矿山机械专题- -液压支架和工作面刮板输送机的现状与发展.ppt

* 液压支架的现状与发展 赵继云 * 1. 国内液压支架技术现状 我国在年由太原分院和郑州煤机厂设计 型迈步式自移支架，从此开始了液压支架的国产化 道路。 年，北京开采所、沈阳所、郑州煤机厂在 沈阳蒲河矿进行我国第一套放顶煤液压支架的工业性试 验，继而研制了多种低位、中位和高位放顶煤支架，成 功地在缓倾斜厚煤层和急倾斜厚煤层水平分层工作面使 用。 年后，国产液压支架得到了全面的发展， 到年止，全国已建成处高产高效矿井，其 中处矿单个工作面的单产达万月， 原煤生产人员效率达工，综采机械化水平 达%，达到了世界先进水平。 * （1） 我国液压支架的基本架型 ）系列支撑式支架 该系列支架切顶能力强，稳定性好，支护强度 大，易于操作。支架的工作阻力为 ，支架高度，一般在工作 面倾斜以上时配防倒防滑装置。支架的结构特 点为:立柱呈、型布置，两柱支顶、两柱支掩或 四柱支顶；顶梁为整体、楔型或铰接型，有前伸缩梁 或挑梁；有长短两种掩护梁；底座有整体分体、半钢 性分离底座，可设抬底座机构；单侧活和双侧活侧护 板或不设侧护板，侧护板有全封闭或半封闭两种，型 式为直推式或合页式；本架或邻架操作。 * ）系列掩护式支架 该系列支架采高范围大，支架长度短，相对 成本低，操作灵活。支架的工作阻力为 ，支架高度 。其结构特点为:两立柱支顶，个别有另一柱支撑 掩护梁代替平衡千斤顶；整体和铰接或楔型顶梁 ，有前挑梁或伸缩梁；整体分体、半钢性分离底 座，设抬底座机构；本架或邻架操作。 * （）不同采煤方法中使用的国产液压支架 ）缓倾斜厚煤层一次采全高支架 大采高支架总共余种，大多为型掩 护式支架，少数为型支撑式支架，支架高度 ，工作阻力 。支架结构特点:各铰接孔间隙小、制造精度高、 支架稳定性好，支架侧推力大，充分考虑防倒防 滑，有调架机构，有很好的护帮机构，一般有伸 缩梁，能即时支护和防片帮，多为本架操作。 * ）缓倾斜薄煤层液压支架 由于薄煤层支架对其空间有严格要求，所以整 体顶梁尽可能薄且较长；推杆中长；立柱可以型 布置；支架前部有宽度不少于的空间， 从而保证行人安全；邻架操作。 * ）大倾角煤层一次采全高液压支架 对倾角为的煤层来说，液压支 架应有较大初撑力和工作阻力，各铰接孔间隙要 小，制造精度要高，以保证支架的稳定。支架应 有可靠的防倒防滑和调架装置，活动侧护板应有 较大行程和推力，支架与采煤机道之间需设防砸 安全挡板，底座应设脚踏板或扶手。这种支架多 为掩护式，邻架操作。 * ）厚、特厚倾斜煤层分层铺网支架 架型为支撑式、掩护式和垛式，有 铺顶网和铺底网之分，可采用架前铺联网或架后 铺联网方式，机械或手工操作，其中手工联网又 分横联和竖联两种方法。这种支架的特点是工作 阻力稍大、掩护梁和底座中有充足的空间，便于 使用。多为本架操作。 * ）特厚煤层放顶煤液压支架 高位放顶煤支架放顶煤支架 按放煤位置可分高位、中位和低位三种。高位 放顶煤支架高度，工作阻力 ，为邻架操作，也可用于缓倾斜和 倾斜特厚煤层水平分层开采。支架结构特点:顶梁较 小，为小托梁，有伸缩梁或小挑梁；掩护梁较长，开 天窗，上面有放煤槽，放煤角度大于；前立柱 为两柱或单柱，后立柱为单柱、三柱（或两柱），均 支撑在掩护梁上，为便于增大放煤角度和放煤窗口， 另可设置一根立梁；托梁侧护板多为双侧活动式，若 是硬煤则需设钻机钻孔位置。 高位放顶煤支架为单运输机式，有单铰接和四 连杆两种，底座可插底或不插底。缺点是煤尖大，放 煤点高，支架底座前端比压大，放煤时工作面行人受 阻，安全出口减少。 * 中位放顶煤支架 该类支架为双运输机式，可用于缓倾斜和急倾斜特厚煤 层水平分层采煤。掩护梁开天窗，天窗有插板和回转式两 种。四立柱可全部支在顶梁上，或将其中两柱支在顶梁、 另两柱支在掩护梁上。连杆型式有单铰接和四连杆两种。 邻架操作或部分邻架部分本架操作。该种支架若被用于三 软煤层时应采用侧护板全封闭式结构，为了降低对底板比 压，底座面积需尽量加大，可采用全封闭或半封闭结构。 顶梁分整体和铰接两种，少数带挑梁，一般有伸缩梁，便 于立即支护。支架工作阻力为， 支架高度。 中位放顶煤支架受力状态好，抗扭能力强，不易倒架， 煤尘少。缺点是放煤点高，底座长，调架困难，后运输机 置于底座上，位置高，人工清浮煤劳动强度大，且由于掩 护梁开天窗，放大块煤时窗口很容易被堵塞。 * 低位放顶煤支架 低位放顶煤支架的放煤口位于掩护梁下方， 后部运输机直接放在底板或底座后部的拖板上。 由于放煤口三面敞开，不丢脊背煤，回收率相对 较高；煤尘小，放煤口大，不易堵塞；根据要求 ，可在每组支架放煤口的下风侧和靠工作面一侧 各装个喷头，支架放煤或移架时，本架支架或 者相邻支架的喷雾自动打开灭尘。支架顶梁长， 反复支撑，放煤效果好，便于维修和操作。 * 轻放支架 这种双运输机轻放支架可用于特厚煤层中工作面长 度不太规则的断层边角带和残余煤柱的开采，工作阻力为 ，支护强度 ，支架高度，重量 ，中心距。其结构特点为:掩护 梁和顶梁为一整体，带挑梁或内伸缩前梁，仰俯采角一般 为；连杆为单摆杆；整体大侧护板或小侧护板。由 于该类支架同时具备放顶煤支架、铺网支架和普通型 支架的使用功能，且重量轻，便于安装、增减和运输，所 以使用效果良好。 * ）难采煤层液压支架 三软煤层液压支架该类液压支架要求底座面积尽量大并 具备抬底座功能，采用底座半封底或全封底以降低底板比 压。顶梁要具备立即支护功能，带伸缩梁或伸缩梁加挑梁 ，其侧护板应使支架处于全封闭状态，多为邻架操作。 两硬煤层液压支架该类支架多为型，要求工作阻力 大，切顶力大，顶梁为整体、楔型和铰接前梁带挑梁式， 掩护梁需尽量短，与水平夹角大，底座为半钢性分体式， 安全阀应有足够的流量以抵抗顶板冲击。邻架或本架操作 。 * 2、国外综采液压支架状况 美国、澳大利亚等发达国家的煤矿实现是高产 高效发展模式，高投入高产出。设备为大功率、 高可靠性全自动化的综采设备，其综采液压支架 供货商主要是dbt公司和joy公司，由于具有设 计、整体配套制造和能够提供多种综采设备，而 具有最强的实力，其液压支架的研究和制造水平 处于国际领先，所设计和生产的液压支架具有下 列特点： * 液压支架以二柱掩护式为主，支架结构简单 、实用、动作少； 液压支架强度高，选材好，无论液压件和结 构件具有较高的寿命； 液压支架过人、吊装等细节设计考虑细致； 液压支架工作阻力较大，且具有一定的富裕 。由于二柱掩护式的立柱缸径较大，支架中心 距大都为1.75m； 液压支架使用电液控制，移架速度控制在8 秒以内，加快工作面的推进速度，实现高产， 支架与运输机、采煤机等综采设备实现自动化 联控。 * 3. 我国综采液压支架与国外的差距 国内液压支架通过引进、消化、发展，现在具 有较高的设计制造水平。且架型多、品种全，适用 各种地质条件和各种采煤方法的支架都有，很多架 型处于国际领先水平。 