煤矿采掘机械设计
矿井掘进机在线监测监控系统的设计与应用
机 械工程与自动化MECHANICAL ENGINEERING&AUTOMATION No1 Feb第1期(总第224期)2021年2月文章编号=672-6413(2021)01-0172-02矿井掘进机在线监测监控系统的设计与应用郭鑫彤(西山煤电股份有限公司西铭矿，山西太原030052)摘要：矿井掘进机作业大多采用人工手动控制的方式，掘进效率低，故障难以发现，而且现场工作时刻威胁着工人的生命安全。
为此，设计了一套基于PLC和CAN总线通信的矿井掘进机在线监测监控系统。
根据设计的系统总体架构，分别对其硬件和软件进行了设计和开发。
实际应用效果表明：该监测监控系统达到了预期目标，可实时掌握掘进机的运行状态，大大提高了掘进机掘进的安全性、可靠性和工作效率。
关键词：矿井掘进机；在线监测；监控系统中图分类号：TP273：TD421.5文献标识码：A0引言掘进机是矿井巷道掘进的重要设备，目前，随着煤矿生产规模的不断扩大以及综采面掘进速度的不断加快,从而对掘进机的掘进效率和安全保障提出了更高的要求。
煤矿井下生产环境复杂恶劣，作为核心的采掘设备，掘进机在采掘过程中会存在以下隐患：①采掘过程易受矿井环境干扰，加上掘进机运行时自身受强烈振动，极易损坏而造成事故；②目前，综采面大部分仍然采用人工手动的控制方式控制掘进机推进，工作人员必须常驻现场，其生命安全遭受诸多因素的威胁,如粉尘浓度过高、工作面瓦斯泄漏或者掘进机自身原因等［12。
因此，对掘进机进行全方位在线监测监控非常有必要，不仅可以保障井下工作人员的生命安全,还将会提高矿井生产自动化水平和生产效率。
本文针对悬臂式掘进机设计了一套基于PLC和CAN总线通信的在线监测监控系统，通过地面监控平台和井下上位机可对掘进机的工作过程进行全方位、全生命周期的动态监测监控，为工作人员掌握现场情况和实现远程遥控提供了数据参考。
1掘进机在线监测监控系统架构图1为矿井掘进机在线监测监控系统的整体架构。
毕业设计(论文)矿用边双链刮板输送机的机械结构设计
届华北科技学院专科毕业设计（论文）设计（论文）题目：矿用边双链刮板输送机的机械结构设计专题题目：姓名：学号：专业班级：院（部）：机电工程学院指导教师：年月日目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)1概述 (1)1.1 刮板输送机的简介 (1)1.2 刮板输送机分类 (2)1.3 选题研究的目的 (2)2 刮板输送机的工作原理及结构 (4)2.1 刮板输送机的工作原理 (4)2.2 刮板输送机的主要组成部分 (5)2.2.1 机头、机尾部 (5)2.2.2 溜槽及附件 (7)2.2.3 刮板链 (8)2.2.4 紧链装置 (10)2.2.5 液力偶合器的结构 (10)3 刮板输送机的设计 (12)3.1 刮板输送机的工作情况 (12)3.2 对刮板输送机的基本技术要求 (12)3.3 运输能力 (13)3.4 运行阻力的计算 (14)3.4.1 基本阻力 (14)3.4.2 附加阻力 (15)3.4.3总运行阻力 (17)3.5 电动机功率校核 (17)3.5.1 对于炮采和人工采煤 (17)3.5.2 对于机械化采煤 (17)3.5.3 电动机的选择及其性能特点 (18)3.6 刮板链的强度计算 (20)3.6.1 最小张力点张力的确定 (20)3.6.2 逐点张力计算法和张力图 (20)3.6.3 最小张力点的判定 (20)3.6.4 刮板链强度计算 (22)3.7紧链力计算 (23)4 传输系统的介绍与设计 (26)4.1 刮板输送机驱动链轮设计 (26)4.2 刮板输送机链轮轴的校核 (28)4.2.1 校核许用切应力 (28)4.2.2 校核许用弯曲应力 (29)4.3 刮板输送机减速器的设计 (32)4.3.1 总传动比的计算 (32)4.3.2 计算各轴的转速、功率及扭矩 (33)4.3.3 减速器的选择 (34)5 经济技术分析 (37)6 结论 (38)参考文献 (39)致谢 (41)矿用边双链刮板运输机的机械结构设计摘要刮板输送机是输送粉尘状、小颗粒及小块等散状物料的连续输送设备，可以水平、倾斜和垂直输送。
