黑龙江省专业技术人员继续教育

知识更新培训

矿山机械工程专业

（2010------2014）

专业科目学习教材

黑龙江科技学院

2010年4月

矿山机械工程专业教学计划

一、教学目的与要求

以专业技术人才的能力建设为核心，以提高专业技术人员的创新能力、专业水平和科学素质为目的，通过组织自学和面授辅导的方式，强化学员的专业知识，使各类专业技术人员了解本专业的科技发展动态，掌握本专业的最新科技理论和技术成果，为黑龙江省发展建设提供强有力的人才保障和智力支持。

二、课程设置及授课计划

序号

课程名称

总学时

学时分配

考核方式

网上

函授

网上

面授

以完成思考题和撰写论文相结合形式

1

专业科目：矿山机械工程

48

40（高、中级）

8（高、中级）

初级职称人员完成两次作业，培训中期和结束前各一次；高、中级职称人员在培训中期完成一次作业，培训结束前完成一篇学习体会（3000-5000字）。

48（初级）

2

创新能力建设：专业技术人员创新案例

24

20（高、中级）

4（高、中级）

24（初级）

合计

72

60

12

三、学习考核

培训实行单科结业制，凡参加培训者，必须按照课程设置及授课计划要求进行学习，公需科目和专业科目考核均取得及格以上成绩者，可获得由黑龙江省人力资源和社会保障厅颁发的合格证书，作为职称评定的条件之一。

四、作业

1、思考题

（1）我国采煤机与国外采煤机相比存在哪些方面的差距？

（2）简述劳动定额的作用。

（3）简述气垫带式输送机工作原理。

（4）波状挡边带式输送机有何特点？

（5）简述现场管理的重要性。

（6）阐述如何运用工业工程技术进行现场管理？

（7）皮带保护系统的主要功能是什么？

（8）PLC在皮带保护系统中的作用？

（9）阐述劳动定额的时间是如何构成的？

（10）举例说明煤矿生产综合监控系统的组成及原理？

（11）什么是无人工作面技术？

（12）液压支架电控系统的主要特点？

（13）我国采煤机的应向哪些方向发展？

（14）煤矿安全监控系统的主要功能是什么？

（15）根据实际情况，说明如何处理采煤工作面上隅角瓦斯超限。

（16）根据实际情况，说明掘进工作面压入式通风优缺点。

要求：初级职称人员分两次完成思考题1-12中的8个；高、中级职称人员必须完成思考题9-16中的3个。

2、学习体会（高、中级职称人员做）

要求：字数在3000-5000字；能体现对所学的新知识基本系统掌握；结合自己实际工作，在某些问题或某些方面有自己独到方法和见解。

《矿山机械工程》专业科目课程

教学大纲与学习指导

一、课程的性质和任务

《矿山机械工程》课程是研究近年来矿山机械工程领域的热点、新结构与新性能和新工艺技术，以及自动控制技术方面取得的新进展的一门课程。

本课程的主要教学目的在于使学习者能够通过本课程的学习掌握矿山机械工程领域的的最新进展，更新知识，与时代共发展。

本课程的授课对象为在矿山机械设备的设计、制造加工、设备维护等领域从事科学研究、工艺设计、技术改造、教学、生产及经营管理等方面的工作人员。

二、课程基本要求

本课程的基本要求是学习测试技术的基本理论及在煤矿机械工程中的应用、机电传动技术的基本理论及其在矿山机械工程中的应用、单片机技术的基本理论及其在矿山机械工程中的应用、可编程控制器技术的理论及其在矿山机械工程中的应用。学习矿井采掘机械、提升与运输机械、通风和排水机械的新理论、新技术。学习以矿产资源、人员、物料、设备、资金、信息等要素组成的整体系统为对象，进行规划、设计、评价和创新，以提高矿山企业效率、降低成本、保证人员安全健康、增加经济效益为目标，对矿山企业整体系统进行优化的一种综合性工程技术。重点是结合实际应用学习新技术的应用特点和优势。

三、课程基本内容

专题一 滚筒采煤机发展现状

一、教学目的和教学要求

通过本章学习，使学习者比较系统的掌握滚筒式采煤机工作理论以及关于采煤机发展新技术，为从事相关行业的技术人员进行技术创新、系统改造升级提供理论指导，也为从事有关采煤设备开发提供技术支持。

二、教学内容和重点知识解析

主要讲授：采煤机综采工艺过程；采煤机发展特点；采煤机发展趋势。

重点知识解析：（1）采煤机发展特点

（2）采煤机发展方向

专题二 矿用轴流式通风机应用现状

一、教学目的和教学要求

通过本章学习，使学习者比较系统的掌握轴流式通风机工作原理以及关于轴流式通风机发展新技术，为从事相关行业的技术人员进行技术创新、系统改造升级提供理论指导，也为从事有关通风设备开发提供技术支持。

二、教学内容和重点知识解析

主要讲授：通风机应用现状；主扇发展特点；局扇发展特点。

重点知识解析：（1）主扇发展现状

（2）新型局部通风机

专题三 特种带式输送机

一、教学目的和教学要求

通过本章学习，使学习者比较系统的掌握特种带式输送机工作原理、结构组成以及发展现状，为从事相关行业的技术人员进行技术创新、系统改造升级提供理论指导，也为从事有关带式输送设备开发提供技术支持。

二、教学内容和重点知识解析

主要讲授：各种带式输送机工作原理、结构特点。

重点知识解析：（1）气垫带式输送机

（2）钢丝绳牵引带式输送机皮带输送机

（3）多点驱动带式输送机及大倾角带式输送机

专题四 机械电子新技术在皮带输送系统的应用

一、教学目的和教学要求

通过本章学习，使学习者比较系统的掌握皮带输送机系统控制的新技术以及关于输送机启动和安全保护的新技术，为从事相关行业的技术人员进行技术创新、系统改造升级提供理论指导，也为从事有关皮带设备开发提供技术支持。

二、教学内容和重点知识解析

主要讲授：皮带机的控制系统；皮带机的启动技术；集中控制技术。

重点知识解析：（1）皮带自动控制及安全保护系统

（2）皮带输送机的启动新技术

（3）皮带集中控制系统

专题五 远程监控技术在煤矿机械系统中的应用

一、教学目的和教学要求

通过本章学习，使学习者比较系统的掌握远程监控技术的特点、用途、新技术以及煤矿传感器的新技术，为从事相关行业的技术人员进行技术创新、系统改造、新设备的维护提供理论指导，也为从事有关煤矿设备远程监控技术开发提供技术支持。

二、教学内容和重点知识解析

主要讲授：煤矿常用传感器的类型、用途；监控分站的原理；三摇新技术。

重点知识解析：（1）煤矿安全监控系统

（2）煤矿生产综合监控系统

专题六 无人工作面技术的现状和发展趋势

一、教学目的和教学要求

通过本章学习，使学习者比较系统的掌握无人工作面技术的现状和发展趋势以及关于国外新技术和新产品，为从事相关行业的技术人员进行技术创新、新设备维护提供理论指导，也为从事有工作面设备开发提供技术支持。

二、教学内容和重点知识解析

主要讲授：无人工作面技术的特点、优势；液压支架的电控技术；采煤机监测新技术。

重点知识解析：（1）液压支架电控系统

（2）采煤机自动监测系统

（3）基于多机器人的无人工作面技术

专题七 工作研究在煤矿制定劳动定额中的应用

一、教学目的和教学要求

通过本章学习，使学习者比较系统的掌握工业工程在煤炭系统的岩巷掘进劳动定额和现场管理两个方面的应用。通过具体应用，了解工业工程提高生产率的方法，掌握工业工程用于考察、分析、设计和改进的一整套行之有效、操作性强的技术方法。把工业工程的哲理与方法结合到煤炭系统中去，即形成具有行业特点的工业工程。

二、教学内容和重点知识解析

主要讲授：劳动定额的概念和作用；劳动定额的时间构成；目前我国常用的劳动定额方法及其特点。

重点知识解析：（1）劳动定额的概念和作用

（2）劳动定额的时间构成

（3）劳动定额的方法及其特点

专题八 工业工程在矿山现场管理中的应用

一、教学目的和教学要求

通过本章学习，使学习者比较系统的掌握现场管理的目标和如何通过现场管理来提高企业人员素质，实现产品有质量、工作安全可靠，创造出良好的经济效益。通过现场管理的优化，要从分析现场存在的问题入手，抓住主要矛盾，对生生力诸要素不断进行优化配置，使其经常处于最佳运行状态，并对投入、产出全过程进行系统地有效控制，提高矿山现场的运行效能。

