王國(guó)法

（天地科技股份有限公司開(kāi)采設(shè)計(jì)事業(yè)部,北京 100013）

“十二五”煤礦開(kāi)采裝備技術(shù)的發(fā)展展望

王國(guó)法

（天地科技股份有限公司開(kāi)采設(shè)計(jì)事業(yè)部,北京 100013）

回顧綜采工作面成套裝備技術(shù)發(fā)展過(guò)程的主要階段,重點(diǎn)介紹了“十一五”期間大采高和大采高綜放開(kāi)采液壓支架及配套裝備等方面取得的重大技術(shù)突破;從高效自動(dòng)化開(kāi)采成套裝備技術(shù)、復(fù)雜難采煤層高效開(kāi)采成套裝備技術(shù)和開(kāi)采裝備先進(jìn)制造技術(shù)三個(gè)方面,對(duì)“十二五”期間高效開(kāi)采工作面成套裝備技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了展望。

綜采工作面;成套裝備;技術(shù)發(fā)展;技術(shù)創(chuàng)新

1 綜采工作面成套裝備技術(shù)發(fā)展的回顧

綜合機(jī)械化開(kāi)采是 20世紀(jì)煤礦開(kāi)采技術(shù)的重大革命,綜采工作面成套裝備技術(shù)是綜合機(jī)械化開(kāi)采的核心技術(shù)。我國(guó)自上世紀(jì) 70年代初開(kāi)始大規(guī)模引進(jìn)國(guó)外綜采成套裝備,發(fā)展綜合機(jī)械化采煤,經(jīng)過(guò) 40a的發(fā)展,中國(guó)已成為世界第一產(chǎn)煤大國(guó)和第一大煤機(jī)生產(chǎn)國(guó)。

回顧我國(guó)綜采工作面成套裝備技術(shù)發(fā)展過(guò)程,大致可分為 3個(gè)階段:第一階段是引進(jìn)消化吸收階段,自上世紀(jì) 70年代初至 80年代中;第二階段是自主發(fā)展與高端引進(jìn)的階段,自上世紀(jì) 80年代中后期至 2003年前后;第三階段是新世紀(jì)以來(lái),高端裝備國(guó)產(chǎn)化和產(chǎn)業(yè)化創(chuàng)新階段。

在第一階段中,我國(guó)從德國(guó)、英國(guó)和波蘭等國(guó)家引進(jìn)了 100多套綜采成套裝備,從無(wú)到有,開(kāi)始了技術(shù)的探索和試驗(yàn)。與此同時(shí),組織了由煤炭科學(xué)研究總院和相關(guān)廠礦企業(yè)的聯(lián)合技術(shù)消化、吸收和攻關(guān),仿制開(kāi)發(fā)了國(guó)產(chǎn)綜采成套裝備。

在第二階段中,國(guó)家組織了 “七五”、“八五”和“九五”綜采工作面成套裝備技術(shù)攻關(guān),北京開(kāi)采所與有關(guān)企業(yè)合作研制了 “厚煤層綜采成套裝備”、“日產(chǎn) 7000噸綜采成套裝備”和 “年產(chǎn)500萬(wàn)噸綜放成套裝備”,逐步建立了自主的綜采工作面成套裝備技術(shù)體系。這一階段中,普通綜采裝備實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化,但是,設(shè)備的可靠性還普遍較差,與國(guó)際先進(jìn)水平差距還很大,以神東礦區(qū)為代表的大型現(xiàn)代化礦井完全依賴進(jìn)口的高端綜采成套裝備,形成了幾個(gè)國(guó)外大煤機(jī)公司壟斷中國(guó)綜采裝備高端市場(chǎng)的局面。

在第三階段中,國(guó)家 “十五”和 “十一五”計(jì)劃繼續(xù)對(duì)綜采裝備技術(shù)發(fā)展給予重點(diǎn)支持,研制成功“年產(chǎn) 600萬(wàn)噸綜采放頂煤工作面成套裝備技術(shù)”,取得了 “年產(chǎn) 600萬(wàn)噸綜采成套裝備技術(shù)”、“自動(dòng)化放頂煤關(guān)鍵技術(shù)與裝備”、“0.6～1.3m薄煤層綜采自動(dòng)化技術(shù)與成套裝備研發(fā)及應(yīng)用”和“高端液壓支架及其先進(jìn)制造關(guān)鍵技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)化”等一大批重要成果,支撐了煤炭工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和快速發(fā)展。

目前,我國(guó)高端液壓支架、重型運(yùn)輸設(shè)備等開(kāi)采裝備核心技術(shù)已居國(guó)際先進(jìn)水平,綜采放頂煤開(kāi)采裝備技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先地位。高端液壓支架和電液控制系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化,結(jié)束了依賴進(jìn)口的歷史,國(guó)產(chǎn)成套綜采裝備技術(shù)開(kāi)始出口。但是,在重型輸送機(jī)軟啟動(dòng),軸承、減速器、大直徑高強(qiáng)度圓環(huán)鏈和采煤機(jī)變頻器、密封、齒輪、電控等關(guān)鍵元部件技術(shù)和可靠性方面,距國(guó)際先進(jìn)水平還存在較大差距。

2 “十一五”高效開(kāi)采裝備技術(shù)的創(chuàng)新成果

2.1 年產(chǎn)千萬(wàn)噸級(jí)礦井大采高綜采成套裝備研制

年產(chǎn)千萬(wàn)噸級(jí)礦井大采高綜采成套裝備研制是國(guó)家“十一五”科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目,由太原重型機(jī)械集團(tuán)煤機(jī)有限公司、天地科技開(kāi)采所等單位聯(lián)合研制,在西山煤電晉興能源公司斜溝礦實(shí)施年產(chǎn)千萬(wàn)噸綜采工作面示范工程。

