煤矿机械的技术创新与可靠性提升

刘磊 刘超 刘洪飞

摘要：从当前世界的能源构成看，煤炭仍是传统能源的主体。在国际市场竞争的大环境下，我国的煤矿机械行业已开始进行技术创新，并在煤炭机械产品竞争中获得生存和发展。本文首先分析煤机制造业的要求，接着探讨煤矿机械技术创新的必要性，最后提出关键技术突破与集成创新，以供参考。

关键词：煤矿机械；技术创新；可靠性

DOI：10.12433/zgkjtz.20232834

当前，我国煤炭机械已具备较为完善的生产系统和较大的生产能力。从二十世纪七十年代开始，先后引进了一批国内领先的煤矿开采、掘进和运输机械以及一批新的煤矿开采设备。大量的技术引进，极大地提升了我国煤机技术水平，但缺乏自主创新，设计方法、加工工艺、设备性能都与国外的类似产品有很大的不同，在高科技领域还存在很大差距，例如，设备状态的在线监控、故障诊断、工作过程自动控制、无人操作等。在国际市场竞争的大背景下，我国的煤炭机械工业要想获得生存和发展，必须坚持以技术创新为先导。

一、我国煤机制造业的要求

（一）机械设备机电一体化程度需要加强

矿井机械控制技术在煤炭生产中的应用越来越广。在煤炭工业中，机械、电气、电气等方面的应用改善了煤炭工业的生产和安全条件。尽管我国煤炭企业的机电自动化技术已取得了很大进展，但由于起步晚、发展缓慢，与国外的先进水平仍有一定差距。除此之外，在国内，煤炭企业的发展并不平衡，有些企业的机械技术发展相对滞后，如果使用先进的机械设备，可以有效预防安全事故，提升市场竞争力，提高效益。因此，在研制这类机器时，必须从可靠性出发，优化相关参数，确保机器正常运行。

（二）注重自主开发能力

我国是煤炭生产和消费大国，煤炭装备制造业的产量位居世界前列，主要产品在全球都占据重要位置，其中，采煤机、液压支架、刮板输送机等产品的产量位居世界前列。然而，我国的煤炭设备制造业规模较大，整体水平有待提高，因此，要注重提高市场竞争力，建立研发中心，提高研发与创新的实力。例如，液压支架、采煤机、掘进机、重型刮板输送机等在工业化过程中要逐渐摆脱进口，避免陷入“引进—落后—再引进”的恶性循环中。根据国际上通行的评价方法，当研发投入只有1%时，很难存活下来；在2%的比例下，生意还能继续做下去；只有在5%或更高的市场份额中，才更具竞争力。因此，煤炭设备制造企业要以此为标准发展自身，提高经济效益。

发展我国煤炭装备制造业的自主开发能力和技术创新能力具体体现以下方面：第一，大部分煤炭技术装备的核心技术需要摆脱进口，争取拥有更多的自主知识产权和核心技术的产品，注意不能只是简单地模仿引进技术，需要做到充分消化与吸收，实现自主开发的良性循环。第二，合理缩短研发时间，提高对市场的响应速度。第三，不断缩小我国煤矿设备制造业的生产过程技术与先进国家之间的差距，在实际生产工作中提高普及度。

（三）完善相关性能指标

煤炭装备主要包括通用设备和专用设备，而煤炭专用设备制造业主要包括机械和材料以及电子等，因此，发展煤炭装备制造业，有利于发展和完善整个产业链，提高制造业竞争力。

我国煤矿设备生产企业要重视对基础部件的理论研究，不能一味追求应用技术，忽视对基础理论的研究；在引入与消化过程中，要打破模仿的怪圈，注重深入研究相关原理与保障方法，提高我国自主研发基础零部件的性能与可靠性。除此之外，在产品的研发上，企业要形成创新能力和自主知识产权。例如，加强研究液压支架电液阀的核心技术，在主要原材料、关键零部件、轴承、密封、电机、电气元件、液压元部件等方面出发，加大研究力度，无论是在使用寿命还是可靠性方面，都可以获得较大成效。达到上述要求，即可提高相关产品的可靠性，延长产品使用寿命。采煤机作为综采工作面的关键装备，技术性能及运行的可靠性直接关系到整个煤矿的综合生产能力及整体生产水平。因此，需要大力发展电牵引采煤机，以国际上的同类产品为目标，在技术性能、可靠性、交流调速变频器抗震性、监控保护系统智能化等方面做出更大的努力，逐渐缩小差距。