二、教学内容和重点知识解析

主要讲授：现场管理的重要性；如何运用工业工程技术进行现场管理；定置管理的基本内容；与5S管理的关系等。

重点知识解析：（1）现场管理的重要性

（2）如何运用工业工程技术进行现场管理

（3）定置管理的基本内容。

目    录

专题一 滚筒采煤机发展现状·························· 1

1.1 滚筒采煤机的组成及工作方式····················· 1

1.2 滚筒采煤机发展特点························· 3

1.3 与国外产品的差距·························· 5

1.4 发展方向······························ 7

思考题：································ 8

专题二 矿用轴流式通风机应用现状······················· 9

2.1 轴流式通风机工作原理························ 9

2.2 主扇发展应用基本情况························ 9

2.3 局部通风机发展概况························· 11

思考题:································ 14

专题三 特种带式输送机···························· 15

3.1 气垫带式输送机··························· 15

3.2 波状挡边带式输送机························· 16

3.3圆管带式输送机··························· 17

3.4 钢丝绳牵引带式输送机························ 18

3.5多点驱动带式输送机························· 20

3.6 分段驱动带式输送机························· 21

3.7 压带式输送机···························· 21

思考题：································ 22

专题四 机械电子新技术在皮带输送系统的应用·················· 23

4.1 皮带自动控制及安全保护系统····················· 23

4.2 皮带输送机的启动新技术······················· 23

4.3 皮带集中控制系统·························· 25

思考题································· 27

专题五 远程监控技术在煤矿机械系统中的应用·················· 28

5.1 煤矿安全监控系统·························· 28

5.2 煤矿生产综合监控系统························ 29

思考题································· 31

专题六 无人工作面技术的现状和发展趋势···················· 32

6.1 液压支架电控系统·························· 32

6.2 采煤机自动监测系统························· 33

6.3 基于多机器人的无人工作面技术···················· 34

思考题································· 34

专题七 工作研究在煤矿制定劳动定额中的应用·················· 35

7.1 劳动定额的概念··························· 35

7.2 劳动定额的作用··························· 36

7.3 用工作研究法制定劳动定额······················ 37

7.4 矿山作业分析的实例························· 41

思考题································· 45

专题八 工业工程在矿山现场管理中的应用···················· 46

8.1 现场管理的重要性·························· 46

8.2 工业工程是现场管理的优化技术···················· 46

8.3 一种实用的现场管理方法——定置管理················· 48

8.4 晋城矿务局王台铺煤矿开展定置管理的实例··············· 50

思考题································· 54

专题一 滚筒采煤机发展现状

采煤机械是机械化采煤作业的主要机械设备，其功能是落煤和装煤。采煤机械分为采煤机和刨煤机两大类，目前应该最广泛的采煤机械是滚筒采煤机。

1.1 滚筒采煤机的组成及工作方式

1.1.1 主要组成

　　现以双滚筒采煤机为例，说明其组成。如图1.1所示，它主要由电动机、牵引部、截割部和附属装置等部分组成。

电动机1是滚筒采煤机的动力部分，它通过两端输出轴分别驱动两个截割部和牵引部。采煤机的电动机都是防爆的，而且通常都采用定子水冷，以缩小电动机的尺寸。牵引部2通过其主动链轮与固定在工作面输送机两端的牵引链3相啮合，使采煤机沿工作面移动，因此，牵引部是采煤机行走机构。左、右截割部减速箱4将电动机的动力经齿轮减速后传给摇臂5的齿轮，驱动滚筒6旋转。滚筒是采煤机落煤和装煤的工作机构，滚筒上焊有端盘及螺旋叶片，其上装有截齿。螺旋叶片将截齿割下的煤装到刮板输送机中。为提高螺旋滚筒的装煤效果，滚筒一侧装有弧形挡板7，它可以根据不同的采煤方向来回翻转180°。底托架8是固定和承托整台采煤机的底架，通过其下部四个滑靴9将采煤机骑在刮板输送机的槽帮上，其中采空区侧两个滑靴套在输送机的导管上，以保证采煤机的可靠导向。底托架内的调高液压缸10可使摇臂连同滚筒升降，以调节采煤机的采高。调斜液压缸11用于调整采煤机的纵向倾斜度，以适合煤层沿走向起伏不平时的截割要求。电气控制箱13内部装有各种电控元件，用于采煤机的各种电气控制和保护。

1-电动机;2-牵引部;3-牵引链;4-截割部减速箱;5-摇臂;6-滚筒;7-弧形挡煤板;8-底托架;

9-滑靴;10-调高油缸;11调斜油缸;12-拖缆装置;13-电气控制箱

图1.1 双滚筒采煤机

　　此外，为降低电动机和牵引部的温度并提供内外喷雾降尘用水，采煤机设有专门的供水系统。采煤机的电缆和水管夹持在拖缆装置12内，并由采煤机拉动在工作面输送机的电缆槽中卷起或展开。

　　1.1.2 工作方式

　　按机械化程度的不同，机械化采煤工作面可分为普通机械化采煤工作面和综合机械化采煤工作面，简称普采工作面和综采工作面。工作面布置如图1.2所示。

　　普通机械化采煤工作面设备布置如图1.2(a)所示，通常由单滚筒采煤机1、可弯曲刮板输送机2、金属支柱或单体液压支柱3和铰接顶梁配套，在长臂采煤工作面进行落煤、装煤、运煤和支护等几个主要采煤工序。以单体液压支柱代替金属支柱，则称为高档普采工作面。

采煤机骑在工作面刮板输送机上工作。单滚筒采煤机只有一个滚筒，由于输送机机头和机尾的限制，采煤机不可能采到工作面端头，因此，在工作面两端需要预先用人工采出一定长的“缺口”。一般上缺口长度为10m左右，下缺口长度为7~8m。

1-滚筒采煤机;2-刮板输送机;3-单体液压支柱或金属支柱;4-液压支架;5-刮板转载机

图1.2 机械化采煤工作面

　　普采工作面的采煤工艺过程如下：

1.采煤机的滚筒进入下缺口，然后由下向上采煤；

2.随采煤机之后，清理顶煤、挂顶梁；

3.在采煤机后面清出新轨道，并在距采煤机10~15m处开始推移刮板输送机；

4.当输送机移到新机道上以后，在悬挂的顶梁下面支撑金属支柱或单体液压支柱。

　　当采煤机一直运行到工作面上缺口时，就实现了一个完整的采煤循环。然后，采煤机由上向下采煤，开始下一个循环。如果煤层厚度度大于滚筒直径，不能一次采全高，而且顶煤不易垮落时，采煤机由下向上牵引沿顶板采上部煤；然后，由上向下牵引沿底板采下部煤。采煤机沿工作面上下往返牵引一次，才能实现一个完整的采煤循环。

　　综采工作面的配套设备如图1.2(b)所示。通常由双滚筒采煤机1、可弯曲刮板输送机2及液压支架4等主要设备组成。用液压支架支护顶板，实现了支护、移架及推移输送机过程的机械化。采出的煤经转载机5及可伸缩带式输送机运到采区煤仓。

　　综采工作面的采煤工艺过程如下：

1.采煤机自工作面一段开始向另一端采煤；

2.随着采煤机向前牵引，紧接着移动液压支架，以便及时支护顶板；

3.在采煤机后面一定距离处，推移工作面刮板输送机。

　　当采煤机移动到工作面的另一端，各个工序都相应完成之后，就实现了一个完整的采煤循环。

1.2 滚筒采煤机发展特点

20世纪70年代我国采煤机的发展有以下特点:

1. 装机功率小

如MLS₃-170型双滚筒采煤机,装机功率170kW,由鸡西煤矿机械厂制造; MD-150型双滚筒采煤机,装机功率150kW,由上海分院设计、上海冶矿厂制造; DY-100和DY150型单滚筒采煤机,装机功率100kW和150kW,由上海分院设计,无锡采煤机厂和辽源煤机厂共同制造。

2. 有链牵引、输出牵引力小

这个时期的采煤机牵引方式都是采用圆环链与牵引链轮啮合传动,传递牵引力小,牵引力在200kN以下。

3. 牵引速度低

由于受液压元部件可靠性的限制,设计的牵引功率较小,牵引速度一般不超过6m/min。

4. 自开切口差

由于双滚筒采煤机摇臂短,又都是有链牵引,很难割透两端头,且容易留下三角煤,需要人工清理,单滚筒采煤机更为如此。

5. 工作可靠性较差

由于我国基础工业比较薄弱,元部件质量较差,反映在采煤机的寿命普遍较短,特别是液压元部件易损。

20世纪80年代我国采煤机的发展有以下特点:

