大型露天煤矿综合连续开采技术及成套装备项目申请书第一版0901Word文件下载.docx
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采用现代先进开采技术与工艺,实行高度集中化开采,充分利用工程承包制,快速建设新型露天煤矿。
露天开采高潮的到来,客观上要求对优势煤炭资源实行集中化开采,体现规模化效益;
实行大集团经营战略,实现高度集约化经营;
因地制宜,大胆采用各种行之有效的先进开采工艺,在优势煤田实现高度集中化开采,取得高度经济效益。
大型露天煤矿综合连续开采技术及成套装备将大有用武之地。
在露天采煤业中引入现代开采的新技术、新工艺和综合化成套设备,可以在条件适宜地区大幅降低露天开采成本,提高劳动生产率,带来显著的经济效益。
采煤、发电、电力、运输协调发展与多元化经营,为需量巨大的电力用煤开辟了广阔的市场。
另外,煤炭产业结构的调整,为实现优势资源的集中化开采、规模化经营以及有限资源的充分有效利用扫清了人为障碍。
露天采煤产业发展方兴未艾,为优化组合结构的大型露天煤矿综合连续开采技术及成套装备投入使用创造了有利条件。
2.国内外发展现状分析
2.1国内外发展现状分析
我国煤矿装备制造业生产能力已居世界之最,但整体水平却落后于世界先进水平。
限于目前研究设计、加工制造和国内高强度优质材料供应等基础条件,其产品在关键零部件技术性能、产品的智能化水平、成套设备的配套性、产品性能长期稳定性、工作可靠性和使用寿命等方面仍落后于国际先进水平,其整体技术水平和性能指标大体落后世界先进水平十至十五年,集中表现在:
成套产品配套能力较差,存在薄弱环节;
主机用原材料、关键零部件、轴承、密封件、电器元件、液压零部件等基础件在使用寿命和可靠性上与国际先进水平相比存在较大的差距;
产品的使用寿命短、可靠性差,故障率高。
所以在科学发展观的指导下,引入现代科技手段,从整体上实现采煤装备设计和制造的现代化具有十分重要的意义。
国外在大型露天煤矿综合连续开采配套设备领域研究起步早、成果丰富,且有很多大型公司已经成功开发出系列产品并有效投入使用,如Wirtgen、FAM公司、Sandvik、TAKRAF、ThyssenKrupp等。
这些公司的产品涉及露天采掘机(如维特根W2200-3800SM型露天采矿机)、自移式转载机(如SandvikPB100-2000/35+40自移式转载机)、皮带输送机系统(如ThyssenKrupp在天津投产的LongDistanceCokeConveyor)、排料机(如FAM公司ST2500.21排料机)等。
而国内对大型露天煤矿综合连续开采配套设备的研究开展较晚。
就露天采煤机而言,国内目前仅该项目的主要承担单位——河北天择重型机械有限公司完成了LMG系列露天采煤机的相关研制并投产。
而露天煤矿用的自移式转载机国内并无设备投产。
皮带机系统国内发展也较滞后。
排料机国内虽有生产,但产能与国外相差巨大。
由此可见,在大型露天煤矿综合连续开采配套设备方面,国内较国外落后很多,导致国内很多大型露天煤矿不得不花费高昂代价进口国外设备。
依赖进口成套设备存在的主要问题是:
价格高、供货周期长、维修困难,特别是索赔问题更难;
同时采用进口设备,将导致企业生产成本增加,大批昂贵的进口设备也会给企业资金周转带来不利影响。
由于国内对大型露天煤矿综合连续开采配套设备研究较少,因此国内厂家没有真正掌握该领域的核心技术,亟需大力加强对大型露天煤矿综合连续开采配套设备的研制。
图3国外大型露天煤矿综合连续开采成套装备系列
2.2传统露采工艺的主要缺陷
剥离和采矿是露天矿在生产过程中的两项重要工作。
目前露天煤矿开采工艺基本相同,一般包括矿岩的松碎、采装、运输、排废等过程。
