電牽引采煤機(jī)的研究與應(yīng)用

電牽引采煤機(jī)的研究與應(yīng)用

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，2006年中國(guó)的煤炭產(chǎn)量達(dá)到了23.25億元，在幾年內(nèi)達(dá)到了峰值。應(yīng)該說,機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦采、掘、運(yùn)裝備的應(yīng)用和推廣,極大地提升了我國(guó)煤礦生產(chǎn)的綜合實(shí)力,為實(shí)現(xiàn)高效、安全、潔凈、結(jié)構(gòu)優(yōu)化的煤炭工業(yè)生產(chǎn)打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)。當(dāng)前我國(guó)煤礦采、掘、運(yùn)等機(jī)電設(shè)備方面,國(guó)產(chǎn)的裝備已經(jīng)初步占據(jù)了主導(dǎo)地位,完全采用國(guó)產(chǎn)裝備的高產(chǎn)高效工作面不斷涌現(xiàn)。這種可喜的現(xiàn)象,得益于國(guó)家在“七五”、“八五”、“九五”期間的科研投入,以及企業(yè)和科研院所對(duì)自身產(chǎn)品的不斷開發(fā)和完善,新技術(shù)、新材料的大量應(yīng)用,機(jī)電一體化在煤礦機(jī)電設(shè)備上的逐步實(shí)現(xiàn),使得國(guó)產(chǎn)裝備的技術(shù)含量不斷提高,同時(shí)這也對(duì)我國(guó)煤炭行業(yè)建立具有競(jìng)爭(zhēng)力的現(xiàn)代化生產(chǎn)企業(yè)起到了極大的推動(dòng)作用。1國(guó)內(nèi)采煤機(jī)的開發(fā)現(xiàn)狀和發(fā)展對(duì)策1.1更國(guó)內(nèi)、更復(fù)雜的試驗(yàn)研究1991年,當(dāng)時(shí)的煤炭科學(xué)研究總院上海分院與波蘭科瑪克公司合作,研制成功我國(guó)第一臺(tái)采用交流變頻調(diào)速的MG344-PWD型薄煤層強(qiáng)力爬底板電牽引采煤機(jī)以來,我國(guó)的電牽引采煤機(jī)有了較快的發(fā)展。采用交流變頻調(diào)速電牽引技術(shù)對(duì)原液壓牽引采煤機(jī)進(jìn)行了改造,先后研制成功MG300/680-WD型和MG375/830-WD型兩種交流電牽引采煤機(jī);同時(shí),又在國(guó)內(nèi)率先開發(fā)研制成功了截割電機(jī)橫向布置的MG200/500-WD型、MG250/600-W型、MG300/700-WD型、MG400/920-WD型、MG450/1020-WD型等中厚煤層電牽引采煤機(jī),以及用于較薄煤層的MG200/450-BWD型、MG250/550-WD型、MG250/600-AWD型、MG420/965-WD型、MG300/720-WD型等交流電牽引采煤機(jī),分別用于淮南、徐州、大同、兗州、黃陵、皖北和晉城等礦區(qū)。目前,煤炭科學(xué)研究總院上海研究院開發(fā)的MG系列電牽引采煤機(jī)已形成了9大系列共幾十個(gè)品種,裝機(jī)總功率在450～2215kW,采高范圍1000～6000mm。如MG450/1020-WD型電牽引采煤機(jī)裝機(jī)功率達(dá)到1020kW,截割電機(jī)功率2×450kW,牽引電機(jī)功率2×50kW,截深可達(dá)1000mm。2005年上海分院又開發(fā)出總裝機(jī)功率達(dá)1815kW的大功率采煤機(jī)。最近,更大功率的電牽引采煤機(jī)MG900/2215-GWD也已問世,該型采煤機(jī)的控制水平達(dá)到了國(guó)際先進(jìn),其截割電機(jī)功率2×900(1000)kW,牽引電機(jī)功率2×110kW,總裝機(jī)功率達(dá)到2215kW,是目前國(guó)內(nèi)功率最大的采煤機(jī),如果采用長(zhǎng)搖臂,最大采高可達(dá)到創(chuàng)記錄的6m,該型采煤機(jī)完全能夠滿足國(guó)內(nèi)煤礦高產(chǎn)高效工作面的生產(chǎn)需要。上海研究院為采煤機(jī)開發(fā)的全中文界面PLC控制系統(tǒng),可以配置各種機(jī)型,實(shí)現(xiàn)無線遙控、端頭站控制、電控箱面板控制和變頻器箱面板直接控制,并具有截割電機(jī)、牽引電機(jī)和冷卻系統(tǒng)的溫度監(jiān)測(cè)和保護(hù),截割功率監(jiān)測(cè)、恒功率控制和過載保護(hù),牽引電機(jī)的電流監(jiān)測(cè)和負(fù)荷控制,中文顯示運(yùn)行狀態(tài)、故障跟蹤記憶、開機(jī)提示等功能。