1. 重视采煤机系列的开发,扩大使用范围

20世纪70年代开发的采煤机,一种类型只有一个品种,十分单一,覆盖面小,很难满足不同煤层的开采需求。20世纪80年代起重视系列化采煤机的开发工作,一种功率的采煤机可以派生出多种机型,主要元部件在不同功率的采煤机上都能通用。

以西安煤机厂为主仿制EDW300-L型采煤机,上海分院参与测绘和试验消化。被列为国家“六五”科技攻关项目的MG300-W型采煤机由上海分院负责设计、试验,鸡西煤矿机械厂负责制造。与此同时,山西省与英国安德森公司达成引进AM500生产图纸的协议,由太原矿山机器厂生产AM500型采煤机。为满足用户需求,各单位还完成了各基型派生型的开发工作:MXA300/3.5派生出MXA600/ 3.5型等10多种机型;单电机AM500型派生出双电机AM500型; MG300型派生出MG2×300-W型、MG300-AW型和MG2×300-AW型; MG300-GW和MG2×300-GW型等8种机型,可满足1.5m至4.5m煤层开采的需要。20世纪80年代在中小功率采煤机的开发方面也取得辉煌的成果。鸡西煤机厂在MLS₃-170型采煤机的基础上派生出12种系列产品,以满足不同用户的要求。该厂还与哈尔滨煤研所合作完成了BM1-100型薄煤层采煤机,与上海分院合作开发MG200-W型采煤机;西安煤机厂与北京开采所合作完成MXP-240型采煤机的开发;辽源煤机厂与上海合作完成了1MG200、1MGD200的开发;上海冶矿厂、无锡煤机厂与上海分院合作完成MDY-150、MG150、4MG150、MG200、4MG200等多品种的开发。常熟煤机厂与上海分院合作开发成功5MG200-B型,并与北京开采所合作开发成功MG2×70Z型采煤机。

2. 元部件攻关, 提高了采煤机工作可靠性

主电机的攻关:以解决烧机现象;齿轮攻关:从选择材质上、热处理工艺上着手,学习国内先进成熟经验,以德国齿轮为目标进行攻关,达到预期目的,解决了低速重载齿轮早期失效的问题;液压系统和液压元部件的攻关:液压系统中主油泵和油马达的可靠性直接影响牵引部工作面的可靠性,在20世纪80年代中期,把液压通用件斜轴泵、斜轴马达、摆线马达、阀组、调速机构等都列入部重点攻关内容。

3. 无链牵引的推广使用,使采煤机工作平稳、使用安全

在引进大功率采煤机的同时,无链牵引技术传入中国,其中德国艾柯夫公司的销轨式无链牵引和英国安德森公司的齿轨式无链牵引占绝大多数,而且技术成熟。为此,我国新研制采煤机的无链牵引都向引进机组的结构上靠拢,仿制和引进技术生产的采煤机更是如此。

20世纪90年代以后采煤机技术发展的特点:

1. 多电机驱动横向布置的总体结构成为电牵引采煤机发展的主流

我国开发的电牵引采煤机除西安煤机厂外,一般都采用横向布置,各大部件由单独电动机驱动,传动系统彼此独立,无动力传递,结构简单、拆装方便,因而有取代电动机纵向布置的趋势。

2. 我国采煤机的主要参数与世界先进水平的差距在缩小

MG900/2210一WD型交流电牵引采煤机是西安煤矿机械厂研发的代表机型。装机功率达到2210kW,采用国际最新设计理念，吸收国内外采煤设备的先进技术，解决了高产、高效特大矿井采煤机设备的主要技术难点。年设计生产能力800万t，实际生产能力可达1000万t以上。特别是该机采用了智能化监测和故障自诊断技术，实现了对采煤机进行实时远程监控.

3. 液压紧固技术的开发研究取得成功

采煤机连接构件经常松动是影响工作可靠性的重要因素,而且解决难度较大。20世纪90年代由上海分院列题进行攻关研究,开发了M24、M30、M36、M42共4种常用液压螺母和专用超高压泵,在电牵引采煤机中得到推广应用,防松效果显著。

1.3 与国外产品的差距

我国煤矿综合机械化采煤设备的研制水平，经过几十年的引进技术、消化吸收和自主研发，已有长足进步。国内某些技术如综采放顶煤支架技术处于国际领先水平;国产综采设备的主要技术参数已接近或达到本世纪初的国际先进水平，落后约5年;国产综采设备的机电一体化程度接近或达到20世纪90年代中期的国际先进水平，落后约10年;国产综采设备的可靠性接近或达到20世纪90年代初的国际先进水平，落后约15年。国产大功率采煤机只在国内使用，生产数量较少，与国外先进机型存在的差距主要表现在性能、可靠性、使用寿命等方面:

1. 不重视基础理论研究

科技强国非常重视基础元部件的理论研究，同时强调产品设计必须要有较好的设计理论支持。而国内目前无论是科研院所还是制造厂商，只注重追求应用技术，轻视基础理论研究。引进消化只注重仿形而较少深入研究相应的理论和手段，致使国产基础元部件性能指标低下，甚至不过关，严重影响产品的性能和可靠性。

采煤机的自动操纵，主要包括调高和调速两个方面。目前国内外交流变频电牵引采煤机的自动调速技术已相当成熟，都是采用矢量控制技术，能够实现额定转速以下恒扭矩调速、额定转速至最大转速恒功率调速，并且采用主从控制技术，多电机驱动的采煤机变频调速系统已从一拖二(一台变频器拖动两台电动机)发展到一拖一(两台变频器分别拖动两台电动机)。因此国内外采煤机自动操纵技术的发展和差距主要体现在自动调高技术上。

为保证采煤机在自动控制运行中准确区分煤岩界面，从而实现采煤机滚筒的自动调高，美、英等国进行了大量的研究。目前已经提出了近20种煤岩分界传感机理，所采用的基本原理是将具有一定分辨率的煤岩分界识别传感器结合计算机控制，组成煤岩分界传感装置及煤岩分界识别系统。目前已应用于生产实际的或正处于研究和试验阶段的几种煤岩识别方法及其分析系统的主要有:记忆智能程控、振动频谱分析、天然丫射线、测力截齿、放射性同位素、噪声红外线、雷达探测等。其中记忆智能程控煤岩分界识别及控制系统最易实现，也在实际生产中应用得最多，我国引进的JOY7LS6、EiekhoffSL500和DBTEL3000型采煤机都装备有采煤机位置传感器、同步位置传感器、油缸传感器，通过计算机的记忆储存及自动控制实现采煤机滚筒的自动调高(记忆截割)。而雷达探测技术则被认为是最有应用前景的一种煤岩分界识别方法。

20世纪80年代初期，国内的一些煤炭院校就致力于采煤机自动化技术的研究，其中对于采煤机滚筒自动调高技术的研究做了大量有显著意义的工作。由于记忆截割技术比较容易实现，在20世纪80年代初中国矿业大学就曾在鸡西煤机厂的采煤机上做过地面实验，但没能推广应用。振动测试和频谱分析的煤岩识别技术，20世纪80年代中国矿业大学通过测试调高油缸的液压振动来辨别煤岩分界，只是做过实验室试验。

2. 缺乏核心技术

我国产品的开发主要是从引进、跟踪仿制开始，缺少创新和自主知识产权。如液压支架电液阀的核心技术靠外国公司提供;交流电牵引采煤机变频器，我们只能从国外购买地面用的通用变频器，经过拆卸改造，重新装配，来满足抗振、抗凝雾、抗干扰的要求。我们改造的变频器的抗振性能较低，而国外是专门为采煤机研制的专用变频器。

国产采煤机远程通讯和集中控制技术与国外的差距较大，目前只有天地上海分公司的1815系列采煤机实现了采煤机与工作面巷道控制箱的数据载波通讯，具备了实现工作面三机联动的基础。采煤机动密封采用高速骨架油封及低速浮动油封两种。国外采煤机油封，无论结构、材质，还是精度、质量，普遍高于国内同类产品，安装油封处相应零件的加工精度和硬度等比较合适。

3. 寿命短、可靠性差

我国采煤机用原材料、关键零部件、轴承、密封件、电机、电气元件、液压元部件等，在使用寿命和可靠性上与国际先进水平相比都存在较大的差距。这些问题造成了产品的可靠性差，使用寿命短。如国产采煤机齿轮寿命只有5000h，而进口的高达2万h。

