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2013年一级建造师考试铁路工程考点复习四
矿山机械的发展
据悉我国煤炭行业“十一五”期间将新建煤矿规模3亿吨左右，将对工业结构进行调整，大力整合、改造现有煤矿、关闭小煤矿、淘汰落后的生产能力，加快大型煤炭基地和现代化大型煤矿的建设，这为我国矿山机械企业的发展提供了良好的机遇。
一、煤炭在我国能源结构中的重要作用
煤炭是我国的主要能源，是国民经济和社会发展不可缺少的物资基础。我国煤炭资源丰富，煤炭资源分布面积约60多万平方公里，占国土面积的6%.根据第三次全国煤炭资源预测与评价，全国煤炭资源总量5.57万亿吨，煤炭资源潜力巨大，煤炭资源总量居世界第一。已查明资源中精查资源量仅占25%，详查资源仅占17%.探明储量达到10202亿吨。其中可开采储量1891亿吨，占18%，人均占有量仅145吨，低于世界平均水平。国务院制订的《能源中长期发展规划纲要(2004-2020)》(草案)指出“要大力调整优化能源结构，坚持以煤炭为主体，电力为中心，油气和新能源全面发展的战略”。鉴于我国“多煤、贫油、少气(天然气)”的特点，在今后一段相当长的时间内，能源结构仍然以煤炭为主，煤炭在一次能源消耗中占70%左右。2004年煤炭占我国一次能源生产的70%以上，在我国能源结构上占主要地位，有举足轻重的作用。
根据我国全面建设小康社会的需求，煤炭消费的趋势将有明显上升。在煤炭消费用户的构成中，电力、冶金、建材、化工4个行业煤炭消费量占煤炭消费总量从1990年的50%提高到2004年的84%，其中电力占51.8%，冶金11.64%，年占27%提高到2004年的51%，将近增长一倍。
二、我国煤炭工业发展现状
进入21世纪，我国煤炭工业快速发展，2000年全国产煤9.9亿吨，2001年产煤11.04亿吨，2002年13.8亿吨，2003年16.67亿吨。2004年全国产煤19.56亿吨，占全国一次性能源生产总量的74.3%，当年煤炭销售量为18.91亿吨，占全国一次性能源消费总量的65%，生产力水平显着提高，产业结构调整取得重大进展。一些企业开始跨地区、跨行业的产业联合，煤、电、化、路、港、航产业链开始形成，形成了一批在国内领先、在国际上具有一定竞争力的大集团，如神华集团、山西焦煤集团、兖州矿业集团等。我国煤炭产量急剧上升，得到了全世界的关注。
煤炭是我国能源安全的基石。煤炭工业是我国重要的基础产业，我国的煤炭产量已是世界第一位，是煤炭生产大国，现在我国煤炭工业已具备了设计、施工、装备及管理千万吨露天煤矿和大中型矿井的能力。现代化综采设备、综掘设备和大型高效露天剥、采、运、支成套设备在大中型煤矿大量使用。同时，我国煤炭开采技术装备总体水平低，煤炭生产技术装备是机械化、部分机械化和手工作业并存的多层次结构。技术和装备水平低。全国煤矿非机械化采煤60%.大中型国有重点煤矿装备水平较先进，但设备老化程度较大;小型矿井生产技术装备水平极低，煤矿生产工艺落后，作业人员过多、效率低。保障煤炭供应是国家加强煤炭工业宏观调控的重点之一，挖掘煤炭生产潜力，加快大型煤炭基地建设，是重要措施。为此，只有大幅提高大中型煤矿产量，才能在保障煤炭稳定供应的前提条件下，遏制小煤矿发展和淘汰小煤矿，完成煤炭生产结构优化调整。1998年12月以来，国家对煤炭产业结构进行了重大调整，关闭了五万多处小煤矿，淘汰了一批落后的生产能力，通过宏观调控，煤炭生产形势好转，供求关系趋于平衡。目前我国煤炭生产企业2.5万多家，其中规模以上的企业约占60%左右，2005年计划关闭2000多家小煤矿。
三、我国煤炭工业存在的问题和与国际先进产煤国家的差距
