煤矿新装备及其安全技术要求(1-1)

煤矿新装备

及其安全技术要求辽宁工程技术大学第一章采掘机械

第一节采煤机械

第二节采煤工作面支护设备

第三节掘进机械

第四节刮板输送机第二章矿井运输机械

第一节带式输送机

第二节无轨胶轮辅助运输设备第三章矿井提升及排水设备

第一节矿井提升设备

第二节矿井排水设备第一章采掘机械绪论20世纪末期以来，在新技术革命的带动下，煤矿开采技术与装备迅速发展。先进国家积极应用机电一体化和自动化技术，研制开发了大生产能力、高性能的开采技术装备，广泛应用计算机技术,实现了矿井生产过程自动化控制、高产高效生产。采掘机械化是煤炭工业增加产量、提高劳动效率、改善劳动条件、保障安全生产的必要技术手段，也是煤炭生产过程中节约能源、人力和减少原材料消耗的有效技术措施。综合机械化采煤工作面的装备以采煤机、液压支架和刮板输送机为代表。一、机械化采煤的发展概况

机械化采煤开始于20世纪40年代，是随着采煤机械的出现而开始的。40年代初期，英国、苏联相继生产了采煤机，使工作面落煤和装煤实现了机械化。50年代初期，英国、联邦德国相继生产出了第一代采煤机——固定滚筒采煤机、可弯曲刮板输送机和单体液压支柱，从而大大推进了采煤机械化技术的发展。60年代是世界综采技术的发展时期。第二代采煤机——单摇臂滚筒采煤机的出现，解决了采高调整问题，扩大了采煤机的适用范围，其采煤机的滚筒装在可以上下摆动的摇臂上。1964年，第三代采煤机——双摇臂滚筒采煤机的出现，进一步解决了工作面自开切口问题。另外，液压支架和可弯曲输送机技术的不断完善，把综采技术推向了一个新水平，并在生产中显示了综合机械化采煤的优越性——高效、高产、安全和经济。因此，各国竞相采用综采技术。进入70年代，综采机械化采煤技术得到了进一步的发展和提高，综采设备开始向大功率、高效率及完善性能和扩大使用范围等方向发展，相继出现了功率为750～1000kW的采煤机，功率为900～1000kW、生产能力达1500t／h的刮板输送机，以及工作阻力达1500kN的强力液压支架等。1970年采煤机无链牵引系统研制成功。1976年由德国生产出第四代采煤机——电牵引采煤机(此前的采煤机均属于机械牵引或液压牵引)，大大改善了采煤机的性能，并扩大了它的使用范围。1976年，西德艾柯夫公司研制出世界上第一台直流电牵引(他励)采煤机——EDW-150-2L型采煤机。1976年，美国久益公司研制出了1LS直流(串励)电牵引采煤机，以后陆续改进发展为2LS、3LS、4LS系列；1996年生产了6LS05型采煤机，其总装机功率为1530kW，是当时世界上功率最大的采煤机。1984年，英国生产了第一台ELECTRA550直流(复励)电牵引采煤机，其后生产的ELEC—TRAl000型采煤机在1994年创下了年产408万t商品煤的世界最高纪录，其截煤牵引速度达25m/min。1986年，日本三井三池制作所研制出世界上第一台交流电牵引采煤机——MCLE400-DR6868。