1.4 发展方向

根据我国煤炭生产远景规划及采煤机技术发展趋势，采煤机的主要研究方向为:

1. 采用电牵引方式

传统的液压牵引采煤机在国外虽然仍在生产和使用，但已不占主导地位，由于电牵引采煤机的诸多优点，国外目前新开发的采煤机，特别是大功率采煤机基本上都是采用电牵引方式。

2. 采用交流变频

由于交流变频调速牵引系统具有技术先进、可靠性高、维护管理简单和价格低廉等特点，近年发展很快，交流牵引正逐步替代直流牵引，成为今后电牵引采煤机的发展方向。采用2个变频器分别拖动2台牵引电机的牵引系统，可使牵引的控制和保护性能更加完善，这种一拖一的牵引系统也正被逐步采用，成为电牵引技术发展的又一个特点。

3. 高度自动化

开发工作面远距离无线高速信号传输装置，解决采煤机工作影像高可靠实时传输的研究。研发高可靠性、高性能、抗干扰、抗热效应、拥有远程实时操作的矿用计算机控制系统。开发或增强电控系统中的专家诊断系统、显示与信息传输系统、工作面采煤机自动运行集中控制系统、采煤机记忆截割系统。

4. 发展小型电器配件

向电器设备结构的小型化发展，由于功率的增大，电动机、变压器、变频器等设备的体积也相应增大，为满足整机结构布置紧凑的要求，进一步提高采煤机对煤层变化的适用性，必须研究电器设备小型化的技术途径。

5. 提高可靠性

重点完善和提高系统装置的抗振、散热和防潮等性能，研究可靠的微机电气控制系统，重点提高采煤机电控系统的抗干扰、抗热效应的能力。如油封技术方面，要开发出长寿命、高可靠性产品。

6. 根据实际情况大型化

在大型化方面，这是一个我们长期谈论的话题，似乎产品越大越好。但无论是从市场量上讲，还是从配套性上讲，从20世纪80年代开始，除大型汽车和液压挖掘机等个别产品外，国外设备的大型化程度和规模似乎存在一个趋缓。因此，就单机而言大型化不是绝对的，要根据用户需求和配套设备发展情况决定自己的大型化。就成套而言，多条相对小的单机组成的作业线并联，仍然可以构成大型成套，甚至更灵活，更不至于因某台单机发生故障而使整个现场停止生产。而当今控制技术的发展，并联流程的控制实际已经不存在问题。针对具体的产品，大型化到中间规模的阶段，市场需求是最大的。何况从技术角度讲，当加大设备尺寸时，其重量和作用力会随设备最大尺寸的立方增加；而支承这些力的面积仅随最大尺寸的平方增加，显然，对设备相关的机械强度和可靠性要求也是要按这个比例增加的。

因此，就我们的矿藏条件和矿山机械的综合实力而言，把精力主要放在中小型产品的成熟、升级和成套上，是我们明智的选择。事实上，就国外著名公司的产品销量看，超过中间规格的产品越大市场容量越小，国外发展的特大型设备其实总是为特定大型用户定制的，市场容量十分有限。而小型化则不同，包括中国在内的许多国家正推行的可持续发展战略，必然要提高矿物的可开采回收率，如能适应更恶劣地质条件方面引导出巨大的市场，而这个市场非小型化设备和精细化设备没属。

思考题：

1、我国采煤机与国外采煤机相比存在哪些方面的差距？

2、我国采煤机的应向哪些方向发展？

专题二 矿用轴流式通风机应用现状

    矿用风机作为矿山安全生产的主要技术装备，是矿井通风系统的重要组成部分，是矿井安全生产和灾害防治的基础。矿用风机产品质量的优劣，运行安全稳定与否，检测和调节、控制方法是否可信可靠，都至关重要。

2.1 轴流式通风机工作原理

   轴流式通风机（下图）主要部件有叶轮3、5，导叶2、4、6，机壳10，主轴8等。叶轮由叶片和轮毂组成，叶片断面成机翼型，并以一定的安装角装在轮毂上。当叶轮由主轴拖动旋转时，叶轮流道中的气体受到叶片的作用而增加能量，经固定的各导叶校正流动方向后，以接近轴向的方向通过扩散器7排出。

1-集流器;2-前导叶;3-第一级叶轮;4-中导叶;5-第二级叶轮;

6-后导叶;7-扩散器;8-主轴;9疏流器;10-外壳

图2.1 轴流式通风机示意图

2.2 主扇发展应用基本情况

20世纪50年代初至70年代末，我国矿山使用的矿井轴流主扇几乎都是仿制苏联BY型的ZBY、70B和K70等型风机(统称为70B₂型)。风量范围7~160m³/s，静压范围400~5900Pa。这类通风机是根据原苏联的煤矿通风网路参数设计的高风压、中小风量型主扇，最高静压效率仅有70%左右。

在20世纪70年代沈阳鼓风机厂研制出了62A型单级主扇，其全压、风量参数基本上适合我国的矿井通风网路。但因其本机效率未达到设计要求，相差甚远，没有进一步改进和完善就停止生产了。在此基础上于20世纪80年代，该厂参考原苏联中央流体动力研究所提供的通风机气动略图和特性曲线，又研制推出了2K60型轴流式通风机，风量范围为20~400m³/s，静压范围为2000~5000Pa，最高静压效率为80%左右。比70B₂型风机约提高10%。全压效率在80%以上的风范围量比值为1.8，静压范围比值为1.43。可逆转反风，反风率在60%以上。2K60和2K58型矿井通风机在煤矿比较受欢迎，20世纪80年代在煤矿和少量金属矿山中共推广应用了500台左右。但在运行了几年后，随着叶片安装角度的提高达到25度以上，第II级叶轮开始出现叶片撕裂和叶柄折断等质量事故，较为严重的是在平顶山矿物局七矿，几天之内两台主扇连续发生这种事故。据不完全统计，仅在1985至1990年间，原中国统配煤矿总公司就有26个矿58台主扇风机出现过设计与制造质量问题。这不仅影响了矿山的正常生产，造成较大的经济损失，而且还严重威胁井下矿工的生命安全和矿井安全。通过对事故调查分析，认为通风机在设计和制造工艺方面有诸多不足之处。

沈阳鼓风机厂生产的改进型2K60和沈阳风机厂生产的改进型2K58主通风机，经工业性运转试验达到要求后，使我国常规型号的矿井主通风机的安全可靠性有了较大程度的提高。

随着矿井通风技术的发展和矿用风机技术的不断进步，许多风机厂家都在致力于开发新型高效节能风机。经过近20多年来的努力，我国矿用主扇的形式发生了较大的变化，到1995年底，相继研制出了BDK、BK、2K56、GAF和KZS等新型煤矿用主扇。

BDK65系列大型防爆主扇的风量范围18~420m³/s，静压范围l000~4500Pa，最高装置静压效率达86%；BK54系列中、小型防爆主扇的风量范围4~210m³/s，静压范围300~2000Pa，最高装置静压效率达84.2%。具有叶轮防爆、防爆电机密闭散热、特性曲线无驼峰、高效区域宽广、叶轮直接反转反风且反风率在62%以上等突出特点。

1997年在BDK65和BK54系列主扇的基础上，推出了BDK62和BK56系列侧移式、轴移式和固定式煤矿防爆轴流主通风机专利产品，2002年又推出TFBDCZ和FBCZ系列侧移式、轴移式和固定式煤矿防爆轴流主通风机产品，性能范围和机号范围与BDK65和BK54系列主扇基本相同，但主扇叶片的加工成型精度有了大幅度的提高，使叶片的扭曲角误差控制在士0.5度以内。FBDCZ系列主扇的静压效率高达88%，FBCZ系列小型主扇的静压效率高达86%。FBDCZ和FBCZ系列侧移式煤矿防爆轴流主通风机产品，两台主机并联在1台可侧向往返移动的平板车上，两台主机可在5min以内实现相互更换，共用1条总回风道和1套风机的集流器、扩散器和扩散塔，取消了分风岔道的局部阻力损失(5%~8%)和两付风闸门的漏风损失(13%~18%)，二项损失合计高达18%~26%，节能效果显著。

沈阳鼓风机厂与东北大学合作开发的2K56系列矿井轴流主扇，适合中压大风量的要求。其装置静压效率为85.3%，高效区域宽广，静压效率在80%以上的风量范围比值为2.57，静压范围比值为2.64。该机仍采用长轴传动，可逆转反风，反风率为60%以上。