天地科技開(kāi)采裝備技術(shù)研究所承擔(dān)了 6.5m大采高電液控制強(qiáng)力液壓支架設(shè)計(jì)研究,山西平陽(yáng)重工機(jī)械有限公司承擔(dān)液壓支架試制。攻克保證支架穩(wěn)定性、適應(yīng)性和可靠性的核心技術(shù),支架壽命達(dá)50000次工作循環(huán)以上,采用電液控制系統(tǒng),移架速度 6～8s,支架大修周期為產(chǎn)煤 20Mt以上。

太原礦機(jī)集團(tuán)研制了MG2500-WD型大采高電牽引采煤機(jī),裝機(jī)功率 2500kW,最大采高達(dá)6.3m,牽引速度達(dá) 25m/min,牽引力達(dá) 1000kN,生產(chǎn)能力達(dá) 3500t/h,采用了記憶截割和變頻調(diào)速。

山西煤機(jī)廠研發(fā)了 SGZ1200/3×1000重型刮板輸送機(jī)及轉(zhuǎn)載設(shè)備,刮板機(jī)運(yùn)量達(dá)到 3750t/h,設(shè)計(jì)長(zhǎng)度 300m,實(shí)現(xiàn)重載軟啟動(dòng)及多機(jī)驅(qū)動(dòng)功率平衡;破碎機(jī)破碎能力 4000t/h;轉(zhuǎn)載機(jī)裝機(jī)功率達(dá)到 525kW、生產(chǎn)能力 4000t/h;自移機(jī)尾適合于1.6m的帶式輸送機(jī)。

2.2 大采高綜采成套裝備研制

大采高綜采放頂煤液壓支架研制是國(guó)家“十一五”科技支撐計(jì)劃重大項(xiàng)目——大采高綜采成套裝備研制的主要課題之一,由天地科技股份有限公司開(kāi)采設(shè)計(jì)事業(yè)部開(kāi)采裝備技術(shù)研究所負(fù)責(zé),承擔(dān) ZF15000/28/52四柱大采高放頂煤工作面液壓支架、ZFG15000/28.5/45型放頂煤過(guò)渡液壓支架、放頂煤端頭液壓支架和巷道超前支護(hù)液壓支架的設(shè)計(jì)研究,山西平陽(yáng)重工機(jī)械有限公司和中煤北京煤機(jī)有限公司承擔(dān)試制。

液壓支架是大采高綜放開(kāi)采成套設(shè)備中的關(guān)鍵。本課題研制的 ZF15000/28/52四柱大采高放頂煤液壓支架,阻力達(dá)到 15000kN,采用鉸接前梁和高可靠性伸縮梁加二級(jí)護(hù)幫結(jié)構(gòu),防止工作面片幫和冒頂,采用了新型雙四連桿中通式大空間放頂煤支架穩(wěn)定機(jī)構(gòu)和擾動(dòng)式高效放煤機(jī)構(gòu),研制了缸徑360mm恒阻抗沖擊立柱,是目前世界最大工作阻力和最大高度的放頂煤液壓支架。

本項(xiàng)目研制的大采高綜采成套裝備將目前綜放工作面割煤高度由小于 3.5m加大到 5m,由于大采高綜放工作面割煤高度加大,放煤高度相應(yīng)減小,不僅有利于實(shí)現(xiàn)工作面采放均衡生產(chǎn)、改善頂煤冒放性、縮短放煤時(shí)間、提高工作面采出率,而且為工作面配備大功率后部輸送機(jī)提供了空間,有利于工作面快速放煤。另外工作面割煤高度增加,也使工作面通風(fēng)斷面加大,減少瓦斯對(duì)工作面生產(chǎn)的影響。因此,可以進(jìn)一步提高工作面單產(chǎn)和資源采出率,減少工作面的安全隱患。

2.3 特大采高綜采成套裝備技術(shù)的研發(fā)

在 6.3m大采高綜采取得成功的基礎(chǔ)上,天地科技開(kāi)采裝備技術(shù)研究所于 2006年首次進(jìn)行 7m特大采高綜采工藝和裝備可行性的研究,研制了世界首套 7.2m超大采高液壓支架[8],獲得了國(guó)家發(fā)明專利。天地科技開(kāi)采裝備技術(shù)研究所承擔(dān)了神華集團(tuán) 7m大采高綜采可行性研究和補(bǔ)連塔礦 7m大采高綜采總體配套研究,2009年神華集團(tuán)首先開(kāi)始在補(bǔ)連塔礦進(jìn)行國(guó)產(chǎn) 7m大采高液壓支架與進(jìn)口設(shè)備配套的試驗(yàn)研究,目前已取得良好效果。

世界液壓支架之最——ZY18800/32.5/72型大采高液壓支架 （如圖 1）,在國(guó)家煤礦支護(hù)設(shè)備檢測(cè)中心通過(guò) 80000次壽命試驗(yàn)。

圖1 ZY18800/32/72型大采高液壓支架

由寧夏天地奔牛公司承擔(dān)研制的世界最大功率的 SGZ1500/3×1500刮板輸送機(jī),成功試運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.4 薄煤層綜采自動(dòng)化技術(shù)與裝備的研發(fā)及應(yīng)用

