我國(guó)煤機(jī)裝備制造業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與展望

我國(guó)煤機(jī)裝備制造業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與展望

隨著中國(guó)煤炭需求的增加，2010年煤炭產(chǎn)量達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的32.4億噸。煤礦采、掘、運(yùn)、支裝備整體技術(shù)水平的提高和廣泛應(yīng)用,極大地提高了我國(guó)煤礦的生產(chǎn)能力,為實(shí)現(xiàn)煤炭工業(yè)高產(chǎn)、高效、安全和潔凈生產(chǎn)打下了基礎(chǔ),為保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)能源需求提供了支撐。今后10年左右的時(shí)間,將是煤機(jī)裝備制造業(yè)的黃金發(fā)展期。這主要基于煤機(jī)裝備制造業(yè)市場(chǎng)需求的三個(gè)驅(qū)動(dòng)因素,即新開(kāi)工煤礦的生產(chǎn)需求、已有設(shè)備的更新需求和地方中小煤礦機(jī)械化技改需求。根據(jù)調(diào)整后的國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃,預(yù)計(jì)2020年煤炭產(chǎn)量將超過(guò)35億t,煤炭工業(yè)新增投資不低于2000億元;若按70%屬于固定資產(chǎn)投資、煤炭機(jī)械設(shè)備投資占其中的50%概算,新增產(chǎn)能需要的煤機(jī)裝備投資約為700億元;同時(shí)技改和更新共需投資150~200億元。兩者相加,煤機(jī)裝備制造業(yè)的市場(chǎng)份額將在850~900億元?？傮w來(lái)看,今后一個(gè)時(shí)期,我國(guó)煤機(jī)裝備制造業(yè)前景可期。1國(guó)內(nèi)外采礦業(yè)技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展1.1國(guó)內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀近十年來(lái)國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)壁綜采技術(shù)發(fā)展主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面:一是綜采工作面生產(chǎn)能力大幅度提高,采區(qū)范圍不斷擴(kuò)大,出現(xiàn)了“一礦一面”年產(chǎn)數(shù)百萬(wàn)噸煤炭的高產(chǎn)高效和集約化生產(chǎn)模式;二是高效綜采裝備和開(kāi)采工藝不斷完善,推廣使用范圍不斷擴(kuò)大,中厚煤層開(kāi)采、厚煤層一次采全高開(kāi)采和薄煤層全自動(dòng)化生產(chǎn)等技術(shù)和工藝取得重大進(jìn)步;三是高效綜采裝備的研制開(kāi)發(fā)取得新的技術(shù)突破,年生產(chǎn)能力已達(dá)到1000萬(wàn)t,并實(shí)現(xiàn)了綜采工作面生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化,大型綜采礦井技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到或超過(guò)大型先進(jìn)露天礦水平。長(zhǎng)壁綜采已成為煤炭井工開(kāi)采的主要開(kāi)采方法,我國(guó)煤礦長(zhǎng)壁工作面已達(dá)近千個(gè)。我國(guó)綜采設(shè)備設(shè)計(jì)和制造企業(yè)已開(kāi)發(fā)出具有較高先進(jìn)技術(shù)水平的大功率電牽引采煤機(jī)、重型刮板輸送機(jī)、電液控制強(qiáng)力液壓支架和多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)大運(yùn)量帶式輸送機(jī),初步形成了年產(chǎn)300~600萬(wàn)t綜采成套技術(shù)及裝備,并在不同煤層賦存條件下取得良好使用效果。