摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各個(gè)煤炭企業(yè)對(duì)采煤機(jī)的需求量開(kāi)始增加。經(jīng)過(guò)多年的自主研發(fā)與國(guó)外先進(jìn)科技的引進(jìn)，我國(guó)的大功率采煤機(jī)技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步，但與國(guó)外相比，我國(guó)的大功率采煤機(jī)在可靠性與機(jī)器性能方面還是存在不小的差距。文章在對(duì)大功率采煤機(jī)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，對(duì)其最新的發(fā)展方向也進(jìn)行了探索。

關(guān)鍵詞：大功率采煤機(jī)；采煤技術(shù)；煤炭企業(yè)；采煤設(shè)備；煤礦生產(chǎn) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TD421 文章編號(hào)：1009-2374（2015）35-0149-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.35.074

采煤設(shè)備的性能與水平直接與煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益、生產(chǎn)技術(shù)水平、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力掛鉤。隨著科學(xué)技術(shù)的新發(fā)展，我國(guó)煤炭開(kāi)采企業(yè)對(duì)大功率、高性能采煤機(jī)的需求量猛增。但由于我國(guó)的科技發(fā)展與國(guó)外相比還是存在較大差距，因此我國(guó)在這一塊的研究上還相對(duì)比較薄弱，需要依賴于從國(guó)外進(jìn)口先進(jìn)機(jī)械設(shè)備。

1 我國(guó)采煤技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)因?yàn)槊旱V實(shí)際生產(chǎn)的需要，曾從國(guó)外大量引進(jìn)液壓牽引采煤機(jī)。通過(guò)“引進(jìn)來(lái)”的相關(guān)措施，我國(guó)在20世紀(jì)80年代曾經(jīng)采用一些比較獨(dú)特的方法來(lái)引進(jìn)國(guó)外有關(guān)采煤機(jī)的技術(shù)，這些技術(shù)包括了液壓牽引采煤技術(shù)以及直流電牽引采煤機(jī)技術(shù)等。通過(guò)對(duì)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的借鑒與消化，我國(guó)已經(jīng)初步掌握了國(guó)際先進(jìn)交流變頻電牽引采煤技術(shù)，直到2005年，我國(guó)已經(jīng)掌握了大功率采煤機(jī)在煤炭實(shí)際開(kāi)采中的技術(shù)。國(guó)際采煤機(jī)技術(shù)研發(fā)的不斷更新，大功率電牽引采煤機(jī)已經(jīng)在歐美等國(guó)開(kāi)始使用，液壓式采煤機(jī)被電牽引采煤機(jī)所取代已經(jīng)成為了煤炭開(kāi)采技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。目前來(lái)講，不斷完善的交流變頻調(diào)速技術(shù)讓我國(guó)的采煤機(jī)研發(fā)技術(shù)漸漸與國(guó)際化水平相接軌。為了使特大礦井能夠滿足高產(chǎn)量的需求，國(guó)家把可以采集千萬(wàn)噸的煤炭井下綜合采掘設(shè)備投入到實(shí)際研發(fā)過(guò)程中去。就目前而言，我國(guó)一些公司生產(chǎn)的采煤機(jī)具備一些明顯優(yōu)勢(shì)，如檢測(cè)功能優(yōu)良、裝機(jī)功率高以及控制方法優(yōu)化等。齒輪-齒軌式的牽引是該設(shè)備的主要特點(diǎn)，它的操作控制點(diǎn)主要集中在機(jī)身的兩端及中間，可以按住手把或者是操作按鈕，還可以進(jìn)行無(wú)線電離機(jī)遙控。這種采煤機(jī)的構(gòu)成方式主要有兩種，分別是交流變頻與主控制系統(tǒng)、回路電控系統(tǒng)，電控系統(tǒng)的額定電壓是固定的，通過(guò)箱內(nèi)裝載的牽引變壓器就可以將額定電壓轉(zhuǎn)換成適合供給變頻調(diào)速系統(tǒng)工作的正常電壓。變頻調(diào)速系統(tǒng)是兩臺(tái)構(gòu)成主從關(guān)系的變頻器用一拖一驅(qū)動(dòng)的方式來(lái)控制系統(tǒng)，從變頻器中輸入的控制指令由主變頻器來(lái)控制，主控制系統(tǒng)可以經(jīng)過(guò)工業(yè)總線來(lái)收集變頻器的工作信息。當(dāng)有部分變頻器發(fā)生了故障時(shí)，工作人員可以通過(guò)及時(shí)停止繼電器來(lái)達(dá)到使采煤機(jī)暫停工作的目的，而且擁有完善保護(hù)功能的變頻器可以適應(yīng)各種工作環(huán)境。

