负压通风条件采煤机附近高度及风速对粉尘浓度影响研究

大采高综采工作面采煤机割煤产尘是工作面的重大尘源,严重影响采煤机司机及工作人员的安全。为研究负压通风条件大采高(6m)综采工作面采煤机附近高度及风速对粉尘浓度的影响,基于自主搭建的相似实验平台和FLUENT数值模拟方法,研究了不同风速下采煤机附近不同高度及相同高度的粉尘沿程分布和采煤机处风流分布及割煤粉尘的运移,并提出了综合防尘建议。相似实验结果表明,割煤机道与回风巷道近下帮粉尘浓度随高度降低而增加,且回风隅角中煤壁和采空区附近的低风速和涡流使得粉尘浓度下降幅度很大;同一截面同一高度下粉尘浓度随风速增大而减小,风速较小时粉尘浓度变化曲线较平缓。数值模拟结果表明:采煤机滚筒风流的阻碍使得采煤机机身前的风流流动方向向采煤机偏移,高速风流会对采煤机司机产生不利影响;采煤机道空间断面上,靠近采煤机区域距离工作面顶板越近,粉尘浓度越大;建议大采高综采面通风除尘风速不应低于2m/s,采煤机下风侧20~50m粉尘扩散范围开启喷雾装置。研究结论为大采高综采面粉尘治理提供一定的参考。

超大采高液压支架支护安全特性研究

针对燕子山矿12401工作面超大采高液压支架稳定性问题,通过建立超大采高液压支架群组-围岩耦合模型,利用模型分析工作面及顶板的不同因素对模型的力学影响,得到不同因素影响下支架立柱上端的顶板变形和支架支护强度的变化规律,进而得出能有效适应工作面顶板变形的支护策略,分析工作面超大采高液压支架的强度特性,得出最高应力在液压支架上具有局部化以及区域化的特点。实际应用表明,可知理论值与试验值的误差较小,均在可接受范围内,非等强支护强度能有效控制顶板的变形,可以采用超大采高液压支架群组-围岩耦合模型来判断支架支护特性。

透明工作面采煤机规划调高策略研究

基于透明工作面地质模型,提取规划截割曲线,制定采煤机调高策略是煤矿智能开采的核心;其中研究采煤机如何利用截割曲线实现高效截割是打通地质模型与综采设备智能联动的关键;采煤机通过控制摇臂进行规划截割,摇臂的控制是通过调节油缸的高度决定的,如何将透明地质模型的采高、俯仰角、倾伏角等参数转化为调节采煤机油缸高度的参数是实现透明工作面规划截割的关键。分析了基于透明地质模型的截割曲线规划原理,建立了透明工作面自动调高模型,分析了截割曲线与油缸调节高度之间的映射关系,并在此基础上进行了采煤机规划调高的工程应用,验证以地质模型指导采煤机规划调高的可行性。研究结果表明:基于透明地质得到的截割曲线能够指导采煤机实现高效采煤;从截割曲线计算得到的采高、卧底和坡度等关键参数可控制采煤机油缸的自动调高;在构建采煤机自动调高模型和分析相关影响因素的基础上,通过提高模型精度可达到精准控制油缸高度的目的,为实现透明工作面智能开采提供了坚实的技术支撑。

采高1 m的薄煤层大功率采煤机研制

在分析了国内外现有1 m采高薄煤层采煤机的基础上,研制了一种适用于采高1 m的薄煤层大功率采煤机,详细介绍了该采煤机的主要技术参数、关键技术和使用情况,该采煤机成功解决了1 m薄煤层工作面的高效开采问题。

大采高综采工作面产量再提高的回采工艺研究

基于大采高综采技术及煤机装备现状,分析了大采高综采技术得以大规模发展的原因,研究了大采高综采工作面产量再提高的回采工艺途径。结果表明大采高综采得以大规模发展的主要原因为：1在我国3.5~7.0 m煤层储量大、赋存稳定、倾角小;2煤机装备参数、性能的提高且大部分国产化;3通过科技攻关对大采高综采的岩层活动规律有了较深认识,得出了大采高综采工作面顶板岩层以“倒梯形短悬臂梁组—铰接岩梁”结构存在。随着采高的增大,大采高综采工作面超前支承压力的影响范围和峰值均显著增加、上覆岩层在工作面横向和纵向的活动范围随之增大、煤壁易在距上部0.35倍采高处发生破裂随后发生片帮等规律支持了开采技术与煤机装备的有机结合。

基于捷联惯导系统的采煤机定位与姿态调整

针对现有采煤机定位与姿态调整方法准确性较差的问题,在地面有缓慢坡度变化的情况下,对基于捷联惯导系统的采煤机定位与姿态调整方法进行了研究。首先介绍了采煤机定位技术,即由捷联惯导系统获取采煤机运动参数信息,采用欧拉角法对数据进行处理,进而完成采煤机位姿解算及实时定位;然后以采煤机截割高度调整为例,介绍了基于捷联惯导系统的采煤机姿态调整方法,重点推导了采煤机在不同截割工况下,采煤机截割高度与机身倾角之间的关系式;最后采用采煤机模型进行采煤机定位与截割高度调整实验,结果表明基于捷联惯导系统的采煤机定位与姿态调整方法可有效提高采煤机的定位与姿态调整精度。