同時(shí),國(guó)內(nèi)煤機(jī)企業(yè)通過(guò)不斷增加科技投入,圍繞大功率采煤機(jī)、輸送機(jī)等組織科技攻關(guān),不斷提高創(chuàng)新能力,推進(jìn)重大裝備研發(fā)進(jìn)程。國(guó)內(nèi)2500kW的電牽引采煤機(jī)已經(jīng)下線,單個(gè)截割電動(dòng)機(jī)的功率已達(dá)1000kW,牽引電動(dòng)機(jī)功率已達(dá)2×150kW,截深為800mm、1000mm和1200mm,最大采高高度已經(jīng)達(dá)到6.3m,滾筒直徑最大達(dá)到3.0m,但可靠性及關(guān)鍵指標(biāo)有待進(jìn)一步提高;正在開(kāi)發(fā)制造的大采高兩柱掩護(hù)式液壓支架,采用了新型特殊材料,其支撐高度達(dá)到了7m,工作阻力達(dá)16800kN,缸徑580mm,國(guó)內(nèi)外與之配套的輸送設(shè)備尚在設(shè)計(jì)論證階段,未進(jìn)入生產(chǎn)試制;我國(guó)最大刮板輸送機(jī)每小時(shí)運(yùn)輸能力達(dá)到2500~3500t,最大裝機(jī)功率達(dá)到3×1000kW,刮板鏈規(guī)格最大為48mm,最大輸送距離達(dá)到400m以上,中部槽的最大寬度達(dá)1250mm。目前,在中國(guó)的工作面輸送設(shè)備市場(chǎng)中,中小型輸送設(shè)備國(guó)產(chǎn)占有率幾乎達(dá)到百分之百,大型輸送設(shè)備(輸送機(jī)裝機(jī)功率1400kW以上)國(guó)產(chǎn)設(shè)備占有相當(dāng)大的比率。1.2懸臂式掘進(jìn)機(jī)與設(shè)備的應(yīng)用我國(guó)懸臂式掘進(jìn)機(jī)研究始于20世紀(jì)60年代,主要經(jīng)歷了引進(jìn)、消化吸收和自主研制三個(gè)階段。經(jīng)過(guò)40余年的發(fā)展,我國(guó)掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)與加工制造水平已比較先進(jìn),中型懸臂式掘進(jìn)機(jī)發(fā)展日趨成熟,并形成系列化。重型掘進(jìn)機(jī)大批出現(xiàn),機(jī)重在60t,截割功率200kW左右的重型掘進(jìn)機(jī)已經(jīng)研制成功,并得到推廣應(yīng)用。一些先進(jìn)的故障診斷和顯示技術(shù)、恒功率截割技術(shù)、液壓系統(tǒng)恒功率變量技術(shù)應(yīng)用其中,并開(kāi)展了機(jī)載錨桿鉆機(jī)、機(jī)載超前支護(hù)、巷道綜合除塵等技術(shù)的研究。通過(guò)“十一五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目等重點(diǎn)項(xiàng)目的實(shí)施,掘進(jìn)機(jī)總體參數(shù)接近或達(dá)到了國(guó)外先進(jìn)水平,新研制的掘進(jìn)機(jī)的截割功率超過(guò)300kW,機(jī)重120t,最大可掘高度達(dá)到5.8m,并且具有了離機(jī)遙控、截割斷面監(jiān)視和故障診斷等功能,我國(guó)的懸臂式掘進(jìn)機(jī)技術(shù)已邁上了一個(gè)新的臺(tái)階。我國(guó)巷道機(jī)械化掘進(jìn)和支護(hù)技術(shù)大大落后于采煤機(jī)械化生產(chǎn)的發(fā)展,國(guó)有重點(diǎn)煤礦綜合機(jī)械化掘進(jìn)率僅為33.14%,單巷掘進(jìn)平均月進(jìn)尺低于400m,難以滿足高效生產(chǎn)的需要。