煤矿矿井设计及采区优化探究
煤矿矿井设计及采区优化探究1. 引言1.1 煤矿矿井设计的重要性煤矿矿井设计是煤矿生产中至关重要的一环，它直接影响着矿山的安全性、生产效率和经济效益。
煤矿矿井设计的重要性体现在以下几个方面：煤矿矿井设计直接关系到矿山的安全生产。
矿井设计合理与否将影响到矿井的通风、排水、采掘等方面，直接关系到工人的生命安全和矿山的稳定运行。
煤矿矿井设计必须科学合理，考虑到地质条件、矿层特点等因素，确保矿井在采煤过程中不会发生地质灾害和事故。
煤矿矿井设计对于提高矿山的生产效率和经济效益也至关重要。
通过合理设计矿井的布局、通道和采区等，可以提高煤炭的开采率和利用率，减少煤炭的损失，降低生产成本，提高矿山的经济效益。
煤矿矿井设计的重要性不言而喻，只有做好矿井设计工作，才能确保矿山的安全稳定运行，提高生产效率，实现经济效益最大化。
煤矿企业和相关部门应高度重视矿井设计工作，加强技术研究和人才培养，推动煤矿矿井设计工作不断提升。
1.2 煤矿采区优化的意义煤矿采区优化是指通过合理调整矿井采区结构、布局、开采方法等技术手段，以提高煤矿生产效率、降低开采成本、减少安全事故发生的概率，同时保护地下资源和环境。
煤矿采区优化的意义主要体现在以下几个方面：煤矿采区优化可以提高煤矿的生产效率。
通过合理调整矿井的布局和采煤方法，可以减少采煤过程中的浪费和损失，提高煤炭的回收率和品质，从而增加煤矿的产量和经济效益。
煤矿采区优化可以降低开采成本。
优化矿井的结构和布局，可以减少设备运转和维护的成本，缩短采煤周期，降低能源消耗和劳动力成本，从而降低煤矿的生产成本，提高竞争力。
煤矿采区优化可以减少安全事故的发生。
合理设计矿井的采区结构和通风系统，可以降低瓦斯爆炸、塌方等意外事件的风险，提高矿工的安全生产环境，保障生命财产安全。
煤矿采区优化对于煤矿生产和安全具有重要意义，是实现煤矿可持续发展的关键措施。
通过不断优化，提高煤矿的生产效率和安全水平，实现经济效益、环境保护和社会效益的全面提升。
西安煤矿机械有限公司简介
西安煤矿机械有限公司简介西安煤矿机械有限公司(原西安煤矿机械厂)是我国采煤机设计制造的大型骨干企业。
始建于1951年，历经半个多世纪的发展，2008 年8月由陕西煤业化工集团和中煤机械装备公司合作投资对公司进行了战略重组，现已成为国内集采煤机、掘进机设计制造，营销为一体的高新企业，产品设计理念和性能处于国内领先地位。
公司占地面积15 万平方米，建筑面积86995.18平方米，拥有主要生产设备492台。
2010年实现销售收入6.37亿元，利润总额2536万元，人均收入4.85 万元。
2011年实现销售收入7.28亿元，利润2900万元。
公司下设产品设计研究院及所属的采煤机研究所、工艺研究所、掘进机研究所、电气研究所和营销公司等19个业务职能部室，10个生产分公司，一个全资子公司。
公司内部管理有序，产品研发实力雄厚，工艺布局合理，质量检测手段完备，先后通过ISO9001:2000质量管理体系认证、 ISO14001:2004 环境管理体系认证和OHSAS18001 职业健康安全管理体系认证。
公司主要生产采煤机、掘进机以及矿井提升专用设备。
