设计（论文）

题目

矿山机电设备选型设计

设计（论文）

类型（划“√”）

工程设计

应用研究

开发研究

基础研究

其它

√

一、 本课题的研究目的和意义

煤炭工业是我国重要的基础产业，是关系国民经济安全的重要行业和关键领域，建设大型煤矿既是优化煤炭产业结构，也是保证国民经济健康发展和国家能源安全的需要。建设特大型高效矿井是我国煤炭工业发展的方向，是煤炭工业先进生产力的代表与体现，是煤炭企业减人提效、转变经济发展方式、促进科学发展的重要途径。经过几十年的发展，我国煤炭工业取得了长足的进步，且煤矿机械的制造、使用也取得了较大的成绩。随着经济的发展和对煤炭资源的需求的增加，我国的煤矿机械逐渐暴露出很多不尽如人意的问题。设备体积过大、笨重 体积大、重量大是煤矿机械设备最大的特点。适应性差在我国矿山中，部分矿井实现了机械化采煤，但部分矿井仍采用放炮落煤，这不仅不利于煤炭块度的保持且容易导致瓦斯、顶板事故的发生，对井下工人的生命安全也造成严重危害

一、国内外大型煤矿发展趋势
   （1）工作面不断加长，采高不断加大

美国和澳大利亚是世界上主要的煤炭生产大国，长壁综采工作面技术位居世界前列。到2004年，美国部分综采工作面长度已近300m，最大推进长度为4580m，工作面平均单产也从152万吨增加到326万吨。澳大利亚也有类似的提高，到2002年，其长壁工作面平均长度达到227m，平均推进距离2160m，平均工作面单产达282万吨。在国内，神华集团加长工作面技术在神东矿区全面应用的基础上，已向万利矿区推广。2007年，中国首个400m加长工作面在神东矿区榆家梁煤矿建成，神华集团共完成300m以上加长工作面26个，资源回采率提高2％，累计多出煤610万吨。神华神东矿区上湾煤矿、神华宁煤集团羊场湾煤矿、晋城煤业集团寺河矿等矿井的综采工作面最大采高已突破6.0m大关，羊场湾矿和寺河矿工作面采高达到6.2m，上湾矿为6.3m，我国的大采高技术已处于世界领先地位。

（2）高效综采装备不断升级，开采技术和工艺不断完善
    20世纪90年代以来，世界主要产煤国家为了提高生产效率，改善安全生产水平，增加经济效益，不断将高新技术应用到综采工作面技术装备领域。美国、德国、澳大利亚等先进采煤国家通过采用大功率可控传动、微机工况检测监控、自动化控制、机电一体化设计等先进适用技术，研制出适用不同煤层条件的高效综采成套设备，实现了从普通综合机械化采煤向高产高效集约化采煤的根本性转变。我国煤矿长壁开采起步较早，但综采工作面建设自20世纪80年代大规模引进国外综采设备后才进入起步阶段。由于原材料及设备制造技术工艺落后，煤矿机械自动化控制技术发展较晚，致使我国在高效综采装备上与国外相比还存在一些差距。可喜的是，近年来，在产学研的共同努力下，我国高效综采成套设备的国产化步伐明显加快，

二、我国发展特大型矿井的思路
   1、加强煤炭资源的规划管理
   2、积极培育大型煤炭企业，加快建设大型煤炭基地
   3、深化采煤工艺改革，着力推进采掘机械化
   4、合理集中生产，提高系统配套能力
   5、坚持设计理念创新，不断提升我国特大型矿井的设计水平
   6、加强职工技术培训，加强产学研联合