而且還成功研制了四象限技術(shù),并在大傾角采煤機(jī)工作面得到了應(yīng)用和推廣。到目前為止,國(guó)內(nèi)各采煤機(jī)生產(chǎn)廠家均對(duì)交流電牽引采煤機(jī)進(jìn)行了大量的開發(fā)。如太原礦山機(jī)器廠在與上海研究院合作,將AM500型液壓牽引采煤機(jī)改造成MG375/830-WD型交流電牽引采煤機(jī)后,又研制成功了MGTY400/900-3.3D型和MGTY500/1200-3.3D型交流電牽引采煤機(jī)。雞西煤機(jī)廠在與上海研究院合作將MG2×300-W型液壓牽引采煤機(jī)改造成MG300/680-WD型交流電牽引采煤機(jī)后,又開發(fā)了MG200/463型、MG400/985型交流電牽引采煤機(jī),現(xiàn)在更大功率的MG800/2040型交流電牽引采煤機(jī)也已經(jīng)問世;遼源煤機(jī)廠在1998年研制成功我國(guó)首臺(tái)應(yīng)用電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速技術(shù)的MG668-WD型電牽引采煤機(jī);無錫盛達(dá)機(jī)械有限公司于2000年研制成功國(guó)內(nèi)首臺(tái)應(yīng)用開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速技術(shù)的MG200/500-CD型電牽引采煤機(jī),并采用1140V電壓直接供電的開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng),成功安裝在MG160/380-WD型電牽引采煤機(jī)上。最近,更大功率、可用于大傾角煤層開采的MG300/700-WD型四象限開關(guān)磁阻電機(jī)電牽引采煤機(jī)也已通過鑒定,并投入生產(chǎn)。目前國(guó)內(nèi)使用的交流電牽引采煤機(jī)的電牽引調(diào)速系統(tǒng)主要有3種:即交流變頻調(diào)速系統(tǒng)、開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱SRD)、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)。它們的調(diào)速原理不盡相同,但基本上都可分為控制部分和牽引電機(jī)部分。在這3種交流電牽引調(diào)速系統(tǒng)中,交流變頻調(diào)速技術(shù)由于其具有的諸多優(yōu)點(diǎn),在大功率采煤機(jī)的應(yīng)用已趨向成熟,并已成為目前采煤機(jī)調(diào)速方式的主流,其主要特點(diǎn)是:啟動(dòng)性能好,可直接實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng);交流變頻調(diào)速系統(tǒng)有基頻以下和基頻以上兩個(gè)區(qū)域,能適合高產(chǎn)高效工作面采煤機(jī)快速牽引的要求;交流變頻調(diào)速屬轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng),故效率高;隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和大功率電子元器件的不斷發(fā)展,交流變頻調(diào)速的調(diào)速性能和精度已可與直流調(diào)速相比;采用普通隔爆型三相電機(jī),可靠性高,維護(hù)簡(jiǎn)單。SRD技術(shù)在采煤機(jī)上的應(yīng)用雖然起步不久,但具有發(fā)展?jié)摿?它有交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無刷無整流子的優(yōu)點(diǎn),也有直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速性能好,控制電路簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì),而且啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、啟動(dòng)電流小,這種調(diào)速方式一旦解決了噪聲問題和位置傳感器存在的可靠性問題,將更適合在煤礦井下采掘機(jī)械中使用。