经过六十年的发展，特别是近几年的二次创业和奋力拼搏，主导产品采煤机已形成液压牵引、滑差电牵引和交流变频电牵引三大系列60多个品种，采高从1.01～7.1M，功率从350～2550KW，能够满足不同地质煤层条件下煤矿采掘的需求。
首家研制使用采煤机在线远程监测和数据传输，唯一研制使用采煤机自适应调高系统，2550kW交流电牵引采煤机为国内功率最大采煤机；925型薄煤层大功率少人工作面采煤机己经顺利通过工业性试验，正式投入使用；掘进机产品已实现EBZ125型、160型和EBZ230型系列化规模。
产品销往全国25个省(市)自治区，并出口俄罗斯、印度、孟加拉等国，深得用户好评。
近年来，企业始终不渝地坚持“科技兴企，人才强企”的指导思想，按照以“产品研发为核心”的发展思路，紧贴市场和用户需求，瞄准国内外采煤机技术发展的前沿，不断在原有产品的基础上创新研发理念，以多样的产品来满足不同客户的需要。
矿山采掘知识点总结
矿山采掘知识点总结一、矿石的开采方法1.开采方法的选择开采方法的选择是矿山开采的第一步，不同的矿石特性和地质条件会对开采方法的选择产生影响。
通常可以分为露天开采和地下开采两种方法。
常见的开采方法包括露天开采、块矿开采、深部采矿、房柱法采矿、液压抢夺法采矿等。
2.露天开采露天开采适用于浅埋矿体，采用爆破、装载、运输等工具和设备进行采矿。
这种方法的优点是成本低、效率高，但也会对环境造成一定的影响。
3.地下开采地下开采适用于埋藏较深的矿体，需要进行巷道开挖、支护、采矿等工作。
地下采矿工作受限于地下空间的狭窄和地质条件，比较复杂，但也可以保护地表环境。
4.块矿开采块矿开采适用于矿石呈块状分布的矿藏，采用机械化设备进行开采，速度快、效率高。
5.深部采矿深部采矿适用于深埋矿体的开采，需要进行巷道开挖和支护，通常要利用大型机械设备和技术手段进行开采。
6. 房柱法房柱法适用于岩石稳定的矿体，采用开挖“房柱”式巷道进行开采，可以减少岩石的顶板开支，提高安全性。
7. 抢夺法抢夺法适用于抢占小矿体和复杂地质条件的矿体，采用液压抢夺机进行开采，速度快、效率高。
8. 特殊矿体开采对于一些特殊矿体，如溶解岩、沙质矿体、煤层气、页岩气等，采矿方法也会有所不同，需要根据具体条件进行选择。
二、采矿工程设计1.采矿方法设计采矿方法的选择要考虑到矿体性质、地质条件、水文地质条件等因素，需要对矿山进行综合调查和分析，确定最佳的采矿方法和工艺流程。
2. 工程规划设计采矿工程设计包括矿山的布局设计、巷道和设施的设计、采矿设备的选择等，需要考虑到开采的整体规划和设施的合理性。
3. 采矿设备选型采矿设备的选型要根据矿体特性、开采方法和规模等因素进行考虑，需要选择性能合理、效率高的设备。
4. 安全生产设计安全生产设计是采矿工程设计的重要部分，需要从矿山的设计、设施的设置、工序的安排等方面考虑安全问题，保障采矿过程中的安全性。
5. 环境保护设计矿山采矿对环境会产生一定的影响，需要在设计阶段考虑环保问题，合理进行排放、处理等工作。
深部开采对煤矿机械设备会议讲稿新稿
平均采深/m
900
随着煤炭开采的发 800
700
展和可采储量的逐 600
500
年减少，深部开采 400
300
成为煤矿生产的必 200
100
然。
0
1980 1990 2000 2010 年
深部开采趋势
二、深部开采面临的新问题
深部地应力问题 深部岩石脆-延转化问题 深部岩石变形的时间效应问题 深部采场矿压增大问题 深部采场地温增高问题 深部瓦斯压力增大问题 深部动力灾害问题
随着深度的增加，当岩层中压力 和温度达到一定条件时，岩石即 发生脆-延转化。
深部岩石变形的时间效应问题
深部高应力环境下，岩石具有 更强的时间效应，表现为明显 的流变或蠕变。
一般认为优质硬岩不会产生明 显的流变，但在深部高地应力 条件下情况有所不同。
深部矿压增大问题