2 我國(guó)大功率采煤機(jī)技術(shù)與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的差距

經(jīng)過(guò)將近幾十年的發(fā)展，我國(guó)的煤礦綜合機(jī)械化采煤設(shè)備的發(fā)展已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步，在某些方面的技術(shù)研究上，甚至高于國(guó)際水平。但我國(guó)的國(guó)產(chǎn)采煤設(shè)備出口量較少，在國(guó)內(nèi)自主應(yīng)用得較多，跟國(guó)外的一些技術(shù)發(fā)展較為先進(jìn)的國(guó)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(chǔ)理論研究薄弱

一些采煤機(jī)械技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家非常重視對(duì)基礎(chǔ)元部件的理論研究，同時(shí)還強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)需要先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念作為重要的支撐點(diǎn)。但在我國(guó)國(guó)內(nèi)，無(wú)論是國(guó)家的相關(guān)科研院所還是產(chǎn)品制造商，他們都忽視了對(duì)基礎(chǔ)理論進(jìn)行探索及研究，只單純注重追求技術(shù)應(yīng)用。在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)機(jī)械設(shè)備時(shí)，只注重形式上的研究，而沒(méi)有對(duì)設(shè)計(jì)的原理及設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)方式進(jìn)行深入的研究，進(jìn)而使得我國(guó)的采煤機(jī)制造技術(shù)止步不前，沒(méi)有掌握真正的核心技術(shù)，進(jìn)而使得制造出來(lái)的一些機(jī)械元件存在各方面的缺陷，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到國(guó)際相關(guān)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的穩(wěn)定性與可靠性。自動(dòng)化采煤機(jī)有兩個(gè)方面，分別是調(diào)速與調(diào)高，從目前的發(fā)展情況上看，國(guó)際的交流變頻電牽引采煤機(jī)的自動(dòng)調(diào)速技術(shù)已經(jīng)臻于完善，采取矢量控制的方式來(lái)對(duì)額定轉(zhuǎn)速進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，采取的主從控制技術(shù)讓采煤機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)從一臺(tái)變頻器帶動(dòng)兩臺(tái)多電機(jī)變成兩臺(tái)變頻器來(lái)分別帶動(dòng)兩臺(tái)多電機(jī)。因此，我國(guó)國(guó)內(nèi)與國(guó)外自動(dòng)采煤機(jī)技術(shù)的差距主要是體現(xiàn)在對(duì)自動(dòng)調(diào)高的控制上。自動(dòng)采煤機(jī)技術(shù)發(fā)展需要在研究國(guó)外相關(guān)先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)國(guó)內(nèi)的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行改革和調(diào)整，把質(zhì)量與性能放在首位。要讓采煤機(jī)可以在其自動(dòng)運(yùn)行的過(guò)程中正確分辨煤巖界面，就需要在對(duì)開(kāi)采地的實(shí)際情況進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上調(diào)整相關(guān)機(jī)械的高度與結(jié)構(gòu)。歐美等國(guó)為了讓滾筒采煤機(jī)可以進(jìn)行自動(dòng)調(diào)高，對(duì)一些機(jī)械的制作原理及方向都進(jìn)行了相關(guān)的探究，現(xiàn)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(chǎn)問(wèn)題。設(shè)計(jì)這些機(jī)械的主要原理就是要把煤巖分界識(shí)別傳感器應(yīng)用到計(jì)算機(jī)上來(lái)加以控制實(shí)施，進(jìn)而可以對(duì)煤巖裝置及煤巖分界識(shí)別裝置傳感器。現(xiàn)在正在應(yīng)用在實(shí)際煤炭開(kāi)采過(guò)程中或是正在研究或處于試驗(yàn)階段的幾種煤巖識(shí)別方法及分析系統(tǒng)主要有噪聲紅外線、振動(dòng)頻譜分析、放射性同位素、記憶智能程控等，最容易實(shí)現(xiàn)的是控制系統(tǒng)及記憶智能煤巖分界識(shí)別系統(tǒng)，這些系統(tǒng)在煤炭的實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中也使用得最為廣泛。在20世紀(jì)80年代初，我國(guó)國(guó)內(nèi)的一些相關(guān)院校開(kāi)始對(duì)采煤機(jī)的自動(dòng)化操作技術(shù)進(jìn)行研究，其中研究最多的就是滾筒采煤機(jī)自動(dòng)化技術(shù)。

