山西省經(jīng)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(chǎn)煤大國，約占世界煤炭產(chǎn)出量50%，我國煤礦開采裝備制造業(yè)生產(chǎn)能力和規(guī)模堪稱世界最大，但整體技術(shù)水平和創(chuàng)新能力卻遠(yuǎn)落后于世界先進(jìn)水平。針對(duì)我國煤機(jī)裝備制造業(yè)發(fā)展 現(xiàn) 狀， 根 據(jù)《國家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》和《國務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》精神，加快智能制造裝備的創(chuàng)新發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化、推動(dòng)煤機(jī)裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、提高綜采工作面生產(chǎn)裝備的智能化水平是“十二五”期間煤機(jī)裝備制造業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)。

圖1 工作面集控平臺(tái)與通訊系統(tǒng)示意圖

市場前景

“十二五”期間，煤炭生產(chǎn)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(yīng)格局，到2015年，形成10個(gè)億噸級(jí)、10個(gè)5 000萬噸級(jí)特大型煤炭企業(yè)；全國煤礦采煤機(jī)械化程度達(dá)到75%以上，千萬噸級(jí)煤礦達(dá)到60處。

“十二五”煤炭工業(yè)新的發(fā)展形勢對(duì)煤礦裝備提出了更高更新的要求，同時(shí)帶來了新的發(fā)展機(jī)遇。煤炭生產(chǎn)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(chǎn)，對(duì)自動(dòng)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(chǎn)量倍增產(chǎn)生的裝備更新需求、裝備水平提高帶來的升級(jí)需求、新建煤礦產(chǎn)生的新增需求和售后服務(wù)及零部件需求等因素，預(yù)計(jì)未來5年對(duì)煤機(jī)裝備的需求將保持20%以上的增長率。據(jù)有關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測，煤礦機(jī)械裝備的年需求2013年可達(dá)1000億元，2015年可達(dá)1500億元。

國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

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

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

2007年10月，太重煤機(jī)有限公司研制成功我國第一臺(tái)智能化電牽引采煤機(jī)。中國首個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的自動(dòng)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(chǎn)，標(biāo)志著中國煤炭行業(yè)高產(chǎn)、高效礦井建設(shè)進(jìn)入新階段。高產(chǎn)高效開采技術(shù)的迅速發(fā)展、綜采自動(dòng)化工作面安全高效綜合配套技術(shù)的發(fā)展，以及大功率電牽引采煤機(jī)、液壓支架和刮板輸送機(jī)自動(dòng)控制和工況檢測與故障診斷技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，使工作面自動(dòng)化程度迅速提高，在地質(zhì)條件較好的地方（神東地區(qū)），工作面基本實(shí)現(xiàn)少人、無人開采。

山西高端智能煤機(jī)裝備制造具有的技術(shù)基礎(chǔ)

高性能綜采成套裝備技術(shù)基礎(chǔ)

承擔(dān)了“十一五”國家科技支撐計(jì)劃“年產(chǎn)千萬噸級(jí)礦井大采高綜采成套裝備及關(guān)鍵技術(shù)”課題，課題的主要目標(biāo)是研究解決千萬噸級(jí)礦井大采高綜采生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)問題，研制開發(fā)大采高綜采成套裝備，建成年產(chǎn)1 000萬噸級(jí)綜采示范工作面。項(xiàng)目總投資42 250萬元，課題由太重集團(tuán)煤機(jī)有限公司和山西焦煤西山煤電集團(tuán)牽頭，由太原理工大學(xué)、煤炭科學(xué)研究總院開采分院、山西煤機(jī)制造有限公司、平陽重工機(jī)械有限公司、山西汾西重工機(jī)電公司、太原向明機(jī)械制造有限公司等九個(gè)單位共同參與完成，并在西山煤電集團(tuán)晉興能源公司斜溝礦成功地進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)。

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

2011年8月13-14日，山西省科技廳課題相關(guān)技術(shù)成果進(jìn)行了鑒定，包括：年產(chǎn)千萬噸礦井綜采工作面生產(chǎn)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)、大采高電牽引采煤機(jī)及其關(guān)鍵技術(shù)、大采高電液控制液壓支架及關(guān)鍵技術(shù)、年產(chǎn)千萬噸級(jí)綜采工作面運(yùn)輸系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究及配套設(shè)備開發(fā)、大運(yùn)量長距離可伸縮帶式輸送機(jī)及其關(guān)鍵技術(shù)、礦用隔爆兼本質(zhì)安全型智能負(fù)荷控制中心、可伸縮帶式輸送機(jī)變頻調(diào)速自動(dòng)張緊裝置。

