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1、矿山装备及自动化,机电工程学院,课 程 提 示,1、成绩与考试 课堂讨论及平时作业30%，考试70%。 考试方式：闭卷。,教学内容,1、绪论（2） 矿山机械发展简史 矿山设备发展方向,2、采掘机械（6） 采煤机械分类；滚筒式采煤机的组成；截割部、牵引部级控制附属装置；掘进机械分类；部分断面掘进机的组成；行走部、装载部、工作机构及附属系统。 3、矿用支护设备（6） 回采工作面顶板组曾及种类；矿山支护设备的分类；单体液压支柱；液压支架了特种液压支架；乳化液泵站,教学内容,4、矿用提升与运输设备（6） 矿井提升机；提升容器和钢丝绳；刮板输送机；带式输送机；桥式装载机,5、矿山辅助运输设备（4） 矿用
2、机车；单轨吊车；卡轨车；搬运、运输绞车；无极绳绞车 6、矿山流体机械（6） 排水设备；通风设备；压缩空气设备,7、典型矿山机械装备的创新设计（2）,参考文献目录,程居山主编.矿山机械.中国矿业大学出版社 矿山运输机械，于学谦 主编，中国矿业大学出版社；1998 矿井提升设备，孙玉蓉 主编，中国矿业大学出版社；1996 于忠升、宋伟刚，矿山运输提升，东北大学出版社，1992 5. 陶驰东主编.采掘机械.煤矿工业出版社,6. 矿山机械与设备 谢锡纯（矿大出版社） 7.高新技术在煤矿中的应用 胡省三 （煤炭出版社） 8.煤矿安全规程 , 2004 国家煤矿安全监察局 （煤炭出版社）,参考文献目录,煤
3、炭开发利用简史,人类发现、开发、利用能源矿产资源历史悠久，近二三个世纪又发展迅速、转变明显。 中国是发现、利用煤炭、石油、天然气、地热资源最早的国家之一，铀矿的开采、利用与世界趋近于同步。各类能源矿产，有着不同的发展历史。大规模的资源勘查、开发，是在中华人民共和国成立后进行的。经历40多年，取得了显著的进展。,煤炭开发利用简史,中国2500年前的山海经，最早记载了煤并称之为“石湟(huang )”。从辽宁沈阳发掘的新乐遗址内，发现多种煤雕制品，证实了中国先民早在6 0007 000a前的新石器时代，已认识和利用了煤炭。西汉（公元前206公元25年)时期，开始采煤炼铁。随后的各个历史朝代，采煤规
4、模陆续扩大，广泛用作冶金、制陶瓷的燃料。唐朝开始用煤炼焦，至明、清朝代煤炭技术已有相当发展,煤炭开发利用简史,近代煤炭业始于19世纪40年代。1840年在台湾省基隆建成了中国第一座采用机械生产的煤矿；后又在河北创办了开平煤矿。经历了诞生（18401895）、发展（18961936）、战争（19371948）三个阶段。诞生阶段煤矿数量少、产量不高，日产能力仅300t。发展阶段由于外国资本的进耄褡遄时疽舱喟炜螅虼私闪丝小车?2个煤矿，产量逐步提高，1936年生产原煤3 900万t。抗日战争阶段，由于日本占领军掠夺式开采，因此1942年原煤产量5 928万t，达到高峰。随着战争形势的演变，煤炭生产也
5、随之波动。1948年产煤降至2 596万t。,煤炭开发利用简史,1949年新中国成立，开始现代煤炭业发展阶段。通过初期全面恢复生产；扩建老矿区、建设新矿区；不断进行调整和老矿技术改造；引进新技术、装备并注重与国内研制相结合；推进综合机械化；扶持地方煤矿的发展；增大地质勘查力度，重视改善煤炭业的战略布局等一系列措施，特别是80年代以来深化改革、扩大开放，促进了煤炭工业的迅速发展。尽管不同时期，煤炭生产受到各种影响多有波折，但总体是呈上升之态势。1989年，原煤生产突破10亿t而居世界第1位后，产量持续增长，连续保持最前列的地位。,中国采铁矿简史,随着冶铁业的兴盛与发展，发现和开采的铁矿产地，一代