矿山压力增大是矿井深部开采中普遍存在 的问题。
研究一种经济实用的空气冷却工作服进行个体防护； 综合考虑各种因素研制适用于深井的通风冷却系统以
便寻求出一种有效的防止热害的方法。
ZJL-450矿用制冷系统 开发井下降温设备
任楼煤矿使用井下降温设备
深部动力灾害的监测预警设备
随采深的增加，岩石破坏机理随之转化，矿山动力灾害 危险性增大。监测预警技术应适应深部开采的特点。
目前中国煤炭开采以每年10米左右的速 度向深部延伸，东部矿井更是达到了每年 10～25米，已有部分矿井进入深部开采阶段， 如沈阳矿区红阳三矿已达到-1100m，新汶矿 区孙村矿采深为-1200m，淮南矿区望峰岗矿 达到-1300m。
未来10年内，我国将有相当数量矿井进 入深部开采。
2005煤炭工业矿井设计规范
孙臣良
辽宁工程技术大学 资源与环境工程学院矿物资源工程系
煤炭工业矿井设计规范2005
采煤方法及工艺选择：
选择采煤方法应根据地质条件、煤层赋存条件、开采技术条件、设备状况及 发展趋势等因素，以“安全、高效、低成本、高回收率”为目的，经综合技术 经济比较后确定； 大型矿井应以综合机械化采煤工艺为主，条件适宜的中型矿井也宜采用综采 工艺。 设计生产能力3.0Mt/a及以上的矿井，条件适宜，应采用先进成套综采设备， 设计高产高效采煤工作面。
采煤工作面回采巷道一般应采用单巷布置。当煤层瓦斯含量大、采区涌水量大， 或因掘进、通风、运输等要求，单巷布置不能满足要求时，可采用双巷布置或多巷布 置，但应明确巷间煤柱的回收措施。
缓倾斜、倾斜薄及中厚煤层、厚煤层分层开采，条件适宜，回采巷道应采用无煤 柱护巷工艺；厚度小于2.5m、不易自燃或自燃煤层，可采用沿空留巷。沿空掘巷和沿 空留巷应采取巷旁密闭或充填措施。
煤炭工业矿井设计规范2005
井口位置 提升井（主副井）井口位置：
⑴ 有利于第一水平，兼顾其它水平，有利于井底车场和主要运输 大巷布置，减少工程量； ⑵ 有利于首采区布置在井筒附近的开采条件好、储量丰富的块段， 且不迁或少迁村庄； ⑶ 井田两翼储量基本平衡； ⑷ 井筒位置应尽量避开厚表土层、厚含水层、断层破碎带、煤与 瓦斯突出煤层或软弱岩层； ⑸ 工业场地应具有稳定的工程地质条件，避开法定保护的文物古 迹、风景区、内涝低洼区和采空区，不受岩崩、滑坡、泥岩流和洪水威 胁； ⑹ 工业场地应少占耕地，少压煤； ⑺ 水源、电源较近，煤的运输方向顺畅，矿井铁路专用线路短， 道路布置合理。
5t底卸式
3t底卸式 3t侧卸式
600，900
国内外煤矿采掘装备现状及发展方向
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2、国内煤矿采掘装备—刮板输送机
型号： SGZ1400/3×1500 生产厂家：宁夏天地奔牛公司 主要参数：
装机总功率:4500kw 运量:4500t/h 设计长度:400m 内槽宽:1400mm 中部槽长度：2050mm 链条规格：Φ56×187mm
西安MG1000/2550-GWD型采煤机
采高：3.2-7.1m, 装机总功率：2550KW, 截割电机功率：1000KW
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2、国内煤矿采掘装备-采煤机
上海创力MG1100/2760-GWD型采煤机
装机功率2760kW,截割功率2×1100kW,牵引功率2×150kW,破碎功 率200kW,采高范围3.5～6.5m,适用于年产500万～1000万t以上的 高产高效综采工作面
美国卡特彼勒公司EL3000进口采煤机
采高范围2.5～6.0m,装机总功率可达2000kW,截割电机功率850kw,设计 生产能力可达3000t/h 装备了以微型电子计算机为核心的电控系统,采用 先进的信息处理技术和传感技术,实现了机电1体化