電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速技術(shù)本身比較成熟,它屬于改變轉(zhuǎn)差率的交流調(diào)速方式,采用閉環(huán)系統(tǒng)能得到較大的調(diào)速范圍,可平滑調(diào)速,并具備交流調(diào)速和直流調(diào)速的雙重優(yōu)點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用,電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)電流的控制精度和控制性能可以做得更適合采煤機(jī)的使用,但它在采煤機(jī)上的應(yīng)用也存在低速性能差、電動(dòng)機(jī)發(fā)熱等問題。作為一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本較低的電牽引采煤機(jī),不失為在低端市場(chǎng)取代液壓牽引采煤機(jī)的一種選擇?？偟膩碚f,經(jīng)過近20年的研制開發(fā),我國(guó)采煤機(jī)技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步,產(chǎn)品的不斷推陳出新,滿足了不同煤礦用戶的使用要求,為煤礦生產(chǎn)的技術(shù)進(jìn)步起到了積極的推動(dòng)作用。而隨著電牽引采煤機(jī)技術(shù)的越來越成熟,各種大功率采煤機(jī)、薄煤層采煤機(jī)、以及用于大傾角煤層的四象限電牽引采煤機(jī)不斷開發(fā)成功,我國(guó)采煤機(jī)正朝著全系列、多功能、多品種的方向發(fā)展。表1為國(guó)內(nèi)具有代表性機(jī)型的采煤機(jī)主要技術(shù)參數(shù)。1.2采煤機(jī)與國(guó)外技術(shù)的差距和發(fā)展對(duì)策1.2.1電牽引的性能主要已提高,采煤機(jī)的生產(chǎn)技術(shù)不斷提高近年來,國(guó)外采煤機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1)牽引方式采用電牽引。傳統(tǒng)的液壓牽引采煤機(jī)在國(guó)外雖然仍在生產(chǎn)和使用,但已不占主導(dǎo)地位,由于電牽引采煤機(jī)的諸多優(yōu)點(diǎn),國(guó)外目前新開發(fā)的采煤機(jī),特別是大功率采煤機(jī)基本上都是采用電牽引方式。(2)裝機(jī)總功率不斷增大。國(guó)外采煤機(jī)的功率在不斷提高,電機(jī)截割功率通常在400kW以上,功率大的已達(dá)1000kW;牽引電動(dòng)機(jī)功率均在40kW以上,大的甚至達(dá)到125kW;總裝機(jī)功率通常超過1000kW,最高已達(dá)2000kW以上;牽引速度、牽引力也大幅提高,目前大功率電牽引采煤機(jī)的牽引速度普遍達(dá)到15～25m/min,牽引力達(dá)到757kN以上。采用大截深滾筒已成為提高采煤機(jī)生產(chǎn)能力的重要途徑,目前普遍采用的截深為1000～1200mm,個(gè)別已達(dá)1500mm。(3)元部件可靠性大幅提高。為提高采煤機(jī)的可靠性,減小故障率,采煤機(jī)齒輪的設(shè)計(jì)壽命已提高到2000h以上,軸承的壽命提高到3000h以上,并且還有進(jìn)一步提高的趨勢(shì)。(4)交流變頻成為主流調(diào)速方式。由于交流變頻調(diào)速電牽引系統(tǒng)具有技術(shù)先進(jìn)、可靠性高,維護(hù)管理簡(jiǎn)單,價(jià)格低廉等特點(diǎn),近幾年發(fā)展很快,交流牽引正逐步替代直流牽引,成為今后電牽引采煤機(jī)的發(fā)展方向。采用2個(gè)變頻器分別拖動(dòng)2臺(tái)牽引電機(jī)的牽引系統(tǒng),可使?fàn)恳目刂坪捅Ｗo(hù)性能更加完善,這種一拖一的牽引系統(tǒng)也正被逐步采用,成為電牽引技術(shù)發(fā)展的又一個(gè)特點(diǎn)。(5)無鏈牽引從銷軌向齒軌式發(fā)展。圓柱銷被齒軌所取代,焊接結(jié)構(gòu)改成了整體精密鑄造或鍛造,寬度增大,節(jié)距由125mm增加到175mm,所傳遞的牽引力大大提高。(6)普遍采用中高壓供電。由于裝機(jī)功率大幅提高以及工作面的不斷加長(zhǎng)(達(dá)到300m),整個(gè)工作面供電容量超過5000kW。為了減少輸電線路損耗,保證供電質(zhì)量和電機(jī)性能,新研制的大功率電牽引采煤機(jī)幾乎都采用中高電壓供電。主要供電等級(jí)有2300,3300,4160和5000V等。