我国大功率采煤机的技术现状及发展方向探究

摘要：随着科学技术的发展，各个煤炭企业对采煤机的需求量开始增加。经过多年的自主研发与国外先进科技的引进，我国的大功率采煤机技术取得了巨大的进步，但与国外相比，我国的大功率采煤机在可靠性与机器性能方面还是存在不小的差距。文章在对大功率采煤机技术应用现状进行研究的基础上，对其最新的发展方向也进行了探索。

关键词：大功率采煤机；采煤技术；煤炭企业；采煤设备；煤矿生产 文献标识码：A

中图分类号：TD421 文章编号：1009-2374（2015）35-0149-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.35.074

采煤设备的性能与水平直接与煤炭企业的经济效益、生产技术水平、国际竞争力挂钩。随着科学技术的新发展，我国煤炭开采企业对大功率、高性能采煤机的需求量猛增。但由于我国的科技发展与国外相比还是存在较大差距，因此我国在这一块的研究上还相对比较薄弱，需要依赖于从国外进口先进机械设备。

1 我国采煤技术的发展现状

我国因为煤矿实际生产的需要，曾从国外大量引进液压牵引采煤机。通过“引进来”的相关措施，我国在20世纪80年代曾经采用一些比较独特的方法来引进国外有关采煤机的技术，这些技术包括了液压牵引采煤技术以及直流电牵引采煤机技术等。通过对国外先进技术的借鉴与消化，我国已经初步掌握了国际先进交流变频电牵引采煤技术，直到2005年，我国已经掌握了大功率采煤机在煤炭实际开采中的技术。国际采煤机技术研发的不断更新，大功率电牵引采煤机已经在欧美等国开始使用，液压式采煤机被电牵引采煤机所取代已经成为了煤炭开采技术发展的必然趋势。目前来讲，不断完善的交流变频调速技术让我国的采煤机研发技术渐渐与国际化水平相接轨。为了使特大矿井能够满足高产量的需求，国家把可以采集千万吨的煤炭井下综合采掘设备投入到实际研发过程中去。就目前而言，我国一些公司生产的采煤机具备一些明显优势，如检测功能优良、装机功率高以及控制方法优化等。齿轮-齿轨式的牵引是该设备的主要特点，它的操作控制点主要集中在机身的两端及中间，可以按住手把或者是操作按钮，还可以进行无线电离机遥控。这种采煤机的构成方式主要有两种，分别是交流变频与主控制系统、回路电控系统，电控系统的额定电压是固定的，通过箱内装载的牵引变压器就可以将额定电压转换成适合供给变频调速系统工作的正常电压。变频调速系统是两台构成主从关系的变频器用一拖一驱动的方式来控制系统，从变频器中输入的控制指令由主变频器来控制，主控制系统可以经过工业总线来收集变频器的工作信息。当有部分变频器发生了故障时，工作人员可以通过及时停止继电器来达到使采煤机暂停工作的目的，而且拥有完善保护功能的变频器可以适应各种工作环境。

2 我国大功率采煤机技术与国外先进技术的差距

经过将近几十年的发展，我国的煤矿综合机械化采煤设备的发展已经取得了巨大的进步，在某些方面的技术研究上，甚至高于国际水平。但我国的国产采煤设备出口量较少，在国内自主应用得较多，跟国外的一些技术发展较为先进的国家相比，主要差距就突显在可靠性、性能及使用寿命等方面。

2.1 基础理论研究薄弱

一些采煤机械技术先进的国家非常重视对基础元部件的理论研究，同时还强调产品的设计需要先进的设计理念作为重要的支撑点。但在我国国内，无论是国家的相关科研院所还是产品制造商，他们都忽视了对基础理论进行探索及研究，只单纯注重追求技术应用。在引进国外先进机械设备时，只注重形式上的研究，而没有对设计的原理及设计的结构方式进行深入的研究，进而使得我国的采煤机制造技术止步不前，没有掌握真正的核心技术，进而使得制造出来的一些机械元件存在各方面的缺陷，远远达不到国际相关规定的标准，严重影响了产品的稳定性与可靠性。自动化采煤机有两个方面，分别是调速与调高，从目前的发展情况上看，国际的交流变频电牵引采煤机的自动调速技术已经臻于完善，采取矢量控制的方式来对额定转速进行相应的调整，采取的主从控制技术让采煤机变频调速系统从一台变频器带动两台多电机变成两台变频器来分别带动两台多电机。因此，我国国内与国外自动采煤机技术的差距主要是体现在对自动调高的控制上。自动采煤机技术发展需要在研究国外相关先进技术的基础上，对国内的相关技术进行改革和调整，把质量与性能放在首位。要让采煤机可以在其自动运行的过程中正确分辨煤岩界面，就需要在对开采地的实际情况进行研究的基础上调整相关机械的高度与结构。欧美等国为了让滚筒采煤机可以进行自动调高，对一些机械的制作原理及方向都进行了相关的探究，现在提出较为完善的理论就有20多种，可以有效地解决煤岩产问题。设计这些机械的主要原理就是要把煤岩分界识别传感器应用到计算机上来加以控制实施，进而可以对煤岩装置及煤岩分界识别装置传感器。现在正在应用在实际煤炭开采过程中或是正在研究或处于试验阶段的几种煤岩识别方法及分析系统主要有噪声红外线、振动频谱分析、放射性同位素、记忆智能程控等，最容易实现的是控制系统及记忆智能煤岩分界识别系统，这些系统在煤炭的实际开采过程中也使用得最为广泛。在20世纪80年代初，我国国内的一些相关院校开始对采煤机的自动化操作技术进行研究，其中研究最多的就是滚筒采煤机自动化技术。