二、我国煤矿机械技术创新的必要性

（一）利用现代设计方法提高煤矿机械设计水平

任何一种机器都是从设计开始的，采煤机也不例外，但目前国内采煤机的技术水平还很低。二十世纪六十年代，发达国家为提高产品在世界范围内的占有率进行了各种探讨，最终总结出设计发挥的关键作用，于是设计方法学就诞生了。已有研究表明，设计是影响产品品质的重要因素，所占比例高达80%。而国内的采煤设备基本以相似的方式进行设计，尽管一些研究成果具有一定的技术创新性，但很少得到实际应用。所以一定要意识到，在我国发展煤机的过程中，推广设计方法论、运用现代化设计方法是我国发展煤机的主要途径。

（二）机电一体化煤矿机械的发展趋势

采煤机是一种具有露天和地下采煤、隧道开挖、采矿空间和人防、煤岩运输和易燃性矿物煤洗选等功能的大中型设备。多年来，因工作条件的特殊性，在实际应用中的技术指标普遍较低。采煤机既能满足易燃矿物煤的生产需求，又能充分发挥在国际上的优势，吸纳国内外相关领域的先进科技，提升我国煤炭资源地区性机械化水平。在不同类型的采煤机上，实现了以传感技术为主导的信息获取技术和以微机为主导的信息处理技术的移植。在此基础上，对采煤机进行自动控制，并进行故障自诊断。将该系统植入煤炭资源区采掘设备，使其达到机电一体化，可以实现采掘设备的无人作业，完成作业过程的自动化与自校正。在煤炭资源化地区，采用一种新的驱动方式，可以提高效率、节约能源。

（三）在煤矿机械中应用材料科学的最新研究成果

在机械可靠度设计中，有30%的可靠性由材料决定。在导致煤矿机械失效的诸多因素中，除了由于设计导致的强度不足而失效外，大部分都是磨蚀失效、锈蚀失效或疲劳失效，其中，磨蚀是重要的导致采掘机械切削刀具失效的原因。刮板运输机的沟槽和拖链、掘进机的履带板、液压支架的支柱也大多出现了磨损破坏。近年来，材料科学领域取得了不少新进展，将陶瓷材料、碳纤维复合材料、超强度聚合材料、金属基复合材料等应用于各类矿井机械的关键零件，不但能提高矿井机械的可靠性，降低质量，还能改变矿井机械的外形。

（四）采用先进的加工制造技术

国内大部分煤炭机械生产商的加工方法与国外类似公司并没有太大区别，在主要产品的设计和制造过程中，一定要做到CAD/CAM，再实现CIMS。在煤矿机械的生产中，使用气态模具铸造新工艺（EPC）、超塑成型技术和快速原形技术，可提升加工质量、速度和自动化水平，实现设计与制造的并行化，缩短矿井机械的研发周期。

当前，国内大部分的机械制造企业包括煤炭机械制造企业，缺少核心技术，对装备价格没有足够的自主性。因此，在进行煤矿机电装备的技术创新时，一定要把突破核心技术作为主要目的，从技术进口型企业变成技术创新型企业。为了在关键技术上取得突破，要以市场为导向，构建产学研相结合的技术创新系统，并将企业与研究机构相结合，提高自主创新能力，确保技术研发中心具备充足的研发经费。