由于具有平面受力分析和模拟压架三维有限元 分析手段，支架设计水平与国外相比并不落后，甚 至超过国外； 国外支架结构件大都采用70公斤级强度板或部 份采用80公斤级强度板，国内近几年也采用较量多 ，但由于国内钢板曲强比太小；钢板综合机械性能 与国外比差距很大，这个因素是影响支架重量的主 要因素； * 国内高强度焊丝及焊缝成型与国外存在差距 ； 国内不能生产电液阀，其阀的加工及寿命在 支架方面与国外差距最大； 国内密封件虽然采用了聚氨脂，但聚氨脂的 配方及可靠性较国外差，国外聚氨脂“o”形圈 大量使用，立柱、千斤顶密封采用整体软硬不 同的密封形式。 * 1.1技术性能 以国内外大力发展的掩护式液压支架为例:国产 支架的最大工作阻力为6000 kn，立柱最大缸径为价320 mm，支护强度0.9一1.ompa，支护高度5m，支架间距 1.5 m;而国外同类支架的最大工作阻力达12000 kn ， 立柱最大缸径480 mm，支护强度1.41.5 mpa，支护 高度6m，支架最大间距2m 1.2控制系统 国产液压支架的控制方式主要是手动液压控制 （国外20世纪70年代的控制方式），单架支架的移架速 度为15s左右。虽然我国从20世纪80年代起就对液压 支架的电液控制系统进行了研究，但在系统设计和电 磁阀、传感器及其它关键元部件的性能、可靠性等方面 距实际应用仍有相当大的差距。目前，国外液压支架几 乎全部采用电液控制技术，其移架速度可达58s。 1.3液压元件 （1）国产液压支架安全阀的额定流量一般为100 l/min，而国外支架安全阀的流量已达500 l/min。由于 国产安全阀流量小，在顶板压力增大时，容易造成立柱 鼓胀，这是国产支架损坏的一个重要原因。 （2）国产液压支架液压阀多以45钢为基础材料， 加表面镀锌（防锈）处理，其防锈能力一般为36个 月;而国外支架液压阀多使用铜合金壳体和高强度不 锈钢阀芯，阀件不存在锈蚀问题。国产支架液压元件 的密封件多为橡胶制品，使用寿命为2年左右;而国 外支架的密封件多采用高分子复合材料，其使用寿命 可达5年。 （3）液压阀的耐久性试验远低于国外标准。如操 纵阀的耐久性试验，国内要求为5000次，而国外标为 20000次以上。 * 4. 国内支架提高水平所采取的措施 选用wcf-80优质板和进口部份板； 保证焊前预热焊后热时效处理提高焊缝质量 ； 阀的加工全部在加工中心进行加工，阀采用 锥刚性密封，既提高了流量，又保证了精度； 关键密封件进口； 电液阀及控制系统与国外联营，因德国有很 多公司被dbt所挤压，又具有很好的技术实力 ，合作能够实现。 * 5. 液压支架电液控制系统的应用现状及发展趋势 国外最早在20世纪70年代开始开发研制液压支 架用的电控系统，80年代开发研究工作进入实质 性应用的阶段。到了20世纪90年代，液压支架电 液自动控制技术已经成熟，工作性能和可靠性已 能满足使用要求，因而发展十分迅速，成为发达 产煤国家综采工作面液压支架的标准控制装备。 据不完全统计，目前已有近300多个综采工作面 使用电液控制液压支架，主要集中在美国、澳大 利亚、德国、中国、斯洛文尼亚、南非、俄罗斯 、波兰、墨西哥、加拿大等国家。 * 液压支架电液控制系统在美国、澳大利亚、德 国等煤炭生产发达的国家已经得到了普遍的应用 ，而在国内的神东集团、兖矿集团、铁煤集团、 开滦集团也得到了成功的应用，取得了很好的技 术经济效果。 液压支架电液控制系统是实现综采工作面高产 高效的关键技术设备，也是今后的发展方向，这 是我国国民经济快速发展和煤炭生产高产高效集 约化发展的需要，是煤炭生产技术发展进步的必 然结果。 * 5.1 液压支架电液控制系统的优越性 液压支架电液控制系统是具有单片机、传感器等 电子装置和液压回路控制部件的、可以根据生产需要 而控制液压支架自动动作的系统。