年產(chǎn)600萬(wàn)噸大采高綜采成套技術(shù)及裝備--國(guó)家獎(jiǎng)材料

1、20092009年度國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)項(xiàng)目年度國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)項(xiàng)目年產(chǎn)年產(chǎn)600600萬(wàn)噸大采高綜采成套技術(shù)與裝備萬(wàn)噸大采高綜采成套技術(shù)與裝備 煤炭科學(xué)研究總院煤炭科學(xué)研究總院 中國(guó)神華能源股份有限公司中國(guó)神華能源股份有限公司 天地科技股份有限公司天地科技股份有限公司 鄭州煤礦機(jī)械集團(tuán)公司鄭州煤礦機(jī)械集團(tuán)公司 中煤張家口煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司中煤張家口煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司 中煤北京煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司中煤北京煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司目目 錄錄一、立項(xiàng)背景二、總體思路三、關(guān)鍵技術(shù)突破四、創(chuàng)新成果五、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益六、完成人情況一、立項(xiàng)背景戰(zhàn)略需求戰(zhàn)略需求煤炭是我國(guó)的主體能源，安全、高效、高回收率開采 是

2、國(guó)家重要的產(chǎn)業(yè)政策，是煤炭生產(chǎn)企業(yè)追求的目標(biāo)。不同厚度煤層儲(chǔ)量分布比例我國(guó)4-6m煤層儲(chǔ)量占34%，是13個(gè)億噸級(jí)煤炭基地的主采煤層。厚煤層開采主要有三種方法：分層開采、綜放開采、大采高綜采。大采高綜采優(yōu)點(diǎn)：高產(chǎn)、高效、安全性好、回收率高。20%80%100150易發(fā)火50%70%200300瓦斯易超限30%90%300400圍巖難控制采法采法產(chǎn)量比重產(chǎn)量比重(2004年年)回采率回采率年產(chǎn)量年產(chǎn)量(萬(wàn)噸萬(wàn)噸)安全性安全性一、立項(xiàng)背景戰(zhàn)略需求戰(zhàn)略需求一、立項(xiàng)背景戰(zhàn)略需求戰(zhàn)略需求一、立項(xiàng)背景存在問(wèn)題存在問(wèn)題資源損失量高達(dá)1/3以上! 全國(guó)每年損失的資源量達(dá)億噸以上!主要差距：能 力 低可靠性差配

3、套性差 一、立項(xiàng)背景存在問(wèn)題存在問(wèn)題采高大于4米，產(chǎn)能大于600萬(wàn)噸的大采高綜采成套裝備完全依賴進(jìn)口。進(jìn)口設(shè)備價(jià)格相當(dāng)于國(guó)產(chǎn)設(shè)備價(jià)格的 23倍!備品配件價(jià)格相當(dāng)于國(guó)產(chǎn)備品配件價(jià)格數(shù)十倍!一、立項(xiàng)背景存在問(wèn)題存在問(wèn)題一、立項(xiàng)背景項(xiàng)目總體目標(biāo)項(xiàng)目總體目標(biāo)“年產(chǎn)600萬(wàn)噸大采高綜采成套技術(shù)與裝備”列入國(guó)家十大重大裝備項(xiàng)目!項(xiàng)目總體目標(biāo)： 開發(fā)研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、4-6米厚煤層一次采全高、工作面生產(chǎn)能力達(dá)到年產(chǎn)600萬(wàn)噸的成套綜采技術(shù)與裝備。皮帶機(jī)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率不平衡、皮帶易跑偏、托輥壽命短。 刮板機(jī)溜槽磨損加重、卸載不暢、刮板鏈易斷裂、銷軌強(qiáng)度低；采煤機(jī)負(fù)荷增大，搖臂散熱困難，易斷裂，行走機(jī)構(gòu)

4、承載能力低、易損壞；支架易傾倒、立柱易損壞、移架速度慢，支架穩(wěn)定性和承載能力以及自動(dòng)化控制需要提高；煤壁片幫、冒頂嚴(yán)重、頂板來(lái)壓強(qiáng)烈，巖層控制和支架設(shè)計(jì)理論有待突破和完善；采高加大一、立項(xiàng)背景技術(shù)難點(diǎn)技術(shù)難點(diǎn)工作面加長(zhǎng)產(chǎn)能提高產(chǎn)、學(xué)、研聯(lián)盟，協(xié)同攻關(guān)。 形成年產(chǎn)600萬(wàn)噸成套技術(shù)與裝備研究提出大采高圍巖控制理論關(guān)鍵元部件及關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)力場(chǎng)位移場(chǎng)為支架設(shè)計(jì)提供理論支持研制高性能的單機(jī)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)性試驗(yàn)為成套設(shè)備的高可靠性提供保障檢驗(yàn)設(shè)備的配套性和可靠性二、總體思路能力、尺寸、功能、系統(tǒng)可靠性匹配 形成工作面設(shè)備的整體配套準(zhǔn)則 為單機(jī)設(shè)備的研制和開采工藝設(shè)計(jì)提供理論支持 數(shù)值模擬采場(chǎng)應(yīng)力分布三、關(guān)鍵

