年产600万吨大采高综采成套技术及装备--国家奖材料

1、20092009年度国家科技进步奖项目年度国家科技进步奖项目年产年产600600万吨大采高综采成套技术与装备万吨大采高综采成套技术与装备 煤炭科学研究总院煤炭科学研究总院 中国神华能源股份有限公司中国神华能源股份有限公司 天地科技股份有限公司天地科技股份有限公司 郑州煤矿机械集团公司郑州煤矿机械集团公司 中煤张家口煤矿机械有限责任公司中煤张家口煤矿机械有限责任公司 中煤北京煤矿机械有限责任公司中煤北京煤矿机械有限责任公司目目 录录一、立项背景二、总体思路三、关键技术突破四、创新成果五、经济效益和社会效益六、完成人情况一、立项背景战略需求战略需求煤炭是我国的主体能源，安全、高效、高回收率开采 是

2、国家重要的产业政策，是煤炭生产企业追求的目标。不同厚度煤层储量分布比例我国4-6m煤层储量占34%，是13个亿吨级煤炭基地的主采煤层。厚煤层开采主要有三种方法：分层开采、综放开采、大采高综采。大采高综采优点：高产、高效、安全性好、回收率高。20%80%100150易发火50%70%200300瓦斯易超限30%90%300400围岩难控制采法采法产量比重产量比重(2004年年)回采率回采率年产量年产量(万吨万吨)安全性安全性一、立项背景战略需求战略需求一、立项背景战略需求战略需求一、立项背景存在问题存在问题资源损失量高达1/3以上! 全国每年损失的资源量达亿吨以上!主要差距：能 力 低可靠性差配

3、套性差 一、立项背景存在问题存在问题采高大于4米，产能大于600万吨的大采高综采成套装备完全依赖进口。进口设备价格相当于国产设备价格的 23倍!备品配件价格相当于国产备品配件价格数十倍!一、立项背景存在问题存在问题一、立项背景项目总体目标项目总体目标“年产600万吨大采高综采成套技术与装备”列入国家十大重大装备项目!项目总体目标： 开发研制出具有自主知识产权的、4-6米厚煤层一次采全高、工作面生产能力达到年产600万吨的成套综采技术与装备。皮带机多电机驱动功率不平衡、皮带易跑偏、托辊寿命短。 刮板机溜槽磨损加重、卸载不畅、刮板链易断裂、销轨强度低；采煤机负荷增大，摇臂散热困难，易断裂，行走机构

4、承载能力低、易损坏；支架易倾倒、立柱易损坏、移架速度慢，支架稳定性和承载能力以及自动化控制需要提高；煤壁片帮、冒顶严重、顶板来压强烈，岩层控制和支架设计理论有待突破和完善；采高加大一、立项背景技术难点技术难点工作面加长产能提高产、学、研联盟，协同攻关。 形成年产600万吨成套技术与装备研究提出大采高围岩控制理论关键元部件及关键技术应力场位移场为支架设计提供理论支持研制高性能的单机设备现场工业性试验为成套设备的高可靠性提供保障检验设备的配套性和可靠性二、总体思路能力、尺寸、功能、系统可靠性匹配 形成工作面设备的整体配套准则 为单机设备的研制和开采工艺设计提供理论支持 数值模拟采场应力分布三、关键

5、技术突破岩层控制理论岩层控制理论现场实测超前支承压力22311111122niiiqLPPPq lqLkhf 直接顶老顶老顶采场顶板“短悬臂梁-铰接岩梁”结构直接顶煤层老顶大采高采场顶板“短悬臂梁-铰接岩梁” 理论模型支架工作阻力计算公式三、关键技术突破岩层控制理论岩层控制理论可控性因素数值模拟 4个可控性因素：端面距、工作阻力、水平力、合力作用点距煤壁距离；三、关键技术突破岩层控制理论岩层控制理论“压杆”计算模型采高采高xxPFPFPF0/MhPF0Myy0.65倍倍采高采高0.65倍采高以上煤体易发生片帮，临界护帮高度应不小于0.65倍采高。三、关键技术突破电液控制液压支架电液控制液压支架

6、三维动态仿真 支架总体参数的动态优化设计创新研制了首套具有二级护帮和准刚性稳定机构的大采高液压支架 (专利号: ZL200620119454.1 )大采高液压支架三、关键技术突破电液控制液压支架电液控制液压支架发明了单线CAN总线构成的支架控制器（发明专利：ZL2007101184888）耦合器（发明专利：ZL2007101184873），创新研制了具有自主知识产权的支架电液控制系统。三、关键技术突破电液控制液压支架电液控制液压支架SAC-H型支架人机操作界面数字化虚拟样机三、关键技术突破电牵引采煤机电牵引采煤机 解析法的力学模型三、关键技术突破电牵引采煤机电牵引采煤机摇臂强度有限元分析三、关