上海鼓风机厂和德国TLT (Tuibo Lufttechnik)公司合作研制的GAF型矿井轴流主通风机，风量范围为30~1800m³/s。风压范围为300~8000Pa，最高全压效率为88%。全压效率在80%以上的风量范围比值为2.24，风压范围比值为1.63。风机性能的调节方式有液压动叶可调和机械式动叶可调两种，扩散塔安装型式有卧式和立式两种，立式安装于地面时，风机卧式采用长轴传动，且长传动轴从立式扩散塔端伸出。

吉林市鼓风机厂生产的KZS型矿井轴流主扇是仿原苏联的产品，经改进后最高装置静压效率为84%，采用长轴传动，可逆转反风。该机突出的优点是叶片强度高、安全可靠、动叶安装拆卸方便、中和后导叶可在风机运转中通过电控无级调角，可获得不同动叶角度下最佳导叶匹配角度的最佳节能效果，是一种效率高、安全性好的主扇风机。

2.3 局部通风机发展概况

煤矿将局扇用于采掘工作面或局部通风有困难的地方, 20世纪80年代前，在我国煤矿主要采用№4,№5,№6的单级和双级高压(俗称普通)轴流式通风机。

20世纪90 年代，我国的新型局部通风机有了长足的发展，矿用局部通风机几乎全部采用双级或三级高压对旋和双级高压轴流风机,其功率达264kW,压力8000多Pa,风量1000m³/min。在压入式掘进通风作业中推广了对旋局部通风机；在瓦斯排放和掘进除尘方面又出现了新型抽出式局部通风机和多功能局部通风机；在风机材质方面采用了无摩擦火花和安全摩擦火花材料；在驱动方面，除了传统的防爆电动机外，还采用了气马达；所有新型风机都设计了各种形式的消声结构。

2.3.1 FD系列对旋式局部通风机

1、对旋式风机的工作原理

对旋式局部通风机是由两个防爆电机驱动两个旋向相反的叶轮，串联组成。一般不设置导叶。空气流入第一级叶轮获得能量后，并经第二级叶轮排出，第二级叶轮兼备着普通轴流式通风机中静叶栅的功能，在获得整直圆周方向速度分量的同时，并加给气流能量，从而达到普通轴流式通风机不能达到的高效率、高风压。

    由于是叶栅I 和II等速相反转动，空气经过两级叶栅后得到了较高能量，即在同样轴向进、排气条件和同样叶列数的情况下，对旋式局部通风机可以比普通局部通风机提高6%~8%的作功能力。

2、FD系列对旋式局部通风机的主要特点

FD系列对旋式局部通风机是我国研制较早，推广应用比较广泛的一种大功率局部通风机，它具有以下特点：

1)该系列风机第一级和第二级两个贴得很近，风叶采用扭曲的圆弧钢板叶片。叶轮材质为软钢；

2)该系列风机属于无导叶轴流式通风机和采用外包复式单孔空腔共振吸声结构消声器组合体，具有较低的噪声；

3）该系列风机在工作面范围区域和最高效率下的流量系数变化不大，而压力系数变化却不小，即P-Q性能曲线较普通轴流式通风机陡，故非常适合掘进工作面定风量控制，即压力增加较大，而风量变化较小。因此，只要风筒接头质量好，漏风率在规定值内，当双级运行时，FD-1NNo6型对旋风机在10~20m²掘进断面的送风距离可达2000m以上；FD-1No5型风机在6~8m²掘进断面可达1500m.。

4）系该系列风机效率提高，满载时为80%左右，高出JBT系列风机8~10个百分点。

 2.3.2 新型抽出式局部通风机

1、原理、结构及分类

煤矿用抽出式局部通风机除需具有一般局部通风机的性能外，还需满足防止产生摩擦火花和电动机不直接与抽出的乏风相接触等要求。

当前，世界上可作煤矿压抽式的电动局部通风机有两种，即以英国B型风机为代表的流道分叉式和以波兰WLE-B 型为代表的电动机隔离密闭腔式。

我国煤矿抽出式局部通风机是在研究了上述两种代表型风机利弊的基础上，结合我国

的具体情况研制而成。大体上可分为两大类。

2、无摩擦火花型

动叶片或叶轮采用阻燃、抗静电的工程塑料注塑成型。因工程塑料为热塑性材料，熔融温度200~300 ，不会产生高温粉屑，所以不产生摩擦火花。

3、安全摩擦火花型

动叶铜合金，轮毂用软钢制成；或者叶轮外的机壳内壁镶铜环，叶轮用软钢制成。因

软钢与铜产生的摩擦火花能量不足以点燃沼气，故称之为安全摩擦火花。

上述每一类型风机又可分为电动机驱动和气动马达驱动，而电动机驱动又可分为外电

机（流道分叉式）和内置电机（密封腔式）。

2.3.3 无摩擦火花型抽出式局部通风机

1、FSD-2X18.5型塑料叶轮抽出式局部通风机

为了使风机能在高瓦斯涌出的长距离巷道条件下做抽出式运转，同时还要保证高效低

噪，采用了内置式电机和对旋式气动原理。流道中的电机用特殊密闭腔与乏风隔开；风机叶轮采用阻燃抗静电塑料以防止产生摩擦火花；外壳采用消音结构。风机由下述五部分组成：具有阻燃、抗静电（内添加型）工程塑料叶片的叶轮一对；2台YBFd160L-2型防爆电机；2套隔离密封腔将风机流道与电机隔离；带消音结构的扩散器和进气罩各一个；带消音结构的风机外壳2 套。

叶轮由单片塑料叶片和轮毂组装而成。叶片由模具注塑制成单件，组装时，先将叶片镶嵌在钢制轮毂上，然后且螺栓紧固起来，两端面用铜皮覆盖。

该风机适用于长距离高瓦斯巷道掘进时作压抽式通风，适用于走向长、隅角瓦斯涌出

量大的回采工作面处理隅角瓦斯；可作除尘风机。

2、FSWZ-11B型塑料叶轮外电机抽出式局部通风机

该风机在普通风机气动原理基础上采用了英国B型风机的流道分叉式结构，使电机置于风机流道之外；又采用了波兰WLE-B 型风机的塑料叶轮防摩擦火花方式。塑料叶轮由单件叶片和轮毂组装而成。叶片和轮毂由模具注塑成单件，组装时将叶片镶嵌在轮毂上，用专门的粘结剂粘结而成。

该风机适用于煤矿井下含爆炸性物质（瓦斯和煤尘）环境作抽出式局部通风，可以抽排井下局部积聚瓦斯，也可与除尘装备联合使用排除工作面粉尘。

3、SQF-5和SQF-3/6 型塑料叶轮气动风机

该风机是在普通风机和对旋风机的气动原理基础上，采用全塑叶轮以防止摩擦火花；采用气动马达代替电动机驱动，以防止电火花，成为真正的无火花风机，风机还可以进行无级调速，使风量可以任意改变。

SQF-5型风机是单级塑料叶轮加单台叶片气马达构成。

SQF-3/6型风机是两级塑料叶轮加两台叶片式马达构成对旋式风机。

该风机是无火花型，适用于其他各类电动风机无法使用的高浓度瓦斯环境，特别是适合在风流瓦斯有时超限的回采工作面处理隅角瓦斯和巷道复工时的瓦斯排放。

2.3.4 脉动通风技术治理上隅角瓦斯积聚

脉动通风技术就是利用风流的紊流扩散系数与风流脉动特性相关的理论，研制的一套技术可靠、经济合理且实用的脉动风机。在正常通风风流中叠加脉动风流，从而增加风流的紊流扩散系数，提高风流驱散局部积聚瓦斯的能力，从根本上解决回采工作面上隅角瓦斯积聚问题。

针对脉动通风机运行环境的特殊安全要求，在其动力方面考虑采用气压或液压作为动力源。由于综采工作面都有配套的乳化液泵站，因此对于综采工作面确定采用高压乳化液作为动力源，这样也可简化通风机的动力系统。在叶轮材质方面，选用具有抗静电和阻燃性能的高强度工程塑料。脉动风流的产生是因为风机体旋转，在风机体周围获得脉动风流。

脉动通风机主要由以下部分组成：(1)液压动力源；(2)执行元件（液压马达）；(3) 控制元件（包括各种压力、流量、方向控制阀及其他各种控制元件）；(4) 辅助装置（滤油器及冷却器、压力表及管道、管接头等）。