我國(guó) 1.3m以下薄煤層儲(chǔ)量約占全國(guó)煤炭總儲(chǔ)量的 20%,85%以上的礦區(qū)均賦存有薄煤層。國(guó)內(nèi)薄煤層大多采用炮采或小功率機(jī)組開(kāi)采,勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全性差,效率低、效益差,許多礦區(qū)大量棄采薄煤層,其產(chǎn)量?jī)H占全國(guó)煤炭總產(chǎn)量的 6%～7%,資源浪費(fèi)嚴(yán)重。根本原因在于薄煤層開(kāi)采工作空間狹小,采煤、裝煤、運(yùn)煤以及設(shè)備安裝操作極其困難,高產(chǎn)高效要求的設(shè)備矮配套、小尺寸、大功率、高自動(dòng)化問(wèn)題一直難以解決。

根據(jù)我國(guó)薄煤層賦存條件復(fù)雜、滾筒采煤機(jī)適應(yīng)性較好的特點(diǎn),天地科技股份有限公司與峰峰集團(tuán)等企業(yè)合作,成功研制了基于滾筒采煤機(jī)薄煤層綜采自動(dòng)化成套裝備,實(shí)現(xiàn)了 0.6～1.3m薄煤層安全高效開(kāi)采。關(guān)鍵技術(shù)及主要?jiǎng)?chuàng)新成果如下:

（1）提出基于滾筒采煤機(jī)的 0.6～1.3m薄煤層安全高效綜合機(jī)械化、自動(dòng)化開(kāi)采模式,建立薄煤層工作面圍巖活動(dòng)模型、綜采設(shè)備參數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)模型和綜采工藝系統(tǒng)分析模型,創(chuàng)新開(kāi)發(fā)世界領(lǐng)先的薄煤層綜采成套裝備技術(shù),開(kāi)創(chuàng)薄煤層安全高效開(kāi)采新途徑。

（2）首創(chuàng)薄煤層采煤機(jī)雙截割電機(jī)并行布置大功率截割部技術(shù)和多電機(jī)縱橫向布置截割牽引部技術(shù),創(chuàng)新研制銷排反裝牽引技術(shù) （如圖 2所示）、高效強(qiáng)力耐磨無(wú)火花鎬型截齒和雙向犁板裝煤技術(shù),解決了電機(jī)尺寸制約煤機(jī)功率和薄煤層采煤機(jī)裝煤效果差的難題;發(fā)明緊湊型扁平鏈和 E型螺栓高效加工方法,創(chuàng)新研制矮槽幫高強(qiáng)度刮板輸送機(jī)中部槽,最小機(jī)面高度降至 580mm,創(chuàng)同等功率條件下最小配套高度紀(jì)錄;創(chuàng)新板式新結(jié)構(gòu)、高強(qiáng)度、大工作阻力、大伸縮比液壓支架,突破液壓支架工作阻力決定最小高度的極限。研制成功世界首套最小截割高度 0.8m并能適應(yīng) 0.6m煤層煤巖混采和截割硬夾矸的大功率滾筒采煤機(jī)綜采自動(dòng)化機(jī)組 （如圖 3所示）。

圖2 銷排反裝結(jié)構(gòu)

（3）集成研制基于緊湊型插裝式多功能電液控制閥和插裝式自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器等關(guān)鍵電液元件的國(guó)內(nèi)外首套緊湊型薄煤層液壓支架電液控制系統(tǒng),滿足了薄煤層安裝空間的要求。創(chuàng)新基于滾筒采煤機(jī)記憶截割、分段遙控及自動(dòng)跟機(jī)技術(shù)的工作面無(wú)人操作模式,實(shí)現(xiàn)工人在端頭或基站遠(yuǎn)程監(jiān)控,工作面自動(dòng)化生產(chǎn)。

圖3 0.6m煤層煤巖混割實(shí)現(xiàn) 0.8m下限采

峰峰黃沙礦應(yīng)用本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的薄煤層綜采自動(dòng)化成套裝備技術(shù)開(kāi)采 0.6～1.0m煤層,月產(chǎn)達(dá)到68.5kt,年產(chǎn)達(dá)到 657kt。本項(xiàng)目研究成果獲國(guó)家發(fā)明專利 2項(xiàng),實(shí)用新型專利 18項(xiàng),確立了我國(guó)薄煤層綜采技術(shù)在國(guó)際采礦領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。

2.5 高端液壓支架關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化

高端液壓支架是指用于高效開(kāi)采工作面的高可靠性液壓支架,其技術(shù)特征是高工作阻力 （一般8000kN以上）、高可靠性 （壽命 30000次工作循環(huán)以上）、高支護(hù)質(zhì)量、電液控制、采用高強(qiáng)度材料制成,滿足工作面生產(chǎn)能力年產(chǎn) 6Mt以上的要求。天地科技股份有限公司開(kāi)采設(shè)計(jì)事業(yè)部開(kāi)采裝備技術(shù)研究所與神華集團(tuán)及國(guó)內(nèi)骨干煤機(jī)企業(yè)合作,通過(guò)對(duì)高端液壓支架核心技術(shù)的聯(lián)合攻關(guān),取得重要突破,形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高端液壓支架技術(shù)體系,開(kāi)發(fā)了產(chǎn)業(yè)化先進(jìn)制造技術(shù)和工藝裝備,形成這一重大高端裝備的產(chǎn)業(yè)鏈,完全取代進(jìn)口,并使我國(guó)液壓支架制造產(chǎn)業(yè)躍居世界前列,具有明顯的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。其主要?jiǎng)?chuàng)新成果有:

（1）自主研發(fā)了液壓支架圍巖耦合三維動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法體系和軟件系統(tǒng),提出基于有限元分析的支架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,完成了系列高端液壓支架設(shè)計(jì)研制。

（2）開(kāi)發(fā)了高端液壓支架用高強(qiáng)度易焊接結(jié)構(gòu)鋼 （Q690～Q1000）及低溫焊接新工藝,并對(duì)液壓支架結(jié)構(gòu)件焊接應(yīng)力的形成規(guī)律和消除措施進(jìn)行了研究,實(shí)現(xiàn)了液壓支架結(jié)構(gòu)材料的跨越升級(jí)。