露采过程中,首先要进行剥离,将覆盖在有用矿石上面的一定量的非矿岩土移除,然后采出有用矿石。
采矿一般通过采用爆破、截割、挖掘、运输等工艺中的一种或几种,将自然矿山中的有用矿岩采出。
目前的露天煤矿开采有以下的缺陷:
(1)煤矿开采过程为非连续化作业,综合效率低。
目前露天煤矿普遍采用爆破、单斗挖掘、汽车转运、二次破碎的生产方式,生产过程属于非连续化生产,综合效率低,严重影响了露天煤矿的产能扩大。
(2)主要采用列车、卡车运输,成本高。
运输成本占总开采成本的40%—60%,对露采的经济效益影响较大。
使用列车运输还存在着爬坡能力小、运输路线曲率半径大的问题,导致线路工程量和基建投资都比较大、基建时间长,受矿体埋藏条件影响大,同时也受到开采深度的限制。
(3)需要对采下来的煤进行二次破碎,增加了生产成本。
由于现有的露采工艺和设备的局限,造成出产的煤炭块度过大或者过碎,不能满足市场需求,需要进行二次破碎。
而二次破碎必然造成部分煤炭粒度过碎,不能形成销售,造成积压。
严重影响煤矿产出率,同时增加生产成本。
(4)采用穿孔爆破,安全程度低。
现有的露天煤矿开采普遍采用穿孔爆破松动煤岩,大量爆炸物品的使用不利于煤矿的安全生产。
同时爆炸物品的限制使用也限制了露天煤矿产能的提高。
(5)剥离表层的岩体块度较大,影响露天煤矿的复垦造田。
现有的剥离技术对较硬岩体采用爆破松动、单斗挖掘的方式进行剥离。
剥离的表层岩体粒度较大,严重影响露天煤矿后续的复垦造田,不符合国家环境的相关要求。
为解决此类问题,露天煤矿普遍采用破碎站对较大岩体进行破碎后排放,增加了露天煤矿初期投资和运行成本。
随着我国经济发展对煤炭需求的增长,我国露天采煤业正在迅速发展,露天煤矿出煤量逐年增加,对大型、节能减排、综合型露天连续采煤装备进行立项并实现其国产化具有重大历史意义。
2.3露天煤矿技术发展趋势
目前世界最大的露天煤矿年产量已达五、六千万吨,位于德、美、哈萨克斯坦等国;
年产量两千万吨以上的露天煤矿则遍及俄、澳、波、捷等国。
由大型企业集团占有煤炭生产和销售的集中化份额,是矿业集中化开发的重要趋势。
我国“十二五”规划中也明确提出要做大做强国有大煤矿,提高煤矿的产出效率。
可见大型露天煤矿综合连续开采技术及成套装备有着广阔的市场空间。
露天采煤工艺的技术发展趋势是:
(1)设备大型化,开采集中化。
(2)开采工艺的连续化。
(3)生产环节的合并化与开采工艺的简化。
(4)开采工艺的综合化。
(5)企业管理信息化,矿山智能化。
(6)合理、充分利用资源,保持生态环境,利于可持续发展。
本项目在研究国内、国际露采装备发展总体趋势的基础上,立足于我国能源开发的重大工程背景,针对我国国内露天开采过程中急需攻克的连续化、自动化、安全、绿色生产问题,以满足工程化、产业化技术需求为目标,依托我公司已有的可调高滚筒式露天采煤机技术,重点突破大型剥离机、转载机、移动带式输送机、漏斗式卸料车等关键技术,形成首套露天煤矿综合连续开采装备,集剥离、开采、收集、破碎、输送于一体,满足千万吨级以上露天煤矿对综合连续开采成套装备的需求。
通过项目实施,改变传统露天采煤爆破、破碎的生产工艺,遵循节能、环保原则,大力实施数字化自动控制与远程监控,实现露天煤矿全连续安全、绿色、智能开采。
填补我国在露天煤矿领域连续开采技术空白,打破国外对我国露天连续开采装备的技术垄断。
具有自主知识产权,达到国际领先水平。
图4大型露天煤矿综合连续开采工艺系统及配套设备
3.装备研制的意义
3.1该项目在国内首次实现了对煤炭露采生产中共性、关键技术的突破,对经济社会发展带动作用大、影响度高。