二、我国机械化采煤设备发展现状(1)掌握了缓倾斜中厚和厚煤层综合机械化采煤成套设备的设计、研究和制造技术;(2)已研制成功了适用于部分薄煤层的采煤机、液压支架和刨煤机。（3）“三软”（软顶板、软底板和软煤层）和“三硬”煤层、55º以下大倾角和急倾斜煤层等困难条件下使用的综采成套设备先后问世。三、开采技术装备发展趋势研制机电一体化、自动化煤矿开采技术装备。（1）发展年产800万t-1000万t综采工作面配套技术大功率高性能系列电牵引采煤机大采高电液控制强力液压支架大功率刮板输送机软启动带式输送机3．3kV供电技术（2）发展年进8000-10000m煤巷快速掘进成套技术主要是掘锚联合机组、重型掘进机、重型掘进锚杆。完善提高现有掘进机、锚杆机，解决掘进过程中切割与支护的协调作业；改进悬臂式掘进机的截割传动和电控系统，提高单进；研制输出功率大、钻进速度快、稳定性好的新型单体锚杆钻机；研制配合锚杆钻机使用的连续采煤机，使掘进和支护协调作业，缩短掘、钻、支循环作业时间，提高掘进速度。（3）发展先进的、实用的工作面开采技术与装备主要包括：高效、回收率高、安全的放顶煤开采技术短壁和短工作面高效开采技术与设备适合中、小煤矿的实用配套技术开发应用高效实用的采煤方法，研制经济实用灵活紧凑的采煤机、顺槽可拐弯刮板输送机等配套装备，逐步实现采、支、运机械化。（4）综合机械化采煤工作面无人自动化生产技术在工作面采煤机、刮板输送机、液压支架等设备实现单机自动控制功能的基础上，采用红外线引动、位置速度检测、计算机集中控制等方式，使采煤机、刮板输送机、液压支架等设备自动完成割煤、运输、液压支架移设和顶板支护等生产流程，实现工作面自动化生产。自动化采煤工作面关键技术主要包括：a.液压支架电液控制技术b.在薄煤层中实现刮板输送机直线推进技术c.煤岩分界及采煤机摇臂自动调高技术d.薄煤层用电气调速自动化刨煤技术e.设备工况监测与故障诊断技术f.顺槽集中控制技术第一节采煤机械

采煤装备水平是煤矿技术水平的重要标志之一。采煤机械的选用取决于煤层的赋存条件、采煤方法和采煤工艺，而采煤机械的技术发展又促进了采煤方法和采煤工艺的更新。采煤方法按采煤工艺分：长壁式采煤法房柱式采煤法长壁式采煤法:爆破采煤机械(炮采机械)普通机械化采煤机械(普采机械)综合机械化采煤机械(综采机械)房柱式采煤法:使用连续采煤机破煤、装煤和转载，用带转载机的可伸缩带式输送机或梭行矿车运煤。

采煤机的发展与采煤工作面机械化的发展密切相关的。

一、滚筒式采煤机20世纪50年代是以打眼放炮采煤为主的阶段，破煤是用煤电钻在煤壁上钻出炮眼孔，装入安全炸药，爆破把煤破碎。

目前世界各国广泛采用长壁采煤法。高产高效综合机械化采煤工作面的长度一般在200m以上，推进长度也在不断加大。（一）滚筒采煤机发展过程：20世纪60年代中，开始发展了普通机械化采煤。破煤和装煤工作使用浅截深单滚筒采煤机，装煤工作采用铠装式可弯曲刮板输送机，顶板控制采用摩擦式单体金属支柱和铰接式金属顶梁。MLQ—64是我国1964年仿制波兰的第一台浅截深单滚筒采煤机，把固定滚筒改进为带摇臂可调高的螺旋滚筒以后，定型为MLQ—80型。高档普通机械化采煤是在普采的基础上，把摩擦式单体金属支柱改为单体液压支柱而成的。使用的采煤机主要是DYl50型单滚筒采煤机。20世纪70年代开始研制综合机械化采煤设备。综合机械化实现了采煤工作面全部机械化生产，破煤、装煤使用双滚筒采煤机，运煤使用刮板输送机，顶板控制使用液压支架，消除了繁重的人工体力劳动。

1975年仿制的MLS3—170型双滚筒采煤机；1978年鉴定的MD一150型双滚筒采煤机；以上两种采煤机都是液压调速，牵引机构为牵引链和牵引链轮。在20世纪70年代末采煤机由“链牵引”变成了“轮轨啮合式行走”。最初研制的采煤机有MG300—W型（后扩展成MG400一W型）和MXA—300型；20世纪80年代末90年代初开始研制电气调速的采煤机。我国第一台电气调速的采煤机是1986年开始设计的中波合作研制的MG344—PWD型薄煤层采煤机，采用非机载的变频调速装置。电气调速和采煤机总体结构横向布置的广泛应用，使得采煤机的生产能力得到大幅度提高，到了21世纪，发展更加迅速。