(7)監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)的智能化。新型的電牽引采煤機(jī)具有建立在微處理機(jī)基礎(chǔ)上的智能監(jiān)控、監(jiān)測(cè)和保護(hù)系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)交互式人機(jī)對(duì)話、遠(yuǎn)近控制、無線電隨機(jī)遙控、工況監(jiān)測(cè)及狀態(tài)顯示、數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)及傳輸、故障診斷及預(yù)警、自動(dòng)控制等多種功能,以保證采煤機(jī)具有最低的維修量和最高的利用率;并可實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)滾筒沿工作面煤層自動(dòng)調(diào)節(jié)采高等控制功能。1.2.2國(guó)外等智能化技術(shù)對(duì)比國(guó)內(nèi)電牽引采煤機(jī)代表機(jī)型與目前國(guó)外最先進(jìn)的電牽引采煤機(jī)相比,在總體參數(shù)性能方面已接近國(guó)外20世紀(jì)90年代中后期水平。但在一些關(guān)鍵部件、以及總體性能、功能、適應(yīng)范圍還有待進(jìn)一步完善和提高。尤其是電牽引采煤機(jī)的工況在線監(jiān)測(cè)、故障診斷及預(yù)報(bào)、信號(hào)傳輸與采煤機(jī)自動(dòng)控制、傳感器件等智能化技術(shù)與國(guó)外相比還有一定的差距。針對(duì)這些差距,今后國(guó)內(nèi)電牽引采煤機(jī)的主要研究?jī)?nèi)容應(yīng)包括以下幾個(gè)方面:(1)進(jìn)一步完善和提高交流變頻調(diào)速牽引系統(tǒng)的可靠性,重點(diǎn)完善和提高系統(tǒng)裝置的抗震、散熱和防潮等性能。(2)研究可靠的微機(jī)電氣控制系統(tǒng),重點(diǎn)提高采煤機(jī)電控系統(tǒng)的抗干擾、抗熱效應(yīng)的能力。(3)開發(fā)或增強(qiáng)電控系統(tǒng)的監(jiān)控功能,重點(diǎn)研究故障診斷與專家系統(tǒng)、工況監(jiān)測(cè)、顯示與信息傳輸系統(tǒng)、工作面采煤機(jī)自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)、自適應(yīng)變頻電路的漏電檢測(cè)與保護(hù)技術(shù)、搖臂自動(dòng)調(diào)高系統(tǒng)等。(4)開發(fā)裝機(jī)功率更大的采煤機(jī),如截割電機(jī)功率1000kW以上、總裝機(jī)功率超過2000kW的電牽引采煤機(jī)。(5)提高采煤機(jī)可利用率和壽命的研究。(6)電器設(shè)備結(jié)構(gòu)的小型化研究,由于功率的增大,電動(dòng)機(jī)、變壓器、變頻器等設(shè)備的體積也相應(yīng)增大,為滿足整機(jī)結(jié)構(gòu)布置緊湊的要求,進(jìn)一步提高采煤機(jī)對(duì)煤層變化的適用性,必須研究電器設(shè)備小型化的技術(shù)途徑。2國(guó)內(nèi)機(jī)械工具的開發(fā)現(xiàn)狀和開發(fā)對(duì)策2.1國(guó)內(nèi)半煤巖掘進(jìn)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)20世紀(jì)80年代,我國(guó)懸臂式掘進(jìn)機(jī)還停留在以切割煤為主的輕型掘進(jìn)機(jī)上,與國(guó)外同期產(chǎn)品相比,技術(shù)水平很低。通過多年的技術(shù)攻關(guān),掘進(jìn)機(jī)的機(jī)型從輕型發(fā)展到了中、重型,切割對(duì)象從煤拓展到了巖石,切割功率從30kW提高到200kW,機(jī)重從13t上升到56t,使掘進(jìn)機(jī)的適用范圍產(chǎn)生了很大的變化。目前,我國(guó)掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)品已有煤和半煤巖兩大系列、10多個(gè)品種,尤其是“八五”和“九五”期間研制成功的EBZ系列半煤巖掘進(jìn)機(jī),其技術(shù)性能達(dá)到并部分超過了某些進(jìn)口的同類產(chǎn)品,具有良好的性價(jià)比。