二、 本课题的主要研究内容（提纲）

1、矿井地理位置及井田分布及其煤层赋存情况、顶底板条件；

2、水文地质情况瓦斯、煤层、自然发火等参数；

3、主副井系统,主运输系统,辅助运输系统,矿井供电系统以及生产管理系   统；

4、采煤机械总体参数与选型；

5、支护设备选型和适应性、支护设备的性能参数、支护设备型号和主要技术参数等；

6、刮板输送机选型设计排水通风设备选型设计；

7、带式输送机的选型设计及矿井提升设备的选型设计；

8、乳化液泵站的要求、参数的计算、型号及主要技术参数、工作原理，液压系统的设计等；

9、采煤工作面设备之间的配套使用。

三、 文献综述（国内外研究情况及其发展）

煤炭工业是我国重要的基础产业，是关系国民经济安全的重要行业和关键领域，建设大型煤矿既是优化煤炭产业结构，也是保证国民经济健康发展和国家能源安全的需要。建设特大型高效矿井是我国煤炭工业发展的方向，是煤炭工业先进生产力的代表与体现，是煤炭企业减人提效、转变经济发展方式、促进科学发展的重要途径。
    一、国内外大型煤矿发展趋势
   （1）工作面不断加长，采高不断加大
    在煤矿生产中，合理的工作面长度和采高是实现高产高效的重要条件，煤矿综采工作面开采参数取决于很多因素。从理论上讲，在不受地质条件、通风和安全条件以及工作面配套设备的装备水平等制约时，工作面长度、采高与工作面单产和生产效率成正比。近年来，为了提高生产效率和资源采出率，世界主要产煤国家致力于发展超级综采工作面。超级工作面的特点是：工作面宽度大、采高大、产量大；采区储量多、走向长。
    美国和澳大利亚是世界上主要的煤炭生产大国，长壁综采工作面技术位居世界前列。到2004年，美国部分综采工作面长度已近300m，最大推进长度为4580m，工作面平均单产也从152万吨增加到326万吨。澳大利亚也有类似的提高，到2002年，其长壁工作面平均长度达到227m，平均推进距离2160m，平均工作面单产达282万吨。在国内，神华集团加长工作面技术在神东矿区全面应用的基础上，已向万利矿区推广。2007年，中国首个400m加长工作面在神东矿区榆家梁煤矿建成，神华集团共完成300m以上加长工作面26个，资源回采率提高2％，累计多出煤610万吨。神华神东矿区上湾煤矿、神华宁煤集团羊场湾煤矿、晋城煤业集团寺河矿等矿井的综采工作面最大采高已突破6.0m大关，羊场湾矿和寺河矿工作面采高达到6.2m，上湾矿为6.3m，我国的大采高技术已处于世界领先地位。
   （2）高效综采装备不断升级，开采技术和工艺不断完善
    20世纪90年代以来，世界主要产煤国家为了提高生产效率，改善安全生产水平，增加经济效益，不断将高新技术应用到综采工作面技术装备领域。美国、德国、澳大利亚等先进采煤国家通过采用大功率可控传动、微机工况检测监控、自动化控制、机电一体化设计等先进适用技术，研制出适用不同煤层条件的高效综采成套设备，实现了从普通综合机械化采煤向高产高效集约化采煤的根本性转变。我国煤矿长壁开采起步较早，但综采工作面建设自20世纪80年代大规模引进国外综采设备后才进入起步阶段。由于原材料及设备制造技术工艺落后，煤矿机械自动化控制技术发展较晚，致使我国在高效综采装备上与国外相比还存在一些差距。可喜的是，近年来，在产学研的共同努力下，我国高效综采成套设备的国产化步伐明显加快，继年产600万吨综采成套技术与装备开发成功后，年产800万吨的综采成套技术与装备也在研发之中。