该通风机主要特性：(1)乳化液动力源和抗静电和阻燃工程塑料叶轮，具有可靠的无火花防爆性能，可在有矿井瓦斯或可燃气体爆炸危险的通风工程中使用；(2) 液压马达驱动叶轮和机体，产生双旋转脉动射流，不仅有效射程长，冲淡瓦斯的扩散系数高，而且还有对瓦斯仓储区的柔性排放效应等特性，特别适合于采煤工作面上隅角瓦斯积聚的有效治理或类似的目的；(3)网式开放与螺式封闭巧妙结合的防护笼体，不仅提高了脉动通风的效果，而且对作业人员的安全和健康具有保护作用。 

2.3.5 液压风扇治理上隅角瓦斯积聚

1、结构

小型液压风扇驱动力来源于液压泵站，运转状况受控于中心监控装置。

小型液压风扇由WCF-1型中心控制处理器（含KGJ7型甲烷传感器）、液压泵站和小风扇三部分组成。

小风扇为轴流式，由进口集流器和风筒体两部分组成。为使进气速度场均匀，提高风扇效率，进口集流器加工成圆弧形，其内设有半圆球形的整流罩和导叶片；风筒体由叶轮和芯筒两部分组成，油压马达安设在芯筒内，并通过联轴节同风扇叶轮相连，芯筒与风筒体内壁之间设有7片导叶片。在材料选择上，风扇的风筒体（含导叶片）、进口集流器及叶轮等全部采用阻燃抗静电玻璃钢制作，以减轻风扇的重量，同时避免摩擦火花的产生；在驱动力上，风扇采用CMK－04型齿轮马达驱动，额定转数为2800r/min ；在结构型式上，风扇采用轴流式结构，叶片为孤立扭曲机翼型。

液压泵站是向风扇的油马达提供压力油以驱动风扇旋转的液压传动系统。主要由齿轮泵、网式滤油器、节流阀、溢流阀、两位四通电磁阀、马达、油箱和电动机等组成。采用两位四通电磁阀控制液压油流向，在其未通电时，液压系统空载，油液经两位四通电磁阀直接回油箱，保证有效降低温升，减少能耗；当电磁阀通电而导通后，液压油经电磁阀驱动马达，带动风扇转动；采用溢流阀来调压回路，确保过载泄流，起到安全保护作用；速度调节采用旁路节流来控制油马达转数和系统工作压力，从而形成了在一定工作压力和流量下的开式循环系统。

2、工作原理

自控液压风扇分为中心监控装置和执行装置两部分，中心监控装置包括中心控制处理

器和瓦斯传感器，执行装置包括小型液压风扇和液压动力系统。中心监控装置的工作原理

是放置在工作面上隅角的瓦斯浓度传感器实时检测瓦斯浓度，并将检测到的浓度信号转变

为模拟电信号传到中心控制处理器，经中心处理单元对检测到的模拟信号进行处理判断，发

出指令，控制继电器开启与闭合，实时控制液压风扇。当瓦斯浓度超限时，风扇启动，吹

散上隅角的积聚瓦斯；待瓦斯浓度降低至安全界限时，风扇即自动停止。

思考题:

1、根据实际情况，说明如何处理采煤工作面上隅角瓦斯超限。

2、根据实际情况，说明掘进工作面压入式通风优缺点。

专题三 特种带式输送机

我国生产制造的带式输送机的品种、类型较多。经过多年的研究，带式输送机的技术水平有了很大提高，煤矿井下用大功率、长距离带式输送机的关键技术研究和新产品开发都取得了很大的进步。在此,主要介绍气垫带式输送机、波状挡边带式输送机、圆管带式输送机、钢丝绳牵引带式输送机、多点驱动带式输送机、分段驱动带式输送机和压带式输送机的发展情况。

3.1 气垫带式输送机

气垫带式输送机具有运行平稳、不跑偏、不撒料、结构简单、维修费用低及水平输送时节省能耗等特点，最近二十多年该产品得到了飞速的发展，到20世纪90年代末欧洲已安装气垫带式输送机约200多台，北美有60余台。而后英国的西蒙公司、日本的三菱公司及澳大利亚等国家也先后开发了气垫带式输送机。

英国西蒙公司在卸船机上首次采用垂直气垫式压带输送机，利用空气的压力使2条带之间产生足够的压力，从而夹紧物料,实现物料的垂直提升。1981年该设备首次在以色列的海法港投入使用。1983年我国大连港和天津港的散粮码头分别从西蒙公司引进了气垫压带式卸船机。1986年天津港又从西蒙公司引进了8条总长度2 105 m、输送量1 000 t/h的全气垫封闭型气垫带式输送机。日本三菱公司在气垫带式输送机的开发中，采用了圆管式气室及圆管式盘槽的新结构，从而减少了焊接变形,大大提高了气室和盘槽的精度。国外的气室及盘槽的加工一般是采用模压,因此为整机气室的安装带来了方便。

我国气垫带式输送机于20世纪80年代初由太原重型机械学院开始研究开发。为了更好地适应国民经济发展的需要，提高气垫带式输送机的技术水平，于20世纪90年代初由太原重型机械学院负责起草制定了气垫带式输送机的部分标准，有力推动了气垫带式输送机的发展。

气垫带式输送机的结构原理如图3.1所示，货载5放在输送带4 上，输送带下面不用托辊而直接放在盘槽3 上。盘槽上有许多按一定规则排列的小孔，盘槽的断面有圆弧形、梯形、抛物线形和椭圆形等多种形状，盘槽下面是密闭的气室2 ，气室通过风管可以接收鼓风机1吹来的气体。

1-鼓风机;2-气室;3-盘槽;4-输送带;5-货载

图3.1 气垫带式输送机的原理简图

气垫带式输送机是利用离心式鼓风机，通过风管将具有一定压力的空气流送入气室，空气流通过盘槽上的小孔进入盘槽与输送带之间。由于空气流具有一定的压力和粘性，当流入盘槽与输送带的间隙时，便形成了以空气为润滑剂的一层稳定的气膜（也称气垫），于是输送带即可浮在气垫上，靠驱动装置拖动运行了。

气垫带式输送机有以下特点：由于气垫的作用，可使输送带的运行阻力系数降低到0.02～0.002 ；该输送机结构简单，维修费用低；输送带运行平稳，不易跑偏；经过对样机进行实测，该机驱动装置和鼓风机的总耗电量低于普通带式输送机；盘槽上小孔的排列规则是个技术关键，因为它涉及到盘槽和输送带之间是否存在摩擦问题；鼓风机噪声大是这种机型的缺点。

3.2 波状挡边带式输送机

波状挡边带式输送机起源于欧洲，用于克服空间限制,减少占地面积，是对传统提升方法的改革。前西德的Scholtz公司(Svedala公司)在20世纪60年代初首先研制成功这种输送设备,其在欧洲曾风行一时。同时该公司与汉诺威大学合作，建立了波状挡边带式输送机的试验台，使之得到不断地完善和发展。20世纪80年代末开始向大型化方向发展。现在该公司已为世界许多国家生产制造了2万余台波状挡边带式输送机，主要用于大倾角或垂直提升的连续输送。1969年此技术被引进美国和加拿大，但当时在北美洲由于土地不那么昂贵,因此并没有引起重视从而没有得到推广。直到1989年世界最大的胶带生产厂———美国胶带服务公司创建了挡边输送带部，才使波状挡边带式输送机在北美洲得到发展。

我国从80年代初开始研制波状挡边带式输送机， 1990年北京起重运输机械研究所开发出DJ型波状挡边带式输送机系列图纸，并开始推广使用。波状挡边带式输送机见图3.2。

1-基带；2-裙边；3-横隔板；4-加强筋

图3.2 波状挡边输送带

图3.3 波状挡边输送带的横隔板结构

波状挡边带式输送机与普通带式输送机主要区别在于输送带及配套使用的托辊。图3.2为波状挡边输送带，它主要由基带1、裙边2和横隔板3等组成。裙边和基带是胶合到一起的。裙边外侧有加强筋4 ，使裙边具有较大的支承强度和纵、横向稳定性。裙边的上部具有良好的柔性，以便使输送带弯曲时，能方便地拉伸和压缩。

横隔板如图3.3所示，它分可拆式和固定式两种。可拆式横隔板（图a）是用机械方法与基带固定的；固定式横隔板有T 型（图b）C型( 图c) 和TC型它是用冷粘的方法与基带胶合在一起的。T 型横隔板一般用于输送倾角小于40°的情况，倾角再大可选用TC 或C型。横隔板的间距究竟选多大，取决于货载的块度、物理性能和生产率等。

