中国综采采煤机技术的创新探究.pdf

2020 年第 7 期2020 年 7 月 当前，煤炭在中国的能源结构中仍占据着重要位 置，采煤机为综采作业的关键设备，中国的采煤机设 计和制造技术已经取得很大进步，但加工制造手段与 国外相差较大，故障检测、通信和控制方面还有待提 高，基础理论方面的研究深度不够。这就要求引进和 吸收国外的先进制造经验，把握采煤机技术发展方向， 对采煤机技术进行创新，以更好地提升煤炭开采效率， 有效缓解能源供应紧张的局面。 1中国采煤机技术与世界先进水平的差距 中国的采煤机技术已经过数十年的发展，很多采煤 机生产企业可以研制出采高和功率都很高的采煤机产 品，比如单摇臂截割电机运行功率可以达到 1 000 kW[1]。 与德国等制造采煤机的先进国家相比，采煤机机械设 备重要部位的可靠性、应用范围等还需要进一步提高 和扩大，在电液传动、总体设计方面与先进水平还有 很大的差距。 1.1可靠性 中国的煤炭基础工业起步较晚，采煤机生产材料、 零部件等质量还达不到发达国家的水平，这就使得中 国采煤机产品可靠性较差，不具备较长的使用寿命， 比如采煤机齿轮使用期限只能达到 10 000 h，国外性 能先进的采煤机齿轮使用期限可达到 20 000 h。 1.2生产工艺 中国采煤机组装所需要的零部件仍旧利用普通的机 床设备进行加工，无法达到较高的加工精度。在对零部 件进行装配的过程中，还没有配套的装配工具，装配工 艺也无法有效地控制。 1.3自动控制 先进的大功率电牵引采煤机都应用了自动控制技 术，配套多种传感器，工作人员可以实时监测采煤机运 行信息。良好的人机界面可以提供文字、图形和数据曲 线，可以对数据信息进行处理[2]。中国的电牵引采煤机 多利用 PLC 进行控制，配套的传感器数量较少，而且 传感器数据采集精度也不够，无法获取到采煤机重要的 运行信息，控制功能也相对较少。一些功能完善的采煤 机还配置有高清摄像头，可以利用网络技术实时回传采 煤机位置信息，然后经过光缆把视频信号传输到巷道监 控主站。中国的采煤机自动控制技术虽然也取得很大的 进步，但还没有达到利用远程控制技术建立自动工作面 的能力，还需要加强该方面的研发。 1.4基础理论 国外采煤机之所以具有很高的可靠性，是因为对基 础研究投入了很多的资金和精力。中国在采煤机基础研 究方面还不够深入，很多采煤机企业只注重生存和经济 效益，并没有对基础理论进行深入的研究；多注重新机 型的研发，但不能配备功能完善的采煤机自适应控制系 统，在数据信息远传系统和故障诊断系统等方面投入和 研发较少。比如在煤岩分界传感技术方面，很多国家 收稿日期2020-01-15 作者简介陈雅智，1991年生，男，河北唐山人，2015年毕业于黑 龙江科技大学采矿工程专业，助理工程师。 中国综采采煤机技术的创新探究 陈雅智 （ 山西晋煤集团晋圣矿业投资有限公司，山西 晋城 048000 ） 摘要 中国的综采采煤机研制经历了引进、吸收和仿制等多个阶段，现在已经具备生产综采配套采煤机产品的能力， 但与国外先进水平还有着很大的差距，需要加强对可靠性、生产工艺、故障检测、自动控制、加工材料和基础理论方面 的研究，不断提高国产采煤机的整体性能。对中国采煤机技术与世界先进水平的差距进行了分析，并对采煤机技术发展 方向进行了深入的探讨，以供相关人员参考。 关键词 综采；采煤机；技术创新；牵引系统；电气系统 中图分类号 TD421.6文献标识码 A文章编号 2095-0802-202007-0138-02 Research on the Technical Innovation of Fully Mechanized Mining Shearer in China CHEN Yazhi Jinsheng Mining Investment Co., Ltd., Jincheng Anthracite Mining Group of Shanxi, Jincheng 048000, Shanxi, China Abstract The development of fully mechanized mining shearer in China has experienced many stages, such as introduction, absorption and imitation. At present, China has the ability to produce fully mechanized supporting shearer products, but there is still a big gap with the advanced level of foreign countries. It is necessary to strengthen the research on reliability, production technology, fault detection, automatic control, processing materials and basic theory, and constantly improve the overall perfor- mance of domestic shearer. This paper analyzed the gap between Chinas shearer technology and the worlds advanced level, and probed into the development direction of shearer technology for reference of relevant personnel. Key words fully mechanized mining; shearer; technical innovation; traction system; electrical system （总第 178 期） 技术研究 138 2020 年 7 月2020 年第 7 期 （上接 121 页） 参考文献 ［1］ 王正， 戴立明.