    我国从20世纪70年代开始大面积推广机械化开采，同世界主要采煤国家一样，我国井工矿井实现高产高效的采煤工艺主要为长壁综合机械化开采。近十多年来，以长壁高效综采为代表的煤炭地下开采技术取得新进展。在薄煤层综采方面，刨煤机综采机组是实现薄煤层工作面自动化开采重要的发展方向之一，根据国内外实践，一个工作面年产量可达100～180万吨；采用大功率高强度薄煤层滚筒采煤机割煤并配备电液控制液压支架，是我国薄煤层开采实现高产高效的主要途径，目前1.2m以上薄煤层采用该种开采方法已实现单面年产100万吨，但1.2m以下薄煤层综采实现高效开采仍存在大量的难题。对于中厚煤层综采工作面，配备大功率、高可靠性采运设备及高强电液控制液压支架，加大工作面尺寸，是我国中厚煤层综采工作面进一步提高产量的主要途径。随着大采高综采技术与装备水平的提高，大采高综采将成为3.5～6.0m厚煤层实现高产高效开采的重要途径。提高大采高工作面设备可靠性，推广使用电液控制两柱掩护式支架，是进一步提高大采高工作面单产水平的主要方法。在综放开采方面，大采高综放开采可以有效地缩短工作面循环时间，加快工作面推进速度，是综放开采实现进一步高产的重要途径。根据当前工作面设备能力分析，在适宜的条件下，采用大采高综放开采可以在7m以上厚煤层工作面实现年产1000万吨。
    二、我国发展特大型矿井的思路
   （1）加强煤炭资源的规划管理
    煤炭资源是重要的战略资源，煤炭资源开发规划是优化煤炭生产布局的基础，矿业权的设置和交易，应当以煤炭生产开发规划为依据。由于缺乏统筹规划的指导，探矿权、采矿权完全由市场配置，已经产生跑马圈地、抢占资源（矿业权）的投机行为，特别是还出现了“化整为零”的区域勘探登记，一些可供建设大型煤炭项目的整装矿田被分割肢解，给统筹规划、合理布局、合理开发煤炭资源的工作带来很大障碍，加大了开发成本，甚至造成资源的严重破坏和浪费。
    要进一步健全和完善资源规划和开发规划体系，明确编制授权单位、审批机关及其与矿产权设置的关系，理顺规划层级和处理好规划在时间、空间上的关系；尽快出台煤炭资源规划管理办法，为煤炭资源规划管理提供法律保障，通过立法加强对煤炭资源统筹规划和合理配置，促进煤炭资源的规模化、集约化开发利用；国家煤炭规划编制应采用非市场化授权专业规划设计院进行统筹规划，任何带有商业性质和经济利益的规划都将影响规划的合理性。
   （2）积极培育大型煤炭企业，加快建设大型煤炭基地
    大型煤炭企业集团是我国发展特大型矿井的核心主体，肩负着技术升级、研究创新和实践等重要使命。尽快培育和组建一批实力强大、优势明显、具有国际竞争力的大型煤炭企业集团，是提高煤炭生产集中度、建设特大型现代化煤矿、促进煤炭工业可持续发展的重要途径。鼓励煤炭企业发展相关产业，支持以煤电一体化、煤路港航一体化、煤炭的深加工、煤炭的综合利用等方式联合生产经营，能源资源综合利用已成为国际化大型能源企业的发展趋势。
    根据我国煤炭资源分布特点，国家有关部门已经编制了大型煤炭基地建设规划，为加强煤炭资源勘查，强化资源管理，科学规划、有序开发奠定了基础。通过实施大型煤炭基地规划，加快大型煤矿项目建设，在大型煤炭基地建设基础上，建成以煤炭资源开发为基础的产业集群，实现煤炭资源的综合开发和高效利用。对资源条件优良的矿区，借鉴神华集团煤矿建设模式，在有条件的地方建设一批大型、特大型、年产千万吨，煤矿经济技术指标达到世界先进水平的现代化煤矿，推动煤炭产业升级，保证国家能源安全，维护市场秩序。
   （3）深化采煤工艺改革，着力推进采掘机械化