由于波状挡边输送带结构的特殊性，所以对托辊的结构也提出了特殊要求。输送带的上分支可采用标准的平形托辊。下分支托辊一般采用复式托辊或滚轮来支承裙边外侧的基带边；也可以采用平形托辊来支承裙边的顶部，但这对裙边顶部磨损严重。

波状挡边带式输送机的特殊结构形成了它的使用特点：可以增大输送机的运输倾角，最大可至80°左右；能够节省设备的占地面积；由于裙边的存在，致使输送能力可以大大提高；因为输送带刚性的增强，所以输送带跑偏的可能性很小。突出而明显的缺点是当输送粘性大、水份多的货载时，输送带不易清理。

3.3圆管带式输送机

随着现代化生产的发展,环保已成为当代一个日趋重要的问题并在世界范围内引起广泛的重视，为了减少污染，提倡环保和无公害化散料输送。在众多封闭型带式输送机中，圆管带式输送机开发最早，发展最快,应用最广泛。图3.4为圆管带式输送机的示意图。

图3.4 圆管带式输送机示意图

圆管带式输送机由日本管状带式输送机株式会社于1964年首先提出，并于1979年进入实际应用阶段。由于它构造简单、可密闭输送物料、输送倾角一般可达30°、可空间弯曲布置等,故在矿山、电厂、港口、化工、冶金及建材等行业得到了广泛的应用，特别是在美国、日本、德国等发达国家应用更为普遍，发展更为迅速。根据日本Bridgestone公司1997年的统计数据，该公司及其代理在世界范围内共提供了750台圆管带式输送机(其中在日本国内使用的就有500余台),总长度接近100 km。

德国KRUPP公司的圆管带式输送机也代表世界先进水平，其主要技术来自汉诺威大学的起重运输机械研究所。该公司的圆管带式输送机的输送带结构较为特殊,所以推广应用较慢,但其在自动调整扭转方面具有特点。

我国在20世纪80年代初开始研制圆管带式输送机，国内第l台圆管带式输送机(半圆管式的)由太原重型机械学院设计，吉林市机械厂制造,用于吉林市化工厂。目前国内正在运行的圆管带式输送机大约有20多条。随着我国国民经济的飞速发展,圆管带式输送机逐渐引起国内生产厂家、用户及设计院所的高度重视。目前已基本形成对该机自主开发的新势头。

3.4 钢丝绳牵引带式输送机

钢丝绳牵引带式输送机属于强力带式输送机，是在钢绳芯带式输送机之前为解决大运量、长距离、不转载运输而出现的，多用于主斜井运输。

图3.5 示出了钢丝绳牵引带式输送机的大体结构。两条平行的无极钢丝绳4  绕过摩擦绳轮2和机尾钢丝绳张紧车15上的导向绳轮，摩擦轮转动时，借助于衬垫与钢丝绳之间的摩擦力带动牵引钢丝绳运行。输送带18 以其特制的耳槽搭在两条钢丝绳上，靠输送带与钢丝绳之间的摩擦力而被拖动运行，完成货载输送任务。两条牵引钢丝绳均由中间托绳轮9支承。

为使输送带在卸载滚筒8和张紧滚筒13 处能够绕回，在输送带快到达滚筒之前，必须使其抬高，且使两条牵引钢丝绳的间距加大.完成这一工作，是靠卸载滚筒和张紧滚筒处的分绳轮6，卸载处的分绳原理见图3.6。

1-钢丝绳驱动装置；2-摩擦绳轮；3-导向绳轮；4-牵引钢丝绳；5-转向绳轮；6-分绳轮；7-卸载斗；8-卸载滚筒；9-中间托绳轮；10-装载装置；11-机械保护装置；12-输送带张紧车；13-输送带张紧滚筒；14钢丝绳张紧绳轮；15-钢丝绳张紧车；16-拉紧绞车；17-输送带和钢丝绳张紧重锤；18-输送带

图3.5 钢丝绳牵引带式输送机

1-输送带托辊；2-输送带；3-卸载滚筒；4-上股钢丝绳；5-压绳轮组；6-分绳组

图3.6 卸载处的分绳原理图

 为保证牵引钢丝绳具有一定的张力且在托绳轮之间的垂度不超过一定限度，在机尾设有钢丝绳拉紧装置，包括张紧绳轮14 、张紧车15和张紧垂锤17 。输送带拉紧装置的作用是使输送带不至于松驰，包括张紧滚筒13 、张紧车12和张紧重锤17。

钢丝绳牵引输送带具有如图3.7的特殊结构，它是由上（下）覆盖胶4（5） 、填充胶6、帆布层3 、钢条2  和耳槽1等组成。输送带由帆布层与橡胶硫化而成。钢条（正方形或长方形断面）在输送带中沿纵向以相同的间距排列，排列间距一般为30~100mm左右。耳槽是放在钢丝绳上的，要求摩擦系数要大且 有很好的刚度和耐磨性。两侧耳槽的间距，有上下面等距（图3.7）和不等距（图3.8）两种。前者可以两面使用，后者则不能。上下面不等距耳槽的输送带，钢条在钢丝绳上的支点间距较小，受力情况得到改善，钢丝绳不易脱槽，即使脱槽输送带仍能搭在钢丝绳上。将输送带的下耳槽做成如图3.9所示的不对称，能够减少钢丝绳脱槽。

1-耳槽；2-钢条；3-帆布层；4、5-上、下覆盖胶；6-填充胶

图3.7 钢丝绳牵引输送带断面

图3.8 上下面不等距耳槽的输送带

钢条的质量好坏决定着输送带的使用寿命。若钢条脆性太大，则容易被货载砸断；若钢条韧性较差，则容易发生永久变形，挠度过大，致使卸载后输送带不能复原，钢丝绳还容易脱槽。

钢丝绳牵引带式输送机不但可以运料，还可以运人，井上、井下都可以使用，且单机运距长，功率消耗较小。但它的驱动装置复杂、输送带成槽性能差、装载断面小、有些部件损坏严重、维修量大，因此，它正在越来越多地被钢绳芯带式输送机所取代。

图3.9 不对称耳槽的输送带

3.5多点驱动带式输送机

多点驱动带式输送机，是解决长距离无转载运输、降低输送带张力的又一途径。这种输送机的工作原理如图3.10所示，它不仅端部有驱动装置，而且中间也有若干个驱动点。实际上，这些中间驱动点是由若干部小型带式输送机组成的。它是利用货载的重量使得带式输送机的主带（称输送带）与中间辅带（称驱动带）互相压紧，当各驱动带驱动后，借助于主带和辅带之间的摩擦力带动主带和货载运行。

由图3.10可以看出，多点驱动带式输送机与普通驱动的带式输送机相比，输送带的最大张力明显降低，因而可以采用较低强度的输送带实现长距离无转载运输。原则上讲，随着驱动点的增加，输送距离可以达到“无限长”。就这一点，钢绳芯带式输送机也是无法比拟的。在运输距离逐渐加长的场合使用这种输送机，可随运距的加长而逐渐增加驱动点，避免初期投资的浪费。由于将总功率分散到了各个驱动点，因而每套驱动装置中的各部件重量和尺寸就能相应减小，亦可采用批量生产的小型标准通用驱动装置。

图3.10 多点驱动带式输送机传动系统

尽管这种输送机可以采用较低强度的输送带，但输送带的用量较大。此外，输送机总体结构复杂，多点驱动不易控制也是它的缺点。

3.6 分段驱动带式输送机

图3.11是山西某煤矿井下使用的分段驱动带式输送机传动系统图，它的设计思想与多点驱动带式输送机是相同的，旨在将集中的机头驱动变为分散的多段驱动，从而降低输送带的最大张力，用较低强度的输送带实现长距离运输。输送距离越长，段分得越多，越能显示其优越性。

一般的多点驱动带式输送机驱动带的长度约为输送带长度的1/3~1/2 ；采用分段驱动后，可以省掉这部分长度可观的输送带；多点驱动带式输送机，由于要安装驱动带，所以它的机架要专门设计；分段驱动带式输送机除中部驱动架外，所有中间机架都可用标准机架；正因如此，分段驱动带式输送机将逐步取代多点驱动带式输送机。每个驱动段的长度，即每套驱动装置所放的位置，是分段驱动带式输送机的关键参数之一，它必须保证每套驱动装置的功率平衡，又要尽可能使输送带分离点张力达到由摩擦条件和悬垂度条件所确定的最小值。只有这样，才能充分发挥这种带式输送机的效益。