变频调速系统在空压机运行中的应用 ［J］ .科技 与创新， 201823 149-150. ［2］ 程莹萍.基于变频技术的空压机调速系统 ［J］ .机械管理开发， 2019， 348 242-243. ［3］ 兰树霖.基于 PLC 控制器的空压机调速系统 ［J］ .自动化应用， 20199 21-22. ［4］ 张晓静.螺杆式空气压缩机变频调速系统研究 ［J］ .自动化应 用， 20199 55-56. ［5］ 肖乐， 顾乐， 王锴磊， 等.高压变频器在螺杆式空压机中的应 用 ［J］ .变频器世界， 201711 80-85. ［6］ 王其林， 马振洋.空压机变频调速控制技术的应用 ［J］ .电世 界， 2018， 5910 51-53. （ 责任编辑白洁 ） 对其进行了多年的研究，已经形成 20 余种煤岩分界传 感识别理论，一些理论已经应用到采煤机生产当中， 还有的正处于性能试验阶段，比如雷达探测、振动频 谱分析、红外线等识别技术。国内对煤岩分界传感技 术的研究始于 20 世纪 80 年代，很多煤炭科研机构对自 动调高控制技术进行了大量的研究，曾开展过记忆截 割自动调高方面的试验，还针对调高油缸产生的液压 振动进行性能方面的测试，从而对煤岩进行分析和识 别，只开展过理论方面的试验。一些院校还应用天然 酌 射线进行过工业试验，受到多方面因素的制约，很多 理论并没有应用到实践中。近些年来，学术杂志上没 有发现对煤岩分界和自动调高方面的研究，可见中国 基本理论方面的研究还是很薄弱的。加强采煤机核心 技术方面的研究，达到国外先进水平，是摆在科研人 员面前的一项紧迫任务。 2采煤机技术发展方向 近些年来，随着科学技术取得很大的进步，综采 装备获得了新的进展，美国、德国等公司研发出新型的 综采设备，可以满足煤矿井下无人值守开采工作面的要 求，采煤机不断向安全、可靠、智能化等方向发展。 2.1强力销轨式牵引系统 随着采煤机装机功率的不断增大，要求研发配套 的采煤机牵引系统，并且需要牵引系统具备更高的强 度、更好的可靠性和更长的使用期限，强力销轨式牵 引系统是将来采煤机的主要发展方向之一。 2.2网络化模块化分布电气系统 电气控制技术的进步，可以使采煤机具备更强的 模块化、网络化分布控制能力。根据使用功能对模块 单元进行划分，控制系统可以按照用户使用要求配置， 根据不同的功能模块建立采煤机自动控制系统。功能 模块主要包括控制器、信号传感、网络通信、记忆截 割、安全检测等，研发具备新控制功能的模块，可以 更好地推动采煤机技术的发展。 2.3采煤机产品寿命周期设计 现代设计理念和数据分析方法的应用，可以有效 提高采煤机研发质量。虚拟样机技术是采煤机研发的 方向，可以从产品设计、加工工艺、装配、检测等方面 进行全过程仿真，是采煤机企业设计、制造实现信息 化的有效辅助技术。应用虚拟样机技术可以建立三维 模型，实现对采煤机零部件的装配，并进行有限元分 析；可以更好地保证采煤机设计质量，对生产工艺进 行优化，有效缩短采煤机产品的设计、制造时间。 2.4自动化开采技术 采煤自适应技术是综采作业面的重要技术之一， 而记忆截割是该技术的关键。对示范刀进行学习，控 制器利用传感器来感知摇臂角度的改变情况，从而确 定滚筒具体位置信息，结合左右两侧牵引齿轮中的速 度传感器计算出采煤机位置及方向，可以实现对采高、 卧底量、滚筒部位等参数的准确控制，还具有数据存 储、通信等功能。采煤机的截割高度可以根据煤层改 变而自行调整，是进行远程控制研究首先要解决的问 题。液压支架联动技术的应用可以更为精准地得到作 业机械的位置和方向数据，根据信息来对支架动作进 行控制[3]。采煤机与液压支架相互间的数据传输、电气 和液压的控制，是实现两者联动的关键技术。采煤机 与综采工作面输送系统的协调控制，需要监测到工作 面的作业状态，决定着采煤机实际运行速度，如果工 作面刮板输送机出现过载等现象，需要实时对采煤机 工作状态进行调节。应用随机成像技术时，需要在采 煤机上安装高清晰度的感应摄像头，对滚筒位置进行 准确的监测，将监测到的视频传输到监控中心，工作 人员可以据此掌握采煤机的工作状态。自动化通信技 术决定着采煤机与不同作业设备的协同控制效果，需 要在综采面设置光缆，以此来建立数据通信系统，实 现采煤机与主控计算机、支架计算机等的数据通信。 视频监控计算机可以利用光缆建立监测局域网，将数 据信息传输到地面煤矿调度中心，从而实现煤矿综采 面的数据信息交互和远程控制。 3结语 综上所述，中国的综采采煤机技术已经过 40 余年 的发展，采煤机研制技术也不断取得进步，形成了全 系列的综采面采煤机产品，但与世界先进水平还有着 很大的差距，需要加强对采煤机可靠性、自动控制等 方面的研究，还需要对采煤机的设计理念、制造材料、 加工工艺、传感监测等方面进行攻关，实现国内采煤 机研发领域的跨越式发展。 参考文献 ［1］ 张世洪.我国综采采煤机技术的创新研究 ［J］ .煤炭学报， 2010， 3511 1898-1902. ［2］ 杨旭.综采采煤技术创新研究 ［J］ .中国设备工程， 201920 207-209. ［3］ 李树东， 郭帅.我国综采采煤机技术的创新路径分析 ［J］ .工程 技术研究， 20166 248. （ 责任编辑刘晓芳 ） 陈雅智 中国综采采煤机技术的创新探究 139