂板管理需要，國外一些公司相繼研制出了多種類型的履帶式行走式液壓支架。目前美國應用履帶行走式液壓支架的支護技術進行短壁工作面機械化開采占采煤量的45℅左右，澳大利亞、南非、印度等國家利用該項技術都取得了很好的經濟效益。與連續采煤機配套的履帶行走式液壓支架1）可配合連續采煤機進行房柱式開采煤柱；2）也可做為“三下”壓煤、不規則塊段、邊角煤柱開采的支護設備。XZ7000/24/45G型履帶行走式液壓支架主要由機械系統、液壓控制系統、電氣控制系統三部分組成

由煤炭科學研究總院太原研究院設計、制造的XZ7000/24/45G型履帶行走式液壓支架，主要用于配套連續采煤機進行房柱式開采或回采煤柱時對巷道頂板的支護，每架支架寬度2300mm，成對使用，每組兩架，每巷一組。短壁機械化開采中使用履帶行走式液壓支架對頂板控制，對提高資源回收率、避免頂板死人災害的發生，有著重要意義。煤柱也可全部回收。短壁機械化開采的采出率可由原來的不到70%提高到87%。三、刨煤機

刨煤機是以刨頭為工作機構，采用刨削方式破煤的采煤機械。與滾筒采煤機相比，刨煤機的優點：截深較淺(30~120mm)，可以充分利用煤層的壓張效應，刨削力及單位能耗小；牽引速度大(一般為20~40m／min，快速刨煤機可達150m／min)；刨落下的煤的塊度大(