节约能源和充分利用为数不多的矿产,人们越来越多地将目光转向中、薄煤层的开采。
长期以来,煤炭资源的开采都存在着浪费的现象,尤其是在我国,我国的薄煤层资源丰富,可采储量占全部储量的 20,而且分布广、煤质好,但是我国的薄煤层机械化程度仍然很低,一些厚薄煤层并存的矿井,由于薄煤层开采速度缓慢,使下部中厚煤层长期得不到及时开采。
影响工作面的正常接替,甚至被迫丢失一些薄煤层资源。
迅速提高薄煤层机械化程度,加快薄煤层开采,对发展我国煤炭生产,节约煤炭资源,提高安全性及可持续发展战略都具有十分重要的意义。
采用刨煤机系统开采中厚及薄煤层,是一种从经济效益上讲十分具有吸引力的开采方法。
刨煤机技术的应用有效的提高了工作面的产量和效率,降低了工人的劳动强度,提高了煤炭的开采和利用率。
1.3 刨煤机在国内外的发展情况 刨煤机采煤技术始于 1937 年德国伊本比伦煤矿的煤刨实验1942 年正式应用后推广到波兰、苏联、西班牙、法国、奥地利等 20 多个国家。
70~80 年代,这些国家在刨煤机开发和应用方面取得了突飞猛进的发展。
80 年代,欧洲主要产煤国家使用刨煤机开采煤炭已占总产量的的 50%以上;在联邦德国薄煤层的开采中,使用刨煤机开采的煤炭约占采煤量的 90%;波兰每年使用刨煤机的工作面个数平均为65个;苏联每年使用刨煤机的工作面个数约为 150 个。
刨煤机开采技术已经推广到非金属沉淀矿床的开采。
刨煤机的发展至今已有 50 多年的历史,根据历史发展和机构形式的不同,可分为脱钩刨、滑行刨、脱钩滑行刨。
到目前为止,世界上使用最多的仍是滑行刨煤机,其产量占总产量的 50以上。
目前国外刨煤机的发展趋势是向大功率、快速度、高强度方向发展,功率已从2 × 55kw 增 加 到 2 × 315kw , 最 大 已 达 到 2 × 400kw , 速 度 已 由 0.5m / s 增 大 到1.5 2m / s ,最高达 3m / s ,刨链直径从 φ 22mm 发展到 φ 38mm 。
这方面处于领先地位的是德国,该国以实现了刨煤机工作面的自动化和无人化。
随着科学技术的不断进步,各国都在将高新技术成果、计算机技术、传感技术、自动监测与在线控制等综合应用到刨煤机产品中来。
我国刨煤机采煤技术的研制和应用始于 1965 年徐州矿物局韩桥煤矿,经过了试验、定型和发展三个阶段。
80 年代,在煤科院上海分院、张家口煤机厂和淮南煤机厂、徐州煤矿机械制造厂等单位的努力下,制造出各种型号的刨煤机200 多台,全国有 20 多个矿物局使用国产或进口刨煤机,积累了大量实践经验,有的矿取得了较好的成果。
进入 90 年代以后,我国刨煤机采煤技术未能得以更广泛的应用,原因是多方面的,有设备性能的问题,有薄煤层开采投入多产出少的的因素,也有对刨煤机采煤技术研究不够的原因。
总的来说,我国刨煤机的研制工作开始于 60 年代,到 70 年代进入一个小高潮。
主要机型为 MBJ-1 型和MBJ-2A 型脱钩刨,70 年代末到 80 年代刨煤机时常一直处于低谷。
80 年代末到90 年代中期又陆续研制了 BT 26 / 2 × 75 型脱钩刨和 BH 30 / 2 × 90 型滑行刨,其最大功率仅为 2 × 90 KW ,速度为 0.786m/s,仍然在低水平上徘徊,不能满足煤矿用户的要求。
目前国产刨煤机还只能刨削软煤层及中硬度下煤层,而国外先进国家的刨煤机已能刨削硬煤层,甚至极硬煤层,极大地提高了刨煤机的适用范围。
德国在80 年代初,快速刨煤机的比例已占刨煤机总数的 50,发展到现在,快速刨煤机以基本取代了慢速刨煤机。
而在我国,刨煤机功率小,速度慢,仍是普遍存在的问题。
我国的刨煤机行业虽然也在发展,但速度较慢,并且在可靠性、耐久性、无事故运行时间、整机性能方面均与外国先进水平有较大差距,尤其是在人工监测方面。
