我國大功率采煤機的技術現狀及發展方向探究

摘要：隨著科學技術的發展，各個煤炭企業對采煤機的需求量開始增加。經過多年的自主研發與國外先進科技的引進，我國的大功率采煤機技術取得了巨大的進步，但與國外相比，我國的大功率采煤機在可靠性與機器性能方面還是存在不小的差距。文章在對大功率采煤機技術應用現狀進行研究的基礎上，對其最新的發展方向也進行了探索。

關鍵詞：大功率采煤機；采煤技術；煤炭企業；采煤設備；煤礦生產 文獻標識碼：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

采煤設備的性能與水平直接與煤炭企業的經濟效益、生產技術水平、國際競爭力掛鉤。隨著科學技術的新發展，我國煤炭開采企業對大功率、高性能采煤機的需求量猛增。但由于我國的科技發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口先進機械設備。

1 我國采煤技術的發展現狀

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

2 我國大功率采煤機技術與國外先進技術的差距

經過將近幾十年的發展，我國的煤礦綜合機械化采煤設備的發展已經取得了巨大的進步，在某些方面的技術研究上，甚至高于國際水平。但我國的國產采煤設備出口量較少，在國內自主應用得較多，跟國外的一些技術發展較為先進的國家相比，主要差距就突顯在可靠性、性能及使用壽命等方面。

2.1 基礎理論研究薄弱

一些采煤機械技術先進的國家非常重視對基礎元部件的理論研究，同時還強調產品的設計需要先進的設計理念作為重要的支撐點。但在我國國內，無論是國家的相關科研院所還是產品制造商，他們都忽視了對基礎理論進行探索及研究，只單純注重追求技術應用。在引進國外先進機械設備時，只注重形式上的研究，而沒有對設計的原理及設計的結構方式進行深入的研究，進而使得我國的采煤機制造技術止步不前，沒有掌握真正的核心技術，進而使得制造出來的一些機械元件存在各方面的缺陷，遠遠達不到國際相關規定的標準，嚴重影響了產品的穩定性與可靠性。自動化采煤機有兩個方面，分別是調速與調高，從目前的發展情況上看，國際的交流變頻電牽引采煤機的自動調速技術已經臻于完善，采取矢量控制的方式來對額定轉速進行相應的調整，采取的主從控制技術讓采煤機變頻調速系統從一臺變頻器帶動兩臺多電機變成兩臺變頻器來分別帶動兩臺多電機。因此，我國國內與國外自動采煤機技術的差距主要是體現在對自動調高的控制上。自動采煤機技術發展需要在研究國外相關先進技術的基礎上，對國內的相關技術進行改革和調整，把質量與性能放在首位。要讓采煤機可以在其自動運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行研究的基礎上調整相關機械的高度與結構。歐美等國為了讓滾筒采煤機可以進行自動調高，對一些機械的制作原理及方向都進行了相關的探究，現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問題。設計這些機械的主要原理就是要把煤巖分界識別傳感器應用到計算機上來加以控制實施，進而可以對煤巖裝置及煤巖分界識別裝置傳感器。現在正在應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，最容易實現的是控制系統及記憶智能煤巖分界識別系統，這些系統在煤炭的實際開采過程中也使用得最為廣泛。在20世紀80年代初，我國國內的一些相關院校開始對采煤機的自動化操作技術進行研究，其中研究最多的就是滾筒采煤機自動化技術。

2.2 缺少核心科技

我國產品的研發主要是基于從國外引進與借鑒，進行相應的仿制，但缺乏自己的知識產權，創新能力不足，通過從國外引進液壓支架電液閥、地面通用變頻器，再經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。在遠程通訊和集中控制技術上，與國外相比還存在差距。在我國目前來講，最先進的莫過于研制出了工作面可以進行三機聯動控制的采煤機。采煤機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。我國國內的采煤機油封在材質上、結構上及機械的制造精度上都要明顯差于國外同類產品。