优点： 1）将液压支架的降架、拉架、升架、推移前部输送 机、拉后部输送机、收护帮板、伸护帮板、喷雾洒水 及放顶煤等动作由原来的人工手动操作改为电液自动 控制、程序化操作，能够与高效采煤机相匹配加快工 作面推进速度，显著提高采煤工作面的生产效率； 2）可以实现跟机自动化作业、降低工人的劳动强度 ，改善工人的劳动条件、减少工作面的操作人员，改 变煤矿生产落后危险的社会形象。 * 3）可以解决特殊地质条件和困难生产条件下的生产工艺 问题，例如在薄煤层工作面人员无法在工作面内操作的条 件下，可以实现无人化工作面（需与刨煤机系统配合使用 ）； 4）可实现多架同时推输送机并可定量推进，保证输送机 缓慢弯曲，避免中部槽连接处产生过大的应力，延长输送 机的寿命，同时可以保护工作面输送机的平直性，实现工 作面的平直推移； 5）易于实现带压移架，对于保护顶板的稳定性和防止冒 顶事故非常有利； 6）可以较好地控制了支架初撑力，显著地改善支护效果 和工作面管理水平。 * 5.2 主要供应商的基本情况 目前，在国际市场上以德国dbt公司、joy 公司和德国marco公司的产品占主导地位。美 国、澳大利亚以dbt公司、joy公司为主（基本 上各占50%），德国以marco公司为主（以往 占70%以上，2002年全部）。 在中国， dbt公司9套（神东集团5套、铁煤 集团2套、西山集团1套、 晋煤集团1套），joy 公司3套（神东集团3套），德国marco公司（ 北京天地玛珂公司）3套（兖矿集团1套、开滦集 团2套）。（2003年数据） * 德国采矿技术装备有限公司（dbt） 德国采矿技术装备有限公司（dbt）是鲁尔煤炭股份 公司下属的一个企业。由哈尔巴赫-布朗机械厂、赫尔曼- 赫姆夏特机械厂、威斯特伐利亚-贝克瑞特工业技术股份 有限公司3家专业生产厂家合并联合于1995年成立。该公 司向用户提供全套煤炭高效技术和装备。 dbt在美国、澳大利亚、南非、波兰和法国设有子公 司，主要业务范围集中在回采工作面的装备上。 dbt在液压支架、运输机、采煤设备、电液控制和驱 动技术领域内处于领导地位。该公司的最新产品型号为 pm4，是在威斯特伐利亚与marco公司合作开发的pm2 的基础上发展起来的，在技术上是成熟的，并且在美国、 澳大利亚应用良好。 * 德国marco控制系统公司 德国marco控制系统公司成立于1982年专 业制造工业控制系统和元件，主要产品为pm系列 液压支架电液控制系统、压电陶瓷元件、驱动器 和传感器，其电液控制系统在德国的市场主导地 位。该公司德国设有3个分部、在中国有合资公司 、在美国有分公司，负责产品液压支架电液控制 系统销售和技术服务。该公司是最早开始进行液 压支架电液控制系统的公司之一，其最新产品型 号为pm31，在技术上处于领先地位。 * joy公司 joy公司总部设在美国，是一个跨国的煤炭机 械综合公司，向世界各国提供采煤机、输送机液 压支架等全套采矿设备，在美国、澳大利亚等国 占有一半以上的市场份额。 支架电液控制系统由其收购英国公司（较早开 发支架电液控制系统的公司之一）在英国生产制 造。产品在技术和工艺上也较成熟，但其设计思 路与德国不同，结构比较复杂，重量、体积都比 德国产品大得多，使用效果不如dbt公司和 marco公司的产品。 * 北京天地玛珂电液控制系统有限公司 北京天地玛珂电液控制系统有限公司是由天地 科技股份公司、德国玛珂系统分析与开发有限公 司及公司员工共同持股的中外合资、股份制有限 公司，主要从事液压支架电液控制系统的研发和 经营，在德国玛珂公司投入公司的pm31型液压支 架电液控制系统的基础上，结合中国煤矿的技术 条件进行改进、提高、逐步国产化。