5
1、国外煤矿采掘装备-刮板输送机
国外工作面刮板输送机向着大运量、软起动、高强度、重型化、高可 靠性方向发展 国外运量最大的重型刮板输送机为6000t/h,装机功率 4×800kW 重型工作面刮板输送机多采用交叉侧卸式机头,中部槽为铸 造槽帮,中板为耐磨合金钢,厚度为40～50mm,中部槽内宽为1000～ 1200mm,1750mm长度中部槽已普遍使用,最长的达2000mm,中部槽的槽 间连接强度已达到4500kN 刮板链多采用双中链形式,链环直径最大已 达到Φ52 刮板链的张紧方式,除传统的机械张紧装置外,还增加了伸 缩机尾的液压自动张紧装置 在机头机尾均采用双电机,大幅度提高了 输送能力和设备的可靠性
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煤矿采掘机械设计
摘要：煤炭资源可向工业化生产提供足够的物资原料。
机械工业研制出了多
种采煤机械设备，为现场采煤提供了工具方面的保障。
面对越来越多的采掘机械，必须拟定自动化控制方案，才能以最少的人力投入采煤作业。
基于信息科技时代下，将机械自动化与信息自动化相互融合，共同创造了现代化煤矿采掘系统，带
动了矿区采煤量的提升。
科技改革为煤矿开采提供了先进的技术指导，现有采掘
机械科学组合应用是提高煤矿生产效率的保障。
分析了矿井采掘机械的设计要点，对其现场施工应用提出了相关建议。
关键词：机械设备；设计；应用管理
1煤矿采掘机械设计趋势
1.1一体化
科技为采矿生产提供了保障，且研制出了大量适用于采矿生产的机械设备，
方便了煤矿企业制定新型的生产调控方案。
采煤设备一体化是自动化的初始要求，关键在于将“人与设备”之间有效地组合起来，建立人机一体化的操控模式。
如
现实采煤环节中，矿井内的基本操作可由人工处理完成，高难度作业任务则交由
机械设备处理，这就协调了矿井设备的采掘流程。
1.2智能化
智能控制系统是对矿井自动化的进一步升级，也是未来高科技采煤操作的发
展方向。
相比采煤设备一体化操作，智能作业模式更加偏向于人的主体地位，所
设计出来的智能模块与人员操作要求相互一致，为工作者提供了更好的采煤环境。
如人机工程学理论指导下，矿井设备在采掘过程中可完成自调整、自诊断、自监
测等多项任务，无需采煤人员参与控制便能起到更好的采掘效果。
2煤矿采掘机械设计自动化
提升机械是负责矿井至地面之间输送作业的设备，可根据井内采掘需要输送
原煤、工具、材料等生产资料。
煤矿矿井的深度可达100~1000m不等，与地表面
保持着垂直的距离，这给矿井内外提升作业造成了很大的难度。
旧式提升操作系
统不仅消耗时间较长且设备的承载指标有限，无法满足大重量物料或原煤的输送。
采掘系统自动化设计方案中，对提升机、升降机等主要提升设备实施了操作改进，从定位、称重、传输等方面进行自动化改造。
2.1定位
准确定位是提升机械操作的基本内容，地面指挥中心参照矿井内结构布局情况，借助网络通信系统将提升机准确地放置在某个位置，加快了物料输送操作的
效率。
过去升降机械定位由人工观测来选定位置，无法从宏观上把握矿区的点位
情况。
利用电子定位仪改装升降机，采矿系统发出指令信号后自动定位提升机的
停车位置，在停车区等待原煤物料的装货操作。
2.2称重
提升机械设备在装载货物过程中也执行了自动称重的任务，用以识别设备的
承载重量是否超标。
微型计算机逐一扫描录入货物的重力数据，并由运算器自动
分析处理结果，待确定与提升装置规定荷载范围相互一致时，再执行上升或下降
等作业指令。
自动称重系统降低了提升机械的承载故障，防止重力载荷超出升降
机的承受范围。
2.3输送
自动化设计将原始人工调控输送模块进行优化处理，采用新型升降控制系统