1、我国煤炭企业规模小、产业集中度低我国煤炭企业的突出特点是，规模小、效率低、安全状况不好，产业集中度低。据煤炭行业统计数据分析，2002年国有重点煤矿占52%，国有地方煤矿占18%，乡镇煤矿占30%.按井型划分，大型矿井占32%，中型矿井占18%，小型矿井(含乡镇煤矿)占48%.2004年，全国约有煤矿2.5万处，95%以上的小煤矿，矿井年产能力不足3万吨的矿井约占40%，煤炭产业的集中度只有15%，远远低于世界主要产煤国家的水平。国际先进的产煤国家，煤炭产业规模集中化，世界排名前10名的大公司，依靠核心竞争力，做强做大，提高了全球煤炭产业的集中化程度。2003年10大煤炭公司的煤炭产量约占全球产量的18.81%，有5家公司的煤炭产量超过1亿吨，其中排名第一的皮博迪公司达到1.83亿吨，力拓公司达到1.43亿吨，美国前4家企业的煤炭产量占本国煤炭总量的46.9%。
2、我国煤炭装备落后，机械化、自动化程度低、缺少大型成套设备。我国煤矿生产基础薄弱、国有煤矿连续紧张生产的矿井占总数的近50%，矿井主要生产设备严重老化，超期服役的占30-40%，部分乡镇煤矿设备简陋、生产条件差，有的根本没有机械设备，仅为人工开采，不符合有关煤炭法规要求，当前我国资源破坏和浪费严重。部分煤炭企业存在着“采厚弃薄”、“吃肥丢瘦”等浪费资源现象，全国煤矿平均资源回收率为30-35%左右，资源富集地区的小型矿井资源会回收率只有10-15%.据煤炭行业统计数据分析，2002年我国国有重点煤矿采煤机械化程度为77.78%，综合采煤机械化为62.98%，掘进机械化程度为81.15%，综合掘井机械化程度为15.03%，地方国有煤矿机械化程度更低。
当前全国采煤机械化程度仅为42%，除国有大中型煤矿采掘机械化程度达到75%之外，大多数煤矿生产技术水平低，装备差、效率低。特别是乡镇煤矿，基本上是非机械化开采。2004年乡镇煤矿产量占我国煤炭总产量的39%.对不适宜用放顶采煤的5.5米以上煤层，要采用一次采全高是最合理有效的采煤方法，但目前国内没有相适应的高产高效的综采成套设备。而国外美国久益(JOY)公司、德国德伯特(DBT)公司和德国艾克夫(Eickhoff)公司，都具有成熟的高煤层一次采全高的高产、高效综采成套设备。神华集团引进的成套设备年产突破1085万吨，工作面长度突破300米，最长的工作面已超过400米，工作面总装机功率已超过5000kw.而国际先进的产煤国家，煤炭生产呈现出大功率重型化、自动化、集约化、按照环保的特点。国外先进的采煤设备向大功率、重型化发展，设备储备系数大、运行可靠性高。
DBT(德国德伯特)、JOY(美国久谊)和Eickhoof(德国艾克夫)等采矿设备公司都制造出具有自动化功能的产品。美国联邦2号矿在工作面实现了跟机自动移架。澳大利亚Batana煤矿实现了自动割煤和跟机自动移架。特别是信息技术在煤矿生产中得到广泛应用，先进煤矿广泛采集工作面设备运行参数和环境安全检测信息，在工作面集中显现并通过以太网传输到地面计算机，实现远程运输和故障诊断。运输系统、供电系统和通风系统均无人值守。实行集中远程操作、视频监视，辅助有专人巡视。井巷布置集约化，生产系统和环节少、实现了生产高度集中。
通常是一矿、一井、一面生产。有些先进的长壁工作面每班只需6人，其中采煤机司机2人，维修工1人，机头集中操作工1人，另外2人替换休息。高度重视工作环境的改善和人体安全防护。实现计算机监测安全信息，监测探头遍布整个矿井。液压支架具有跟机自动喷雾和移架自动喷雾功能;采煤机上方安装导风板，减少煤尘进入人行空间。采煤机运行的下风侧几乎无人作业。
2、对矿山机械设备的需求
“十一五”期间，煤炭工业的生产技术水平将明显提高。国家将建成140个高效安全现代化矿井，国家将加大对煤矿建设项目的支持力度，已先后有17个煤炭建设项目，由国家开发银行出具贷款承诺，还将100多个高档普采工作面升为综采工作面，100多个普采工作面升为高档普采工作面。这样，中国大型煤矿采掘机械化程度将达到95%.中型煤矿的机械化程度将达到80%以上;大型煤矿国内先进水平装备率达到20%，国际先进水平装备率达到6%，中型煤矿国内先进水平装备率达到10%，小型煤矿机械化、半机械化程度达30%以上。据此分析，煤炭需求的急剧增长，上述煤矿采掘机械化指标还会有所突破，这为煤矿装备的发展提供了广阔的市场前景。
