我国采煤机技术现状与研究方向.pdf

第4 1卷 第4期 2020年8月 煤 矿 机 电 Colliery Mechanical 在机面高度小 于900 mm的情形下， 截割功率已达到500 kW,总装 机功率1 200 kW。适用于9. 0 m特厚煤层开采的 超大型采煤机也已成功应用,标志着我国采煤机技 术在国际上达到了新的高度， 推动整个煤炭工业技 术的发展。 2 大节距行走系统。随着采煤机装机功率、 牵 引力和牵引速度的增大， 对其行走系统的可靠性提 出了更高的要求。采用强度高、 适应性强、 可靠性好 的销轨式行走系统， 是现代采煤机发展的必然选 择[3]。目前销轨节距已从126 mm发展到147 mm、 151 mm。最新推出节距为172 mm、 176 mm的大节 距强力销轨， 相应采煤机的牵引力从60 t级提高到 100 t级、 150 t级 ， 采煤机行走系统的可靠性和使用 寿命大大提高。天地科技股份有限公司上海分公司 于 2018年成功开发了凹凸齿形无链牵引行走系统。 该技术通过对齿形、 材料与工艺优化,以及表面强化 和大深层渗碳技术， 实现了行走系统使用寿命不低 于 6 个月或过煤量500万t。 3 高强度摇臂壳体。为满足高冲击性负载的 摇臂工况需要,要求摇臂壳体具有较好的综合机械 性能， 即在具有较高抗压强度、 屈服强度、 硬度的同 时， 还具有较好的塑性、 韧性。国内现有普通中碳铸 钢摇臂壳体在煤矿上的实际使用情况表明， 由于材 料强度和硬度都比较低， 对高强度采煤和恶劣的工 况条件越来越显得不相适应， 在使用时间不久后摇 臂壳体易发生变形、 拉裂等质量问题， 严重制约了设 备可靠性和生产效率的提高。天地科技股份有限公 司上海分公司通过对采煤机壳体材料、 铸造工艺、 壳 体后续热处理方法和加工方法等的深入研究， 于 2015年开发出CrNi系新铸钢材料和生产、 加工工 艺。新研制的摇臂壳体硬度200 HB,抗拉强度 750 MPa,屈服强度為550 MPa,伸长率 17 ,收缩 率 35 ,冲击功Akv為40 J,使采煤机摇臂壳体综 合机械强度大幅提高， 基本达到国际先进水平。 4 电控保护功能与自动化控制系统。当前采 煤机电控系统具有较全面的保护和监测功能， 如瓦 斯超标断电保护、 与输送机之间的电气闭锁、 温度监 测和热保护;功率监测和恒功率自动控制及过载保 护漏电闭锁。近年来， 采煤机自动化控制技术逐步 发展， 现已实现了采煤机和工作面配套设备间的通 信 ， 基本实现综采工作面的信息传输、 交互和地面远 程控制， 满足了自动化开采需求。采煤机自动化控 制系统能够实现采煤机工作在记忆截割学习模式、 自动重复操作模式、 在线学习（ 修改） 模式， 以及采 煤机与顺槽集控中心数据的实时双向通信。 5 负载敏感技术成功在采煤机上应用。负载 敏感比例阀的速度负载特性好， 流量不受负载变化 的影响， 可实现采煤机调滚筒位置的连续控制和精 准调节。 6 虹膜识别技术。天地科技股份有限公司上 海分公司于2019年 ， 基于虹膜技术， 开发出矿用本 质安全型虹膜采集/识别一体装置， 成功将虹膜识别 技术应用到采煤机开机安全控制上。该技术可以准 确识别煤机操作人员级别， 并有针对性地开放其权 限， 包括采煤机启动及各级电机上电启动权限、 参数 访问权限、 操作提示等， 提高设备使用的安全性。 7 LASC系统成功应用。LASC系统采用高精 度惯性陀螺仪导航技术， 测量采煤机在井下三维空 间的坐标位置。LASC技术可以建立精确的煤田3D 轨迹模型， 实现自动找直功能,保持长壁工作面的直 线度。天地科技股份有限公司上海分公司于2015 年引人澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO LASC综采自动化技术， 并于2016年成功在兖州煤 业转龙湾矿示范应用， 首次在国产采煤机上实现了 高精度的三维空间定位和运行轨迹检测。在实际工 况条件下达到了 300 m长工作面， 小 于 10 cm的定 位测量精度， 实现对工作面液压支架和刮板运输机 自动对齐找直的技术支持。 2国内外采煤机技术差距 目前， 在高端采煤机领域,虽然国产装备与国际 先进煤机的总体技术参数接近， 产品装机功率、 地质 条件适应性等甚至超过国外， 但在产品可靠性、 智能 控制水平方面仍存在一定差距。主要表现在 1 产品可靠性低。我国采煤机整机及关键零 部件的可靠性偏低， 如国内采煤机齿轮寿命一般达 不 到I万h， 而国外先进采煤机的齿轮寿命超过了 2 万h。电气控制系统存在稳定性差的问题， 整机可 使用率普遍低于90 ,而国外一般在9 5 以上。 2 生产制造工艺、 手段相对落后。