目前國(guó)產(chǎn)的半煤巖掘進(jìn)機(jī)主要有:上海研究院研制的EBZ-160SH型、EBZ-132SH型、EBZ-110SH型;太原研究院研制的EBJ-160型、EBJ-120TP型;淮南煤機(jī)廠研制的EBH-132HN型、EBH-160HN型;佳木斯煤機(jī)廠研制的S-100型、S-150型、S-200型;以及由航天晨光股份公司掘進(jìn)機(jī)分公司研制的ELMB-75C型振動(dòng)截割式掘進(jìn)機(jī)。其中由上海研究院研制的EBZ-160SH型掘進(jìn)機(jī),在淮南和大同礦區(qū)都取得了良好使用效果,穩(wěn)定切割時(shí)的頂?shù)装迤骄鶐r石硬度可達(dá)80MPa,如在煤巖比例為1∶1的半煤巖巷道中,淮南謝橋二礦5個(gè)月中總進(jìn)尺達(dá)到2000m,最高月進(jìn)500m,最高日進(jìn)30m;大同燕子山礦最高月進(jìn)更是達(dá)到700m;EBZ-132SH型掘進(jìn)機(jī)在金牛能源股份公司也取得不俗的成績(jī),僅2004年3月份的進(jìn)尺就達(dá)到了創(chuàng)記錄的1005m。表2為國(guó)內(nèi)具有代表性機(jī)型的懸臂式掘進(jìn)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)。值得一提的是,近年來,國(guó)外的掘錨機(jī)技術(shù)發(fā)展的很快,技術(shù)也日趨成熟。掘錨機(jī)不僅具有截割、裝運(yùn)、行走的功能,還自帶錨桿鉆機(jī),能實(shí)現(xiàn)掘錨聯(lián)合作業(yè),大幅提高了掘進(jìn)效率和巷道支護(hù)質(zhì)量,是一種高效率的掘進(jìn)、支護(hù)設(shè)備。為了填補(bǔ)國(guó)內(nèi)這一市場(chǎng)空白,提高我國(guó)煤礦巷道的掘進(jìn)和支護(hù)水平,上海研究院已立項(xiàng)進(jìn)行研制,并立足于技術(shù)的高起點(diǎn)、立足于技術(shù)的創(chuàng)新,以盡快使我國(guó)的掘錨機(jī)研制達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。目前,上海研究院掘錨機(jī)研制進(jìn)展順利,首臺(tái)樣機(jī)將很快問世。2.2采礦巷道掘進(jìn)和采準(zhǔn)支護(hù)技術(shù)的積極發(fā)展趨勢(shì)近年來,國(guó)外掘進(jìn)機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1)向大功率、重型化的方向發(fā)展。隨著對(duì)巷道掘進(jìn)要求的不斷提高,這類掘進(jìn)機(jī)截割半煤巖或煤巖的能力可達(dá)100MPa,部分重型機(jī)不移位截割斷面達(dá)35～42m2,可掘巷道的斷面形狀有拱形、梯形、矩形等,有些機(jī)型在配掩護(hù)筒的條件下甚至可掘圓形斷面。多數(shù)機(jī)型能在縱向±16°、橫向±8°的較大傾斜狀態(tài)下工作。(2)重視對(duì)提高截割能力的研究。由于掘進(jìn)機(jī)截割能力不斷增強(qiáng),作為直接參與截割的工作機(jī)構(gòu)截割頭,其可靠性、穩(wěn)定性和耐磨性就顯得特別重要,這方面的研究,國(guó)外一直非常重視。目前,國(guó)外還在研究采用連桿機(jī)構(gòu)推進(jìn)工作臂的新結(jié)構(gòu)來替代原來的液壓缸,以進(jìn)一步提高工作臂的強(qiáng)度和剛度、達(dá)到簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)和便于操縱的目的。為滿足截割能力不斷增大的要求,截割頭的功率也在不斷增大;為適應(yīng)不同的煤巖硬度,在液壓系統(tǒng)中設(shè)置反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)截割、牽引速度的無級(jí)調(diào)速等。這些新技術(shù)是掘進(jìn)機(jī)向大功率方向發(fā)展的有力基礎(chǔ)。另一方面,國(guó)外還在繼續(xù)探討新的截割技術(shù),如高壓水射流輔助切割和采用沖擊振動(dòng)式截割機(jī)具的研究等。(3)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和工況監(jiān)測(cè)。隨著激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)在巷道掘進(jìn)方面的應(yīng)用,掘進(jìn)機(jī)的安全性、掘進(jìn)效率和可操作性得到大大提高,機(jī)電一體化趨勢(shì)明顯。