1.4 制约我国刨煤机发展的主要因素有 (1)科研滞后造成我国刨煤机产品更新换代周期长,新产品开发时间长,关键元部件的攻关迟迟得不到解决,远远满足不了生产用户的需要,致使一些煤矿用户不得不花巨额外汇去进口国外的刨煤机产品。
(2)国产刨煤机的功率小、刨速低,对地质条件的适应性差,关键零、部件的可靠性差,处于一个较低的技术水平上,从而造成工作中事故率高,影响正常生产。
(3)对煤层的可刨性判断不准确导致使用效果不良。
煤层能否使用刨煤机,除了该煤层的顶板条件外,还有一个重要因素就是刨削阻力的大小。
对此项目,各国都有自己的判定标准,如德国采用单元刨削力指标,前苏联和波兰采用单位长度刨削力指标等,都是针对本国煤层的特性及其在刨削过程中的获得的大量数据归纳整理而成的。
而我国则从未进行这方面的工作,而是将煤层的硬度系数值(即普氏系数发 f 值)作为煤层的可刨性指标。
由于 f 值本身准确度较低,离散度较大,而且 f 值与可刨性指标本来就不相等,可刨性的内容比 f 值要多的多,它包括煤层层理、节理的影响,发育程度等。
(4)工作面上、下顺槽断面的制约。
目前国外顺槽断面基本上在 15 20m 2 ,且机头、机尾传动装置大部分放置在顺槽内。
而我国的薄煤层工作面为了节约巷道的掘进费用,工作面的上下顺槽断面尺寸一般均较小,其断面仅为 6m 2 。
因此刨头的机头、机尾传动部就不能放置在顺槽内,而占据了工作面端头的空间,工作面两端就必须人工开缺口。
这不但增加了人工作业的工作量。
而且使两端头顶板空顶面积增大,不利于顶板的支护与管理。
1.5 对刨煤机行业在国内发展的建议 我国的刨煤机要想赶上国外领先水平,必须要考虑解决以下问题。
1)迅速制定我国的煤层可刨性指标,开展全国煤层可刨性普查。
对煤层的可刨性判别是影响正确选用刨煤机的重要因素。
因此必须尽快建立新的可刨性指标来取代现在的以煤层硬度发 f 来判别煤层的可刨性,以减少选型上造成的失误。
2)改善整机性能,提高刨煤机的适应能力。
功率和速度是衡量刨煤机整机性能的重要指标,因此要提高我国刨煤机的整机性能指标,就需要在这两方面下功夫。
同时还必须加快对井下工作面的工矿监测系统的研制。
刨煤机的工况监测系统主要包括有运行工况系统、性能监测和延误工况分析等。
它利用在刨煤机上有关部位安装的种中不同用途的传感器所发生的不同信号。
3)提高元部件的可靠性。
a减速器 刨煤机减速器的发展方向是大功率、小尺寸、重量轻、寿命长。
减速器目前要解决两个问题:一是增加强度、提高使用寿命。
为了满足与电动机匹配时承受的刚性连接所带来的冲击负荷和提高无故障运行时间,要求提高其传动件的强度和寿命。
二是增加功率、减小体积。
(b)刨刀 刨刀是刨煤机的关键零、部件之一。
必须花大力气从材料、焊接及热处理工艺上进行深入的研究试验,提高其强度和使用寿命。
(c)刨链和连接环 刨链是拖动刨头往复刨煤的关键元件。
其破断强度和疲劳寿命是考核其性能的两大主要指标。
造成失效的主要影响因素:选材不合理、材质成分不稳定、几何尺寸误差大、焊接质量差、热处理不当、链轮啮合不良等,为了提高它的可靠性,必须对以上各环节进行逐一攻关。
接链环是连接刨链的重要零件,也是刨链中的薄弱环节之一。
目前国内生产的接链环强度低,疲劳寿命达不到要求,其强度尚不足圆环链的 9o%。
而英国帕森斯公司生产的接链环强度已达到与圆环链等强度。
d电控装置 提高刨速的关键是要解决电控装置的可靠性。
国外刨煤机的先进之处也在于其电控装置的先进与可靠。
在电子技术、测控技术高速发展的今天,解决这类问题应该是完全可能的。
1.6 设计内容和预期结果 设计内
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