对于国内还 难以自行生产的关键零部件，先从国外市场上直 接采购，同时进行国产化研发工作，一旦国内掌 握了加工技术，产品质量合格，则采用国内的产 品。 * * * 支架控制器是液压支架电液控制系统的核心， 其主要发展趋势：操作软件逐渐向智能化发展； 通信系统向国际标准现场总线靠拢；并将与工作 面其它设备之间实现接口，实现互相联动、协调 工作，使工作面向少人自动化、无人化自动化方 向发展；控制器的操作向遥控化方向发展；电源 系统向智能开关型方向发展。 5.3 发展趋势与应用展望 * 先导阀是实现控制的关键部件 目前各公司的液压支架电液控制系统中的先导阀大多采 用以电磁铁作为电-机械转换元件。 电磁铁技术发展时间较长，技术成熟，产品性能稳定可 靠，且有动作速度快的优点，但其启动电流较大，对阀的 结构有一定的要求。因此，井下安全条件下同一路电源同 时启动的电磁阀的数量受到一定的限制。 目前，德国某公司开发研究的用“压电”材料制造电-机 械转换元件，它可以替代目前的电磁铁，大幅度减少耗电 量。 主控阀将向大流量的方向发展。 预计在未来的5年，液压支架电液控制系统将在中国的 煤矿得到普遍的应用，而且生产效率将会大幅度地提高， 自动化生产的水平将上一个新的台阶。 * 刮板输送机现状与发展 * 一、我国煤矿刮板输送机的发展现状 1964年，我国第一台使用四环链的可弯曲刮板 输进机sgw-44型输送机在张家口煤机厂研制成 功，实现了刮板输送机的连续运输。1974年我国 第一台综采工作面使用的sgw-150型边双链刮板 输进机在张家口煤机厂研制成功，与采煤机和液 压支架配套使用，使采煤工作面实现了从采煤、 运燃到支护，椎移的机械化作业。但是，一直到 七十代来，因采煤工作面设备水平的制约，我国 的采煤方法还主要是炮采和普采，生产效率低、 安全得不到保障。 * 从二十世纪七十年代末，我国相继从国外引进 了一批成套综采设备，采煤方法跨入了综采时期。 采煤工业的迅速发展要求提供大批量的国产化综采 设备，就是在这种形势下，国内煤机厂在八十年代 初先后制造出730/264和764/264型中双链和边双链的 刮板输送机及其配套的转载机、破碎机，实现了综 采刮板输送机的国产化。从此，我国的综采机械化 进入普及和发展时期。 * 为适应综采工作面日益增长的对输送机功率、适量、 运距加大的要求，张家口煤机公司等国内煤机制造企业 对槽宽730、764机型自动产化后不久就开始了改进提高 工作。经过十几年的发展，到九十年代初，槽宽764机 型装机功率由2132千瓦增至2315千瓦；小时适量由 600吨增至1000吨；铺设长度由150米增至200米。在改 进提高这种机型的同时，也加强了对这种机型可靠性的 研究。中部槽闰联结强度达到2000kn，中部槽与挡板 、铲煤板间的联接强度也大幅度提高，过渡槽的结构改 进，提高了整机可靠性和使用寿命。总之，这个机型到 目首为止，其性能与可靠性已不是最初翻造的水平，都 得到了提高和加强。 张家口煤机公司生产的槽宽764系列轧槽帮的机型， 适用最大拉架力46吨的架型；是年产百万吨工作面较为 理想的机型。 * 名称sgz764/264 sgz764/400 sgz764/63 0 输送能力（t/h ） 6008001000 设计长 度（ mm） 150200200 装机功率（kw ） 21322200 中部槽规格（ mm） 1500764222 230108-c 圆环链规 格（ mm） 22286 22692-c 刮板链速（m/s ） 0.96 1.10 1.03 采煤机牵引方 式 有链牵引或无链牵引 （齿条、销排） 有链牵引或无链牵 引（齿条、销排） 有链牵引或无链 牵引（齿条、销 排） 764型刮板输送机主要技术参数 * 进入二十世纪九十年代，采煤工量高速发展， 尤其是放顶煤开采方法的推广，对刮板输进机的 性能、强度和可靠性提出了更高的要求.