2.2 缺少核心科技

我国产品的研发主要是基于从国外引进与借鉴，进行相应的仿制，但缺乏自己的知识产权，创新能力不足，通过从国外引进液压支架电液阀、地面通用变频器，再经过拆卸与改装来满足煤炭实际开采过程中的抗干扰、抗凝雾的要求。但我们改装过后的变频器由于缺乏核心科技的支撑，所以抗振性能较低。在远程通讯和集中控制技术上，与国外相比还存在差距。在我国目前来讲，最先进的莫过于研制出了工作面可以进行三机联动控制的采煤机。采煤机的密封方式主要有两种：一是可以用高速骨架油封；二是使用低速浮动油封。我国国内的采煤机油封在材质上、结构上及机械的制造精度上都要明显差于国外同类产品。

2.3 使用寿命不足，性能及可靠性较差

我国的采煤机采用的机械原件有轴承、电机、密封件等，这些机械元件的可靠性差、使用寿命短，在性能方面也与国外先进的机械元件之间存在不小的差距。国外的大功率采煤机在设备加工、材料性能、人员素质、组装调试方面都优先于国内的加工生产。这是因为我国的机械研发重型轻质，只注重于结构上的设计研究，而忽视了对机械产品的可靠性及使用性能方面进行探索，因此造成了我国制造业技术水平相对落后，与国外的发展水平存在较大的差距。

3 国内大功率采煤机的发展趋势

采煤机技术的不断研究发展，使我国煤矿开采的未来发展趋势及采煤机技术的研究方向主要集中于对大型采煤机高自动化及高可靠性，设计出适应性强、能够进行远程控制的机械产品。大功率采煤机的研究方向应该从以下方面展开：

3.1 研究推广电牵引方式采煤机

我国目前还在引用传统的液压牵引采煤机，但在国外，对传统液压牵引采煤机的使用却很少，虽然还会生产这种机器，但规模较小，电牵引采煤机这种煤炭开采设备存在多方面的优点，所以外国的大功率采煤机一般是用电牵引的方式。传统的液压牵引采煤机存在性能较差、可靠性不足、使用寿命短的缺点，但我国由于资金与技术的原因，目前沿用最广的还是传统的液压牵引采煤机。但随着煤炭开采需求量的不断加大，这种低效率、高能耗的采煤机器已经逐渐不能满足市场对煤炭的巨大需求，因此我国未来大功率采煤机的研究发展方向就是开展电牵引采煤机专项研究，掌握核心科技，加强对知识产权的保护，不断衍生研究方向，进而完善国内大功率采煤机存在的不足，让我国的大功率采煤机技术能够踏入国际先进行列。

3.2 提升采煤机的功率

国外的采煤机一般具有较大的功率，功率加大，采煤机的牵引速度及牵引力也会大幅度增加，采用大功率采煤机已经成为了我国提高煤炭开采效率的重要途径。我国大功率采煤机的研究方向应该向加大采煤机的功率发展，目标是要让采煤机的寿命完成整机两千万吨的采煤量。

3.3 引入交流变频调速牵引系统

交流变频调速牵引系统有维护简单、技术先进、可靠性高、性能强、价格便宜等优点，所以这种技术在国外发展得较快。使用交流变频调速牵引来取代传统直流牵引，已经成为了我们国家今后的主要发展趋势。使用两个变频器来分别拖动两台牵引机可以更好地对牵引系统进行保护和控制，采用一拖一的牵引系统是电牵引技术发展的另一个新方向。

3.4 完善自动化控制系统

实现采煤机工作影像可靠性传输需要开发出新型的远距离无线高速信号传递装置，研究的方向主要集中在高性能、抗干扰、抗热效应，可以实现远程操作的嵌入式矿用计算机控制系统。强化专家诊断电控系统、采煤机工作面自动化运行系统，注重研制记忆截割采煤机系统、显示与信息传输系统。

3.5 逐步发展小型配电器

目前的电器设备趋于小型化，这是由于随着采煤机功率的不断增加，与其相应的电动机及变频器的体积要与之相适应。完善采煤机对煤层深浅的适应性需要调节整机的布置结构，使电器设备小型化就是完善采煤机结构布置的关键。

4 结语

我国的大功率采煤机经过多年的发展，已经取得了较大的进步，但在性能与可靠性方面，还是与发达国家之间存在不小的差距。随着煤炭生产对大功率、高可靠性采煤机的需求猛增，为了适应我国的经济发展趋势，发展大功率采煤机是必行之路。

参考文献

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作者简介：张勇（1971-），男，内蒙古鄂尔多斯人，神木县隆德矿业有限责任公司工程师，研究方向：煤矿机械开采与机电设备。

（责任编辑：蒋建华）