我國大功率采煤機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向探究

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各個煤炭企業(yè)對采煤機(jī)的需求量開始增加。經(jīng)過多年的自主研發(fā)與國外先進(jìn)科技的引進(jìn)，我國的大功率采煤機(jī)技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步，但與國外相比，我國的大功率采煤機(jī)在可靠性與機(jī)器性能方面還是存在不小的差距。文章在對大功率采煤機(jī)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，對其最新的發(fā)展方向也進(jìn)行了探索。

關(guān)鍵詞：大功率采煤機(jī)；采煤技術(shù)；煤炭企業(yè)；采煤設(shè)備；煤礦生產(chǎn) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TD421 文章編號：1009-2374（2015）35-0149-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.35.074

采煤設(shè)備的性能與水平直接與煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益、生產(chǎn)技術(shù)水平、國際競爭力掛鉤。隨著科學(xué)技術(shù)的新發(fā)展，我國煤炭開采企業(yè)對大功率、高性能采煤機(jī)的需求量猛增。但由于我國的科技發(fā)展與國外相比還是存在較大差距，因此我國在這一塊的研究上還相對比較薄弱，需要依賴于從國外進(jìn)口先進(jìn)機(jī)械設(shè)備。

1 我國采煤技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

我國因為煤礦實際生產(chǎn)的需要，曾從國外大量引進(jìn)液壓牽引采煤機(jī)。通過“引進(jìn)來”的相關(guān)措施，我國在20世紀(jì)80年代曾經(jīng)采用一些比較獨(dú)特的方法來引進(jìn)國外有關(guān)采煤機(jī)的技術(shù)，這些技術(shù)包括了液壓牽引采煤技術(shù)以及直流電牽引采煤機(jī)技術(shù)等。通過對國外先進(jìn)技術(shù)的借鑒與消化，我國已經(jīng)初步掌握了國際先進(jìn)交流變頻電牽引采煤技術(shù)，直到2005年，我國已經(jīng)掌握了大功率采煤機(jī)在煤炭實際開采中的技術(shù)。國際采煤機(jī)技術(shù)研發(fā)的不斷更新，大功率電牽引采煤機(jī)已經(jīng)在歐美等國開始使用，液壓式采煤機(jī)被電牽引采煤機(jī)所取代已經(jīng)成為了煤炭開采技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。目前來講，不斷完善的交流變頻調(diào)速技術(shù)讓我國的采煤機(jī)研發(fā)技術(shù)漸漸與國際化水平相接軌。為了使特大礦井能夠滿足高產(chǎn)量的需求，國家把可以采集千萬噸的煤炭井下綜合采掘設(shè)備投入到實際研發(fā)過程中去。就目前而言，我國一些公司生產(chǎn)的采煤機(jī)具備一些明顯優(yōu)勢，如檢測功能優(yōu)良、裝機(jī)功率高以及控制方法優(yōu)化等。齒輪-齒軌式的牽引是該設(shè)備的主要特點(diǎn)，它的操作控制點(diǎn)主要集中在機(jī)身的兩端及中間，可以按住手把或者是操作按鈕，還可以進(jìn)行無線電離機(jī)遙控。這種采煤機(jī)的構(gòu)成方式主要有兩種，分別是交流變頻與主控制系統(tǒng)、回路電控系統(tǒng)，電控系統(tǒng)的額定電壓是固定的，通過箱內(nèi)裝載的牽引變壓器就可以將額定電壓轉(zhuǎn)換成適合供給變頻調(diào)速系統(tǒng)工作的正常電壓。變頻調(diào)速系統(tǒng)是兩臺構(gòu)成主從關(guān)系的變頻器用一拖一驅(qū)動的方式來控制系統(tǒng)，從變頻器中輸入的控制指令由主變頻器來控制，主控制系統(tǒng)可以經(jīng)過工業(yè)總線來收集變頻器的工作信息。當(dāng)有部分變頻器發(fā)生了故障時，工作人員可以通過及時停止繼電器來達(dá)到使采煤機(jī)暫停工作的目的，而且擁有完善保護(hù)功能的變頻器可以適應(yīng)各種工作環(huán)境。

2 我國大功率采煤機(jī)技術(shù)與國外先進(jìn)技術(shù)的差距

經(jīng)過將近幾十年的發(fā)展，我國的煤礦綜合機(jī)械化采煤設(shè)備的發(fā)展已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步，在某些方面的技術(shù)研究上，甚至高于國際水平。但我國的國產(chǎn)采煤設(shè)備出口量較少，在國內(nèi)自主應(yīng)用得較多，跟國外的一些技術(shù)發(fā)展較為先進(jìn)的國家相比，主要差距就突顯在可靠性、性能及使用壽命等方面。