八十年代 通过引进开发的轧制槽帮刮板输送机机型已不能 适应60吨以上拉架力拉型的需要、功率、运量已 达到了这种槽帮机型的极限，现场使用中，出现 刮板输送机，能力不足，事故率升高，制约了采 煤技术的发展，亟特提高刮板机的技术装备水平 。 * 铸造槽帮输送机代表型主要技术参数 名称sgz730/320sgz764/400sgz880/80 0 sgz764/6 30 sgz9 00/750 输送能力（t/h ） 设计长 度（ mm） 装机功率（ kw） 600 200 2160 800 200 2200 1200 200 2315 1500 250 2400 1800 250 2375 卸载方式 端卸或侧卸 圆环链规 格（mm） 22692c230108 c 234126c 刮板链速 （m/s） 1.101.101.031.101.31 采煤机牵引方式 无链牵引（齿条、销排） 无链牵引（销排、超级链轨 ） 整机过煤 寿命 300350400500500 * 技贸结合、技术引进刮板输送机主要技术参数 名称技术参数名称技术参数 输送能力（t/h） 设计长 度（mm） 装机功率（kw） 供电电压 （v） 卸载方式 紧链方式 采煤机牵引方式 2000 250 3375双速电机 3300 交叉侧卸 液压马达紧链装置 超级链轨 中部槽规格（mm） 中部槽型式 槽间联结 型式 圆环链规 格（mm） 刮板链速（m/s） 减速器型式 过载保护型式 15001000（内宽）380 整体铸焊中部槽 哑铃联结 ，强度3000kn 234126加强链 1.31 垂直、平行布置行星减速器 摩擦限距离合器 整机过煤寿命 600万吨 * 长运距、高可靠性刮板输送机 成套设备主要技术参数 名称sgz1000/1400输送机sgz1000/525输送机 输送量（t/h） 设计长 度（m） 装机功率（kw） 刮板链速（m/s） 刮板链型式 圆环链规 格 电动 机电压 减速器型式 紧链 装置 采煤机牵引方式 卸载方式 25003000 300 2700 1.25 中双链 38x137mm紧凑型加强链 3300v（双速） 双级ngw型行星传动 减速器 液压马 达及可伸缩机尾 齿轮 齿型销轨 式 交叉侧卸 3500 60 525 1.8 中双链 234126c 3300v（双速） 圆锥 行星传动 减速器 盘阻链器和伸缩机头辅 助紧链 整机过煤寿命800万吨1000万吨 * 二、 我国刮板输送机与国际先进水平的差距 1、整机性能方面的差距 （1） 运输能力 国外到板输进机的最大小时运输能力已达5000t ，我国近几年各矿区引进国外的刮扳输送机小时运输 能力为20002500，2003年神东公司引进joy的2套刮 板输送机小时运输能力为3500t，目前国内制造并已提 供用户使用的输进机最大小时运输能力为2500t，与前 几年引进的水平相当。 （2） 运输距离 国外刮板输送机的最大运输距离为430m，我国 引进输送机的最大运输距离为300m，国内制造的输送 机为300m； * （3） 装机功率 国外刮板输送机最大装机功率为 4800kw我国最新引进输送机的最大装机 功率为3700kw，国内制造输送机的装机功 率为2700kw；中部槽的最大宽度为1200m ； （4） 圆环链规格 国外刮板着送机使用的圆环链规格达 到4852mm，国内制造输送机使用圆环链 的最大规