2.2 缺少核心科技

我國(guó)產(chǎn)品的研發(fā)主要是基于從國(guó)外引進(jìn)與借鑒，進(jìn)行相應(yīng)的仿制，但缺乏自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，創(chuàng)新能力不足，通過(guò)從國(guó)外引進(jìn)液壓支架電液閥、地面通用變頻器，再經(jīng)過(guò)拆卸與改裝來(lái)滿足煤炭實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中的抗干擾、抗凝霧的要求。但我們改裝過(guò)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(yuǎn)程通訊和集中控制技術(shù)上，與國(guó)外相比還存在差距。在我國(guó)目前來(lái)講，最先進(jìn)的莫過(guò)于研制出了工作面可以進(jìn)行三機(jī)聯(lián)動(dòng)控制的采煤機(jī)。采煤機(jī)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(dòng)油封。我國(guó)國(guó)內(nèi)的采煤機(jī)油封在材質(zhì)上、結(jié)構(gòu)上及機(jī)械的制造精度上都要明顯差于國(guó)外同類產(chǎn)品。

2.3 使用壽命不足，性能及可靠性較差

我國(guó)的采煤機(jī)采用的機(jī)械原件有軸承、電機(jī)、密封件等，這些機(jī)械元件的可靠性差、使用壽命短，在性能方面也與國(guó)外先進(jìn)的機(jī)械元件之間存在不小的差距。國(guó)外的大功率采煤機(jī)在設(shè)備加工、材料性能、人員素質(zhì)、組裝調(diào)試方面都優(yōu)先于國(guó)內(nèi)的加工生產(chǎn)。這是因?yàn)槲覈?guó)的機(jī)械研發(fā)重型輕質(zhì)，只注重于結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)研究，而忽視了對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的可靠性及使用性能方面進(jìn)行探索，因此造成了我國(guó)制造業(yè)技術(shù)水平相對(duì)落后，與國(guó)外的發(fā)展水平存在較大的差距。

3 國(guó)內(nèi)大功率采煤機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

采煤機(jī)技術(shù)的不斷研究發(fā)展，使我國(guó)煤礦開(kāi)采的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)及采煤機(jī)技術(shù)的研究方向主要集中于對(duì)大型采煤機(jī)高自動(dòng)化及高可靠性，設(shè)計(jì)出適應(yīng)性強(qiáng)、能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的機(jī)械產(chǎn)品。大功率采煤機(jī)的研究方向應(yīng)該從以下方面展開(kāi)：

3.1 研究推廣電牽引方式采煤機(jī)