6、比一代多。春秋战国时代（公元前770年前221年），据山海经五藏山经记载产铁之山有37处。汉武帝（公元前119年）在49个产铁地区设置铁官。唐代，按新唐书地理志记载，当时全国产铁之山104处。明代，有铁矿产130处。到清代前期（公元16441840年）铁矿产地发展到134处之多。古代开采的大部为地表风化残积、堆积矿和江河岸边的铁矿，以及露出地表的浅部铁矿体。,中国采铁矿简史,采掘方法主要有： (1)露天垦土法 翻耕有铁矿的土地，矿石随之露出地面。天工开物记载：土锭铁（即褐铁矿结核）“浅浮土面，不生深穴”，“若起冶煎炼，浮者拾之。又乘雨湿之后，牛耕起土，拾其数寸土内者”。这是古代记载的一种特殊采
7、矿方法。,中国采铁矿简史,(2)露天掘取法 用于采掘地表露头铁矿体。1974年在鞍山东北的太平沟发掘的汉代古采坑，坑形上宽10m，下窄2m，深10m，呈漏斗状。显然是古代露采遗址。清代开采的庙儿沟（南芬）铁矿，是人们在地表露头处先用棒撬开石缝，再用火烧（火爆法），经过冷缩热胀，使其破碎，采取矿石。,中国采铁矿简史,(3)地下凿坑法 即沿着矿体往地下凿坑采掘矿石。在河南、江苏、黑龙江等地一些古铁矿遗址，都发现有竖井、斜井和巷道直接采掘矿石的古洞。说明当时人们已能根据矿体的不同产状，采用不同的采掘方法，河南发掘的汉代巩县铁生沟的巷道是沿矿体平行掘进，并沿矿体倾斜分别有上山和下山小斜井，直接采矿。竖
8、井有方形和圆形两种，一般在矿体中间或一侧往下采掘矿石。对缓倾斜矿体再采用斜井。江苏利国东汉冶铁遗址附近的峒山古竖井，井口径1.5m，深约10m。由于采掘技术的提高，矿井愈来愈深。黑龙江阿城五道岭地区，发掘金代中期的铁矿井深达40m，矿井呈阶梯式，井内有采矿和选矿（手选）的不同作业区，还有灯洞和采掘工具。,中国采铁矿简史,(4)古代采掘工具 有 铁斧、铁锤、铁锥、铁镐和铁砧等。如在河南发现的汉代、宋代一些铁矿，采掘工具是铁斧、铁锤、铁锥、铁镐等，在古采洞的围岩壁上还遗留有铁斧、铁锥的凿痕。到近代(18401949年)，开采的铁矿山大部是在古矿硐（采场）的基础上建立起来的。据已查阅的40多处矿山资
9、料记载，这些都曾先后经过不同程度的地表调查和矿石质量化验。有些矿山开始逐步采用新的采掘、运输方法和设备以及贫矿选别。开采规模比较大。如辽宁鞍山弓长岭铁矿19331945年年均产矿石约60万t，最高年产达100万t；湖北大冶铁矿1942年最高年产矿石达144万t；安徽马鞍山铁矿南山区1941年最高产矿石90万t。这3个矿山是我国近代时期铁矿主要产区，也是古代著名的铁矿产地。,天工开物 作者 宋应星,宋应星，中国明末著名科学家。字长庚。奉新（今属江西）人。万历四十三年（1615）举于乡。崇祯七年（1643）任江西分宜教谕，十一年为福建汀州推官，十四年为安徽亳州知州。 明亡后弃官归里，终老于乡。在当
10、时商品经济高度发展、生产技术达到新水平的条件下，他在江西分宜教谕任内著成天工开物一书。宋应星的著作还有野议、论气、谈天、思怜诗、画音归正、卮言十种等，但今已佚失。,天工开物-煤炭,凡煤炭普天皆生，以供锻炼金石之用。南方秃山无草木者，下即有煤，北方勿论。煤有三种，有明煤、碎煤、末煤。明煤大块如斗许，燕、齐、秦、晋生之。不用风箱鼓扇，以木炭少许引燃，熯（hn，烘干）炽达昼夜。其傍夹带碎屑，则用洁净黄土调水作饼而烧之。碎煤有两种，多生吴、楚。炎高者曰饭炭，用以炊烹；炎平者曰铁炭，用以治锻。入炉先用水沃湿，必用鼓鞲后红，以次增添而用。末煤如面者，名曰自来风。泥水调成饼，入于炉内，既灼之后，与明煤相同，
11、经昼夜不灭，半供炊爨。半供熔铜、化石、升朱。至于燔石为灰与矾、硫，则三煤皆可用也。,天工开物-煤炭,凡取煤经历久者，从土面能辨有无之色，然后掘挖，深至五丈许方始得煤。初见煤端时，毒气灼人。有将巨竹凿去中节，尖锐其末，插入炭中，其毒烟从竹中透上，人从其下施拾取者。或一井而下，炭纵横广有，则随其左右阔取。其上枝板，以防压崩耳。,天工开物-煤炭,凡煤炭取空而后，以土填实其井，以二三十年后，其下煤复生长，取之不尽。其底及四周石卵，土人名曰铜炭者，取出烧皂矾与硫黄。凡石卵单取硫黄者，其气薰甚，名曰臭煤，燕京房山、固安、湖广荆州等处间有之。凡煤炭经焚而后，质随火神化去，总无灰滓。盖金与土石之间，造化别现此