大型露天煤矿综合连续开采技术及成套装备采用了先进集成与制造技术,增强了目前我国露天矿开采设备的研制、配套能力,为我国露采技术和工艺的科学转型、实行高度集中化开采提供了技术支持;
该项目还可以带动省、市及周边地区的冶炼、机械、液压、电气、电子、通讯、信息等行业的发展,加速形成我国华北又一具有特色和知名品牌的装备制造集中地。
大型露天煤矿综合连续开采技术及成套装备项目的实施有利于国家千万吨级以上露天煤矿的建设,符合国家能源发展战略。
项目的实施能够实现露天煤矿设备大型化、智能化,露天开采实现集中化、连续化。
合理、充分利用资源,建设智能矿山,保持生态环境,利于可持续发展。
3.2该项目符合我国产业发展的可持续政策。
过去我国露天开采一直沿用穿孔爆破——单斗挖掘(电铲)——汽车运输——破碎机破碎这一传统工艺,这种开采方式对环境污染大,采出的煤块度较大,需进行二次破碎,对于复合煤层和薄煤层的开采无能为力,资源浪费严重。
本项目研制的大型露天煤矿综合连续开采成套装备,集开采、收集、破碎、输送功能于一体,具有清洁、节能、高效和安全的优点,可实现稳定、连续作业,提高采煤效率,减少生产工艺环节,降低生产成本,有效地控制采出煤的粒度及煤的块率,提高煤矿经济效益。
3.3该项目全部完成后能够直接投入生产应用,市场前景乐观。
在我国境内已探明的露天煤储量可维持100年以上。
2010年,我国露天煤矿原煤年产量突破2亿吨大关,全国露天煤矿远景总生产能力将达5亿至7亿吨。
露天采煤新高潮的来临,为大型露天煤矿综合连续开采技术及成套装备的推广应用提供了广阔的市场空间。
3.4该项目属于国家重大工程建设和重大装备开发项目。
项目设备填补我国在能源开采领域的研制空白,打破国外对相关制造技术及制造工艺、销售价格的垄断,大幅提高我国在大型露采装备方面的研制水平及国际竞争力,加快我国从制造大国迈向制造强国的步伐。
4.项目主要技术难点和重点
图5项目主要技术难点和重点
(1)大型露天煤矿综合连续开采技术及成套装备的工艺系统及配套设备研究。
采煤工艺中的剥离、开采、运输环节配合的优化设计,各环节设备具体方案的选择。
剥离工艺以剥采机或专用轮斗挖掘机为研究核心,并研究配套的皮带机和堆取料机,形成连续的剥离工艺。
采煤工艺以完善露天采煤机组为研究核心,重点研究移置式转载机、移动漏斗卸煤车、移动皮带输送机和大倾角皮带输送机等设备,形成连续采煤工艺。
(2)大型露天煤矿综合连续开采技术及成套装备的研究设计。
运用现代设计方法,遵循节能、清洁、环保的环境友好型设计原则,对露采系统设备进行具体设计。
这些设备主要包括:
剥离设备、煤层切割设备、转载运输设备以及排料设备。
(3)大型露天煤矿综合连续开采技术及成套装备的制造工艺与生产线设备研究。
项目涉及到结构复杂的大型零部件的制造、安装问题,工艺难度大,技术要求高。
(4)大型露天煤矿综合连续开采技术及成套装备的出厂、型式检验及测试系统研究。
(5)大型露天煤矿综合连续开采技术及成套装备的工业性试验、工艺与应用推广研究。
(6)采装设备技术参数与采装工作面地质性能参数的匹配问题,以及滚筒式露天采煤机和配套作业设备的优化组合。
(7)大型露天煤矿综合连续开采技术及成套装备各种数据的原始积累,基础技术的研究。
(8)科学合理的施工及管理模式的研究,包括中枢控制站的自动化控制,远程控制等。
(9)大型露天煤矿综合连续开采技术及成套装备可靠性研究及系统优化设计,设备制造工艺研究。
(10)配套设备的研制:
适用于露天开采的大运力、大倾角带式输送机,自移式转载机和专用移置带式输送机,包括配合采煤移动跟进方式和控制能力,以及安全、高效转移矿物保护措施的研究。
二、主要研究内容
1.装备概况和主要技术指标
1.1大型露天煤矿综合连续开采技术