    改革采煤工艺和发展采掘机械化，提高单产单进水平是建设特大型矿井的关键所在。20世纪80年代以来，国家大力引进世界先进的采掘机械化技术和装备，为我国采掘机械化发展打下了重要基础。上世纪90年代以后，尤其“十一五”以来，我国特大型矿井建设继续快速发展，综采装备和生产工艺不断完善，对提高单产单进水平起到了关键作用。大采高厚煤层一次采全高综采面突破年产1000万吨、特厚煤层综放开采综采面突破年产700万吨，我国已经出现多个年产超1000万吨的特大型矿井，总体经济技术指标达到国际领先水平，并在综采工作面单产、工效，综掘工作面单进等方面突破多项世界记录。中煤国际武汉院设计的年产2000万吨的神华布尔台矿是目前建设的矿井生产能力、主运输能力、煤炭洗选加工能力位居世界第一的特大型现代化井工矿井。
    要继续深化采煤工艺改革，积极推广长壁大采高和综放开采技术，重视薄煤层综采装备的研制。要在厚煤层年产1000万吨综采工作面成套装备、特厚煤层大采高综放开采工艺与成套装备、年进万米能力的大断面煤巷快速掘进与支护技术及装备、特大型矿井新型运输、提升、装车装备、矿井或综采工作面信息化自动化监测监控和自动化系统等关键领域取得新突破，使特大型井工矿井年产能力达到2000万吨以上。
   （4）合理集中生产，提高系统配套能力
    随着煤炭企业集中生产的推进，许多企业已基本上实现了一井一面或一井两面的集约化生产模式。各类煤炭企业应坚定走高产高效集约化生产之路，要根据自身的生产条件，改革开拓部署，优化巷道布置，调整生产布局，以提高装备技术水平和现场管理水平为突破口，采用重型化、强力化、自动化和机电一体化的装备，集中开采、集约化生产。
    矿井生产过程中，通风、提升、运输、供电、排水等系统的各种因素互相制约、互相影响，每一个系统都会直接影响采掘工作面生产能力的发挥。建设特大型矿井，必须完善上述各大系统，防止和避免在某个生产系统上出现瓶颈，全面提高矿井的综合生产能力，建立安全高效整体配套工程。这是实现矿井现代化管理和安全高效生产的重要手段和保障。
   （5）坚持设计理念创新，不断提升我国特大型矿井的设计水平
    煤矿设计工作是先进的科学技术转化为生产力的桥梁和纽带，是基本建设的灵魂。中国煤炭企业参与国际竞争的大形势，要求设计企业在总体规划和现代化矿井的设计工作中继续突破传统观念的束缚，与时俱进，不断求索创新，在设计中要有大思路、大气魄、大手笔，积极采用新工艺、新技术。
    提升矿井设计理念，就要坚持以科学发展观为指导，解放思想，在引进、吸收与利用世界采煤发达国家高新采矿技术和装备，以及高效管理运行模式的基础上，坚持把实现可持续发展的先进思想贯穿于整个设计过程中，牢固树立矿井综合效益最大化的设计理念，努力把我国特大型矿井建成“开拓布局集中化、采掘综合机械化、煤流运输胶带化、辅助运输连续化、主要设备自动化、监控管理智能化、地面布置合理化、节能环保文明化、人文关怀幸福化、技术经济先进化”的具有国际领先水平的现代化矿井。
   （6）加强职工技术培训，加强产学研联合
    企业之间的竞争，归根到底是人才的竞争。没有一流的职工队伍，不可能成为一流的企业。高素质的职工队伍与先进的技术装备同等重要，建设特大型矿井必须要有高素质的管理人员、技术人员和生产人员。各企业必须通过加强职工技术培训，广泛学习国内外先进技术和管理经验，鼓励大中专毕业生到生产一线工作，切实提高队伍整体素质。
    建设特大型矿井是技术含量较高的复杂的系统工程，需要与科研、设计、制造部门以及大专院校密切配合，通力合作。重大科研课题需要各方联合攻关，建议建立健全有效的合作机制，努力加快科研成果转化为生产力的进程。煤炭企业作为技术进步的主体，要围绕建设特大型矿井这一重点，积极主动地采用新技术、新成果，努力探索有利于产学研管理的新机制，对建设特大型矿井中的难点，可以进行联合技术攻关。