12、种云。凡煤炭不生茂草盛木之乡，以见天心之妙。其炊爨（cun，烧火做饭：分居各 ）功用所不及者，唯结腐一种而已。（结豆腐者用煤炉则焦苦。）,我国煤矿机械迎来黄金发展期,到2010年，大型煤矿采掘机械化程度达到95%以上，中型煤矿达到80%以上，小型煤矿机械化、半机械化程度达到40%，这是我国煤矿发展的一大目标。有关专家表示，煤矿机械化程度的提高将大大带动煤机行业的机械化程度，煤机行业将迎来黄金发展期。,煤炭行业普遍认为，煤炭机械需求的三个驱动因素分别是：新开工煤矿的生产需求、已有设备的更新需求和机械化技改需求。根据业内人士对这三个因素的分析，煤炭机械的需求在十一五期间仍将维持快速增长的态势。从新
13、建煤矿投资构成来看，70%属于固定资产投资，煤炭机械设备投资占固定资产投资的50%，因此，煤炭设备投资额占新建煤矿投资总额的35%。,根据煤炭工业协会的数据，十一五期间，煤炭行业新建煤矿投资总额为2200亿元，因此，新增产能需要的煤炭机械设备投资约为770亿元。另外，据中国煤炭工业协会预测，十一五期间由于机械化水平的提升，产生的设备需求共为150亿元左右，除此之外，国家还将投资约60亿元用于技改。煤矿机械属于专用机械，应用环境非常恶劣，产品自动化技术要求非常高，行业特点决定了只有技术领先的公司才有可能成为煤矿机械行业的领头羊。业内人士指出，我国煤炭机械行业呈现多元化和差异化的竞争格局。,从供给
14、来看，目前我国年产500万吨以上的大型矿井主要设备几乎全部被国外大公司垄断。国内煤机全行业最突出的问题之一就是成套能力薄弱，市场竞争力不强。同时，由于煤炭装备制造业发展滞后，产品的性能和可靠性难以满足高产、高效矿井的要求，导致企业在市场竞争中缺乏竞争力。因此，如果企业不在产品综合配套(即一体化设计制造能力)和高端产品方面下功夫，将难以获取超额收益。,同时，有关专家指出，开展大型煤液化装置关键设备研制也是煤矿机械的另一热点。我国的煤炭资源虽然十分丰富，但其中劣质煤(包括褐煤、低变质煤及高硫煤等)的比例很大，如果直接燃烧利用，由于热值低、污染重而受到越来越大的限制，市场需求逐步萎缩。但低变质煤及高
15、硫煤容易液化，是煤液化的优选煤种。据估算，我国煤资源储量中可用于直接液化的资源超过5000亿吨，占我国煤储量的一半左右。因此，我国煤液化的前景非常广阔，大型煤液化装置关键设备也面临巨大的潜在市场。(来源：中国矿业报）,2015年煤炭科技发展的目标,1.科技进步成为煤炭经济增长的主导因素，大中型煤炭企业的科技进步贡献率达到60。 2.机电一体化技术、信息技术、新材料、新工艺等高新技术在煤矿得到普遍应用。大型矿井实现高效、安全、集约生产，并建成一些综采自动化工作面。安全状况实现根本好转，大中型煤矿重大灾害事故得到控制，百万吨死亡率降到0.5以下。大型露天煤矿的技术水平达到相同条件的国际水平。,3.
16、通过技术攻关、配套和技术改造，形成以煤炭生产与煤炭综合利用、多种经营并举的区域产业布局；建成一批矿井生产、选煤、焦化、发电、建材及矿物综合利用一条龙的现代化大中型煤矿。,高效、安全的现代化矿井技术,具有年产600万t能力的综采工作面 （2005年国家发改委的国家重大技术装备研制专项 ） 年进800010000m的煤巷快速掘进成套技术 年提升700万t能力的自动控制矿井提升系统 实现全矿生产人员减少到15001800人，生产人员工效达到1820t/工，基本无伤亡事故的目标,1. 年产600万t综采工作面的配套技术： (1)年产600万吨综采工作面总体配套技术研究 年产600万吨厚煤层综采生产系统总体优化设计 设备总体配套设计和单项设备总体技术参数研究 高产高效综采工作面地质保障技术措施 综采成套设备地面组装试验和井下工业性试验 主要技术指标 46m煤层一次采全高工作面年生产能力达到600万吨以上 工业性试验连续三个月产量不低于15