新型掘進(jìn)機(jī)可實(shí)現(xiàn)推進(jìn)方向監(jiān)控、電機(jī)功率自動(dòng)調(diào)節(jié)、截割路徑循環(huán)程控、離機(jī)遙控操作、切割斷面監(jiān)控、以及工況監(jiān)測(cè)和故障診斷等。(4)開發(fā)綜掘作業(yè)線配套設(shè)備。綜掘作業(yè)線和配套設(shè)備能充分發(fā)揮掘進(jìn)機(jī)的效能,現(xiàn)在各國(guó)都十分重視這方面的研究。如:為縮短支護(hù)時(shí)間,在中等穩(wěn)定頂板條件下采用機(jī)載錨桿鉆機(jī)支護(hù);為使掘進(jìn)機(jī)與支護(hù)平行作業(yè),采用超前液壓支架或自帶盾牌掩護(hù)支架;在后配套運(yùn)輸方面,采用橋式轉(zhuǎn)載機(jī)后配帶式輸送機(jī),有條件的甚至設(shè)置活動(dòng)煤倉(cāng)。與先進(jìn)的采煤國(guó)相比,我國(guó)的掘進(jìn)機(jī)仍存在不小的差距,由于元部件的質(zhì)量不高,掘進(jìn)機(jī)的開機(jī)率低,噴霧除塵效果較差,電控系統(tǒng)故障率高,移動(dòng)電站不能隨機(jī)移動(dòng),供電質(zhì)量不能滿足設(shè)備運(yùn)行要求。在基礎(chǔ)研究方面也比較薄弱,適合我國(guó)煤礦地質(zhì)條件的截割、裝運(yùn)及行走部載荷譜沒有完整的設(shè)計(jì)理論依據(jù),計(jì)算機(jī)仿真模擬等方面仍然是空白。在掘進(jìn)配套作業(yè)方面,由于掘進(jìn)、支護(hù)不能平行作業(yè),支護(hù)時(shí)間是掘進(jìn)時(shí)間的2～3倍,因而限制了進(jìn)尺的提高;以單煤巷為主的開拓布置方式,給支護(hù)、通風(fēng)、運(yùn)輸、供電帶來困難;薄煤層綜掘尚處于起步階段,中厚煤層的綜掘巷道支護(hù)問題沒有完全解決,采準(zhǔn)巷道普遍偏小,給前后配套設(shè)備布置、以及輔助運(yùn)輸和端頭機(jī)械化支護(hù)帶來了困難;在煤巷快速掘進(jìn)設(shè)備、即掘錨綜合機(jī)組和連續(xù)采煤機(jī)的研究方面還比較落后。因此,為了盡快縮短與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的差距,必須針對(duì)上述不足之處加大投入力度,綜合起來主要有以下幾個(gè)方面:(1)發(fā)展巷道快速掘進(jìn)技術(shù)。目前,我國(guó)煤礦巷道的綜合機(jī)械化主要是采用懸臂式巷道掘進(jìn)機(jī),其月平均進(jìn)尺一般在400m左右,這已經(jīng)很難滿足高產(chǎn)高效和“一礦一井一面”集約化生產(chǎn)速度的要求,按日產(chǎn)2萬t采煤工作面推進(jìn)速度的要求,日進(jìn)尺必須達(dá)40m。而影響巷道掘進(jìn)速度的主要原因是支護(hù)時(shí)間太長(zhǎng),且支護(hù)與掘進(jìn)又不能同時(shí)作業(yè),因此,發(fā)展掘錨聯(lián)合機(jī)組已迫在眉睫。掘錨聯(lián)合機(jī)組能在解決截割、裝運(yùn)、行走、轉(zhuǎn)載一體化的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)、錨桿支護(hù)同步作業(yè),從而大大提高掘進(jìn)速度,使掘進(jìn)機(jī)的月平均進(jìn)尺達(dá)到1000～1500m,滿足現(xiàn)有高產(chǎn)高效采煤工作面的配套要求。(2)進(jìn)一步提高掘進(jìn)機(jī)的截割能力。目前國(guó)內(nèi)半煤巖掘進(jìn)機(jī)已漸趨成熟,但截割硬度一般在普氏系數(shù)f=6～8,由于我國(guó)煤礦半煤巖巷道巖石硬度差異很大,為了能適應(yīng)大部分煤田地質(zhì)條件的要求和部分較軟全巖巷道的開拓,應(yīng)開發(fā)功率更大的掘進(jìn)機(jī),并通過增加截割力和機(jī)組自重等方式,實(shí)現(xiàn)截割巖石的要求。(3)推進(jìn)機(jī)電一體化技術(shù)。通過對(duì)防爆電磁閥、防爆傳感器等的攻關(guān),實(shí)現(xiàn)截割斷面監(jiān)控技術(shù)、離機(jī)操作技術(shù)、故障診斷技術(shù)、地面對(duì)主機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)。(4)開展對(duì)重要元部件的研究。