基本信息
- 项目名称：
- 煤矿井下四足自移式矸石回填机
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 煤矸石充填既可以减少煤矿固体废弃物在煤矿地表的排放，又可以减轻开采沉陷灾害，是实现煤矿绿色开采的关键技术之一。但矸石回填仍然是煤矿开采中的薄弱环节，要想实现“矸石不升井”的“绿色开采”，就必须首先开发出高效实用的矸石回填系统，而系统的关键在于矸石回填工作面的机械设备，即高效灵活的矸石回填机。 通过对现有矸石回填工艺及其设备进行分析研究，设计了一种煤矿井下四足自移式矸石回填机。该设备采用全液压驱动，逻辑关系控制，适用于断面尺寸为4.5×3.5平方米、来压现象不明显的巷道，四足行走方式相对其它行走装置稳定性更高。经实际测试其回填率可达到96％，回填速率达到了200立方米每小时，各项指标符合实际回填要求。
- 详细介绍：
- 煤矸石的处理与利用一直是世界性难题，而矸石回填是最理想的利用方案，目前各国对矸石填充的工艺研究甚少，矸石回填效率低下。为此，研制高效矸石回填机械设备是解决该问题的当务之急。 针对目前矸石回填现状，经过实际调研和分析，设计了一种新型的四足自移式矸石回填机，该设备采用全液压驱动，逻辑关系控制，四足与底架交替移位，皮带输送机抛矸，抛矸方位任意调节，可实现原地转向，转向阻力低。结构相对简单，造价低廉，使用方便。该作品自上至下由抛射输送机、回转支承与行走装置组成。抛射输送机相对于行走装置具有俯仰与左右调位的功能，在回填中能随巷道截面的变化改变抛射方向，确保填满整个巷道。行走装置采用四足与机架交替相对移动方式进行行走，相对传统的行走装置，不仅结构简单，而且可靠性也远高于现有的矸石回填设备，机体可以根据巷道地形形体自行调整自身平衡，可以使抛射输送机始终处在平稳的位置，去掉了附加的调平调偏装置。采用前后设置相向运动的双平行四边形机构实现位移累计式转向。 该作品设计的行走装置已经申报国家实用新型专利一项，被核心期刊录用论文一篇。作品实物在××××矿井下实际测试表明其性能满足矸石回填要求，效率高、经济效益可观，有面向社会推广的潜力。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- ◆作品发明的目的 解决矿山开采引起地表塌陷的问题，同时，防止矸石占地与大气污染。 ◆作品发明的基本思路 选用抛射输送机进行抛矸充填，将巷道快速填满填实，抛射输送机还应具有俯仰与左右调位的功能，以实现巷道任意位置的抛射充填；矸石回填机还要必须随着回填面的推进而相应的移动到新的抛射位置充填，所以必须加行走装置，且行走装置要有转向功能。 ◆创新点 １．采用四足自移式行走方案，相对现有的履带式、轮式等行走装置，结构简单且对复杂巷道底板的适应性好。 ２.对四足支撑液压缸的伸长量控制，实现了抛射输送机的调平调偏。 ３.采用前后各设置平行四边形机构实现累加式转向以减小转向阻力与增加对底板的适应性，同时可实现原地转向。 ◆技术关键 1.平行四边形机构累加式转向必须设置小范围球面结构，以实现行走转向灵活并减小转向阻力。 2.抛射输送机调平调偏中的逻辑控制系统反应灵活。 ◆主要技术指标 1.充填率95％以上。2.适应巷道截面4.5×3.5m。3.调平调偏精度≤1°。4.行走速度5m/min。5.总功率＜60kw。
科学性、先进性
- ◆科学性 该作品适应充填的空间与工艺要求，总计四个自由度正好满足充填作业的需求。 ◆先进性 行走方案区别于已有的设计，转向灵活且对底板的适应性好。 抛射输送机的调平调偏区别于千斤顶的方案，调节过程简单、调节精度高。
获奖情况及鉴定结果
- 2008年6月在东南大学举行的江苏省机械创新设计大赛中获得三等奖。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
作品可展示的形式
- ■模型 ■磁盘 ■现场演示 ■图片 ■录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- ◆作品的技术特点： 整机可以随着回填面的推进而自动移动，其行走装置采用四足与机架交替位移的方式实现间歇式行走。与现有的轮式、履带式行走装置相比最大的特点是在工作中对地面的适应性好。同时行走装置自身可以实现抛射输送机调平调偏功能，去掉了附加的调平调偏装置。该作品全液压驱动，结构简单，造价低廉。 ◆作品的适应范围： 该作品可以应用在倾角较小的掘进巷道或采空区内进行矸石充填。还可以应用于 “三下”(水下、道路下、建筑物下)压煤开采后的采空区填充。 ◆经济效益预测： 矸石生井不仅需要大量费用而且矸石山改造要做多项工作，如充填沉陷、压实矸石、复垦或地基处理等等，消耗大量人力、物力、财力。 井下矸石直接用于充填，还有利于巷道维护、改善井下通风条件、采场顶底板管理和防止自燃火灾。 在××××××实际使用来看，预计年直接减损和增益至少可达234万元。
同类课题研究水平概述
- 充填采矿是解决煤矿开采环境问题的理想途径，是煤矿绿色开采的重要方法。但目前各国对矸石填充的工艺研究甚少，已经有所发展的方法主要有自重填充、机械填充、风力填充等。 当采空区倾角较大时，可以采用自重填充方式填充，矸石自重充填简单易行。其做法为用单轨吊车、齿轨车或卡轨车等辅助运输工具把矸石由掘进工作面直接运输、倾卸到采空区。但是此种方法只能填充倾角较大的采空区，对于一些倾角较小或平巷就无能为力了，可见其填充能力非常有限。 风力充填，系统简单、灵活、方便、适应性强，只要在区段平巷或回采斜巷内安设一台风力充填机和沿工作面铺设充填管道就可以进行风力充填。虽然该方法简单，但是需要动力大，回填效率低，而且在回填中灰尘大，在回填中必须加装降尘装置，增加了系统的复杂性，降低了系统的可靠度。 目前机械填充应用较为广泛，主要是用于工作面倾角较小或近水平的情况。机械设备包括：扒装机、皮带输送机、刮板输送机。其中扒装机的回填效率低，不适合远距离回填，皮带输送机和刮板输送机运输量大，但移动不方便。一种回填效率高，在井下适应性好的自移式矸石回填机应用甚少，目前国内可查的只有河北金能集团下属的邢东煤矿使用了自主研制的履带式行走矸石回填机，其研制成功填补了我国井下矸石充填技术的一项空白，在技术上有一定创新。但该矸石回填机采用履带式行走底盘，行走时常常会使矸石输送面倾斜，其调平调偏机构采用千斤顶控制，每行走一段，都要手动调节，严重影响矸石回填效率。由于其自身笨重，结构复杂，特别是行走部分，其造价昂贵，运输安装难度大，所以到目前为止，该机械还没有在市场上推广使用。