以上十一項(xiàng)鑒定成果中，其中兩項(xiàng)鑒定結(jié)果為國際領(lǐng)先，其余鑒定結(jié)果均達(dá)到國際先進(jìn)水平。 “年產(chǎn)千萬噸級(jí)礦井大采高綜采成套裝備及關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目的研發(fā)成功及推廣應(yīng)用，為進(jìn)一步智能化開發(fā)奠定了良好基礎(chǔ)。

推進(jìn)高端智能技術(shù)裝備研究開發(fā)

2013年6月13日，由太重煤機(jī)和西山煤電牽頭承擔(dān),并聯(lián)合山西省內(nèi)六家煤機(jī)企業(yè)共同實(shí)施的國家“十二五”智能制造裝備發(fā)展專項(xiàng)“煤炭綜采成套裝備智能系統(tǒng)開發(fā)與示范應(yīng)用”項(xiàng)目之“智能煤機(jī)成套裝備地面驗(yàn)收聯(lián)動(dòng)”在太重煤機(jī)試車成功。

煤炭綜采成套裝備智能系統(tǒng)開發(fā)與示范應(yīng)用項(xiàng)目，是由國家發(fā)改委、財(cái)政部、工信部共同批復(fù)的國家“十二五”智能制造裝備發(fā)展專項(xiàng)項(xiàng)目，已列入國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)資金計(jì)劃。2011年，由太重煤機(jī)和西山煤電聯(lián)合申報(bào)的國家“十二五”智能制造裝備發(fā)展專項(xiàng)——“煤炭綜采成套裝備智能系統(tǒng)開發(fā)與示范應(yīng)用”項(xiàng)目獲國家財(cái)政資金支持。

該項(xiàng)目由采煤機(jī)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(yùn)輸機(jī)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(jí)安全高效工作面，實(shí)現(xiàn)煤炭綜采工作面自動(dòng)化生產(chǎn)，采煤機(jī)、液壓支架和運(yùn)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(diào)試工作，項(xiàng)目已經(jīng)取得階段性成果。

經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益分析

圖2 智能電液控制系統(tǒng)組成

經(jīng)濟(jì)效益

煤炭資源集約化開采的大趨勢使煤炭企業(yè)對(duì)高端智能設(shè)備的強(qiáng)勢需求成為必然。該設(shè)備每套將新增產(chǎn)值約3億元，實(shí)現(xiàn)利稅3 000萬元。預(yù)計(jì)今后每年將新增同類訂貨3~5套，全年新增產(chǎn)值10億元，實(shí)現(xiàn)利稅1億元。

隨著我國煤炭資源整合政策的進(jìn)一步實(shí)施，適用于年生產(chǎn)能力500~1 000萬噸綜采工作面成套輸送設(shè)備將會(huì)有更大的市場需求，該套設(shè)備可以為制造企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益，勞動(dòng)生產(chǎn)率也大大提高。

同時(shí)也大大提高了應(yīng)用企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

①由于該套智能運(yùn)輸設(shè)備是國內(nèi)自主研發(fā)，技術(shù)水平先進(jìn)，打破了同類產(chǎn)品國內(nèi)長期依賴進(jìn)口的局面，為我國大型煤炭企業(yè)前期設(shè)備投入降低了成本，僅相當(dāng)于國際同類產(chǎn)品招標(biāo)價(jià)格的1/3。

②由于該套設(shè)備自動(dòng)化、智能化水平的提高，因此生產(chǎn)效率大幅度提高，增加了煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

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

社會(huì)效益

提高綜采技術(shù)裝備水平，使我國的綜采裝備的技術(shù)水平接近國際先進(jìn)水平、解決高端產(chǎn)品依賴進(jìn)口的局面；

對(duì)裝備使用企業(yè)可以提高生產(chǎn)水平、擴(kuò)大生產(chǎn)能力、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度、改善生產(chǎn)環(huán)境、提高煤炭生產(chǎn)的安全性；

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

直接帶動(dòng)常規(guī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造技術(shù)提高，使常規(guī)產(chǎn)品的技術(shù)含量大為增加，可靠性及自動(dòng)化程度具有大幅度提高，這一點(diǎn)對(duì)使用企業(yè)和制造企業(yè)會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益；

項(xiàng)目涉及研究、工程設(shè)計(jì)、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(chǎn)企業(yè)共同合作。因此，可以促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，提高多學(xué)科、多部門、跨行業(yè)的協(xié)同攻關(guān)能力。