20世紀(jì)90年代以來(lái),我國(guó)引進(jìn)了澳大利亞錨桿支護(hù)技術(shù),進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)示范,并完成了錨桿支護(hù)技術(shù)有關(guān)科研項(xiàng)目,使我國(guó)的煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)上了有較大提高,在全煤巷道、沖擊地壓巷道、復(fù)合破碎頂板等困難條件下錨桿、錨索支護(hù)技術(shù)得到了應(yīng)用,并取得令人滿意的支護(hù)效果和經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)有重點(diǎn)煤礦煤巷錨桿支護(hù)率已達(dá)60%以上。1.3短壁開(kāi)采技術(shù)短壁機(jī)械化采煤法與長(zhǎng)壁機(jī)械化采煤法的主要區(qū)別是,工作面采用的通風(fēng)方式及其管理不同;采用主要設(shè)備的自行能力不同;采區(qū)的區(qū)段劃分和區(qū)段內(nèi)煤體切割及回收的方法不同。短壁機(jī)械化開(kāi)采的通風(fēng)方式一般需要采用部分局部通風(fēng),主要機(jī)械設(shè)備均能自己行走。在區(qū)段劃分上,一般要形成一個(gè)100m×20m的短壁回采區(qū)域,煤柱回收后,頂板類似長(zhǎng)壁工作面一樣充分冒落,使煤房、煤柱的回采避開(kāi)支承壓力高峰區(qū)。適宜于在大型井田的邊角煤地段和不適宜布置綜采工作面的小型井田范圍內(nèi)進(jìn)行開(kāi)采,同時(shí)也適應(yīng)煤柱回收、“三下”壓煤回收。短壁機(jī)械化回采工作面的布置較為靈活,可實(shí)現(xiàn)“即進(jìn)即退”的靈活機(jī)動(dòng)的回采,基本不受斷層、褶曲、裂隙等地質(zhì)構(gòu)造的影響。我國(guó)對(duì)于短壁機(jī)械化開(kāi)采技術(shù)的研究以及對(duì)連續(xù)采煤機(jī)及其配套設(shè)備的開(kāi)發(fā)工作相比美國(guó)、澳大利亞、南非等國(guó)家起步較晚,同類產(chǎn)品長(zhǎng)期空白。短壁采煤在眾多地方、鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦和小煤礦中仍然大面積沿用20世紀(jì)50年代的房式、房柱式工藝,采用簡(jiǎn)單機(jī)械進(jìn)行開(kāi)采。神華集團(tuán)20世紀(jì)90年代成套引進(jìn)國(guó)外產(chǎn)品進(jìn)行煤巷掘進(jìn)和短壁開(kāi)采取得了較好的成績(jī)。短壁開(kāi)采技術(shù)近幾年來(lái)有了很大發(fā)展,通過(guò)長(zhǎng)期的研究和探索,在我國(guó)傳統(tǒng)的房柱式和刀柱式短壁采煤方法的基礎(chǔ)上總結(jié)出一套短壁機(jī)械化的開(kāi)采技術(shù),實(shí)現(xiàn)了短壁綜合機(jī)械化開(kāi)采,為不適合采用長(zhǎng)壁綜合機(jī)械化開(kāi)采工藝的煤礦探索出一種高效采煤成套技術(shù)?；夭陕视蓚}(cāng)房式炮采的30%提高到75%,最高可達(dá)87%。全員工效達(dá)77.6t/工,最高達(dá)119.8t/工。連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)與連續(xù)采煤機(jī)配套使用,還實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)壁順槽的快速掘進(jìn)。拓寬了連續(xù)采煤機(jī)的應(yīng)用范圍,為解決煤礦采、掘失調(diào)問(wèn)題提出了一條新的有效的技術(shù)途徑。我國(guó)自主研發(fā)的“短壁機(jī)械化連續(xù)系統(tǒng)設(shè)備與工藝”總體技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,并相繼研制出XZ系列履帶行走式液壓支架、LY系列連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)、CMM系列四臂錨桿鉆車、GP系列給料破碎機(jī)、WD13梭車、CLX3型鏟車和EBH/Z132型掘采一體機(jī)等短壁開(kāi)采配套設(shè)備,隨著2008年國(guó)內(nèi)首臺(tái)EML340型連續(xù)采煤機(jī)的問(wèn)世,我國(guó)已經(jīng)具備生產(chǎn)短壁機(jī)械化開(kāi)采成套裝備的能力。