大型露天煤矿综合连续开采工艺系统,主要由滚筒可调高式露采机---自移式转载机---卸料车---带式输送机(移动式带式输送机和固定式带式输送机)等几部分排列组合完成。
根据开采规模、煤层赋存条件、围岩性质、气候条件、开采方式的要求等因素来确定。
大型露天煤矿综合连续开采平面布置如图所示。
在开好切口,做好初始工作面,与工作面平行铺设可移动式带式输送机,露天坑上铺设固定带式输送机至煤场。
滚筒式露天采煤机沿工作面切割煤层,通过转载机将切落的煤转运到带式输送机上,输送到煤场。
图6连续开采工艺示意图
图7连续开采平面示意图
1.2主要设备
以可调高滚筒式露天采煤机为核心设备,配套剥离机、移置式转载机、卸料车、带式输送机、排料机等组合成大型露天煤矿综合连续开采成套装备。
1.2.1可调高滚筒式露天采煤机
此型采煤机是专为露天型煤矿设计的集采煤、破碎、装车于一体的新一代露天煤矿开采设备,采煤、破碎、装车一次性连续完成,是具有综合功能的露天煤矿开采设备。
整机主要由工作机构(包括截割机构、大臂)、主机架、装载机构、刮板输送机、皮带转载机、行走机构、液压系统、电气系统等部分组成,每个部分都具有独立的驱动装置,可分别独立运行。
其工作特点是:
具有独特的可调高滚筒式截割部,以旋转的滚筒截齿方式切割矿体,具有较高的开采生产效率。
开采过程中切割下来的矿体粒度均匀,破碎程度好,适合于电厂用煤的开采。
该设备的前部带有装载机构,通过装载星轮可将切割下来的矿体收集并装到机器中部的刮板输送机上。
刮板输送机将矿物运到机器的后部卸载到皮带转载机上,皮带转载机可上下升降及左右回转将矿物装载到运输车辆上或皮带机上。
图8可调高滚筒式露天采煤机
1.2.2移动式转载机
转载机是与滚筒式采煤机配套使用的大型散料连续运输机,是以带式输送机作为基础而构成的。
它将煤或矿物转运至移置式带式输送机。
使用转载机配合转运物料,能延长移置式带式输送机移设周期,充分利用作业时间,提高产量和降低开采成本。
图9转载机的结构组成示意图
转载机由受料输送机、上盘、底盘、操作室、电气系统、液压系统和卸料输送机等组成。
图9为转载机的结构示意图。
1.2.3漏斗式卸料车
从移动式转载机上转来的煤,经漏斗式卸料车,转运到移动带式输送机上。
漏斗式卸料车横跨在移动式带式输送机上部,可沿带式输送机两侧的轨道跟随自移式转载机进行移动。
图10a、图10b为漏斗式卸料车的结构示意图。
漏斗式卸煤车由电缆卷筒、电控箱、操作室、机架、卸料斗和行走轮组等几部分组成。
图10a漏斗式卸料车
图10b漏斗式卸料车b
1.2.4带式输送机
带式输送机靠输送带的运动来输送物料。
按输送机所用机架不同,露天采煤所需的带式输送机可分为固定式和移置式两种。
(1)固定带式输送机:
头部机架和尾部机架是固定在地面上的钢架结构,上面分别装有传动滚筒或改向滚筒及其他部件。
中部机架一般由型钢焊成,固定在地面。
(2)移置带式输送机:
露天矿连续开采所需的专用带式输送机,输送线路与采掘工作面平行,采煤机机采下的矿物卸由其运走。
当工作面推移一定距离后,带式输送机需要随之横移,以便继续受料。
1.2.5排料机
排料机在露天矿开采中将带式输送机系统运送过来的物料排放于料场的主要设备。
履带行走机构可以自由行走,排料臂可以回转和俯仰,与地面带式输送机组成连续排送系统,不仅效率高,而且成本低。
图11排料机的结构图
图11为排料机的结构。
它主要由受料臂、排料臂、立柱、变幅机构、上部回转机构、底座和履带行走机构等组成。
1.3主要设备参数
(1)采煤配套设备一
采煤设备
运输设备
滚筒式露采机
型号、产量(t/h)
移动式转载机
运量(t/h)
漏斗式卸料车运量(t/h)