辅助设备的上升或下降作业，从多个方面提高了输送系统的功能特点。
自动输送
体系建立了垂直方向、水平方向等多个角度传输方案，也适用于多道工序的立体
式传输流程，矿井内货物快速地传输至原煤加工中心，实现了生产、加工、包装
的自动化。
3煤矿采掘机械工作面设计自动化
3.1采煤机
采煤机械是矿井作业的主设备，整台采煤机械的工作性能基本决定了井内的生产效率。
一般情况下，设备自动化需保证采煤机牵引控制、功率自动调节的改良设计。
主要解决的问题：即采煤机沿工作面的牵引速度随煤层硬度、夹矸程度和截齿磨损情况而自动改变，使电动机输出功率基本恒定，可提高采煤机生产能力并延长其使用寿命。
采用牵引速度和切割速度同时调整的控制方式，可使吨煤电耗和落煤块度维持在最佳状态，采煤工作面调控起来也更加便捷。
3.2自移式液压支架
此设备自动化设计是针对检测、控制等模块的调整，选配智能控制器对支架进行调控，保障了设备在相对稳定的状态下完成操作。
液压支架工作时会因承载过重而发生各种故障，处理不及时很难保证采煤机的安全性。
自动化设计中以检测各组支架位置、支撑状态以及采煤机位置为基础，对液压支架实行远距离集中控制，按照规定的移架程序发送降柱、推移、支撑等指令。
如大型矿井开始采用远程控制技术辅助液压系统控制，保证了液压支架的自动化。
3.3水平位置校准
采煤工作面处于水平位置，有助于采煤系统结构的稳定性，防止水平位移偏大而出现采掘线路偏移。
本设计对采煤机水平位置和工作面校直控制进行了二次改造，利用传感技术对设备校准定位，即根据煤层厚度变化和底板起伏，自动调整采煤机摇臂的高度，最大限度地采出全高(煤层全部厚度)并避免截齿切割顶板岩层，减少磨损，并降低含矸率。
实现水平位置控制需有检测煤-岩界面的传感器。
4矿井采掘机械作业监测的自动化
随着作业机械数量的增加，煤炭企业并没有采取专业的管理维护措施，设备使用调控不当而引起了成本额度的扩大化。
以日常检修工作为例，采煤区作业仅注重于设备的操控使用，没有技术人员定期对设备进行维修检测，使机械设备的故障率有所提升，严重影响了采煤作业的安全性与持续性。
矿井机械自动化设计应考虑监测功能的应用，所设计的智能监测系统以维持生产的有序性。
4.1综合监测
近年来机械设备在矿井改造施工活动中的应用十分广泛，各种装载机、挖掘机、洗煤机等都是不可缺少的常用设备。
对矿井进行总体综合控制，保障了矿区
采掘的安全性。
不仅涉及各工艺过程，而且包括生产管理的信息处理。
从各生产
过程采集有关地质参数、环境参数、生产状况等方面的大量信息，通过计算机进
行处理分析，及时做出决策，直接向有关生产系统发出控制指令，或向调度人员
提供协调各生产环节的必要信息。
4.2遥控监测
遥控技术是对远程控制技术的升级应用，设定遥控系统推进了矿区远程控制
作业的发展。
矿井生产的复杂条件给自动化实现带来了困难，矿井作业监测系统
设计采用新型遥控技术实施宏观调控，为采煤机械工作提供了指导。
遥控机器人
的出现为解决这个困难提供了新的途径，尤其适用于一些危险场所。
采矿工业机
器人化有可能促进采矿工业化操作的进程，方便了矿区指挥中心对矿井内外的监
测调度工作。
结语
总之，煤炭是国民经济收入的来源之一，也是其他行业工业化生产的常用燃料。
新经济改革趋势下，我国煤矿开采量持续增加，企业必须改变传统采煤生产
模式，设计综合性的采矿作业系统，以将采掘机械设备与自动化生产相互结合。
从本次选定的提升机械、采煤工作面、矿区监测等方面来看，自动化控制系统发
挥了良好的操作功能，使矿井内、外部形成了优越的调控体系，显著改善了传统
作业模式的不足。
参考文献：
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