5、技術(shù)突破巖層控制理論巖層控制理論現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)超前支承壓力22311111122niiiqLPPPq lqLkhf 直接頂老頂老頂采場(chǎng)頂板“短懸臂梁-鉸接巖梁”結(jié)構(gòu)直接頂煤層老頂大采高采場(chǎng)頂板“短懸臂梁-鉸接巖梁” 理論模型支架工作阻力計(jì)算公式三、關(guān)鍵技術(shù)突破巖層控制理論巖層控制理論可控性因素?cái)?shù)值模擬 4個(gè)可控性因素：端面距、工作阻力、水平力、合力作用點(diǎn)距煤壁距離；三、關(guān)鍵技術(shù)突破巖層控制理論巖層控制理論“壓桿”計(jì)算模型采高采高xxPFPFPF0/MhPF0Myy0.65倍倍采高采高0.65倍采高以上煤體易發(fā)生片幫，臨界護(hù)幫高度應(yīng)不小于0.65倍采高。三、關(guān)鍵技術(shù)突破電液控制液壓支架電液控制液壓支架

6、三維動(dòng)態(tài)仿真 支架總體參數(shù)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)創(chuàng)新研制了首套具有二級(jí)護(hù)幫和準(zhǔn)剛性穩(wěn)定機(jī)構(gòu)的大采高液壓支架 (專利號(hào): ZL200620119454.1 )大采高液壓支架三、關(guān)鍵技術(shù)突破電液控制液壓支架電液控制液壓支架發(fā)明了單線CAN總線構(gòu)成的支架控制器（發(fā)明專利：ZL2007101184888）耦合器（發(fā)明專利：ZL2007101184873），創(chuàng)新研制了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的支架電液控制系統(tǒng)。三、關(guān)鍵技術(shù)突破電液控制液壓支架電液控制液壓支架SAC-H型支架人機(jī)操作界面數(shù)字化虛擬樣機(jī)三、關(guān)鍵技術(shù)突破電牽引采煤機(jī)電牽引采煤機(jī) 解析法的力學(xué)模型三、關(guān)鍵技術(shù)突破電牽引采煤機(jī)電牽引采煤機(jī)搖臂強(qiáng)度有限元分析三、關(guān)

7、鍵技術(shù)突破電牽引采煤機(jī)電牽引采煤機(jī)創(chuàng)新研制了內(nèi)外組合冷卻系統(tǒng)，提高了搖臂的傳動(dòng)強(qiáng)度；創(chuàng)新研制了高強(qiáng)度合金鑄鋼材料及熱處理新工藝，提高了搖臂的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。三、關(guān)鍵技術(shù)突破電牽引采煤機(jī)電牽引采煤機(jī)創(chuàng)新研制了147mm節(jié)距、承載力達(dá)1000kN的高強(qiáng)度“齒銷”傳動(dòng)系統(tǒng)，提高了采煤機(jī)的壽命；三、關(guān)鍵技術(shù)突破刮板輸送機(jī)刮板輸送機(jī)刮板受力的應(yīng)力應(yīng)變圖優(yōu)化設(shè)計(jì)后的立環(huán)與平環(huán)147*6整體模鍛銷軌自主研發(fā)了整體鑄焊式中部槽 (ZL200620127424.5 )三、關(guān)鍵技術(shù)突破刮板輸送機(jī)刮板輸送機(jī)創(chuàng)新研制了高強(qiáng)度鑲嵌式“啞鈴”銷連接結(jié)構(gòu) 創(chuàng)新研制了了大運(yùn)量交叉?zhèn)刃稒C(jī)頭 創(chuàng)新研制了多電機(jī)功率平衡控制系統(tǒng) 創(chuàng)新研制

8、了自動(dòng)儲(chǔ)帶系統(tǒng)儲(chǔ)帶倉(cāng)創(chuàng)新研制了高效液壓卷帶裝置(專利: ZL200420114143.7)液壓卷帶裝置創(chuàng)新研制了高速低阻托輥托輥三、關(guān)鍵技術(shù)突破可伸縮帶式輸送機(jī)可伸縮帶式輸送機(jī)項(xiàng)目在神華萬(wàn)利一礦五個(gè)月工業(yè)性試驗(yàn)。l 工作面長(zhǎng)度：300ml 煤層平均厚度：5.2ml 成套裝備開機(jī)率：94l 月產(chǎn)量：69萬(wàn)萬(wàn)tl 回采率：93.6%l 采煤工效: 398.8噸噸/工工四、創(chuàng)新成果工業(yè)性試驗(yàn)工業(yè)性試驗(yàn)2008年工作面實(shí)際產(chǎn)量達(dá)到了1025萬(wàn)噸，創(chuàng)國(guó)產(chǎn)綜采裝備單產(chǎn)新記錄。設(shè) 備內(nèi) 容立項(xiàng)前國(guó) 際本項(xiàng)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采煤機(jī)滿載牽引速度（m/min）7.71512.3最大截割高度（m）466刮板機(jī)運(yùn)輸能力（t/h）180035003500過(guò)煤量（Mt）31515帶式輸 送機(jī)運(yùn)輸能力（t/h）250035003500過(guò)煤量（Mt）101515成套裝備采高(m)466開機(jī)率(%)45%90% 94%采煤工效(t/工)34.3300398.8產(chǎn)能(Mt)31010四、創(chuàng)新成果成套裝備能力與可靠性成套裝備能力與可靠性專家鑒定意見：“項(xiàng)目研究的國(guó)產(chǎn)大采高綜采成套整體達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，部分達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平?！毙蛱?hào)專利名稱專利號(hào)知識(shí)產(chǎn)權(quán)類別1液壓式單環(huán)補(bǔ)接機(jī)ZL200610048115.3發(fā)