7、键技术突破电牵引采煤机电牵引采煤机创新研制了内外组合冷却系统，提高了摇臂的传动强度；创新研制了高强度合金铸钢材料及热处理新工艺，提高了摇臂的结构强度。三、关键技术突破电牵引采煤机电牵引采煤机创新研制了147mm节距、承载力达1000kN的高强度“齿销”传动系统，提高了采煤机的寿命；三、关键技术突破刮板输送机刮板输送机刮板受力的应力应变图优化设计后的立环与平环147*6整体模锻销轨自主研发了整体铸焊式中部槽 (ZL200620127424.5 )三、关键技术突破刮板输送机刮板输送机创新研制了高强度镶嵌式“哑铃”销连接结构 创新研制了了大运量交叉侧卸机头 创新研制了多电机功率平衡控制系统 创新研制

8、了自动储带系统储带仓创新研制了高效液压卷带装置(专利: ZL200420114143.7)液压卷带装置创新研制了高速低阻托辊托辊三、关键技术突破可伸缩带式输送机可伸缩带式输送机项目在神华万利一矿五个月工业性试验。l 工作面长度：300ml 煤层平均厚度：5.2ml 成套装备开机率：94l 月产量：69万万tl 回采率：93.6%l 采煤工效: 398.8吨吨/工工四、创新成果工业性试验工业性试验2008年工作面实际产量达到了1025万吨，创国产综采装备单产新记录。设 备内 容立项前国 际本项目支架工作阻力（kN）60001000010000移架速度（秒/架）20108最大高度（m）46.36.

9、3大修周期（Mt）341515采煤机满载牵引速度（m/min）7.71512.3最大截割高度（m）466刮板机运输能力（t/h）180035003500过煤量（Mt）31515带式输 送机运输能力（t/h）250035003500过煤量（Mt）101515成套装备采高(m)466开机率(%)45%90% 94%采煤工效(t/工)34.3300398.8产能(Mt)31010四、创新成果成套装备能力与可靠性成套装备能力与可靠性专家鉴定意见：“项目研究的国产大采高综采成套整体达到国际先进水平，部分达到国际领先水平。”序号专利名称专利号知识产权类别1液压式单环补接机ZL200610048115.3发

10、 明2一种由单线CAN总线构成的支架控制器 ZL2007101184888发 明 3一种工作面支架控制器使用的耦合器ZL2007101184873发 明4煤矿工作面顺槽超前支护液压支架ZL200620119454.1实用新型5聚氨酯复合液压密封圈 ZL2005201303547.X实用新型6聚氨酯液压密封组件 ZL2005201303544.6实用新型7电流互感器故障自检测装置 ZL200620042141.0实用新型8新型中部槽 ZL200620127424.5实用新型9同步输送机自动改向托辊装置 ZL200420114143.7实用新型10煤矿设备机电基础数据制作系统 2005SR0518

11、1 软件著作11煤矿设备机电基础数据查询系统 2005SR12575 软件著作 序号专有技术名称专有技术编号1煤矿回采工作面综采“三机”配套关键技术煤科总院科专20070012支架稳定性设计与控制技术煤科总院科专20070053大功率采煤机截割部热平衡控制技术煤科总院科专2008002四、创新成果知识产权知识产权发明专利3项实用新型专利6项专有技术3项软件著作权2项处于实审和公告期阶段的发明专利11项 形成相关国家及行业标准 9 项四、创新成果论文、奖励及人才培养论文、奖励及人才培养发表相关论文53篇，其中被 SCI、EI 等收录 17篇，出版专著1部;获中国煤炭工业协会科学技术特等奖 1 项

12、，一等奖2项培养了博士、硕士生20名。自主研发了大功率交流电牵引采煤机，解决了多年未解决的摇臂“瓶颈”技术,使国产采煤机的能力和可靠性上了一个新的台阶 ；集成创新了由“一个理论、四套装备”（36个关键元部件、16项创新技术）所构成的具有自主知识产权的年产600万吨能力的综采成套技术与装备。完善发展了大采高综采岩层控制理论，为大采高回采工艺、顶板控制技术和支架设计提供了理论依据 ;四、创新成果项目创新点项目创新点自主研发了高可靠性大采高电液控制液压支架，填补了4-6m采高国产支架的空白 ；自主研发了大功率工作面刮板输送机和大运量长运距可伸缩带式输送机，满足了高产、高效、安全的要求并完全替代了进口装备； 本项目在神华集团万利一矿应用，工作面装备投资减少1.5亿元，是进口设备的43%。设备已连续使用三年，运行良好，实现了工作面安全生产零死亡。截止到2008年底，研究成果已在11个矿区21个工作面推广应用，新增利税103.9亿元。五、经济效益及社会效益五、经济效益及社会效益年份新增利润(亿元)新增税收(亿元)节支总额(亿元)200613.023.216.31200724.275.8111.16200846.6210.9820.44累 计103.937.91