（二）电牵引采煤机的特点：①具有良好的牵引特性可在采煤机前进时提供牵引力，使采煤机克服阻力移动；也可在采煤机下滑时进行发电制动，向电网反馈电能。②可用于大倾角煤层牵引电动机轴端装有停机时防止采煤机下滑的制动器。其设计制动转矩为电动机额定转矩的1.6～2.0倍，因此，电牵引采煤机可用在40º倾角的煤层。③运行可靠，使用寿命长电牵引与液压牵引不同，电牵引除电动机的电刷和整流子有磨损外，其他件均无磨损，因此，使用可靠，故障少，寿命长，维修工作量小。④反应灵敏，动态特性好电子控制系统能将多种信号快速传递到调节器中，以便及时调整各参数，防止采煤机超载运行。⑤效率高电牵引采煤机将电能转化为机械能只做一次转换，效率可达0.9；而液压牵引由于能量的几次转换，再加上存在的泄漏损失、机械摩擦损失和液压损失，效率只有0.65～0.7左右。⑥有完善的检测和显示系统采煤机在运行中，各种参数如电压、电流、温度、速度等均可检测和显示。当某些参数超过允许值时，便会发出报警信号，严重时可以自行切断电源。⑦结构简单电牵引部的机械传动系统结构简单，尺寸小，重量轻。

近年来，电牵引采煤机已发展成为国际主导机型，不仅可控硅控制调速的直流电机牵引已发展成系列产品，而且已经开发出了多种类型的交流调频电牵引采煤机。由于高新技术的发展，将会使电牵引采煤机逐步替代液压牵引采煤机。

（三）典型滚筒采煤机:(1)大倾角煤层采煤机大倾角煤层采煤机通常是指工作在倾角大于35°中的采煤机。大倾角采煤机一般采用双滚筒采煤机，使用无链电牵引系统，牵引力较大(超过2×300kN)；用于大倾角煤层采煤机在机械结构上主要是通过牵引减速器上安装液压制动器实现制动，将摇臂齿轮箱和行星减速器齿轮箱分开使其能独立形成油池，实现分腔润滑。MG250/600—QWD型采煤机是一种多电机驱动、电机横向布置，采用交流变频调速装置的电牵引采煤机。该机适用于厚度2．0～3．5m、倾斜角小于45°的中硬煤层中使用。液压制动器按《煤矿安全规程》要求，煤层倾角大于15º的工作面，必须安装防下滑装置。为防止采煤机下滑，大倾角采煤机采用液压制动器结构主要由外壳、花键套、外摩擦片（11片）、内摩擦片（10片）、圆盖、缸体、活塞及碟形弹簧组成。（2）薄煤层采煤机我国煤层厚度划分，厚度0．8～1．3m的煤层属薄煤层。近年来，国外主要有德国Eickhoff的EDW—300LN型、德国DBT公司的EL600型，德国Wirth研制的H4．30型等薄煤层采煤机以及部分刨煤机组；国内较具代表性的有MG344—PWD型及MG132/320—WD型、MG200/456—WD型、MG100/238—WD型等采煤机。薄煤层采煤机技术上从电机单一纵向布置向多电机横向布置发展，由液压牵引向电牵引发展，由箱体之间有传动关系向无传动关系的积木式发展，由有底托架向无底托架发展，并逐渐研制出了具有双截割电机摇臂、适于大倾角开采的四象限调速系统、中压机载等新技术的交流电牵引采煤机。薄煤层采煤机需要能够较好地解决机面高度、装机功率、过煤高度三者之间的矛盾，这样才能够发挥设备的适应性与可靠性。例1MG200/456—WD型采煤机:采用多电机驱动、电机横向布置，采用非机载交流变频调速的无链电牵引新型薄煤层采煤机。该采煤机适用于煤层厚度1．1～2．4m，工作面倾角小于等于25°(两象限变频器)或者小于等于45°(四象限变频器)，煤层可有一定仰俯角，煤质中硬(f≤4)的煤层中开采，能够配套730、764等运输机，在综合机械化采煤工作面完成落煤与装煤。采煤机在工作面按斜切方式自开缺口，双向穿梭式采煤。创新一：截割部采用双电机驱动。截割电机横向布置在摇臂上，悬挂在采空区侧。该种布置方式在截割电机总功率不变的情况下，减少了大直径电机对机面高度与过煤空间的影响；这种大功率小尺寸截割电机(100kW)内部经过特定设计。创新二：非机载四象限变频调速系统的应用。采用四象限变频器和能量回馈单元制动能很好地适用于煤层倾角达到25°～45°时的工作面，较好地解决大倾角工作面开采。例2MG100/238—WD型(极)薄煤层采煤机采用多电机驱动、截割电机纵向布置、牵引调高电机横向布置，采用非机载交流变频调速的无链电牵引新型(极)薄煤层采煤机。该采煤机适用于煤层厚度0．75—1．3m，工作面倾角小于等于25°(两象限变频器)或者小于等于45°(四象限变频器)，煤层可有一定仰俯角，煤质中硬(f≤4)的煤层中开采，能够配套630、730等运输机，在综合机械化采煤工作面完成落煤与装煤。采煤机在工作面按斜切方式自开缺口，双向穿梭式采煤。技术创新：该薄煤层采煤机在580mm的机面高度下，实现了机身厚度、过煤空间与机面高度三者的匹配布置：充分利用运输机铲板(及煤壁槽帮)上方的空间来布置截割电机等大直径结构，降低了其对机身厚度、过煤空间等的影响。(3)短壁采煤机