图3.11 某分段驱动带式输送机传动系统图

3.7 压带式输送机

压带式输送机，亦称夹带式输送机，如图3.12 所示。它是在承载输送带的货载上面增加一个辅助输送带，辅助输送带实际上是一条带动力的循环连续输送带，它与货载同步运行，靠辅助带的自身重量和加在它上面的压力，将货载压在输送带上而不让它下滑，以达到提高输送倾角的目的。

给辅助带上面施加压力有多种方法。一种是在辅助输送带上隔一定距离放置一架托辊组，托辊组的槽形形状各异，每架托辊组靠弹簧力、气压力或液体力等使其紧压在辅助带上，这称为辊压式带式输送机。

当输送倾角不太大时，压带式输送机的辅助输送带可以不加任何压力，只靠辅助带的自身重量来适当地提高输送倾角，这称为带压式带式输送机。

此外，还有一种“压带”式输送机，即货载上面不是放置辅助输送带，而是放置金属链条。金属链是无极闭合的，两端分别套在头、尾链轮上，其中头链轮为主动链轮。金属链上分支靠托链轮支承，下分支自由放在货载上。金属链为普通圆环链，共3 条。金属链上每隔一定距离横向固定一条板式链条。金属链较重，对货载能够产生一定的压力；此外，横向板式链条有阻止货载下滑的作用。这称为链压式带式输送机。

1-输送带；2-辅助输送带

图3.12 压带式输送机机原理图

思考题：

1、简述气垫带式输送机工作原理。

2、波状挡边带式输送机有何特点？

专题四 机械电子新技术在皮带输送系统的应用

随着我国煤矿安全、高产、高效矿井的建设,矿井机电设备向着高速度、大功率、高产量、高安全可靠性的方向发展，为了提高机械设备的性能许多机械电子新技术大量运用到煤矿机械工程中。

4.1 皮带自动控制及安全保护系统

随着皮带输送机产量的增大和输送距离的加大，输送机装机总功率也越来越大，随之皮带机的电控系统也很复杂。具有就地、自动、检修、手动和慢动五种工作方式。具有防跑偏、纵撕保护、防打滑、烟雾保护、机头防尘洒水、超温洒水保护、堆煤等安全保护功能。电控系统具有集中控制通讯及信号系统。

现场安全保护信号

图4-1 皮带自动控制及保护系统工作原理

如图4-1为某一皮带的自动控制及保护系统工作原理图，本系统由现场安全信号采集（温度、防跑偏、纵撕保护、防打滑、烟雾保护等传感器组成），通过PLC控制显示设备状态、判断超限并控制报警装置报警、通过系统运行控制实现自动停机。通过controller向集中控制中心发出本设备的工作状态，接受中心的远程控制命令。

4.2 皮带输送机的启动新技术

皮带机需要带载启动，对于大功率输送机启动系统一般采用变频调速和CST（可控启动技术）技术。CST 系统由美国道梯公司生产，其系列产品就有8 种。大量应用到皮带输送机，特别是大功率皮带输送机。运用到世界上生产能力最大的工作面刮板输送机(运输量5000t/ h ,铺设长度430m) , 工作面刮板输送机最大装机功率已达3200kW。美国道梯公司生产的630K型CST 的配套系统主要由液压系统、润滑系统、冷却系统及微机控制系统组成。如图4-2所示为平行式布置的CST主机结构，电机通过3轴齿轮、12从动齿轮、14轴带动行星减速器的太阳轮6、15行星轮与10环形外齿圈啮合、外齿圈通过一套摩擦离合器与箱体连接、行星轮通过心轴8与行星架连接、5轴为输出轴。通过控制摩擦离合器的压力实现10环形外齿圈的运动和停止。

图4-2 CST平行式布置的主机结构

图4-3 CST系统工作原理图

CST系统组成如图4-3所示。组合开关合上时电机启动，PLC控制液压系统，开始压力小电机带动外齿圈10转动、5轴无输出。控制涨紧绞车提供皮带启动需要的张力（1.3~1.5倍）。逐渐升高压力，行星轮机构差动工作、5轴输出低速带动皮带启动。完成启动后降低涨紧力。CST的优点如下：

      能精确控制起动时间和抛物线加速起动曲线（30~200s）

      电机空载起动，提高了输送带和电动机的使用寿命。起动系数仅为1.05

      多机传动的功率平衡系数可达到0.95, 提高了传动效率（高13%）

      在空载的情况下, 可实现慢速验带功能（带速15%~20%额定带速）

      现场可调每台CST力矩限制值,具有负载过载保护能力

      可以停止输送带运行, 而不停电机

      可用性系数达99%以上, 无故障工作时间长

      与采用偶合器相比, CST 采用后输送带的基本张力可降低30%提高了皮带的寿命

      安全度不变的情况下，采用CST后输送带的安全系数可相应降低1.9

CST技术目前成本较高，国内有些厂家采用的类似技术称粘性传动技术成本较低但目前性能略差。

4.3 皮带集中控制系统

煤矿井下运输系统一般由多条皮带机构成，过去皮带机都是单机操作，当皮带异常停机时就会发生运送物料堆积巷道的事故，对于大运输量的输送系统事故后恢复工作量非常大。所以现在许多煤矿采用集中控制的技术。下面是某矿采用集中控制系统的实例。该系统采用PROFIBUS现场总线技术，通过集中控制和工业电视相结合，对井下主煤流强力胶带机S0、S1、S2.1、S2.2和振动给煤机及煤仓煤位等相关设施监测，实现“主煤流系统集中控制”。系统由地面控制中心、传输线路、井下分站、相关保护装置组成。

图4-4 井下分站的工作原理图

1、 井下分站

每条胶带分别设置一套控制装置，采用SIEMENS S7-300系列PLC，加装OLM链接模块接入井下PROFIBUS网。

胶带机电控系统主要由隔爆兼本安型胶带机控制分站、本安型操纵屏以及安全保护等设备组成。如图4-4所示为井下分站的原理。

胶带机控制分站的功能：

l 控制分站采用KJD15矿用隔爆兼本安型控制器，完成整个系统的数据采集、设备控制、信息传输及网络通讯。

l 装置有各种继电器转换板、中间继电器、本安电源模块、接触器、输入/输出隔离板、本安/非本安隔离板等,用于本安/非本安信号的转换，输入信号的隔离、放大及输出控制外围设备等。

l 控制分站的控制核心器件是可编程序控制器，采用SIEMENS公司的S7-300控制器，用于集控、就地、检修工作方式下，程序控制胶带机。

l PLC有通讯接口模块，可接入PROFIBUS网，并提供完整的控制变量表,控制系统能够在线诊断，并且其控制程序可在地面主机在线下载。

本质安全型操作屏的功能：

l 操作屏由液晶显示器和操作箱组成，对胶带机实施控制操作和监视胶带的运行工况。

l 操作屏可以就地监视电动机电流、胶带机速度、拉线急停和跑偏开关的动作位置等各种保护状况以及显示胶带机的正常运行工况和各种故障状态。

l 通过操作屏的各种操作控制按钮，可以进行工作方式选择和就地控制胶带机。

安全保护系统的功能：

l 安全保护系统具有胶带机打滑、堆煤、满仓、煤位、超温洒水、烟雾、温度、沿线急停、跑偏、断带、撕裂和语音系统等多种保护和装置。

l 还设置有瓦斯监测、CO监测、风速监测等传感器，监测环境安全方面的信息。

图4-5 集中控制系统网络图

2、 地面控制中心

地面控制中心设置在矿调度室附近，主要通过计算机和工业电视对胶带机及相关设施进行监测、监视和集中控制。主要设备、设施包括工业控制计算机、不间断电源和工业电视等。控制中心采用主、从计算机实现双机热备用，当其中一台计算机出现故障时，可自动切换到另一台计算机，以防止数据丢失或控制失控。

3、 传输网络

系统以PROFIBUS为主干网，采用铠装光缆作为传输介质。系统网络结构如图4-5所示。系统具有远程启动、停止、复位和测试功能，并可进行地面远程编程、故障(保护)屏蔽及控制方式转换、振动给煤机点动操作等功能控制。能实时显示各胶带机、相关设施及所有信号状况，并能方便地进行多画面切换；当井下被测参数超限、保护动作及设备运行状态改变后，给出语音、文字告警提示。

思考题

1、皮带保护系统的主要功能是什么？

2、PLC在皮带保护系统中的作用？