山西省經信委裝備工業(yè)處

裝備研制背景

裝備研制的意義

我國是世界產煤大國，約占世界煤炭產出量50%，我國煤礦開采裝備制造業(yè)生產能力和規(guī)?？胺Q世界最大，但整體技術水平和創(chuàng)新能力卻遠落后于世界先進水平。針對我國煤機裝備制造業(yè)發(fā)展 現(xiàn) 狀， 根 據《國家經濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》和《國務院關于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產業(yè)的決定》精神，加快智能制造裝備的創(chuàng)新發(fā)展和產業(yè)化、推動煤機裝備制造業(yè)轉型升級、提高綜采工作面生產裝備的智能化水平是“十二五”期間煤機裝備制造業(yè)的發(fā)展重點。

圖1 工作面集控平臺與通訊系統(tǒng)示意圖

市場前景

“十二五”期間，煤炭生產以大型煤炭企業(yè)、大型煤炭基地和大型現(xiàn)代化煤礦為主，基本形成穩(wěn)定供應格局，到2015年，形成10個億噸級、10個5 000萬噸級特大型煤炭企業(yè)；全國煤礦采煤機械化程度達到75%以上，千萬噸級煤礦達到60處。

“十二五”煤炭工業(yè)新的發(fā)展形勢對煤礦裝備提出了更高更新的要求，同時帶來了新的發(fā)展機遇。煤炭生產集約化，要求煤礦裝備向成套化、高可靠性方向發(fā)展；煤炭工業(yè)安全生產，對自動化、智能化、信息化的煤礦裝備需求增加。

綜合2000年以來的煤炭產量倍增產生的裝備更新需求、裝備水平提高帶來的升級需求、新建煤礦產生的新增需求和售后服務及零部件需求等因素，預計未來5年對煤機裝備的需求將保持20%以上的增長率。據有關機構預測，煤礦機械裝備的年需求2013年可達1000億元，2015年可達1500億元。

國內外發(fā)展現(xiàn)狀

實現(xiàn)少人、無人的自動化采礦是當前國際采礦界研究的熱點。美國和澳大利亞的煤炭企業(yè)在這方面走在前面，20世紀80年代以來, 他們在工作面采用了計算機（技術）、大功率電牽引采煤機、電液控制的液壓支架和具有軟啟動功能刮板輸送機，實現(xiàn)了工作面三機的自動化及井下環(huán)境安全信息實時監(jiān)測。90年代開始，加拿大、芬蘭、瑞典分別制定了礦山自動化方案，20世紀90年代初，加拿大國際鎳公司（Inco）開始研究遙控采礦技術；1992年，芬蘭采礦工業(yè)宣布智能采礦技術方案；瑞典制定向礦山自動化進軍的“Grountecknik 2000戰(zhàn)略計劃”。

中國智能化采礦發(fā)展相對落后, 國內科研單位也相繼開展了采礦機器人（MR）、礦山地理信息系（MGIS）、三維地學模擬（3DGM）、礦山虛擬現(xiàn)實（MVR）、礦山GPS 定位等方面的技術開發(fā)與應用研究, 在煤礦中的應用取得了一定的成效。2000年9月，北京開采所與北京煤機廠、德國DBT 公司等廠家合作為鐵法煤業(yè)集團小青煤礦裝備了國內第一個薄煤層自動化無人工作面。2004年7月，山東新汶礦業(yè)集團公司從國外引進螺旋鉆機采煤新工藝，工人在工作面以外的地點操作機電設備，可完成破煤、裝煤、運煤等各工序，實現(xiàn)了無人工作面。2005年5月，大同煤礦集團從德國DBT公司引進了一套自動化刨煤機，實現(xiàn)了國內首個薄煤層刨煤機綜采無人工作面。

2007年10月，太重煤機有限公司研制成功我國第一臺智能化電牽引采煤機。中國首個具有自主知識產權的自動化、信息化采煤工作面在潞安環(huán)能股份公司漳村煤礦正式投產，標志著中國煤炭行業(yè)高產、高效礦井建設進入新階段。高產高效開采技術的迅速發(fā)展、綜采自動化工作面安全高效綜合配套技術的發(fā)展，以及大功率電牽引采煤機、液壓支架和刮板輸送機自動控制和工況檢測與故障診斷技術的實現(xiàn)，使工作面自動化程度迅速提高，在地質條件較好的地方（神東地區(qū)），工作面基本實現(xiàn)少人、無人開采。

山西高端智能煤機裝備制造具有的技術基礎

高性能綜采成套裝備技術基礎

承擔了“十一五”國家科技支撐計劃“年產千萬噸級礦井大采高綜采成套裝備及關鍵技術”課題，課題的主要目標是研究解決千萬噸級礦井大采高綜采生產關鍵技術問題，研制開發(fā)大采高綜采成套裝備，建成年產1 000萬噸級綜采示范工作面。項目總投資42 250萬元，課題由太重集團煤機有限公司和山西焦煤西山煤電集團牽頭，由太原理工大學、煤炭科學研究總院開采分院、山西煤機制造有限公司、平陽重工機械有限公司、山西汾西重工機電公司、太原向明機械制造有限公司等九個單位共同參與完成，并在西山煤電集團晉興能源公司斜溝礦成功地進行了工業(yè)試驗。