10、 明2一種由單線CAN總線構(gòu)成的支架控制器 ZL2007101184888發(fā) 明 3一種工作面支架控制器使用的耦合器ZL2007101184873發(fā) 明4煤礦工作面順槽超前支護(hù)液壓支架ZL200620119454.1實(shí)用新型5聚氨酯復(fù)合液壓密封圈 ZL2005201303547.X實(shí)用新型6聚氨酯液壓密封組件 ZL2005201303544.6實(shí)用新型7電流互感器故障自檢測(cè)裝置 ZL200620042141.0實(shí)用新型8新型中部槽 ZL200620127424.5實(shí)用新型9同步輸送機(jī)自動(dòng)改向托輥裝置 ZL200420114143.7實(shí)用新型10煤礦設(shè)備機(jī)電基礎(chǔ)數(shù)據(jù)制作系統(tǒng) 2005SR0518

11、1 軟件著作11煤礦設(shè)備機(jī)電基礎(chǔ)數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng) 2005SR12575 軟件著作 序號(hào)專有技術(shù)名稱專有技術(shù)編號(hào)1煤礦回采工作面綜采“三機(jī)”配套關(guān)鍵技術(shù)煤科總院科專20070012支架穩(wěn)定性設(shè)計(jì)與控制技術(shù)煤科總院科專20070053大功率采煤機(jī)截割部熱平衡控制技術(shù)煤科總院科專2008002四、創(chuàng)新成果知識(shí)產(chǎn)權(quán)知識(shí)產(chǎn)權(quán)發(fā)明專利3項(xiàng)實(shí)用新型專利6項(xiàng)專有技術(shù)3項(xiàng)軟件著作權(quán)2項(xiàng)處于實(shí)審和公告期階段的發(fā)明專利11項(xiàng) 形成相關(guān)國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 9 項(xiàng)四、創(chuàng)新成果論文、獎(jiǎng)勵(lì)及人才培養(yǎng)論文、獎(jiǎng)勵(lì)及人才培養(yǎng)發(fā)表相關(guān)論文53篇，其中被 SCI、EI 等收錄 17篇，出版專著1部;獲中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)特等獎(jiǎng) 1 項(xiàng)

12、，一等獎(jiǎng)2項(xiàng)培養(yǎng)了博士、碩士生20名。自主研發(fā)了大功率交流電牽引采煤機(jī)，解決了多年未解決的搖臂“瓶頸”技術(shù),使國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)的能力和可靠性上了一個(gè)新的臺(tái)階 ；集成創(chuàng)新了由“一個(gè)理論、四套裝備”（36個(gè)關(guān)鍵元部件、16項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)）所構(gòu)成的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的年產(chǎn)600萬(wàn)噸能力的綜采成套技術(shù)與裝備。完善發(fā)展了大采高綜采巖層控制理論，為大采高回采工藝、頂板控制技術(shù)和支架設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù) ;四、創(chuàng)新成果項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)自主研發(fā)了高可靠性大采高電液控制液壓支架，填補(bǔ)了4-6m采高國(guó)產(chǎn)支架的空白 ；自主研發(fā)了大功率工作面刮板輸送機(jī)和大運(yùn)量長(zhǎng)運(yùn)距可伸縮帶式輸送機(jī)，滿足了高產(chǎn)、高效、安全的要求并完全替代了進(jìn)口裝備； 本項(xiàng)目在神華集團(tuán)萬(wàn)利一礦應(yīng)用，工作面裝備投資減少1.5億元，是進(jìn)口設(shè)備的43%。設(shè)備已連續(xù)使用三年，運(yùn)行良好，實(shí)現(xiàn)了工作面安全生產(chǎn)零死亡。截止到2008年底，研究成果已在11個(gè)礦區(qū)21個(gè)工作面推廣應(yīng)用，新增利稅103.9億元。五、經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益五、經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益年份新增利潤(rùn)(億元)新增稅收(億元)節(jié)支總額(億元)200613.023.216.31200724.275.8111.16200846.6210.9820.44累 計(jì)103.937.91