(1)井下综采重点设备
我国煤炭开采90%以上的井工开采的，井工开采占煤炭开采的主导地位。为迅速提高我国综合装备水平，要以科学发展观为指导，采取跨越式发展模式。在“十一五”期间应以日产2.5-3万吨(年产1000万吨左右)的综采成套设备国产化为突破口，全国实现综采成套设备国产化，推动我国矿山机械工业的发展。
预计从2004年到2020年，每年新增综采工作面成套设备为30套、普采工作面成套设备50套，每年设备更新量约为现有的基数的六分之一。粗略估算，2010年采煤成套设备年需求量将达到500台套左右。高产高效综采技术的核心是井下工作面综合机械化采煤输送设备，主要有采煤机、刮板输送机、液压支架和带式输送机。急需开发研究的电牵引采煤机：装机总功率为2000kw左右，供电电压为3.3KV、采高范围为5-6m，生产能力达3000t/h左右。
重型刮板输送机：输送能力3000-5000t/h，铺设长度250-400m，链速1.4m/s，装机功率3×700或2×1000kw，供电电压为3.3KV.液压支架：最大工作阻力12000KN，立柱最大缸径ф480mm，支护高度6m，架间距1.75-2m，支架降移升时间8-12s，采用电液控制系统。
大型带式输送机：装机功率1500-4000KN，电压3.3KV，带宽≥1.4m，带速≥5m/s，运量≥5000t/h，距离50000m以上，托辊寿命5万小时以上，减速器寿命7万小时以上。
(2)井下综掘设备
我国目前综掘机械化程度比较低，仅为12.81%，远远跟不上综采机械化的发展，其中掘进机虽有较大的发展，但整体技术水平仍比国际先进水平有较大差距。
需研究开发先进的掘进机：其截割功率300kw以上，截割断面最大可达42m2，经济截割硬度达f12，可靠性要求，齿轮寿命在20000h以上，轴承寿命在30000h以上，力争整机掘进10000米无故障。
同时要结合我国国情和煤矿实际工矿，开发研制集切割、装运、行走、锚杆支护、机载、除尘等功能为一体的掘锚联合装备机组，可大大提高掘进速度。
(3)全自动刨媒设备
我国薄煤层储量约占总储量的21%左右，但是由于煤层薄，作业空间小，工作条件恶劣，薄煤层高产高效开采技术一直是我国煤炭工业研究探讨的重要难题。刨煤机作为一种“浅截深、多循环”的采煤设备，是实现薄煤层高产高效的有效途径。提高薄煤层机械化水平加快薄煤层资源的开采进度，不仅可以充分利用有限的资源，提高矿井整体生产能力，同时，也有利于保障煤矿的安全生产。开发研制大功能、高强度、高效率、紧凑型的全自动刨煤成套设备势在必行。全自动刨煤成套设备(采高0.6-1.8m)，主要包括刨煤机、配套刮板输送机、薄煤层液压支架、顺槽转载机、破碎机等产品。我国目前主要从德国DBT进口主机——刨煤机及配套刮板输送机，由北京煤炭机械厂配套薄煤层液压支架，张家口煤矿机械有限公司配套转载机和破碎机。到目前已进口六套(铁法2套、晋城、西山、阳泉、大同各1套)。开发研制的全自动刨煤成套设备：其生产能力1000吨/小时，铺设长度250-300米，适应煤层厚度0.8-2米，适应煤质硬度F≤3.5，适应煤层倾角≤25度，功率2×400kw(刨头部分)、刨煤方式为双速混合式，上行速度0.88米，下行速度1.76米，刨深≤120毫米，上行90毫米，下行30毫米、下链牵引，牵引链38毫米D级，刨煤机采用智能控制系统，能自动监视故障性质和位置。
(4)矿井提升设备
目前我国约90%的原煤是靠井工开采的，矿井提升设备是井工开采的咽喉设备，它不仅关系到矿井的产煤量，而且直接影响到人身和整个矿井的安全。我国煤炭产量到2020年将达20-32亿吨，估计每年需新增大型、特大型矿井提升机约30台套，考虑到更新改造，综合估算在“十一五”期间平均年需各类提升机150-180台套，其中大型和特大型约占20%，中小型约占80%，每年新增提升机产值5.4亿元左右。开发研制适用于年产1000万吨的特大型矿井提升设备，其规格为6×4、7×4多绳提升机、最大拖动功率单机为6000KW、双机为2×4000KW、最大提升速度14×16米/秒，整机使用寿命为25年。