短壁采煤机是一种特殊类型、多用途的单滚筒采煤机。国外大多从缺口机或巷道掘进机发展而来，常用于短壁工作面、短长壁工作面或多机开采的长壁工作面。该类型采煤机在20世纪80年代法国有MS—950，MA—132；德国有ESA—60—L，ESA—150—L,ESA—150—K；波兰有KGU—130等型号，均为液压牵引，装机功率小于等于150kW。我国逐步研发出多种型号短壁采煤机,如MGD150—NW型短壁采煤机、MGD150—N型有链牵引短壁采煤机、MG250/300系列电牵引短壁采煤机等。短壁采煤机应用范围:(1)急倾斜特厚煤层水平分层放顶煤开采(2)“三下一上”采煤(3)煤柱和边角煤回收(4)短壁工作面双巷或单巷开采(5)长壁工作面开机窝(6)煤巷掘进2000年以来我国发展的新型横向布置短壁采煤机:MG(150kW、200kW、250kW

)/(200kW、250kW、300kW)-(NAWD/NWD/NGWD)这种单电机横向布置的液压牵引短壁采煤机系列，性能比原有的单电机纵向布置的液压牵引短壁采煤机更好；多电机横向布置的电牵引短壁采煤机系列技术上居国际领先水平。（4）大功率采煤机大功率采煤机是指采煤机摇臂单个截割功率超过650kW，总装机功率达到1600kW以上的采煤机。国内目前最大装机功率是上海分院研制的MG900/2215—GWD采煤机，截割电机功率达到900kW，装机总功率达2215kW,采煤机采高达5．2m，机器重量125t，由于机器质量大，在倾角大的工作面下滑力太大，因此只适用于近水平工作面，适应倾角小于等于15°。国外机组目前最大装机功率是德国Eickhoff的SLl000采煤机组，该机装机功率最大2390kW；采煤高度大高达6．6m，采煤机重125．7t；适应工作面倾角小。我国已研发生产的主要产品：MGTY系列——中国太原矿山机器集团MG系列交流变频调速电牵引采煤机——中国西安煤矿机械厂国内2500kW的电牵引采煤机已经下线，单个截割电动机的功率已达l000kW，牵引电动机功率已达2×150kW，截深为800mm、1000mm和1200mm，最大采高高度已经达到6．3m，滚筒直径最大达到3．0m。MG1000/2550-GWD型采煤机交流变频调速电牵引、采用多电机驱动、截割电机横向布置、无链双驱动重型超大功率电牵引。适应煤层倾角θ≤15°、煤质硬度f<4的厚煤层开采采高范围为3．2～7．1m配套运输机槽宽：≥1000m结构组成：截割机构、牵引机构、电气控制设备、电动机、液压系统、冷却喷雾系统该机采用交流变频调速技术，变频调速箱安置在机身中部，通过改变牵引电机的供电频率与电压，实现牵引速度无级调速。牵引速度可根据截割电机的载荷情况，实行截割电机恒功率自动调速，并具有牵引电机过热、过流保护。MG系列交流电牵引采煤机英国比塞洛斯生产的EIectra系列长壁交流电牵引采煤机7LS-6型采煤机