2.1 基礎(chǔ)理論研究薄弱

一些采煤機(jī)械技術(shù)先進(jìn)的國家非常重視對基礎(chǔ)元部件的理論研究，同時還強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品的設(shè)計需要先進(jìn)的設(shè)計理念作為重要的支撐點(diǎn)。但在我國國內(nèi)，無論是國家的相關(guān)科研院所還是產(chǎn)品制造商，他們都忽視了對基礎(chǔ)理論進(jìn)行探索及研究，只單純注重追求技術(shù)應(yīng)用。在引進(jìn)國外先進(jìn)機(jī)械設(shè)備時，只注重形式上的研究，而沒有對設(shè)計的原理及設(shè)計的結(jié)構(gòu)方式進(jìn)行深入的研究，進(jìn)而使得我國的采煤機(jī)制造技術(shù)止步不前，沒有掌握真正的核心技術(shù)，進(jìn)而使得制造出來的一些機(jī)械元件存在各方面的缺陷，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到國際相關(guān)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的穩(wěn)定性與可靠性。自動化采煤機(jī)有兩個方面，分別是調(diào)速與調(diào)高，從目前的發(fā)展情況上看，國際的交流變頻電牽引采煤機(jī)的自動調(diào)速技術(shù)已經(jīng)臻于完善，采取矢量控制的方式來對額定轉(zhuǎn)速進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，采取的主從控制技術(shù)讓采煤機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)從一臺變頻器帶動兩臺多電機(jī)變成兩臺變頻器來分別帶動兩臺多電機(jī)。因此，我國國內(nèi)與國外自動采煤機(jī)技術(shù)的差距主要是體現(xiàn)在對自動調(diào)高的控制上。自動采煤機(jī)技術(shù)發(fā)展需要在研究國外相關(guān)先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，對國內(nèi)的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行改革和調(diào)整，把質(zhì)量與性能放在首位。要讓采煤機(jī)可以在其自動運(yùn)行的過程中正確分辨煤巖界面，就需要在對開采地的實際情況進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上調(diào)整相關(guān)機(jī)械的高度與結(jié)構(gòu)。歐美等國為了讓滾筒采煤機(jī)可以進(jìn)行自動調(diào)高，對一些機(jī)械的制作原理及方向都進(jìn)行了相關(guān)的探究，現(xiàn)在提出較為完善的理論就有20多種，可以有效地解決煤巖產(chǎn)問題。設(shè)計這些機(jī)械的主要原理就是要把煤巖分界識別傳感器應(yīng)用到計算機(jī)上來加以控制實施，進(jìn)而可以對煤巖裝置及煤巖分界識別裝置傳感器?，F(xiàn)在正在應(yīng)用在實際煤炭開采過程中或是正在研究或處于試驗階段的幾種煤巖識別方法及分析系統(tǒng)主要有噪聲紅外線、振動頻譜分析、放射性同位素、記憶智能程控等，最容易實現(xiàn)的是控制系統(tǒng)及記憶智能煤巖分界識別系統(tǒng)，這些系統(tǒng)在煤炭的實際開采過程中也使用得最為廣泛。在20世紀(jì)80年代初，我國國內(nèi)的一些相關(guān)院校開始對采煤機(jī)的自動化操作技術(shù)進(jìn)行研究，其中研究最多的就是滾筒采煤機(jī)自動化技術(shù)。

2.2 缺少核心科技

我國產(chǎn)品的研發(fā)主要是基于從國外引進(jìn)與借鑒，進(jìn)行相應(yīng)的仿制，但缺乏自己的知識產(chǎn)權(quán)，創(chuàng)新能力不足，通過從國外引進(jìn)液壓支架電液閥、地面通用變頻器，再經(jīng)過拆卸與改裝來滿足煤炭實際開采過程中的抗干擾、抗凝霧的要求。但我們改裝過后的變頻器由于缺乏核心科技的支撐，所以抗振性能較低。在遠(yuǎn)程通訊和集中控制技術(shù)上，與國外相比還存在差距。在我國目前來講，最先進(jìn)的莫過于研制出了工作面可以進(jìn)行三機(jī)聯(lián)動控制的采煤機(jī)。采煤機(jī)的密封方式主要有兩種：一是可以用高速骨架油封；二是使用低速浮動油封。我國國內(nèi)的采煤機(jī)油封在材質(zhì)上、結(jié)構(gòu)上及機(jī)械的制造精度上都要明顯差于國外同類產(chǎn)品。

2.3 使用壽命不足，性能及可靠性較差

我國的采煤機(jī)采用的機(jī)械原件有軸承、電機(jī)、密封件等，這些機(jī)械元件的可靠性差、使用壽命短，在性能方面也與國外先進(jìn)的機(jī)械元件之間存在不小的差距。國外的大功率采煤機(jī)在設(shè)備加工、材料性能、人員素質(zhì)、組裝調(diào)試方面都優(yōu)先于國內(nèi)的加工生產(chǎn)。這是因為我國的機(jī)械研發(fā)重型輕質(zhì)，只注重于結(jié)構(gòu)上的設(shè)計研究，而忽視了對機(jī)械產(chǎn)品的可靠性及使用性能方面進(jìn)行探索，因此造成了我國制造業(yè)技術(shù)水平相對落后，與國外的發(fā)展水平存在較大的差距。