（3）研發(fā)了柔性焊接機(jī)器人,實(shí)現(xiàn)了支架頂梁、掩護(hù)梁、底座、連桿等結(jié)構(gòu)件復(fù)雜內(nèi)部格子焊縫尋位;雙絲焊接技術(shù);雙絲電弧跟蹤及軌跡重現(xiàn)技術(shù);多層多道自動(dòng)焊技術(shù);11軸機(jī)器人聯(lián)動(dòng)技術(shù);焊接順序規(guī)劃及規(guī)范選擇變形控制技術(shù);焊接層間溫度監(jiān)測(cè)及工件自動(dòng)補(bǔ)熱 -離線編程技術(shù),填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。

（4）發(fā)明了將驅(qū)動(dòng)電路與控制器融為一體單線 CAN總線控制的支架控制器、智能隔離耦合器、電磁先導(dǎo)閥、整體主閥和自動(dòng)反沖洗高壓過(guò)濾站,創(chuàng)新高效成形刀加工方法和工藝,研發(fā)了國(guó)內(nèi)首套高端液壓支架電液控制系統(tǒng)、先進(jìn)制造技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化。

（5）創(chuàng)新研究了液壓支架新型密封結(jié)構(gòu)和密封組件、無(wú)模加工工藝,提高了密封件的可靠性;創(chuàng)新研制大缸徑雙伸縮抗沖擊立柱,發(fā)明不銹鋼包覆立柱新工藝。

（6）研發(fā)并建成了世界最大的 40000kN液壓支架試驗(yàn)臺(tái)和高端液壓支架試驗(yàn)系統(tǒng)。

該項(xiàng)目獲得國(guó)家發(fā)明專利 8項(xiàng)、實(shí)用新型專利30項(xiàng),形成了多項(xiàng)國(guó)家、行業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)現(xiàn)了高端液壓支架及先進(jìn)制造關(guān)鍵技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)化的重大突破。

近三年來(lái),該項(xiàng)目成果推廣應(yīng)用 13600多臺(tái)套,實(shí)現(xiàn)利稅 560多億元,為煤礦實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)節(jié)支達(dá)1000億元以上。成果推廣應(yīng)用社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益巨大,前景十分廣闊。該成果獲得 2010年度煤炭工業(yè)科技成果一等獎(jiǎng)。

3 “十二五”開(kāi)采裝備發(fā)展趨勢(shì)

3.1 存在的問(wèn)題

我國(guó)目前開(kāi)采裝備制造業(yè)生產(chǎn)能力和規(guī)模是世界最大的,但整體技術(shù)工藝水平和創(chuàng)新能力還遠(yuǎn)落后于世界先進(jìn)水平。其產(chǎn)品在關(guān)鍵元部件技術(shù)性能、產(chǎn)品的智能化水平、成套設(shè)備的配套性、批量產(chǎn)品性能穩(wěn)定性、工作可靠性和使用壽命等方面仍落后于國(guó)際先進(jìn)水平,集中表現(xiàn)在:成套產(chǎn)品配套能力較差,存在技術(shù)和質(zhì)量 “瓶頸”;主機(jī)用原材料、關(guān)鍵元部件在使用壽命和可靠性上與國(guó)際先進(jìn)水平相比存在較大的差距;產(chǎn)品的使用壽命短、可靠性差,故障率高。造成以上問(wèn)題的主要原因:

（1）新技術(shù)、新材料、新工藝及產(chǎn)品可靠性研究薄弱,技術(shù)攻關(guān)“重型輕質(zhì)”,側(cè)重設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)研究,在基礎(chǔ)理論和工藝方法方面的研究薄弱,結(jié)果造成制造技術(shù)發(fā)展滯后,基礎(chǔ)工藝水平低,工藝參數(shù)設(shè)計(jì)不精確且實(shí)施控制不嚴(yán),嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量;材料、鑄造、熱處理和表面處理工藝不過(guò)關(guān),關(guān)鍵元部件制造能力差,可靠性低。

（2）質(zhì)量管理體系和質(zhì)量意識(shí)貫徹力較差,檢測(cè)手段落后,產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定,樣機(jī)和批量產(chǎn)品質(zhì)量反差大。

（3）主要產(chǎn)品的核心技術(shù)并沒(méi)有完全掌握,主要產(chǎn)品的核心元部件仍選用外國(guó)公司產(chǎn)品,如強(qiáng)力輸送機(jī)用軟啟動(dòng)裝備、重型減速器、變頻器等。特別是,主要產(chǎn)品的核心元部件仍選用地面產(chǎn)品,由于煤礦井下防爆、粉塵、淋水、電磁干擾及振動(dòng)等惡劣環(huán)境,使地面已成熟的產(chǎn)品無(wú)法在井下直接使用,由于煤礦用電氣產(chǎn)品、傳感器及保護(hù)、監(jiān)測(cè)監(jiān)控和自動(dòng)化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本較高,因此,受開(kāi)發(fā)投入能力限制,開(kāi)發(fā)力度低、速度慢。

（4）成套裝備配套能力、集成技術(shù)專業(yè)化研究薄弱,成套裝備配套能力的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)成套及系統(tǒng)服務(wù)能力配套不合理,系統(tǒng)存在薄弱環(huán)節(jié),技術(shù)裝備的自動(dòng)化、信息化程度低;重要裝備的控制系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)、自診斷系統(tǒng)、壽命預(yù)估系統(tǒng)、集成技術(shù)及整機(jī)可靠性方面與國(guó)外先進(jìn)水平尚有較大差距。