采用恒力矩、恒减速液压控制系统：采用计算机数字控制自动化运行，提升速度及容器位置的监控全由电气自动检测、反馈、调整。实现提升机的全自动化监控运行。
(5)露天矿井开采成套设备
露天开采占我国煤炭总开采量的10%左右。露天开采与井工开采相比具有煤炭资源利用率高，开采成本低，作业现场和工作人员更加安全等优点。所以，发展露天开采更有其井工开采无法相比的作用和意义。
大型露天矿设备从设计、制造到使用的技术性强，世界各国都争相把最先进的技术成果用在大型露天矿设备上，因此发展大型露天矿设备可以带动机械、电气、液压、信息等行业的发展，推动和促进我国民族工业的发展。当前世界露天矿开采特点是：高度集中化开采与集约化经营;开采工艺的多样化;企业管理的计算机化与智能矿山;合理充分利用资源，重建生态环境保持可持续发展等几个方面。在我国大型煤炭基地建设总体规划方案中，神东、晋北、蒙东(东北)、云贵、黄陇(华亭)、陕西等基地都建有大型露天煤矿，仅霍林河、伊敏河、胜利、平朔哈尔乌苏2000万t采选项目中16-45m3矿用挖掘机市场需求量就可达30-50亿元;哈尔乌、武家塔、马家塔采选项目等需大型拉铲15-20亿元，又比如对半连续开采工艺设备仅蒙东要建7个5000万t级煤炭基地，建设一批保证胜利一二三号、百音花、伊敏河、宝日希勒一号和二号等超过千瓦吨级大型露天煤矿，加上神府、哈尔乌苏和原有五大露天煤矿的改建及二、三期扩建，移动式、半移动式破碎站需求量在40-60台(套)之间，要求移动式(半移动式)破碎站的生产能力达到每小时2000-4000吨(碎煤)，最高达到每小时6000吨(碎岩)。在上述煤矿建设中对矿用卡车的需求量，估计，“十一五”期间需100t级矿用车在250辆左右。当前需要开发研制斗容28m3、45m3的大型机械式正铲，斗容70m3、90m3、100m3臂长约为100m的大型拉铲，降低电能消耗17%，减少机械零部件应力载荷约30%，提高零部件使用寿命，使平均无故障时间达到国际先进水平。开发研制斗轮挖掘机，争取与国外合作制造3600m3大型斗轮挖掘机，达到国际先进水平。
开发研制移动式、半移动式大型破碎站，其生产能力4000-6000-8000t/h，破碎物料强度≤150Mpa，给料粒度1500×1500×1500-2500×2500×2500mm，排料粒度≤350mm，立机形式新型双齿辊破碎机(中心距1500-1800mm，辊长2500-4000mm，功率2×300-2×500KW)。开发研制带宽2m的大型带式输送机，功率3×1400KW，运输量12000t/h，半固定式单机长8820m，移置式单机长5270m，在-45℃低温下能正常运行。争取与国外合作，开发研制载重170-360t的大型电动轮自卸车，并达到国际同类产品的先进水平。
(6)煤炭洗选加工设备煤炭清洁洗选加工技术是资源综合利用的基础，是提高煤炭热效率的有效途径，也是保障国民经济可持续发展和环境保护的需要，煤炭洗选加工业在政策扶持、科技进步、市场拉动、投资增加和环保要求的推动下，呈现出快速发展、总体推进、扩量提质、增效降污的可喜局面，原煤入洗比例不断提高。
到2004年末，全国共有年入洗3万吨及以上的选煤厂2000余座，设计能力7.5亿吨以上，原煤入洗量为5亿吨左右。2005年，全国原煤入洗能力将突破8亿吨，入洗量将达到6亿吨，入洗比例达40%，根据煤炭工业规划，到2010年原煤入洗率达50%，原煤入洗量提高到11亿吨，炼焦煤全部入洗，动力煤入洗率达到40%以上。
据此计算，每年将新增8000-10000万吨原煤入洗，按400万吨规模洗选煤厂计算，每年将新增25座大型洗选煤厂，加上现有洗选煤厂的技术改造每年约需洗选煤设备250套左右，洗选煤设备的发展潜力很大。为适应煤洗选加工的要求，应开发研制单机处理能力为1000-2000m3/h的新型浮选机，其主要参数能够实现自动控制。
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