在此之前，電液主控閥及立柱不銹鋼包覆技術于2009年通過山西省科技廳技術鑒定。電牽引采煤機CAE技術與數(shù)字化設計系統(tǒng)、超重型刮板輸送機CAE技術與數(shù)字化設計系統(tǒng)兩項目于2011年1月通過山西省科技廳技術成果鑒定。

2011年8月13-14日，山西省科技廳課題相關技術成果進行了鑒定，包括：年產千萬噸礦井綜采工作面生產系統(tǒng)關鍵技術、大采高電牽引采煤機及其關鍵技術、大采高電液控制液壓支架及關鍵技術、年產千萬噸級綜采工作面運輸系統(tǒng)關鍵技術研究及配套設備開發(fā)、大運量長距離可伸縮帶式輸送機及其關鍵技術、礦用隔爆兼本質安全型智能負荷控制中心、可伸縮帶式輸送機變頻調速自動張緊裝置。

以上十一項鑒定成果中，其中兩項鑒定結果為國際領先，其余鑒定結果均達到國際先進水平。 “年產千萬噸級礦井大采高綜采成套裝備及關鍵技術”項目的研發(fā)成功及推廣應用，為進一步智能化開發(fā)奠定了良好基礎。

推進高端智能技術裝備研究開發(fā)

2013年6月13日，由太重煤機和西山煤電牽頭承擔,并聯(lián)合山西省內六家煤機企業(yè)共同實施的國家“十二五”智能制造裝備發(fā)展專項“煤炭綜采成套裝備智能系統(tǒng)開發(fā)與示范應用”項目之“智能煤機成套裝備地面驗收聯(lián)動”在太重煤機試車成功。

煤炭綜采成套裝備智能系統(tǒng)開發(fā)與示范應用項目，是由國家發(fā)改委、財政部、工信部共同批復的國家“十二五”智能制造裝備發(fā)展專項項目，已列入國家戰(zhàn)略新興產業(yè)發(fā)展專項資金計劃。2011年，由太重煤機和西山煤電聯(lián)合申報的國家“十二五”智能制造裝備發(fā)展專項——“煤炭綜采成套裝備智能系統(tǒng)開發(fā)與示范應用”項目獲國家財政資金支持。

該項目由采煤機智能控制系統(tǒng)、支架圍巖智能耦合電液控制系統(tǒng)、刮板運輸機智能控制系統(tǒng)、綜采工作面集中控制系統(tǒng)等組成。最終建成智能型千萬噸級安全高效工作面，實現(xiàn)煤炭綜采工作面自動化生產，采煤機、液壓支架和運輸系統(tǒng)智能化控制。目前已完成了綜采成套裝備制造及地面聯(lián)合調試工作，項目已經取得階段性成果。

經濟、社會效益分析

圖2 智能電液控制系統(tǒng)組成

經濟效益

煤炭資源集約化開采的大趨勢使煤炭企業(yè)對高端智能設備的強勢需求成為必然。該設備每套將新增產值約3億元，實現(xiàn)利稅3 000萬元。預計今后每年將新增同類訂貨3~5套，全年新增產值10億元，實現(xiàn)利稅1億元。

隨著我國煤炭資源整合政策的進一步實施，適用于年生產能力500~1 000萬噸綜采工作面成套輸送設備將會有更大的市場需求，該套設備可以為制造企業(yè)帶來更多的經濟效益，勞動生產率也大大提高。

同時也大大提高了應用企業(yè)的經濟效益。

①由于該套智能運輸設備是國內自主研發(fā)，技術水平先進，打破了同類產品國內長期依賴進口的局面，為我國大型煤炭企業(yè)前期設備投入降低了成本，僅相當于國際同類產品招標價格的1/3。

②由于該套設備自動化、智能化水平的提高，因此生產效率大幅度提高，增加了煤礦企業(yè)的經濟效益。

③由于該套設備采用的零部件大規(guī)模國產化，配件產品價格與國際相比更是降低了四分之三，減少了設備后期維護成本。

社會效益

提高綜采技術裝備水平，使我國的綜采裝備的技術水平接近國際先進水平、解決高端產品依賴進口的局面；

對裝備使用企業(yè)可以提高生產水平、擴大生產能力、提高生產效率、降低生產成本、降低工人勞動強度、改善生產環(huán)境、提高煤炭生產的安全性；

對制造企業(yè)可以提高工藝技術水平和制造能力，帶動制造企業(yè)提高管理水平和信息化程度，使產品的附加值大幅度增加，提高市場的競爭力和產品的市場占有率；

直接帶動常規(guī)產品的設計、制造技術提高，使常規(guī)產品的技術含量大為增加，可靠性及自動化程度具有大幅度提高，這一點對使用企業(yè)和制造企業(yè)會產生巨大的經濟效益；

項目涉及研究、工程設計、裝備制造及工程示范，需要高等院校、科研院所、制造企業(yè)及煤炭生產企業(yè)共同合作。因此，可以促進產學研結合，提高多學科、多部門、跨行業(yè)的協(xié)同攻關能力。