主要包括這樣幾個(gè)方面:截割硬度普氏系數(shù)為f=10～12截割頭和截齒的攻關(guān);內(nèi)置可伸縮截割滾筒的攻關(guān);機(jī)載大功率快速鉆、裝、錨一體化的錨桿鉆機(jī)的攻關(guān);電氣控制系統(tǒng)的攻關(guān);井下機(jī)載通信網(wǎng)絡(luò)的攻關(guān);大功率小體積截割電機(jī)的攻關(guān)等。3國(guó)內(nèi)帶機(jī)架的開發(fā)現(xiàn)狀和發(fā)展對(duì)策3.1帶-網(wǎng)-空-網(wǎng)帶式大型企業(yè)帶式輸送機(jī)由于具有長(zhǎng)距離連續(xù)輸送,輸送量大、運(yùn)行可靠、效率高和易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等特點(diǎn),已成為目前我國(guó)煤礦井下原煤輸送系統(tǒng)的主要運(yùn)輸設(shè)備。隨著我國(guó)高產(chǎn)高效礦井的不斷涌現(xiàn),對(duì)煤炭輸送的要求也越來越高,帶式輸送機(jī)向長(zhǎng)運(yùn)距、高帶速、大運(yùn)量、大功率的方向發(fā)展,并已成為國(guó)內(nèi)帶式輸送機(jī)的研究和開發(fā)的重點(diǎn)。目前我國(guó)的固定型和可伸縮帶式輸送機(jī)的帶速一般不超過4m/s,單機(jī)長(zhǎng)度小于5km,輸送量小于3000t/h,帶強(qiáng)最高為ST4000。最近,由上海研究院為山西焦煤集團(tuán)西山煤礦總公司官地煤礦設(shè)計(jì)制造的帶式輸送機(jī),運(yùn)輸距離長(zhǎng)達(dá)5400m,整個(gè)巷道的坡度變化在0～12°,輸送機(jī)的運(yùn)量為900t/h,運(yùn)行速度3.5m/s,帶寬1.2m,供電電壓為10kV、裝機(jī)總功率達(dá)3×630kW,是目前國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)制造運(yùn)距較長(zhǎng)、具有高度自動(dòng)化集成、采用當(dāng)前最先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)和監(jiān)控技術(shù)的超長(zhǎng)運(yùn)距智能化特大型帶式輸送機(jī)。該輸送機(jī)采用先進(jìn)的CST驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng),CST系統(tǒng)是美國(guó)道奇公司專門為大型帶式輸送機(jī)配套的集減速、離合和調(diào)速于一體的傳動(dòng)裝置。此外,還采用了先進(jìn)的液壓自控裝置,它能隨著輸送帶張力變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)張力與張緊行程,始終保持規(guī)定的輸送帶撓度,保證了輸送機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行。運(yùn)距和運(yùn)量更大的是為神東大柳塔礦設(shè)計(jì)的可伸縮帶式輸送機(jī),帶寬1.6m,帶速4.0m/s,總功率3×500+3×500kW,運(yùn)量達(dá)到4000t/h,運(yùn)輸距離更是達(dá)到6km。2005年7月,上海分院又為晉城煤業(yè)集團(tuán)公司趙莊煤礦研制了國(guó)內(nèi)首臺(tái)大型主斜井帶式輸送機(jī),運(yùn)輸距離1580m,傾角16°,運(yùn)量2500t/h,運(yùn)行速度達(dá)到5.6m/s,帶寬1.6m(采用ST5000阻燃膠帶),供電電壓10kV,裝機(jī)總功率達(dá)到3×1850kW,該輸送機(jī)采用變頻調(diào)速方式,這是目前我國(guó)煤礦功率最大的帶式輸送機(jī),其綜合技術(shù)參數(shù)均處于全國(guó)前列。近幾年來,我國(guó)在帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的研究方面做了許多工作,并先后研制出調(diào)速型液力偶合器和液粘調(diào)速等軟啟動(dòng)裝置,實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)加速度可控,基本解決了原有剛性啟動(dòng)方式造成輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí)的沖擊等問題,能夠適應(yīng)大型帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)要求。