带式输送机
LMG950(600)/LMG1150(750)
1800
(2)采煤配套设备二
LMG340(200)/LMG540(400)
800
(3)主要设备技术指标
①自移式转载机
自移式转载机技术指标
序号
项目
技术参数
1
理论产能
1800t/h
2
物料类型
表土,煤
3
受料槽至回转中心距离
21m
4
卸料滚筒至回转中心距离
26m
5
受料臂尾滚筒离地高度
max14.2m
6
min0.2m
7
卸料臂尾滚筒离地高度
max15.0m
8
min-2.5m
9
皮带宽度
1200mm
10
回转范围
无限制
11
行走速度
6m/min
②皮带机系统
皮带机系统技术指标
输送物料
煤炭
比重
0.85~1.0t/m³
含水量<
10%
粒度
最大100mm
物料温度
常温
额定运输量
1800t/h
带宽
1200mm
带速
2.5m/s
环境温度
-40~+40℃
提升高度
水平输送
③排料机
排料机技术指标
整机重量
100t
整机产量
移动速度
6m/min
整机高度
16m
堆料臂长度
30m
传送带带宽
传送带带速
履带板宽度
800mm
左右履带中距
3.2m
履带接地长度
6m
2.研究内容、技术路线和创新点
2.1项目研究内容
图12大型露天煤矿综合连续开采成套装备
河北天择重型机械有限公司对大型露天煤矿综合连续开采技术及成套装备中的露天采煤机进行了卓有成效的研制。
以下将具体介绍自移式转载机、皮带机系统(包括移置式皮带机、卸料车和固定皮带长廊)、排料机的设计内容。
图13自移式转载机三维示意图
自移式转载机是大型露天煤矿综合连续开采成套装备的重要中转设备,可以延长自移式皮带机的移动铺设周期,有效扩大成套装备的工作空间。
自移式转载机的设计内容包括:
卸料臂和受料臂的结构设计、履带行走装置设计、回转支承设计、电控系统及液压泵站的设计等。
图14皮带机系统设计内容
皮带输送机系统的设计内容包括:
1)开发集静态计算、设计选型与动态监测等功能于一体的大型带式输送机设计系统;
2)自动纠偏装置,通过控制程序实现从检测到纠偏一系列连续动作的自动处理,实时有效地纠正皮带跑偏现象;
3)建立可靠的可控起动方案与功率平衡方案;
4)移置式皮带机的整体横向运动;
5)移动式漏斗料车。
图15排料机设计内容
排料机的研究内容主要包括:
机械系统(包括排料臂、回转机构、尾车和行走装置)、液压系统(包括行走液压马达、排料臂仰俯液压缸和传送带压紧液压缸)和电控系统(包括整机控制系统设计、回转电控设计、传送带电控系统设计)。
2.2项目创新点
(1)应用国内外先进技术,实现大型露天煤矿综合连续开采技术及成套装备集成创新,满足现代露天煤矿连续开采、扩大产量的要求,从根本上改变传统露采工艺设备综合效率低的生产现状;
(2)通过独特截割系统满足成品煤粒度和成块率的不同需求;
(3)先进的自动化控制与液压系统的研制,提高成套设备自动化水平和设备的可靠性、稳定性和适应性。
(4)整机设计和制造充分运用现代设计中的数字智能技术,整体结构得到优化。
整机性能测试技术的研究使露采设备对现场遇到的各种恶劣条件具有良好的适应性;
(5)对大型、特大型复杂传动零部件加工工艺的研究,有效提高这类零部件的加工精度,提升我省大型、特大型矿山设备加工制造能力。
(6)与传统露天开采工艺相比,大型露天煤矿综合连续开采技术无需爆破和破碎,实现安全、绿色、低成本开采。
2.3技术路线
1.3.1研究方法
采用产学研结合开发方式,成立项目研究开发小组,对国内外使用和制造露天煤矿装备的单
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