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彭赐灯:美国长壁工作面自动化发展历程

中国煤炭新闻网 2019/8/4 14:40:07    论文专区
2019-07-18   作者:彭赐灯 杜锋 程敬义

自1976年以来美国长壁工作面数量变化


  美国现代机械化长壁开采始于20世纪50年代初。该技术是从德国引进的,主要用于西弗吉尼亚州南部的薄煤层。该系统由拖钩式刨煤机、链式输送机和节式支架组成。由于该系?#36710;?#29983;产率低,且存在一定的安全问题,没有得到业界普遍接受。在20世纪60年代中期,采煤机设备被引进并应用于伊利诺斯盆地的煤矿生产中,但没有取得成功。


  德国和英国的长壁开采设备在能源危机期间和之后不久就被美国煤炭行业迅速引进并应用。长壁开采的数量在20世纪70年代迅速增加,1982—1984年达到峰值118个。


  在过去的50a里,长壁开采设备的所有主要新技术?#38469;?#30001;德国和英国(刮板输送机和液压支架)以及美国(采煤机)原始设备制造?#28845;?#21457;的,至今仍然如此。在20世纪70年代和80年代,德国和英国有很多制造商,它们在20世纪80年代和90年代逐渐合并,最终在2010年合并为两家大型制造商:Caterpillar(CAT,美国)和Komatsu-Joy(JOY,日本)。CAT和JOY都制造了所有的长壁工作面设备和自动化装置,其中CAT生产基地主要在德国,JOY除了在美国生产采煤机外,其余大部分设备都在英国生产。它们在设计上常常不同,但功能用途相似。


  西弗吉尼亚大学彭赐灯联合河南理工大学、中国矿业大学等科研人员在《美国长壁工作面自动化发展》一文中,回顾了近50a来美国长壁开采技术从鲜为人知到成为世界标准的发展历程。研究人员认为“全自动长壁开采”或“智能长壁开采”是指工作面无人工开采。换句话说,正常的煤炭生产操作是在没有任何工作人员在场的情况?#38470;?#34892;的,生产操作在任何时候都不需要人工来干预纠正任何问题,这是最高级别的自动化,基于现有的技术,这是不可能实现的。因此研究人员探讨的“自动化”指的是“完全自动化”的不同层次或深?#21462;?#38271;壁开采主要由采煤机、刮板输送机、液压支架3种设备组成,每种设备在任何特定的时间框架内都有自己的自动化水平,因此“自动化”一词是定性的,而不是定量的。


  研究重点阐述了液压支架自动化、采煤机自动化、刮板输送机自动化、刨煤机系统自动化、长壁开采系统自动化技术在长壁开采装备中的应?#29028;?#21457;展。并介绍了第一个现代化长壁开采系统标准。


现代标准长壁工作面设备布置3D图


典型现代长壁工作面布置


1995年Cumberland煤矿长壁工作面切眼设备安装实景


  研究从系统本身、市场需求、矿工安全、复杂地质条件等方面阐述了为什么近25年来美国长壁自动化技术无重大改进的原因。随着传感器技术和物联网的发展,自动化开采技术逐步改进完善,其发展的重点一直集中在设备可靠性的提高、矿工的健康和安全以及生产,包括粉?#31350;?#21046;技术、接近传感器、防撞技术和远?#28845;?#21046;方面。


  研究最后指出,由于采矿和地质条件复杂,?#35762;?#22320;下突发?#24405;?#30340;各种传感器必须事先识别、研制和测试成功,才能实现全面自动化。采用长壁系?#36710;?#33258;动化并不能保证减少工作面人?#34180;?#30446;前,最高自动化水平的长壁开采系统一般需要4~10名工作人员,这与工人的作业习惯和采矿地质条件有很大的关系。



作者:彭赐灯 杜锋 程敬义      编 辑:徐悉
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