（5）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)落后,標(biāo)準(zhǔn)的制修訂和審批速度慢,跟不上技術(shù)發(fā)展,不能及時(shí)與國(guó)際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)接軌,有些標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)重滯后。

（6）高端產(chǎn)品生產(chǎn)能力不足,低端產(chǎn)品生產(chǎn)能力無(wú)序擴(kuò)張,產(chǎn)能嚴(yán)重過(guò)剩,導(dǎo)致價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)成為主要競(jìng)爭(zhēng)手段,產(chǎn)品低水平循環(huán)。

（7）大多數(shù)制造企業(yè)技術(shù)研發(fā)人員匱乏,人才隊(duì)伍薄弱,技術(shù)創(chuàng)新能力不足,工藝攻關(guān)不足,工藝進(jìn)步緩慢。

（8）政策對(duì)行業(yè)骨干技術(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)支持力度不夠,對(duì)行業(yè)集中技術(shù)攻關(guān)、技術(shù)進(jìn)步導(dǎo)向和技術(shù)推廣的支持力度較弱,支持面分散,導(dǎo)致重復(fù)開(kāi)發(fā)浪費(fèi)有限資源。

（9）行業(yè)集中度偏低,信息化及資源共享水平較低。

（10）市場(chǎng)秩序不完善,不正當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象較嚴(yán)重,知識(shí)產(chǎn)權(quán)意識(shí)淡薄,大批中低端企業(yè)以仿制為主要產(chǎn)品開(kāi)發(fā)途徑,以價(jià)格和關(guān)系網(wǎng)為主要市場(chǎng)營(yíng)銷手段,導(dǎo)致了不健康的市場(chǎng)環(huán)境,優(yōu)質(zhì)難以獲得優(yōu)價(jià)和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

3.2 面臨的形勢(shì)

在科學(xué)發(fā)展觀指導(dǎo)下,煤炭行業(yè)整合重組步伐加快,關(guān)閉小煤礦,建設(shè)大型安全高效礦井,為綜合機(jī)械化和煤礦裝備制造業(yè)發(fā)展提供了空前機(jī)遇。近年來(lái),煤礦裝備市場(chǎng)需求旺盛,煤礦裝備制造企業(yè)效益有所提高,為技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。經(jīng)過(guò) “十一五”的培育,骨干企業(yè)人才隊(duì)伍顯著加強(qiáng),技術(shù)創(chuàng)新能力提高,競(jìng)爭(zhēng)力增強(qiáng)。

煤炭高效集約化生產(chǎn)是世界煤炭工業(yè)發(fā)展的方向。20世紀(jì) 90年代以來(lái),煤礦綜采裝備在實(shí)現(xiàn)大功率、重型化的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步向智能化、自動(dòng)化方向發(fā)展,出現(xiàn)了日產(chǎn)達(dá) 30～50kt的自動(dòng)化或半自動(dòng)化綜采工作面和年產(chǎn)達(dá) 6～10Mt礦井;與此同時(shí),高產(chǎn)高效礦井建設(shè),不僅提高了生產(chǎn)能力,而且,安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)技術(shù)得到完善,顯著提高了工人素質(zhì),并大量減少井下人員數(shù)量。實(shí)踐證明,高效高可靠性開(kāi)采裝備是礦井高效集約化生產(chǎn)的核心。

煤礦裝備市場(chǎng)需求已經(jīng)不再僅僅局限于專業(yè)化裝備的制造和加工,煤炭生產(chǎn)企業(yè)更多地需要具有綜合生產(chǎn)配套能力的產(chǎn)品與服務(wù),即成套產(chǎn)品、技術(shù)、服務(wù)一體化。天地科技股份有限公司是國(guó)內(nèi)最大的煤機(jī)裝備和開(kāi)采成套技術(shù)綜合制造和服務(wù)商,率先開(kāi)展了煤礦工程裝備和技術(shù)服務(wù)總承包服務(wù)模式,取得良好效果。

國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,推動(dòng)了能源消費(fèi)的持續(xù)增長(zhǎng)。我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中,一次能源以煤炭為主要能源的現(xiàn)狀在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)不會(huì)根本改變。2009年全國(guó)煤炭產(chǎn)銷量已超過(guò) 3Gt,煤炭消費(fèi)量以每年近10%的增幅增長(zhǎng),預(yù)計(jì)到 “十二五”末,全國(guó)煤炭年消費(fèi)量將達(dá)到 4Gt以上。

煤炭產(chǎn)能受到三個(gè)方面的影響,一方面是煤礦產(chǎn)業(yè)政策,關(guān)閉大批小煤窯,將減少小煤窯產(chǎn)量,以 2009年產(chǎn)量計(jì)約 0.5Gt;另一方面是新建礦井投產(chǎn),產(chǎn)能增加約 0.5Gt;第三方面是重組煤礦通過(guò)技術(shù)改造,發(fā)展綜合機(jī)械化采煤技術(shù),提高產(chǎn)能約 1Gt?！笆濉逼陂g煤炭產(chǎn)需基本會(huì)保持平衡。

2009年全國(guó)煤礦產(chǎn)量中,綜合機(jī)械化產(chǎn)量約占 50%,隨著煤礦重組,政策導(dǎo)向推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步,到“十二五”末,預(yù)計(jì)綜合機(jī)械化產(chǎn)量將達(dá)到85%以上。因此,“十二五”將是高端煤機(jī)裝備快速發(fā)展的時(shí)期,除新增綜采產(chǎn)能的設(shè)備需求外,還有大量的現(xiàn)有設(shè)備更新需求,2010年全國(guó)綜采設(shè)備總訂貨量達(dá)到 400多套、總產(chǎn)值 500余億元左右?！笆濉逼陂g每年綜采裝備需求量將達(dá)到400～500套、預(yù)計(jì)總產(chǎn)值 500～700億元,其中,高端綜采裝備將由目前的 20%提高到 40%。