美国久益公司——双滚筒电牵引采煤机适用于中厚及厚煤层长壁工作面中的硬煤层开采，它可截割岩石硬度高达f＝14的夹石层。可以通过两个遥控器，选择无线电或电缆有线对采煤机实施远方离机操作与控制。（四）滚筒式采煤机安全要求1、滚筒式采煤机的安全使用(1)未经安全技术培训，考试合格的司机不得开车。(2)采煤机不得带负荷启动和频繁启动。(3)除紧急情况除外不允许使用隔离开关或断路器断电、停电。(4)无冷却水或冷却水的压力、流量达不到要求时严禁开机。(5)截割滚筒上的截齿应无缺损。(6)采煤机在工作中应采取防止采煤机滚筒截割支架顶梁和刮板输送机铲煤板的措施。(7)采煤机运行时，随时注意电缆的拖移情况，防止损坏电缆。(8)煤层倾角大于15°时应设防滑装置，必要时装设液压防滑绞车。(9)采煤机在割煤过程中要割直、割平，并严格控制采高，防止出现工作面弯曲和台阶式的顶底板。(10)检查滚筒、更换截齿或在滚筒附近工作时，必须打开截割部离合器和隔离开关。(11)开机前，应注意查看采煤机附近有无人员及可能危害人身安全的隐患，然后发出开车信号。(12)注意防止刮板输送机上的中、大型异物刮碰采煤机。(13)遇到下列情况之一时，应紧急停车：①采煤机工作时负荷太大，电动机发生闷车现象。②严重片帮、冒顶，危及司机安全。③采煤机发生异常现象。④电缆拖移装置卡住或采煤机掉道。⑤出现人身伤亡事故或其他重大事故。(14)严格贯彻落实《采煤机司机操作规程》和交接班制度。(五)滚筒式采煤机的安全管理(1)采煤机上必须装有能停止工作面刮板输送机运行的闭锁装置。采煤机因故暂停时，必须打开隔离开关和离合器。采煤机停止工作或检修时，必须切断电源，并打开其磁力启动器的隔离开关。启动采煤机前，必须先巡视采煤机四周，确认对人员无危险时，方可接通电源。(2)工作面遇有坚硬夹矸或黄铁矿结核时，应采取松动爆破措施处理，严禁用采煤机强行截割。(3)工作面倾角在15°以上时，必须有可靠的防滑装置。(4)采煤机必须安装内、外喷雾装置。截煤时必须喷雾降尘，内喷雾压力不得小于2MPa，外喷雾压力不得小于1.5MPa，喷雾流量应与机型相匹配。如果内喷雾装置不能正常喷雾，外喷雾压力不得小于4MPa。无水或喷雾装置损坏时，必须停机。(5)采用动力载波控制的采煤机，当两台采煤机由一台变压器供电时，应分别用不同的载波频率，并保证所有的动力载荷互不干扰。(6)采煤机上的控制按钮，必须设在靠采空区一侧，并加保护罩。(7)使用有链牵引采煤机时，在开机和改变牵引方向前，必须发出信号，只有在收到返回信号后，才能开机或改变牵引方向，防止牵引链跳动或断链伤人。必须经常检查牵引链及其两端的固定连接件，发现问题，及时处理。采煤机运行时，所有人员必须避开牵引链。(8)截齿和滚筒上下3m以内有人工作时，必须护帮护顶，切断电源，打开采煤机隔离开关和离合器，并对工作面输送机施行闭锁。(9)采煤机用刮板输送机作轨道时，必须经常检查刮板输送机的溜槽连接、挡煤板导向管的连接，防止采煤机牵引链因过载而断链；采煤机为无链牵引时，齿(销、链)轨的安设必须紧固、完整，并经常检查。必须按作业规程规定和设备技术性能要求操作、推进刮板输送机。二、连续采煤机