神东矿区薄煤层安全高效开采技术研究

为解决神东矿区薄煤层安全高效开采问题,对国内外薄煤层技术装备发展进行了调研,分析了薄煤层开采中面临的巷道断面大、割岩多、掘进效率低、设备适应性差、可靠度低等5大矛盾问题,提出了集薄煤层掘进、切顶成巷、工作面优化布置于一体的巷道布置方案,解决了薄煤层万吨掘进率高、掘进效率低的难题。在分析目前主流的滚筒采煤机、刨煤机采煤技术装备优劣的基础上,提出了采煤装备方案。等高式采煤机机身短、装煤效果好、截割能力大、煤厚适应性好,集滚筒采煤机、刨煤机两者优势于一身,可在巷道内远程控制和检修,破解了薄煤层设备检修难题。通过对波兰矿井的应用实践和神东矿区补连塔矿开采方案的技术经济分析可知,等高式采煤机及配套装备可实现月产12.4万t,年产150万t的高产量,为国内外薄煤层的安全高效开采提供了有益参考。

大采高采煤机双列四驱动自适应调姿牵引方式研究

为了提高大采高采煤机对复杂地质条件的适应性,提出了一种采煤机液压浮动支撑自适应调姿牵引机构,实现大采高采煤机的双列四驱动牵引,基于最小二乘方法,完成了对双列四驱动牵引整机力学模型的分析解算,并探讨了调姿牵引机构的刚度特性,利用ADAMS仿真软件分别对传统和调姿牵引机构的啮合特性进行仿真研究。结果表明：与传统单侧双驱动方法采煤机整机力学特性相比,双列四驱动牵引方式受力均布性明显改善,双导向滑靴侧向力减幅在42%~92%,调姿牵引机构的负载刚度大于200 k N/mm,同时得出啮合力随中心距增大呈不均匀递减。因此提出的液压浮动支撑自适应调姿牵引机构能够有效改善整机运动速度和加速度的波动,可为双列四驱动牵引采煤机的研制提供一种新思路。

MG900/2245-GWD型采煤机6.8m采高的改造设计

针对某矿提出对MG900/2245-GWD型采煤机进行改造,实现6.2-6.7 m特厚煤层开采的要求,从最大采高、工作性能和工作面三机配套3方面分析了MG900/2245-GWD型采煤机进行改造的可行性,制定了改造方案,对存在的潜在问题,采取了相应的改进措施。工业性试验结果表明,改造后采煤机的各项功能、整机可靠性和产量均达到了预期要求。

采煤机在不同煤矿地质条件下的设计分析

在采煤机的使用过程中,往往针对不同的煤质条件,客户要求同一种机型尽可能地满足采煤要求。为了满足客户的不同要求,从设计角度对采煤机各部件进行了阐述。通过有效措施,既能提高同一种型号采煤机的通用性,又能延长采煤机的寿命,减少采煤机的故障点,提高采煤机的开机率。

特厚煤层大采高综放工作面成套装备关键技术

我国厚及特厚煤层可采储量占煤炭总可采储量的约43%,大采高综放是特厚煤层开采的技术发展方向,具有产量高、机械化程度高、工效高、能耗低等特点,大采高综放工作面"三机"配套及可靠性是影响工作面安全高效、高采出率开采的关键因素。以塔山煤矿8105工作面为工程背景,确定了液压支架、采煤机、后部刮板输送机的技术参数,分析了提高工作面设备可靠性关键技术。试验结果表明:塔山煤矿8105大采高综放工作面设备平均开机率达92.1%,工作面采出率达88.9%;2011年8105工作面累计产煤1 084.9万t,实现了国产装备大采高综放工作面年产1 000万t的目标。

7.0m超大采高工作面配套设备关键技术

定义了超厚煤层和超大采高工作面,介绍了用于7.0m超大采高工作面的配套设备和关键技术,分析、提出了7.0m超大采高工作面配套设备中存在的问题。

MG1100/2760-GWD型大采高电牵引滚筒采煤机的研发与工业性试验

为了解决大同矿区在坚硬厚煤层和坚硬顶板条件下实现安全高效一次采全高,同煤集团立项了"坚硬煤层大采高电牵引采煤机开发与应用"的科研项目,并研制了MG1100/2760-GWD型大采高电牵引滚筒采煤机。介绍了该采煤机的主要技术特点和主要技术参数,通过对该采煤机进行井下工业性试验表明,该采煤机的各项主要技术参数和性能达到了原设计指标,满足了生产需要。

单滚筒短壁采煤机采高检测装置及检测方法

研制了一种基于多圈绝对位置编码器的单滚筒短壁采煤机采高检测装置,详细说明了其检测方法。该检测方法可满足摇臂不同安装方式下的采高检测要求。通过试验表明,该装置准确性、可靠性和操控性等方面均达到了设计和现场使用要求。该方法为今后短壁采煤机智能化设计奠定了基础。