新型短壁開(kāi)采技術(shù)和工藝在當(dāng)前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上具有廣闊的應(yīng)用前景,目前已有多家煤礦企業(yè)開(kāi)始探索使用該技術(shù)進(jìn)行短壁開(kāi)采挖掘資源潛力,最大限度地回收不可再生的煤炭資源,延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限。2國(guó)內(nèi)外設(shè)備技術(shù)的發(fā)展2.1綜合采獲能力和設(shè)備2.1.1國(guó)外采煤機(jī)與我國(guó)采煤機(jī)的性能比較國(guó)內(nèi)大功率電牽引采煤機(jī)的研制技術(shù)進(jìn)步迅速,總裝機(jī)功率已達(dá)到或超過(guò)國(guó)外水平,但在生產(chǎn)能力和工作可靠性、交流變頻電牽引技術(shù)、工況檢測(cè)和故障診斷技術(shù)、自動(dòng)調(diào)高技術(shù)、遠(yuǎn)程通訊與控制技術(shù)等方面與國(guó)外采煤機(jī)相比尚有差距,見(jiàn)表1。2.1.2大采高液壓支架與進(jìn)口支架關(guān)鍵技術(shù)國(guó)產(chǎn)液壓支架設(shè)計(jì)和制造技術(shù)近幾年發(fā)展迅速,但大采高液壓支架與進(jìn)口支架在結(jié)構(gòu)件選材、焊接工藝技術(shù)及質(zhì)量控制、液壓密封元件、電液控制系統(tǒng)等方面都存在亟待解決的關(guān)鍵技術(shù),見(jiàn)表2。2.1.3元部件可靠性和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自動(dòng)控制技術(shù)國(guó)產(chǎn)刮板輸送機(jī)與國(guó)外先進(jìn)設(shè)備的差距除生產(chǎn)能力、性能參數(shù)偏低外,在元部件可靠性、軟啟動(dòng)技術(shù)、在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控和自動(dòng)控制技術(shù)方面有一定差距,見(jiàn)表3。2.2試驗(yàn)研究和試驗(yàn)結(jié)果我國(guó)掘進(jìn)機(jī)技術(shù)與裝備在近年來(lái)取得了較快的發(fā)展,但與國(guó)際先進(jìn)水平相比,國(guó)內(nèi)掘進(jìn)機(jī)領(lǐng)域在基礎(chǔ)研究、破巖能力、適應(yīng)性及可靠性方面還存在一定的差距,主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面:1)在基礎(chǔ)研究方面比較薄弱,適合我國(guó)煤礦地質(zhì)條件的截割、裝運(yùn)及行走部載荷沒(méi)有建立,沒(méi)有完整的設(shè)計(jì)理論依據(jù),計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)仿真等方面還處于空白。2)主機(jī)用原材料、關(guān)鍵零部件、軸承、密封、電器元件、液壓元部件等基礎(chǔ)件,在使用壽命和可靠性上與國(guó)際先進(jìn)水平相比都存在較大的差距。3)破巖能力不足。截割巖石硬度超過(guò)100MPa時(shí),截割振動(dòng)加大,截齒損耗率急劇增加。4)自動(dòng)控制技術(shù)水平落后。遙控裝置大部分依賴進(jìn)口,斷面監(jiān)視系統(tǒng)作用有限,而且可靠性差,尚不具自動(dòng)截割和記憶截割的功能,故障診斷只能實(shí)現(xiàn)被動(dòng)檢測(cè),而且功能較為單一,檢測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸。5)多功能一體化集成技術(shù)水平較低。機(jī)載錨桿鉆臂系統(tǒng)和機(jī)載臨時(shí)支護(hù)系統(tǒng)工作效率低下,無(wú)法有效提高掘進(jìn)機(jī)的成巷速度,機(jī)載除塵系統(tǒng)尚未開(kāi)展研究。