连续采煤机主要用于房柱式采煤方法开采，也可作为工作面运输、通风巷道的快速掘进设备。连续采煤机由截割机构、装运机构、行走机构（履带）、液压系统、电气系统、冷却喷雾除尘装置以及安全保护装置等组成。美国JOY公司先后推出10CM、11CM和12CM系列滚筒式连续采煤机，系列机型的技术发展过程有一定代表性。美国生产的连续采煤机适用于薄、中厚及厚煤层，其截高一般在0．8～3．9m之间，最大截高可达6m。12CM18—10D型连续采煤机是12CM系列中的一种机型。该型采煤机是针对神府精煤公司大柳塔矿煤层地质条件生产的，主要用于高产高效长壁工作面煤巷掘进和边角煤回采。EML340型连续采煤机：煤炭科学研究总院山西煤机装备有限公司根据市场需求和我国煤机国产化研制的迫切要求，在调研和分析了国外同类进口机型的基础上，结合煤科总院山西煤机装备有限公司多年来在煤机领域优势专业积累的经验，从我国煤层赋存条件、开采特点出发而研制的用于短壁开采和高产高效长壁综采工作面的巷道准备，以及满足“三下”采煤、回收煤柱和残采区等煤炭资源回收的机型。名称主要参数名称主要参数机长11310mm机重65t机宽3300mm总装机功率587kW机高1950mm截割煤岩硬度单向抗压强度≤40MPa地隙305mm理论生产能力15～27t/min卧底深度205mm最大采高4650mm接地比压0.19MPa最小采高2600mm适应巷道坡度≤17°截割宽度3300mm

主要技术参数

1.截割机构2.装载机构3.输送机4.行走机构5.机架6.集尘系统7.电气系统8.液压系统9.水冷却喷雾系统10.润滑系统11.驾驶操纵12.附件

行走牵引是液压牵引，行走减速器由三级行星传动组成，结构紧凑，体积小，重量轻(792kg)，传动比179，输出扭矩65kN·m，牵引力220kN。履带行走是支重轮与摩擦板复合形式，增大了履带接地面积，减小行走阻力，提高了调动速度。与连续采煤机配套的履带行走式液压支架：

履带行走式液压支架，主要用于配套连续采煤机进行房柱式开采或回采煤柱时对巷道顶板的支护。履带行走式液压支架用于短壁工作面机械化开采技术创始于美国，为配合短壁工作面机械化开采顶板管理需要，国外一些公司相继研制出了多种类型的履带式行走式液压支架。目前美国应用履带行走式液压支架的支护技术进行短壁工作面机械化开采占采煤量的45℅左右，澳大利亚、南非、印度等国家利用该项技术都取得了很好的经济效益。与连续采煤机配套的履带行走式液压支架1）可配合连续采煤机进行房柱式开采煤柱；2）也可做为“三下”压煤、不规则块段、边角煤柱开采的支护设备。XZ7000/24/45G型履带行走式液压支架主要由机械系统、液压控制系统、电气控制系统三部分组成

由煤炭科学研究总院太原研究院设计、制造的XZ7000/24/45G型履带行走式液压支架，主要用于配套连续采煤机进行房柱式开采或回采煤柱时对巷道顶板的支护，每架支架宽度2300mm，成对使用，每组两架，每巷一组。短壁机械化开采中使用履带行走式液压支架对顶板控制，对提高资源回收率、避免顶板死人灾害的发生，有着重要意义。煤柱也可全部回收。短壁机械化开采的采出率可由原来的不到70%提高到87%。三、刨煤机

刨煤机是以刨头为工作机构，采用刨削方式破煤的采煤机械。与滚筒采煤机相比，刨煤机的优点：截深较浅(30~120mm)，可以充分利用煤层的压张效应，刨削力及单位能耗小；牵引速度大(一般为20~40m／min，快速刨煤机可达150m／min)；刨落下的煤的块度大(