考慮到綜采裝備占煤礦裝備總量的 60%左右,因此,“十二五”期間,我國(guó)年煤礦裝備與配件的市場(chǎng)容量應(yīng)當(dāng)在 1000億元左右。

3.3 技術(shù)發(fā)展基本趨勢(shì)和要求

（1）集成能力建設(shè)是當(dāng)今煤礦裝備技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì),也是滿足用戶需求、取得重大突破的一條創(chuàng)新途徑。集成能力建設(shè)包括整機(jī)的集成和成套裝備的集成,集成能力建設(shè)就是要不斷提升煤礦技術(shù)裝備成套化制造集成能力水平。集成技術(shù)主要包括針對(duì)用戶需求的全套解決方案、設(shè)備的配套技術(shù)、可靠性技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)、整機(jī)安裝與調(diào)試技術(shù)、故障診斷與控制技術(shù)、設(shè)備使用管理與預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)等的開(kāi)發(fā)與完善。

集成能力建設(shè)的目標(biāo)是提高成套裝備的配套性、生產(chǎn)效率、可靠性和自動(dòng)化、信息化程度,完善成套裝備控制系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)、自診斷系統(tǒng)、壽命預(yù)估系統(tǒng)等。

成套裝備集成能力建設(shè)需要發(fā)揮轉(zhuǎn)制科技型企業(yè)綜合技術(shù)優(yōu)勢(shì),以大型、綜合化煤機(jī)生產(chǎn)集團(tuán)為依托,強(qiáng)化產(chǎn)學(xué)研共建,以提高成套裝備生產(chǎn)效率、可靠性、自動(dòng)化水平和開(kāi)機(jī)率為目標(biāo),突破相關(guān)核心技術(shù)與集成技術(shù),才能真正推進(jìn)集成化。

（2）加快核心元部件國(guó)產(chǎn)化,包括大功率軟啟動(dòng)裝備、大功率減速器、大型圓環(huán)鏈等核心元部件及掘錨聯(lián)合機(jī)組、大型選煤裝備等大型裝備的國(guó)產(chǎn)化。

（3）提高裝備整體可靠性,通過(guò)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、檢測(cè)、維護(hù)等全方位的可靠性工程技術(shù)開(kāi)發(fā),提高整機(jī)及成套裝備可靠性,最終提高成套裝備使用可靠性和開(kāi)機(jī)率,替代進(jìn)口。

4 “十二五”開(kāi)采裝備技術(shù)開(kāi)發(fā)

4.1 煤機(jī)裝備基礎(chǔ)理論研究

加強(qiáng)對(duì)煤機(jī)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法、專用設(shè)計(jì)和分析軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究,在液壓支架與圍巖耦合理論、新型破巖理論、新型截割刀具、降低截割功耗技術(shù)的研究和試驗(yàn)、截割滾筒上的截齒、齒座和筒體在巖 （煤）體的作用下的載荷特性、載荷譜、軟啟動(dòng)和磨損、密封等理論研究;煤礦安全人機(jī)工程學(xué)基礎(chǔ)研究,通過(guò)研究煤礦生產(chǎn)過(guò)程中人、機(jī)、環(huán)境等因素之間的關(guān)系,達(dá)到提高工作效率,降低生產(chǎn)成本、獲取最大經(jīng)濟(jì)效益,從而保護(hù)勞動(dòng)者安全和健康。

4.2 高效開(kāi)采自動(dòng)化、智能化成套技術(shù)與裝備開(kāi)發(fā)

煤礦智能化采選成套裝備列入國(guó)家“十二五”“智造工程”計(jì)劃。研發(fā)高效開(kāi)采自動(dòng)化、智能化成套技術(shù)與裝備,工作面長(zhǎng)度達(dá)到 400m以上,采煤機(jī)截割牽引速度達(dá)到 12～18m/min、調(diào)動(dòng)速度達(dá)到 30m/min,實(shí)現(xiàn)工作面記憶截割,液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化推移;基于智能、視頻與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的巷道集中控制和地面遠(yuǎn)程監(jiān)控,在中厚煤層實(shí)現(xiàn)工作面年產(chǎn) 10Mt。液壓支架壽命達(dá)到 60000次循環(huán),采煤機(jī)大修周期 10Mt以上,刮板輸送機(jī)過(guò)煤量 15Mt以上。掘進(jìn)機(jī)實(shí)現(xiàn)遙控和姿態(tài)智能控制,支掘平行作業(yè),快速掘進(jìn)月進(jìn)尺達(dá)到 1000m。重點(diǎn)開(kāi)展超長(zhǎng)工作面參數(shù)與系統(tǒng)配套技術(shù)研究;超長(zhǎng)運(yùn)距大運(yùn)量刮板輸送機(jī)及關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)研究;數(shù)字化記憶截割采煤機(jī)及關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)研究;工況自動(dòng)耦合型液壓支架及關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)研究;超長(zhǎng)運(yùn)距帶式輸送機(jī)動(dòng)態(tài)分析與控制關(guān)鍵技術(shù)研究;工作面數(shù)字化、自動(dòng)化和信息化控制模式裝備開(kāi)發(fā)等。

4.3 復(fù)雜難采煤層高效開(kāi)采成套裝備技術(shù)開(kāi)發(fā)