我国企业应把重点放在煤矿机电设备的基础部件上，加大大型设备的研发力度，提高设备的自动化程度，确保设备的工作性能。同时，更新产品的设计方式，在设计数据和技术标准上下足功夫，与行业协会、科研机构、政府机构联合起来，集中优势资源，对关键技术进行技术攻关，寻找新突破，尽可能地降低产品的开发费用，缩短开发周期，避免重复开发。

三、关键技术突破与集成创新

为了解决当前煤炭企业生产过程中存在的技术创新不足等问题，应从理论和实践两方面着手，构建集研究机构为一体的、能产生良好经济效果的科技知识创新系统。同时，易燃性矿物煤机械设备生产企业要与科研机构展开各种形式的合作，构建具有较强创新能力并产生经济效益的科技知识开发中心，进行产生经济效益的科技知识研究和拥有自主知识产权的新产品研发。了解产品设计资料、设计方法及产生经济效果的科技标准等主要内容，与产业协会及公司建立联合研究机构，节约研究和发展的费用。当前，要关注采矿机械的重要基础构件，加强对装备的开发能力，提升装备的自动化程度和可靠性。在采煤机领域，实现了对高功率、超高功率、大深度和高速牵引等核心带来经济效益的科学知识研究与开发，实现了齿轮、轴承、电机、电气控制和滚筒寿命以及智能化等电机一体化。

（一）提高机电一体化程度

当前，实现工业装备的自动化是一种不可阻挡的潮流。机电一体化不但能增加采煤量，还能实现采煤过程中的自动化，节省人工，提高采煤精度以及矿井生产的安全性。

（二）增强思想意识

煤矿企业对于能产生经济效益的科学知识创新要有一个正确认知，需要在第一时间对煤矿企业的所有员工展开思想教育，增强科学知识创新意识。在此基础上，提出一套行之有效的宣传、培训方法，进一步提高工作人员的创新能力。

（三）增加资金投入

科技知识创新能产生经济利益，必须有资本支撑。为了避免受到资金短缺的困扰，在对煤炭企业进行创新时，相关部门要增加对煤炭企业的创新投资，并将煤炭企业的现实状况与科学知识相结合。

（四）完善企业管理体系

当前，一些煤炭企业的经营制度有待完善。所以在企业改革中，应不断学习其他企业的成功经验，并根据具体情况，不断改进管理制度。

（五）加强人力资源引进

煤炭企业要加强人才队伍建设，充分利用人力资源。煤矿企业在人才引进上，需要出台相应政策，最大程度地吸引优秀人才。

四、结语

综上所述，企业之间的竞争，不仅是规模上的竞争，更是技术创新实力的较量，因此，技术创新是煤机企业实现高效率、规模化生产的有效手段，是提升市场竞争力的重要手段，也是实现可持续发展的关键。我国煤机企业必须全方位构建技术创新系统，制定长远的技术创新策略，为自己赢得更大的发展空间，提高煤炭产业的现代化水平。

参考文献：

[1]邵国荣.基于智能矿山的煤矿机电技术管理创新[J].能源与节能，2022（12）：222-224.

[2]杜生堂.智能矿山背景下煤矿机电技术管理创新研究[J].现代工业经济和信息化，2022，12（11）：204-205.

[3]高宝宝.煤矿井下巷道开拓技术创新与关键技术研究[J].冶金管理，2022（21）：55-57.

[4]韩永亮.智能掘进技术在任家庄煤矿的应用及创新[J].工矿自动化，2022，48（S2）：30-32+41.

[5]贺建国.煤矿机电技术创新与自动化发展研究分析[J].内蒙古煤炭经济，2022（13）：81-83.

[6]郭筠.煤矿智能化开采模式与技术路径研究[J].内蒙古煤炭经济，2021（12）：5-6.

[7]顼熙亮.煤矿机械设备的维修及管理探讨[J].石化技术，2020，27（08）：281-282.

[8]刘建忠.基于技术创新的煤矿机械采掘工艺方法研究[J].矿业装备，2017（06）：36-37.

[9]寇少刚，陈超.煤矿机电技术管理的创新以及应用研究[J].山东工业技术，2017（05）：73.