煤礦機械的技術創新與可靠性提升

劉磊 劉超 劉洪飛

摘要：從當前世界的能源構成看，煤炭仍是傳統能源的主體。在國際市場競爭的大環境下，我國的煤礦機械行業已開始進行技術創新，并在煤炭機械產品競爭中獲得生存和發展。本文首先分析煤機制造業的要求，接著探討煤礦機械技術創新的必要性，最后提出關鍵技術突破與集成創新，以供參考。

關鍵詞：煤礦機械；技術創新；可靠性

DOI：10.12433/zgkjtz.20232834

當前，我國煤炭機械已具備較為完善的生產系統和較大的生產能力。從二十世紀七十年代開始，先后引進了一批國內領先的煤礦開采、掘進和運輸機械以及一批新的煤礦開采設備。大量的技術引進，極大地提升了我國煤機技術水平，但缺乏自主創新，設計方法、加工工藝、設備性能都與國外的類似產品有很大的不同，在高科技領域還存在很大差距，例如，設備狀態的在線監控、故障診斷、工作過程自動控制、無人操作等。在國際市場競爭的大背景下，我國的煤炭機械工業要想獲得生存和發展，必須堅持以技術創新為先導。

一、我國煤機制造業的要求

（一）機械設備機電一體化程度需要加強

礦井機械控制技術在煤炭生產中的應用越來越廣。在煤炭工業中，機械、電氣、電氣等方面的應用改善了煤炭工業的生產和安全條件。盡管我國煤炭企業的機電自動化技術已取得了很大進展，但由于起步晚、發展緩慢，與國外的先進水平仍有一定差距。除此之外，在國內，煤炭企業的發展并不平衡，有些企業的機械技術發展相對滯后，如果使用先進的機械設備，可以有效預防安全事故，提升市場競爭力，提高效益。因此，在研制這類機器時，必須從可靠性出發，優化相關參數，確保機器正常運行。

（二）注重自主開發能力

我國是煤炭生產和消費大國，煤炭裝備制造業的產量位居世界前列，主要產品在全球都占據重要位置，其中，采煤機、液壓支架、刮板輸送機等產品的產量位居世界前列。然而，我國的煤炭設備制造業規模較大，整體水平有待提高，因此，要注重提高市場競爭力，建立研發中心，提高研發與創新的實力。例如，液壓支架、采煤機、掘進機、重型刮板輸送機等在工業化過程中要逐漸擺脫進口，避免陷入“引進—落后—再引進”的惡性循環中。根據國際上通行的評價方法，當研發投入只有1%時，很難存活下來；在2%的比例下，生意還能繼續做下去；只有在5%或更高的市場份額中，才更具競爭力。因此，煤炭設備制造企業要以此為標準發展自身，提高經濟效益。

發展我國煤炭裝備制造業的自主開發能力和技術創新能力具體體現以下方面：第一，大部分煤炭技術裝備的核心技術需要擺脫進口，爭取擁有更多的自主知識產權和核心技術的產品，注意不能只是簡單地模仿引進技術，需要做到充分消化與吸收，實現自主開發的良性循環。第二，合理縮短研發時間，提高對市場的響應速度。第三，不斷縮小我國煤礦設備制造業的生產過程技術與先進國家之間的差距，在實際生產工作中提高普及度。

（三）完善相關性能指標

煤炭裝備主要包括通用設備和專用設備，而煤炭專用設備制造業主要包括機械和材料以及電子等，因此，發展煤炭裝備制造業，有利于發展和完善整個產業鏈，提高制造業競爭力。

我國煤礦設備生產企業要重視對基礎部件的理論研究，不能一味追求應用技術，忽視對基礎理論的研究；在引入與消化過程中，要打破模仿的怪圈，注重深入研究相關原理與保障方法，提高我國自主研發基礎零部件的性能與可靠性。除此之外，在產品的研發上，企業要形成創新能力和自主知識產權。例如，加強研究液壓支架電液閥的核心技術，在主要原材料、關鍵零部件、軸承、密封、電機、電氣元件、液壓元部件等方面出發，加大研究力度，無論是在使用壽命還是可靠性方面，都可以獲得較大成效。達到上述要求，即可提高相關產品的可靠性，延長產品使用壽命。采煤機作為綜采工作面的關鍵裝備，技術性能及運行的可靠性直接關系到整個煤礦的綜合生產能力及整體生產水平。因此，需要大力發展電牽引采煤機，以國際上的同類產品為目標，在技術性能、可靠性、交流調速變頻器抗震性、監控保護系統智能化等方面做出更大的努力，逐漸縮小差距。

二、我國煤礦機械技術創新的必要性

（一）利用現代設計方法提高煤礦機械設計水平

任何一種機器都是從設計開始的，采煤機也不例外，但目前國內采煤機的技術水平還很低。二十世紀六十年代，發達國家為提高產品在世界范圍內的占有率進行了各種探討，最終總結出設計發揮的關鍵作用，于是設計方法學就誕生了。已有研究表明，設計是影響產品品質的重要因素，所占比例高達80%。而國內的采煤設備基本以相似的方式進行設計，盡管一些研究成果具有一定的技術創新性，但很少得到實際應用。所以一定要意識到，在我國發展煤機的過程中，推廣設計方法論、運用現代化設計方法是我國發展煤機的主要途徑。