針對(duì)我國(guó)煤層地質(zhì)條件復(fù)雜、開(kāi)采困難、采出率低等問(wèn)題,加大對(duì)復(fù)雜難采煤層高效開(kāi)采成套裝備技術(shù)的研究,保證煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。主要應(yīng)從急傾斜、大傾角煤層開(kāi)采成套技術(shù)與裝備開(kāi)發(fā)研究;薄和極薄煤層高效開(kāi)采和無(wú)人自動(dòng)化工作面成套技術(shù)與裝備研發(fā);廢棄煤炭資源復(fù)采工藝技術(shù)與裝備的研究和特殊開(kāi)采和特殊支護(hù)技術(shù)與裝備的研究等方面,進(jìn)行重點(diǎn)攻關(guān)。

4.4 中小型礦井綜合機(jī)械化開(kāi)采技術(shù)與裝備開(kāi)發(fā)

我國(guó)中小煤礦數(shù)量多、分布廣、技術(shù)基礎(chǔ)差、發(fā)展不平衡,開(kāi)發(fā)適應(yīng)中小型礦井的綜合機(jī)械化開(kāi)采技術(shù)與裝備是“十一五”和今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期開(kāi)采裝備技術(shù)開(kāi)發(fā)的重要方向之一。

應(yīng)重點(diǎn)開(kāi)展中小煤礦綜采工作面參數(shù)優(yōu)化與回采工藝、設(shè)備選型與配套技術(shù)研究;多功能組合式液壓支架研制;適用于短長(zhǎng)壁開(kāi)采的大功率短機(jī)身單臂電牽引采煤機(jī)研制;急傾斜薄煤層綜合機(jī)械化開(kāi)采技術(shù)與裝備研發(fā);急傾斜特厚煤層水平分層放頂煤機(jī)械化開(kāi)采裝備研制。

同時(shí),應(yīng)開(kāi)發(fā)中小煤礦短壁機(jī)械化開(kāi)采成套技術(shù)與裝備,進(jìn)行中小型礦井連續(xù)采煤機(jī)及薄煤層、超厚煤層短壁機(jī)械化開(kāi)采工藝技術(shù)研究;4.5m以下巷道窄型、薄煤層、超厚煤層連續(xù)采煤機(jī)短壁工作面開(kāi)采技術(shù)與裝備;電牽引采掘一體機(jī)及后配套技術(shù)裝備;露天礦連續(xù)開(kāi)采運(yùn)輸工藝及裝備;帶錨護(hù)裝置連續(xù)采煤機(jī)的研制;柴油機(jī)新型梭車。

4.5 開(kāi)采裝備先進(jìn)制造技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展

預(yù)計(jì) “十二五”期間,高端采掘成套裝備需求將大幅度提高。加快高端采掘成套裝備開(kāi)發(fā)、集成和生產(chǎn)制造能力建設(shè),是 “十二五”期間煤礦裝備制造業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。

首先,要大力推進(jìn)煤礦裝備產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,重點(diǎn)發(fā)展一批有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的大型煤炭機(jī)械裝備制造企業(yè)集團(tuán),增強(qiáng)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)重大成套技術(shù)裝備的開(kāi)發(fā)能力、制造能力和技術(shù)服務(wù)能力,向信息化、成套化、集聚化的產(chǎn)業(yè)格局轉(zhuǎn)變,培育行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)。同時(shí),大力推進(jìn)煤炭專用裝備和關(guān)鍵元部件制造企業(yè)向 “專、精、特、新”方向發(fā)展,加強(qiáng)研發(fā)、設(shè)計(jì)的產(chǎn)學(xué)研合作,提高元部件可靠性,形成煤炭裝備制造專業(yè)化協(xié)作體系。

第二,以提高煤炭重大裝備集成能力為主線,發(fā)展高效可靠、節(jié)能環(huán)保、替代進(jìn)口的成套產(chǎn)品,加快高端采掘成套裝備開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)制造能力建設(shè),提高煤礦裝備制造水平;依托重點(diǎn)工程,實(shí)現(xiàn)核心技術(shù)和系統(tǒng)集成能力的突破;以點(diǎn)帶面,通過(guò)自主設(shè)計(jì)和自主制造,帶動(dòng)基礎(chǔ)裝備和一般機(jī)械裝備產(chǎn)品及零部件生產(chǎn)制造水平的全面提升。

第三,“十二五”期間,應(yīng)加快煤礦裝備標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)、提升產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)水平;加大制造工藝技術(shù)引進(jìn)與開(kāi)發(fā),實(shí)現(xiàn)工藝計(jì)算機(jī)化、加工數(shù)控化、裝配工藝數(shù)據(jù)化;提高制造裝備和檢測(cè)裝備水平,提高員工素質(zhì),將企業(yè)精益生產(chǎn)和全面質(zhì)量管理落到實(shí)處。應(yīng)重點(diǎn)開(kāi)展高端材料及其機(jī)器人焊接工藝的研究開(kāi)發(fā),CAM等先進(jìn)加工制造關(guān)鍵技術(shù)與工藝的研究開(kāi)發(fā)和關(guān)鍵元部件制造技術(shù)的開(kāi)發(fā)研究,著力提高整機(jī)的質(zhì)量穩(wěn)定性和可靠性。大力推進(jìn)高端開(kāi)采裝備產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化,建設(shè)世界煤機(jī)強(qiáng)國(guó)。