煤炭工业发展与矿山机械需求

煤矿工业的高速发展,对矿山机械提出了更高的要求。在现阶段的形势下,发展高质量、高性能的现代化矿山机械已十分紧迫,而井下综采重点设备、井下综掘设备、全自动刨煤设备、矿井提升设备、露天矿井开采成套设备、煤炭洗选加工设备等无疑是其中的重中之重。

四、拟解决的关键问题

（1）工作面主设备布置

（2）综采设备选型以及采煤工作面设备之间的配套使用。

（3）排水通风排水方案的确定中通风排水的方式泵房的布置

（4）运输中皮带，上下坡启制动问题

五、研究思路和方法

毕业设计的过程，一般分为三个阶段，即课题确定，设计方案，整理结果。

1、课题确定

查阅资料：在课题确定的前后，应该通过查阅有关资料，了解所要设计的领域内，在该领域内打你干国内外发展形势以及世界领先国家的技术和装备水平。了解采煤领域国内外的动态，就能使研究工作在新的水平上进行，保证研究的先进性和创造性。

进行观察和调查：为了使课题选得更准确，有时立题前还需要进行一系列有目的、有计划的观察和调查。根据观察和调查的结果，进一步论证课题的必要性和可行性。

设计方案的目的是确定一个科学合理的实施计划，使整个研究工作有目的、有步骤地进行，最大限度地降低研究误差。

研究的目的和意义：简要分析研究问题的存在，解决此问题的作用和价值，并且说明国内外研究的进展和趋势，以及自己研究本课题的先进性和创造性，阐明研究的目的和意义。

2、设计方案
    设计方案是按照给定的煤矿原始数据（方案）所规定的对象、内容、时间、手段、方法和程序等，对研究对象采取一定的行为措施，观察、测定、记录研究对象的反应，以获得研究者所希望的结果的过程。

3、整理结果
    整理结果是毕业设计的最后阶段，要求绘制图纸，撰写设计说明书，反映研究工作的全过程。

六、本课题的进度安排

一、毕业设计准备第1周

指导老师介绍毕业设计的总体内容要求，设计方法，设计说明书和图纸要求及指导学生借阅参考书和设计手册。

二、实习环节第2～3周

在实习环节，根据相关的设计题目搜集相关的数据。

三、设计环节第3～12周

根据实习过程中搜集的相关数据进行毕业设计的具体操作。

1）7-9周   采掘机械设备部分的设计

2）9-11周  运输与提升设备部分的设计

3）11-13周 通风和排水设备部分的设计

四、设计论文结题补充环节第14-15周

绘制图纸，整理论文说明书

五、毕业答辩第16周

四、 参考文献

[1] 陈维健等主编．矿山运输与提升设备．徐州：中国矿业大学出版社，2007

[2] 于岩，李维坚主编．运输机械设计．徐州：中国矿业大学出版社，1998

[3] 王启文，李炳文，黄嘉兴编著．采掘机械与支护设备．徐州：中国矿业大学出版社，2006

[4] 邓星钟主编．机电传动控制．武汉：华中科技大学出版社，2001

[5] 张景松编著．流体力学与流体机械．徐州：中矿业大学出版社，2001

[6] 国家安全生产监督管理局，国家煤矿安全监察局颁布．煤矿安全规程．

北京：煤炭工业出版社，2004

[7] 山东矿业学院编．煤矿固定设备控制（上、下册）．北京：煤炭工业出

版社，1980

[8] 段浩钧，彭世生，高延民，甘行建编．矿山电力拖动与控制．徐州：中

国矿业大学出版社，2004.10

[9] 赖昌干，张金程主编．矿山电工学．北京：煤炭工业出版社，2004

[10] 顾永辉，范廷瓒.煤矿电工手册（第三分册）[M]．北京：煤炭工业出版

社，1999

[11] 中国煤炭机械工业协会．中国煤炭矿山机电设备及安全装备选型手册．徐州：中国矿业大学出版社，2002

指导教师意见

指导教师（签名）：

年     月     日

所在系（所）意见

负责人（签章）：

年    月    日