在生产制造 中， 虽然部分企业已配置进口磨齿机、 热处理炉等先 进设备， 但是采煤机壳体等基本还都是由普通加工 设备来完成， 加工精度难以保证。在装配过程中， 国 内还相对粗放， 没有特别完善可靠的装配工具和先 进的装配工艺[4]。 3 智能控制技术仍有差距。国内不少院校、 科 研院所和企业都在研究基于地理信息系统（GIS的 采煤机定位定姿技术， 也取得了一定的成绩。如中 52 煤矿机电2 0 2 0 年 第 4 丨卷 国矿业大学研制的地理信息系统于2015年成功应 用于山西某煤矿18201工作面， 并取得了不错的效 果3 但较澳大利亚、 美国等国际先进技术， 惯性陀螺 仪的定位误差还比较大。同样是300 m工作面， 国 外先进技术的精度误差可以控制在1〇 cm以内， 而 国内技术的精度误差在50 cm以上。 智慧型环境感知技术方面， 天地科技股份有限 公司上海分公司于2019年在国内率先在采煤机摇 臂截割干涉预警技术方面做了探索与尝试。采用 60 GHz工业级毫米波雷达传感器[ 5 ,避免采煤机在 割煤过程中左右截割滚筒与工作面支架发生碰撞。 但仍处于起步阶段， 较国外先进技术， 在应用成熟 度 、 识别准确率方面还有一定差距。 3采煤机技术研究方向 加强采煤机核心技术的研究， 缩小和国外先进 水平的差距， 是摆在国内煤研人面前的重要任务， 也 是我国采煤机赶超世界先进水平的前提条件。 1 高适应性总体设计关键技术 我国煤炭资源分布广泛， 煤炭资源的赋存条件、 煤质特性等差异显著， 不同煤层厚度煤炭资源的开 采都有各自特定的复杂要求[6]。尤其是随着易采 煤层的减少， 大倾角、 急倾斜、 薄煤层、 断层与解放层 开采、 特厚煤层一次采全高等复杂煤层开采所占比 重日益增加， 地质条件更趋多样化和复杂化， 对煤机 装备在安全性、 适应性及效能发挥等提出严峻考验。 亟需在总体结构设计方面取得突破， 开发高适应性 难采煤层高效自动化采煤机， 以满足煤矿安全高效 绿色智能开采要求。 2 整机及关键元部件可靠性技术 开展长寿命截割机构研发、 关键零部件新材料 与工艺开发、 先进制造技术应用、 专用高可靠性电控 系统等研究。 3 智能控制关键技术 近年来， 我国回采工作面综采智能控制技术与 装备水平大幅提高， 以“ 两化” 深度融合为着力点， 建成了以神东锦界煤矿、 黄陵一号煤矿等条件较好 的工作面为代表的百余个智能化工作面， 并取得了 较 好 的 示 范 效 果 但 由 于 煤 层 赋 存 及 开 采 地 质 条件的复杂性， 在大多数普通条件的工作面， 自动跟 机移架、 自动割三角煤、 记忆割煤等功能应用效果不 佳 ， 煤岩识别、 精确推溜等智能化技术仍停留在技术 研发阶段。围绕全面感知、 智能决策与安全可靠执 行， 发展煤岩界面自动识别与自动调高技术、 装备自 主精确定位和工作面自动找直技术、 机器视觉、 触觉 技术、 智能故障诊断技术、 三机协调控制技术、 工作 面通讯控制技术等， 是今后的技术研究方向。 4结语 经过半个多世纪的发展,我国采煤机技术已有 了长足发展并日益成熟， 形成了适应不同地质条件 的系列化采煤机产品。但是目前我国采煤机技术与 国际先进水平相比， 在可靠性、 智能化控制等方面还 存在一定的差距。采煤机可靠性技术、 新材料和工 艺 、 环境感知、 多信息融合的智能化故障自诊断与控 制技术等， 是今后的研究重点。 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 ] 张世洪， 周常飞薄煤层电牵引采煤机技术研究现状与发展趋 势[J]煤矿机电， 201311-5. [ 3 ] 邱锦波.滚筒采煤机自动化与智能化控制技术发展及应用 [J].煤炭科学技术， 2013,41 11 10-13. [ 4 ] 彭赐灯， 杜锋， 程敬义， 等.美国长壁工作面自动化发展[J].中 国矿业大学学报， 20丨9,484 693-703. [5] HURMANN T. Shearer loader technology today Leading per- ance-The next generation of shearer loaders [ J ] . Coal Internation al,2007 ,255 1 30-34. [ 6 ] 王国法， 杜毅博.智慧煤矿与智能化开采技术的发展方向[J]. 煤炭科学技术， 2019,471 1-I0. [ 7 ] 王国法， 张德生.煤炭智能化综采技术创新实践与发展展望 [J].中国矿业大学学报， 2018,473 459467. 作者简介盛永林（ 1982 ， 男， 工程师。2007年毕业于安徽理工 大学机械设计制造及其自动化专业。现从事采煤机营销管理工作， 发表论文9 篇。 收稿日期2019-11 -11;责任编辑贺琪）