我國(guó)目前還在引用傳統(tǒng)的液壓牽引采煤機(jī)，但在國(guó)外，對(duì)傳統(tǒng)液壓牽引采煤機(jī)的使用卻很少，雖然還會(huì)生產(chǎn)這種機(jī)器，但規(guī)模較小，電牽引采煤機(jī)這種煤炭開(kāi)采設(shè)備存在多方面的優(yōu)點(diǎn)，所以外國(guó)的大功率采煤機(jī)一般是用電牽引的方式。傳統(tǒng)的液壓牽引采煤機(jī)存在性能較差、可靠性不足、使用壽命短的缺點(diǎn)，但我國(guó)由于資金與技術(shù)的原因，目前沿用最廣的還是傳統(tǒng)的液壓牽引采煤機(jī)。但隨著煤炭開(kāi)采需求量的不斷加大，這種低效率、高能耗的采煤機(jī)器已經(jīng)逐漸不能滿足市場(chǎng)對(duì)煤炭的巨大需求，因此我國(guó)未來(lái)大功率采煤機(jī)的研究發(fā)展方向就是開(kāi)展電牽引采煤機(jī)專項(xiàng)研究，掌握核心科技，加強(qiáng)對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)，不斷衍生研究方向，進(jìn)而完善國(guó)內(nèi)大功率采煤機(jī)存在的不足，讓我國(guó)的大功率采煤機(jī)技術(shù)能夠踏入國(guó)際先進(jìn)行列。

3.2 提升采煤機(jī)的功率

國(guó)外的采煤機(jī)一般具有較大的功率，功率加大，采煤機(jī)的牽引速度及牽引力也會(huì)大幅度增加，采用大功率采煤機(jī)已經(jīng)成為了我國(guó)提高煤炭開(kāi)采效率的重要途徑。我國(guó)大功率采煤機(jī)的研究方向應(yīng)該向加大采煤機(jī)的功率發(fā)展，目標(biāo)是要讓采煤機(jī)的壽命完成整機(jī)兩千萬(wàn)噸的采煤量。

3.3 引入交流變頻調(diào)速牽引系統(tǒng)

交流變頻調(diào)速牽引系統(tǒng)有維護(hù)簡(jiǎn)單、技術(shù)先進(jìn)、可靠性高、性能強(qiáng)、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，所以這種技術(shù)在國(guó)外發(fā)展得較快。使用交流變頻調(diào)速牽引來(lái)取代傳統(tǒng)直流牽引，已經(jīng)成為了我們國(guó)家今后的主要發(fā)展趨勢(shì)。使用兩個(gè)變頻器來(lái)分別拖動(dòng)兩臺(tái)牽引機(jī)可以更好地對(duì)牽引系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)和控制，采用一拖一的牽引系統(tǒng)是電牽引技術(shù)發(fā)展的另一個(gè)新方向。

3.4 完善自動(dòng)化控制系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)工作影像可靠性傳輸需要開(kāi)發(fā)出新型的遠(yuǎn)距離無(wú)線高速信號(hào)傳遞裝置，研究的方向主要集中在高性能、抗干擾、抗熱效應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作的嵌入式礦用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。強(qiáng)化專家診斷電控系統(tǒng)、采煤機(jī)工作面自動(dòng)化運(yùn)行系統(tǒng)，注重研制記憶截割采煤機(jī)系統(tǒng)、顯示與信息傳輸系統(tǒng)。

3.5 逐步發(fā)展小型配電器

目前的電器設(shè)備趨于小型化，這是由于隨著采煤機(jī)功率的不斷增加，與其相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)及變頻器的體積要與之相適應(yīng)。完善采煤機(jī)對(duì)煤層深淺的適應(yīng)性需要調(diào)節(jié)整機(jī)的布置結(jié)構(gòu)，使電器設(shè)備小型化就是完善采煤機(jī)結(jié)構(gòu)布置的關(guān)鍵。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)的大功率采煤機(jī)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，已經(jīng)取得了較大的進(jìn)步，但在性能與可靠性方面，還是與發(fā)達(dá)國(guó)家之間存在不小的差距。隨著煤炭生產(chǎn)對(duì)大功率、高可靠性采煤機(jī)的需求猛增，為了適應(yīng)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)，發(fā)展大功率采煤機(jī)是必行之路。

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作者簡(jiǎn)介：張勇（1971-），男，內(nèi)蒙古鄂爾多斯人，神木縣隆德礦業(yè)有限責(zé)任公司工程師，研究方向：煤礦機(jī)械開(kāi)采與機(jī)電設(shè)備。

（責(zé)任編輯：蔣建華）