但是這些調(diào)速裝置的調(diào)速精度和效率均較低。目前上海研究院已完成了國(guó)產(chǎn)高精度液粘可控調(diào)速裝置的研制,其最大傳動(dòng)功率達(dá)到500kW。3.2國(guó)外技術(shù)的差距和發(fā)展對(duì)策3.2.1多驅(qū)動(dòng)裝置的研究近年來,國(guó)外帶式輸送機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1)向大型化和高速化方向發(fā)展。發(fā)達(dá)國(guó)家?guī)捷斔蜋C(jī)的最高帶速已達(dá)8m/s,帶寬可達(dá)2m,單機(jī)長(zhǎng)度可達(dá)16km,單機(jī)驅(qū)動(dòng)功率可達(dá)11000kW,運(yùn)量高達(dá)4500t/h,帶強(qiáng)可達(dá)ST7300。(2)不斷完善驅(qū)動(dòng)技術(shù)。利用液粘傳動(dòng)理論研制的液粘可控啟動(dòng)裝置可以控制輸送機(jī)的啟動(dòng)速度和加速度;變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置可以直接控制輸送扭矩,可適用于單機(jī)和多機(jī)驅(qū)動(dòng),具有較高的傳動(dòng)效率。這些驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)同時(shí)可以通過載荷量的在線檢測(cè)控制加載,實(shí)現(xiàn)多個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置保持速度同步和功率平衡。(3)開展動(dòng)態(tài)分析研究。研究輸送機(jī)的動(dòng)力學(xué)性能對(duì)了解輸送機(jī)的工作狀態(tài),完善輸送機(jī)的設(shè)計(jì)理論,有著十分重要的意義。根據(jù)動(dòng)態(tài)分析的結(jié)果確定輸送機(jī)的啟、制動(dòng)方案(速度和加速度曲線),各驅(qū)動(dòng)點(diǎn)和張緊點(diǎn)布置及功率分配方案,可大幅降低輸送帶的設(shè)計(jì)強(qiáng)度和輸送機(jī)啟、制動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)和設(shè)備的沖擊,延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命,降低運(yùn)行成本。(4)采用多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)技術(shù)。多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的關(guān)鍵是各驅(qū)動(dòng)點(diǎn)的功率分配、功率平衡和啟動(dòng)延遲技術(shù)。國(guó)外設(shè)計(jì)出裝機(jī)總功率達(dá)11000kW的輸送機(jī)即得益于這些關(guān)鍵難題的解決。該技術(shù)的應(yīng)用,使帶式輸送機(jī)的單機(jī)輸送長(zhǎng)度在理論上不受限制。需要指出的是,由于尚未完全掌握這方面技術(shù),我國(guó)目前帶式輸送機(jī)上的中間驅(qū)動(dòng)點(diǎn)不能布置過多,一般為3點(diǎn)驅(qū)動(dòng),這樣就限制了輸送機(jī)的單機(jī)長(zhǎng)度和運(yùn)量。(5)實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)監(jiān)控。國(guó)外的在線檢測(cè)和實(shí)時(shí)監(jiān)控功能有:輸送機(jī)運(yùn)行速度、運(yùn)行功率、輸送帶撕帶、載荷分布和加載量控制、火災(zāi)監(jiān)測(cè)等等。這些檢測(cè)和監(jiān)控功能可提高輸送機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性,減少或避免事故發(fā)生。(6)加強(qiáng)對(duì)主要元部件的研究。除了驅(qū)動(dòng)裝置外,國(guó)外對(duì)元部件的研究集中在張緊裝置、高速托輥、高效清掃裝置、高強(qiáng)度輸送帶方面。如張緊裝置可實(shí)現(xiàn)張力自動(dòng)調(diào)控,張緊行程大,解決了長(zhǎng)運(yùn)距輸送機(jī)的張緊要求。3.2.2主要元部件和部分性能研究與國(guó)外先進(jìn)的技