急倾斜大采高采煤机的研制与应用

为提高煤炭资源回收率、生产效率及安全性,基于对相关关键技术的研究,研制出适应于急倾斜大采高工作面的MG550/1380-WD型采煤机。具体介绍了该型号采煤机总体参数确定方法、机身轻量化设计、齿轮传动系统和冷却系统设计、牵引和制动系统设计,并给出该型号采煤机的主要技术参数。该机型在花山煤矿45°倾角、5. 1 m采高工作面应用成功,取得了良好的经济和社会效益。

8.8 m采煤机牵引箱加载试验设计与分析

为了满足8.8 m厚煤层综采要求,对进口采煤机牵引箱进行了改造。根据改造后的牵引箱参数和结构,选择液压加载试验台进行加载,设计了牵引箱加载布置方案和加载控制方式。根据试验标准和目的,通过对试验结果的分析,牵引箱符合出厂试验要求。

模型预测控制模型在采煤机调高系统中的应用研究

针对目前采煤机调高系统中通常使用电磁开关阀调高,存在稳定性不高、精度欠佳等问题,以MG300/700-WD型交流电牵引采煤机为研究对象,通过在其调高系统常规模型中加入模型预测控制器,建立了该采煤机调高系统模型预测控制模型;对该模型预测控制器的采样时间和预测时域长度2个参数进行调整,可减少电磁开关阀的开关次数和工作时间,使滚筒根据目标高度进行准确实时调高。仿真结果表明,与常规模型相比,基于模型预测控制模型的采煤机调高系统在给定输入后6s左右达到稳定,减少了电磁开关阀开关次数,超调量降低了28.8%,提高了系统的稳定性与实时性。

基于混合算法改进的采煤机采高仿人智能控制模型设计

为解决基于仿人智能控制的采煤机采高控制系统在模态转换时易发生边界突变、稳定性差、模态参数不易确定等问题,提出一种基于模糊逻辑改进模态切换,利用粒子群算法优化参数的仿人智能控制模型。该模型将仿人智能控制误差相平面e—e的特征模态扩展为模糊集合,通过模糊逻辑推理跟随误差和误差变化实时地选择最优的控制模态,通过粒子群算法跟随误差和误差变化实时地调整控制模态参量。以阶跃响应模拟在煤岩界面遇见断层的控制性能仿真实验表明,所提出的仿人智能控制模型相较于原始仿人智能控制算法稳定时间提高了4.71 s、上升时间提高了0.345 s、峰值时间提高了0.671 s、超调量降低了5.458%。所提出的模型在系统模态转换时的稳定性、快速性、鲁棒性及参数寻优方面均好于其他控制模型,具有优越性。

综采工作面透明化开采模式及关键技术

针对目前基于自适应工作面地质条件的智能开采技术无法满足实际工程应用要求的问题,提出了包括模型构建、待开采空间定位、截割控制决策与执行3个阶段的综采工作面透明化开采模式,即以煤层赋存勘探为基础,以工作面三维数字化模型为对象,通过剖切三维数字化模型、提取待开采煤层顶底板轨迹坐标,制定采煤机调高控制策略,最终采煤机依据截割轨迹参数进行调高控制,达到自主割煤目标;阐述了三维数字化模型建立、三维激光点云模型建立、模型剖切与截割规划、采煤机调高控制等综采工作面透明化开采关键技术。在国家能源集团神东煤炭集团公司榆家梁煤矿43102综采工作面开展了透明化开采模式及关键技术工程应用:构建工作面初始三维地质模型,沿煤层顶底板分界线完成钻孔勘测,实现对工作面煤层赋存情况的探测;获取的数据导入初始三维地质模型后,得到工作面三维数字化模型;在工作面回采过程中每天进行地质测绘,通过测绘数据实现三维数字化模型误差纠偏;构建采场实时三维激光点云模型,提取三维激光点云模型中煤壁、顶板交接处三维坐标数据集形成剖切线,利用剖切线对三维数字化模型进行剖切,获得下一割煤循环的顶底板轮廓曲线;通过分析煤层赋存变化情况制定截割规划,指导采煤机后续割煤循环过程中滚筒自主调高控制。应用结果表明,三维数字化模型误差小于±0.2 m,初步实现了采煤机依据工作面煤层赋存条件进行自主割煤。

超大采高采煤机摇臂润滑及冷却系统研究

针对超大采高大仰角状态下采煤机摇臂因存在润滑、冷却不良等,导致摇臂齿轮、轴承损坏的情况。对超大采高采煤机摇臂进行了优化设计,采用润滑腔多单元分隔结构的革命性设计,降低了油液飞溅高度;冷却器布置方式的创新升级及冷却水精准控制,保证了摇臂良好的润滑及冷却效果,提升采煤机摇臂在大采高工况条件下运行适应性、可靠性。