2.3 使用壽命不足，性能及可靠性較差

我國的采煤機采用的機械原件有軸承、電機、密封件等，這些機械元件的可靠性差、使用壽命短，在性能方面也與國外先進的機械元件之間存在不小的差距。國外的大功率采煤機在設備加工、材料性能、人員素質、組裝調試方面都優先于國內的加工生產。這是因為我國的機械研發重型輕質，只注重于結構上的設計研究，而忽視了對機械產品的可靠性及使用性能方面進行探索，因此造成了我國制造業技術水平相對落后，與國外的發展水平存在較大的差距。

3 國內大功率采煤機的發展趨勢

采煤機技術的不斷研究發展，使我國煤礦開采的未來發展趨勢及采煤機技術的研究方向主要集中于對大型采煤機高自動化及高可靠性，設計出適應性強、能夠進行遠程控制的機械產品。大功率采煤機的研究方向應該從以下方面展開：

3.1 研究推廣電牽引方式采煤機

我國目前還在引用傳統的液壓牽引采煤機，但在國外，對傳統液壓牽引采煤機的使用卻很少，雖然還會生產這種機器，但規模較小，電牽引采煤機這種煤炭開采設備存在多方面的優點，所以外國的大功率采煤機一般是用電牽引的方式。傳統的液壓牽引采煤機存在性能較差、可靠性不足、使用壽命短的缺點，但我國由于資金與技術的原因，目前沿用最廣的還是傳統的液壓牽引采煤機。但隨著煤炭開采需求量的不斷加大，這種低效率、高能耗的采煤機器已經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的研究發展方向就是開展電牽引采煤機專項研究，掌握核心科技，加強對知識產權的保護，不斷衍生研究方向，進而完善國內大功率采煤機存在的不足，讓我國的大功率采煤機技術能夠踏入國際先進行列。

3.2 提升采煤機的功率

國外的采煤機一般具有較大的功率，功率加大，采煤機的牽引速度及牽引力也會大幅度增加，采用大功率采煤機已經成為了我國提高煤炭開采效率的重要途徑。我國大功率采煤機的研究方向應該向加大采煤機的功率發展，目標是要讓采煤機的壽命完成整機兩千萬噸的采煤量。

3.3 引入交流變頻調速牽引系統

交流變頻調速牽引系統有維護簡單、技術先進、可靠性高、性能強、價格便宜等優點，所以這種技術在國外發展得較快。使用交流變頻調速牽引來取代傳統直流牽引，已經成為了我們國家今后的主要發展趨勢。使用兩個變頻器來分別拖動兩臺牽引機可以更好地對牽引系統進行保護和控制，采用一拖一的牽引系統是電牽引技術發展的另一個新方向。

3.4 完善自動化控制系統

實現采煤機工作影像可靠性傳輸需要開發出新型的遠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，可以實現遠程操作的嵌入式礦用計算機控制系統。強化專家診斷電控系統、采煤機工作面自動化運行系統，注重研制記憶截割采煤機系統、顯示與信息傳輸系統。

3.5 逐步發展小型配電器

目前的電器設備趨于小型化，這是由于隨著采煤機功率的不斷增加，與其相應的電動機及變頻器的體積要與之相適應。完善采煤機對煤層深淺的適應性需要調節整機的布置結構，使電器設備小型化就是完善采煤機結構布置的關鍵。

4 結語

我國的大功率采煤機經過多年的發展，已經取得了較大的進步，但在性能與可靠性方面，還是與發達國家之間存在不小的差距。隨著煤炭生產對大功率、高可靠性采煤機的需求猛增，為了適應我國的經濟發展趨勢，發展大功率采煤機是必行之路。

參考文獻

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作者簡介：張勇（1971-），男，內蒙古鄂爾多斯人，神木縣隆德礦業有限責任公司工程師，研究方向：煤礦機械開采與機電設備。

（責任編輯：蔣建華）