3 國內(nèi)大功率采煤機(jī)的發(fā)展趨勢

采煤機(jī)技術(shù)的不斷研究發(fā)展，使我國煤礦開采的未來發(fā)展趨勢及采煤機(jī)技術(shù)的研究方向主要集中于對大型采煤機(jī)高自動化及高可靠性，設(shè)計出適應(yīng)性強(qiáng)、能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的機(jī)械產(chǎn)品。大功率采煤機(jī)的研究方向應(yīng)該從以下方面展開：

3.1 研究推廣電牽引方式采煤機(jī)

我國目前還在引用傳統(tǒng)的液壓牽引采煤機(jī)，但在國外，對傳統(tǒng)液壓牽引采煤機(jī)的使用卻很少，雖然還會生產(chǎn)這種機(jī)器，但規(guī)模較小，電牽引采煤機(jī)這種煤炭開采設(shè)備存在多方面的優(yōu)點(diǎn)，所以外國的大功率采煤機(jī)一般是用電牽引的方式。傳統(tǒng)的液壓牽引采煤機(jī)存在性能較差、可靠性不足、使用壽命短的缺點(diǎn)，但我國由于資金與技術(shù)的原因，目前沿用最廣的還是傳統(tǒng)的液壓牽引采煤機(jī)。但隨著煤炭開采需求量的不斷加大，這種低效率、高能耗的采煤機(jī)器已經(jīng)逐漸不能滿足市場對煤炭的巨大需求，因此我國未來大功率采煤機(jī)的研究發(fā)展方向就是開展電牽引采煤機(jī)專項研究，掌握核心科技，加強(qiáng)對知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)，不斷衍生研究方向，進(jìn)而完善國內(nèi)大功率采煤機(jī)存在的不足，讓我國的大功率采煤機(jī)技術(shù)能夠踏入國際先進(jìn)行列。

3.2 提升采煤機(jī)的功率

國外的采煤機(jī)一般具有較大的功率，功率加大，采煤機(jī)的牽引速度及牽引力也會大幅度增加，采用大功率采煤機(jī)已經(jīng)成為了我國提高煤炭開采效率的重要途徑。我國大功率采煤機(jī)的研究方向應(yīng)該向加大采煤機(jī)的功率發(fā)展，目標(biāo)是要讓采煤機(jī)的壽命完成整機(jī)兩千萬噸的采煤量。

3.3 引入交流變頻調(diào)速牽引系統(tǒng)

交流變頻調(diào)速牽引系統(tǒng)有維護(hù)簡單、技術(shù)先進(jìn)、可靠性高、性能強(qiáng)、價格便宜等優(yōu)點(diǎn)，所以這種技術(shù)在國外發(fā)展得較快。使用交流變頻調(diào)速牽引來取代傳統(tǒng)直流牽引，已經(jīng)成為了我們國家今后的主要發(fā)展趨勢。使用兩個變頻器來分別拖動兩臺牽引機(jī)可以更好地對牽引系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)和控制，采用一拖一的牽引系統(tǒng)是電牽引技術(shù)發(fā)展的另一個新方向。

3.4 完善自動化控制系統(tǒng)

實現(xiàn)采煤機(jī)工作影像可靠性傳輸需要開發(fā)出新型的遠(yuǎn)距離無線高速信號傳遞裝置，研究的方向主要集中在高性能、抗干擾、抗熱效應(yīng)，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程操作的嵌入式礦用計算機(jī)控制系統(tǒng)。強(qiáng)化專家診斷電控系統(tǒng)、采煤機(jī)工作面自動化運(yùn)行系統(tǒng)，注重研制記憶截割采煤機(jī)系統(tǒng)、顯示與信息傳輸系統(tǒng)。

3.5 逐步發(fā)展小型配電器

目前的電器設(shè)備趨于小型化，這是由于隨著采煤機(jī)功率的不斷增加，與其相應(yīng)的電動機(jī)及變頻器的體積要與之相適應(yīng)。完善采煤機(jī)對煤層深淺的適應(yīng)性需要調(diào)節(jié)整機(jī)的布置結(jié)構(gòu)，使電器設(shè)備小型化就是完善采煤機(jī)結(jié)構(gòu)布置的關(guān)鍵。

4 結(jié)語

我國的大功率采煤機(jī)經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)取得了較大的進(jìn)步，但在性能與可靠性方面，還是與發(fā)達(dá)國家之間存在不小的差距。隨著煤炭生產(chǎn)對大功率、高可靠性采煤機(jī)的需求猛增，為了適應(yīng)我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢，發(fā)展大功率采煤機(jī)是必行之路。

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作者簡介：張勇（1971-），男，內(nèi)蒙古鄂爾多斯人，神木縣隆德礦業(yè)有限責(zé)任公司工程師，研究方向：煤礦機(jī)械開采與機(jī)電設(shè)備。

（責(zé)任編輯：蔣建華）