（二）機電一體化煤礦機械的發展趨勢

采煤機是一種具有露天和地下采煤、隧道開挖、采礦空間和人防、煤巖運輸和易燃性礦物煤洗選等功能的大中型設備。多年來，因工作條件的特殊性，在實際應用中的技術指標普遍較低。采煤機既能滿足易燃礦物煤的生產需求，又能充分發揮在國際上的優勢，吸納國內外相關領域的先進科技，提升我國煤炭資源地區性機械化水平。在不同類型的采煤機上，實現了以傳感技術為主導的信息獲取技術和以微機為主導的信息處理技術的移植。在此基礎上，對采煤機進行自動控制，并進行故障自診斷。將該系統植入煤炭資源區采掘設備，使其達到機電一體化，可以實現采掘設備的無人作業，完成作業過程的自動化與自校正。在煤炭資源化地區，采用一種新的驅動方式，可以提高效率、節約能源。

（三）在煤礦機械中應用材料科學的最新研究成果

在機械可靠度設計中，有30%的可靠性由材料決定。在導致煤礦機械失效的諸多因素中，除了由于設計導致的強度不足而失效外，大部分都是磨蝕失效、銹蝕失效或疲勞失效，其中，磨蝕是重要的導致采掘機械切削刀具失效的原因。刮板運輸機的溝槽和拖鏈、掘進機的履帶板、液壓支架的支柱也大多出現了磨損破壞。近年來，材料科學領域取得了不少新進展，將陶瓷材料、碳纖維復合材料、超強度聚合材料、金屬基復合材料等應用于各類礦井機械的關鍵零件，不但能提高礦井機械的可靠性，降低質量，還能改變礦井機械的外形。

（四）采用先進的加工制造技術

國內大部分煤炭機械生產商的加工方法與國外類似公司并沒有太大區別，在主要產品的設計和制造過程中，一定要做到CAD/CAM，再實現CIMS。在煤礦機械的生產中，使用氣態模具鑄造新工藝（EPC）、超塑成型技術和快速原形技術，可提升加工質量、速度和自動化水平，實現設計與制造的并行化，縮短礦井機械的研發周期。

當前，國內大部分的機械制造企業包括煤炭機械制造企業，缺少核心技術，對裝備價格沒有足夠的自主性。因此，在進行煤礦機電裝備的技術創新時，一定要把突破核心技術作為主要目的，從技術進口型企業變成技術創新型企業。為了在關鍵技術上取得突破，要以市場為導向，構建產學研相結合的技術創新系統，并將企業與研究機構相結合，提高自主創新能力，確保技術研發中心具備充足的研發經費。

我國企業應把重點放在煤礦機電設備的基礎部件上，加大大型設備的研發力度，提高設備的自動化程度，確保設備的工作性能。同時，更新產品的設計方式，在設計數據和技術標準上下足功夫，與行業協會、科研機構、政府機構聯合起來，集中優勢資源，對關鍵技術進行技術攻關，尋找新突破，盡可能地降低產品的開發費用，縮短開發周期，避免重復開發。

三、關鍵技術突破與集成創新

為了解決當前煤炭企業生產過程中存在的技術創新不足等問題，應從理論和實踐兩方面著手，構建集研究機構為一體的、能產生良好經濟效果的科技知識創新系統。同時，易燃性礦物煤機械設備生產企業要與科研機構展開各種形式的合作，構建具有較強創新能力并產生經濟效益的科技知識開發中心，進行產生經濟效益的科技知識研究和擁有自主知識產權的新產品研發。了解產品設計資料、設計方法及產生經濟效果的科技標準等主要內容，與產業協會及公司建立聯合研究機構，節約研究和發展的費用。當前，要關注采礦機械的重要基礎構件，加強對裝備的開發能力，提升裝備的自動化程度和可靠性。在采煤機領域，實現了對高功率、超高功率、大深度和高速牽引等核心帶來經濟效益的科學知識研究與開發，實現了齒輪、軸承、電機、電氣控制和滾筒壽命以及智能化等電機一體化。

（一）提高機電一體化程度

當前，實現工業裝備的自動化是一種不可阻擋的潮流。機電一體化不但能增加采煤量，還能實現采煤過程中的自動化，節省人工，提高采煤精度以及礦井生產的安全性。

（二）增強思想意識

煤礦企業對于能產生經濟效益的科學知識創新要有一個正確認知，需要在第一時間對煤礦企業的所有員工展開思想教育，增強科學知識創新意識。在此基礎上，提出一套行之有效的宣傳、培訓方法，進一步提高工作人員的創新能力。

（三）增加資金投入

科技知識創新能產生經濟利益，必須有資本支撐。為了避免受到資金短缺的困擾，在對煤炭企業進行創新時，相關部門要增加對煤炭企業的創新投資，并將煤炭企業的現實狀況與科學知識相結合。

（四）完善企業管理體系

當前，一些煤炭企業的經營制度有待完善。所以在企業改革中，應不斷學習其他企業的成功經驗，并根據具體情況，不斷改進管理制度。

（五）加強人力資源引進

煤炭企業要加強人才隊伍建設，充分利用人力資源。煤礦企業在人才引進上，需要出臺相應政策，最大程度地吸引優秀人才。

四、結語

綜上所述，企業之間的競爭，不僅是規模上的競爭，更是技術創新實力的較量，因此，技術創新是煤機企業實現高效率、規?；a的有效手段，是提升市場競爭力的重要手段，也是實現可持續發展的關鍵。我國煤機企業必須全方位構建技術創新系統，制定長遠的技術創新策略，為自己贏得更大的發展空間，提高煤炭產業的現代化水平。

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