4.6 “十二五”煤機(jī)裝備制造業(yè)產(chǎn)業(yè)政策建議

第一,根據(jù)國(guó)務(wù)院頒發(fā)的《關(guān)于加快振興裝備制造業(yè)的若干意見(jiàn)》,應(yīng)加強(qiáng)政府的引導(dǎo)和調(diào)控作用,加快制定我國(guó)重大煤礦裝備發(fā)展技術(shù)政策,一是為我國(guó)煤礦裝備制造業(yè)制定中長(zhǎng)期技術(shù)引進(jìn)和自主創(chuàng)新發(fā)展規(guī)劃奠定基礎(chǔ);二是將提高重大煤礦裝備技術(shù)水平列入我國(guó)重點(diǎn)科技發(fā)展指南,重點(diǎn)支持系統(tǒng)成套技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)以及關(guān)鍵共性制造技術(shù)、基礎(chǔ)性技術(shù)和原創(chuàng)性技術(shù)的研究開(kāi)發(fā),通過(guò)技術(shù)完善,提高成套裝備配套能力、可靠性和智能化水平;三是將培育具有國(guó)際先進(jìn)開(kāi)發(fā)、制造、集成與服務(wù)綜合能力的大型煤礦裝備制造集團(tuán)列入國(guó)家重大裝備產(chǎn)業(yè)化專項(xiàng)計(jì)劃,在政策、資金與稅收各領(lǐng)域加以扶持,最終實(shí)現(xiàn)高端產(chǎn)品領(lǐng)域完全替代進(jìn)口,實(shí)現(xiàn)重大煤礦裝備的國(guó)產(chǎn)化,滿足大型煤炭基地建設(shè)和高產(chǎn)高效礦井建設(shè)需求。

第二,充分發(fā)揮轉(zhuǎn)制科研院所技術(shù)優(yōu)勢(shì),推進(jìn)高端煤機(jī)成套裝備進(jìn)步。在推進(jìn)高端煤礦成套裝備進(jìn)步的進(jìn)程中,仍應(yīng)立足于轉(zhuǎn)制型科技企業(yè)為技術(shù)開(kāi)發(fā)支撐,與優(yōu)勢(shì)煤礦裝備生產(chǎn)企業(yè)加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作,創(chuàng)造聯(lián)合開(kāi)展相關(guān)理論、基礎(chǔ)和共性關(guān)鍵技術(shù)與裝備開(kāi)發(fā)的合作模式,提高行業(yè)關(guān)鍵技術(shù)與裝備研發(fā)效率,加快推進(jìn)高端煤礦成套裝備進(jìn)步。

第三,我國(guó)煤礦裝備制造業(yè)現(xiàn)行的煤礦產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)普遍低于國(guó)際同類產(chǎn)品的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),編制籠統(tǒng)、不精細(xì),特別是缺乏對(duì)各工藝環(huán)節(jié)和可靠性與壽命的規(guī)定,缺乏成套裝備集成的標(biāo)準(zhǔn)體系,造成整機(jī)與核心元部件制造水平落后,成套裝備的配套能力差。因此,要充分發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)煤礦裝備制造業(yè)進(jìn)步的推進(jìn)作用,提高國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的等級(jí),完善我國(guó)煤礦裝備制造標(biāo)準(zhǔn)體系,為我國(guó)煤礦裝備產(chǎn)品參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)創(chuàng)造條件。

第四,要應(yīng)用稅收杠桿支持培育國(guó)產(chǎn)高端成套煤礦裝備制造。通過(guò)調(diào)整進(jìn)口稅收優(yōu)惠政策,將大型煤礦裝備列入國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的重大技術(shù)裝備和產(chǎn)品,通過(guò)制定專項(xiàng)進(jìn)口稅收政策,對(duì)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)為開(kāi)發(fā)、制造這些裝備而進(jìn)口的部分關(guān)鍵配套部件和原材料,免征進(jìn)口關(guān)稅或?qū)嵭邢日骱蠓?進(jìn)口環(huán)節(jié)增值稅實(shí)行先征后返。同時(shí),取消煤礦裝備整機(jī)和成套設(shè)備的進(jìn)口免稅政策,提高進(jìn)口稅率;并加強(qiáng)設(shè)備進(jìn)口的管理,為實(shí)現(xiàn)裝備國(guó)產(chǎn)化的消化吸收創(chuàng)造條件。

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[12]王國(guó)法 .高端液壓支架及其先進(jìn)制造技術(shù) [M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2010.

[13]李明忠 .堅(jiān)硬頂板條件下綜采面設(shè)備選型及液壓支架設(shè)計(jì)[J].煤礦開(kāi)采,2010,15（4）:83-84,97.

Prospect of CoalMin ing EquipmentDevelopment in 12th Five-year Plan of China

WANG Guo-fa
（CoalMining&DesigningDepartment,Tiandi Science&Technology Co.,Ltd,Beijing 100013,China）

By reviewingmain developmentphrases of complete setof equipment for full-mechanized mining face,great technical breakthrough in full-mechanized mining and caving powered support and accessory equipment for large mining-height face during 11th Fiveyear-plan period was introduced mainly.From 3 aspects including technology of high-efficiency and automatic complete set ofmining equipment,technology of high-efficiencymining coal-seam with complex condition and advanced manufacturing technology ofmining equipments,development of complete set of equipment for high-efficiencymining face in 12th Five-year-plan was prospected.

full-mechanized mining face;complete set of equipment;technology development;technology innovation

TD35;TD4

A

1006-6225（2011）03-0019-06

2011-03-01

國(guó)家“十一五”科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目:年產(chǎn)千萬(wàn)噸級(jí)礦井大采高綜采成套裝備技術(shù) （2007BAB13B01）

王國(guó)法 （1960-）,男,山東文登人,研究員,博士生導(dǎo)師,現(xiàn)任煤炭科學(xué)研究總院首席科學(xué)家,天地科技開(kāi)采裝備技術(shù)研究所所長(zhǎng),兼任中國(guó)煤炭工業(yè)煤礦專用設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)支護(hù)設(shè)備分會(huì)副主任委員,中國(guó)煤炭工業(yè)技術(shù)委員會(huì)委員,中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)支護(hù)專業(yè)委員會(huì)專家組成員。

[責(zé)任編輯:施紅霞 ]