6)裝備制造工藝、檢測(cè)手段落后、產(chǎn)品可靠性和工藝研究不夠。重型掘進(jìn)機(jī)的技術(shù)比較見(jiàn)表4。2.3設(shè)備連續(xù)采煤機(jī)技術(shù)比較我國(guó)對(duì)于短壁機(jī)械化開(kāi)采技術(shù)的研究以及對(duì)連續(xù)采煤機(jī)及其配套設(shè)備的開(kāi)發(fā)工作起步較晚,同類產(chǎn)品長(zhǎng)期空白,國(guó)內(nèi)研制的履帶行走支架、錨桿鉆車、連續(xù)采煤機(jī)、梭車等已有應(yīng)用,但可靠性上與國(guó)外還有差距,在核心技術(shù)等方面需要攻關(guān)。特別是龍頭設(shè)備連續(xù)采煤機(jī)還處于工業(yè)性試驗(yàn)階段,其技術(shù)比較見(jiàn)表5。由于我國(guó)短壁機(jī)械化開(kāi)采技術(shù)與裝備起步較晚,因此在我國(guó)煤礦還沒(méi)有廣泛使用,與世界先進(jìn)的采煤大國(guó)相比均存在著差距,主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:1)不同地質(zhì)條件和煤層賦存條件下短壁開(kāi)采技術(shù)尚需深入研究,以連續(xù)采煤機(jī)為代表的短壁機(jī)械化技術(shù)裝備還沒(méi)有系列化。2)國(guó)產(chǎn)化連續(xù)采煤機(jī)及其后配套設(shè)備與進(jìn)口設(shè)備在可靠性等方面還存在著的差距。3)目前國(guó)外煤炭裝備制造企業(yè)非常重視關(guān)鍵基礎(chǔ)元部件的理論研究,同時(shí)強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品設(shè)計(jì)要有較好的設(shè)計(jì)理論支持。而我國(guó)目前在連續(xù)采煤機(jī)及其后配套設(shè)備關(guān)鍵基礎(chǔ)元部件的研制上,側(cè)重于應(yīng)用技術(shù)研究,基礎(chǔ)理論的研究剛剛起步。4)在開(kāi)采技術(shù)方面需要研究設(shè)備總體配套工藝,煤柱留設(shè)與回收方法,采場(chǎng)頂板控制以及通風(fēng)安全。3試驗(yàn)技術(shù)效果采掘技術(shù)裝備與煤炭生產(chǎn)關(guān)聯(lián)度大,是煤炭經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的脊梁和動(dòng)力。我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)保持持續(xù)、強(qiáng)勁、高速的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),給與基礎(chǔ)能源和裝備制造密切相關(guān)的煤機(jī)行業(yè)帶來(lái)了前所未有的歷史發(fā)展機(jī)遇,未來(lái)幾年,采煤技術(shù)裝備的發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:1)研究試驗(yàn)手段更趨完善,工作可靠性不斷提高。設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),在試驗(yàn)方面建立了專業(yè)試驗(yàn)室,把試驗(yàn)研究提高到一個(gè)新的水平。2)機(jī)電一體化趨勢(shì)明顯。隨著實(shí)用型新技術(shù)的發(fā)展,新型設(shè)備的機(jī)電一體化趨勢(shì)越來(lái)越明顯,技術(shù)水平不斷提高。主要表現(xiàn)為:監(jiān)測(cè)、監(jiān)控、工況檢測(cè)和故障診斷內(nèi)容齊全、驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率自動(dòng)調(diào)節(jié)、離機(jī)遙控操作更加可靠、地質(zhì)條件適應(yīng)性更強(qiáng)。3)綜采工作面三機(jī)配套技術(shù)自動(dòng)化程度逐步提高。以微型電子計(jì)算機(jī)為核心的電控系統(tǒng),電液控制系統(tǒng),以及先進(jìn)