近 10 余年来，我国煤炭开采技术和装备的自主创新研究取得了重大进展，在液压支架、采煤机、刮板输送机、带式输送机以及综采自动化技术等方面都实现了重大突破，经过井下工业性试验取得了良好的应用效果，使我国煤炭开采技术和装备整体上达到国际先进水平。依靠自主创新，我国长壁综采装备取得了巨大进展: 一是综采工作面生产能力大幅度提高，出现了“一矿一面”年产千万吨级的高产高效、集约化生产模式; 二是安全高效综采装备和开采技术不断完善，推广使用范围不断扩大，中厚煤层开采、7 m 厚煤层一次采全高和薄煤层自动化开采等技术和工艺取得巨大成功; 三是自主研发的重大综采装备取得新的突破，单工作面年生产能力已经突破 1 000 万 t，实现了综采工作面生产过程自动化，整体上达到国际先进水平。
1 我国采煤机械装备实现重大突破
1. 1 液压支架液压支架是煤矿井下长壁工作面的关键设备之一，近年来，以研究支架与围岩的相互作用为基础，以采用现代优化设计、三维 CAD 动态参数优化设计、系统可靠性设计为手段，以提高钢材强度和焊接性能为途径，以实现电液控制和自动控制为目标，经过长期自主创新，成功研发适应于我国各类复杂地质条件的液压支架结构，包括轻型支架、大倾角支架、薄煤层支架、厚煤层一次采全高支架、特厚煤层大采高放顶煤支架、三软难采煤层支架等架型。液压支架高度适应范围为 0. 65 ～ 7. 20 m，支架中心距为 1. 50、1. 75、2. 05 m，支架最大工作阻力达18 800 kN。支架全面实现电液控制，支架的降、移、升循环时间小于 10 s。液压支架目前已经完全实现国产化，全面替代国外产品，且在最大高度、工作阻力和复杂难采煤层液压支架适应性等方面领先于国外产品。我国自主研发的世界上最大工作阻力、最大支撑高度，一次采全高液压支架参数如下( 其中 P 为油缸压强) : 支架高度/mm 3 200 ～ 7 200 支架宽度/mm 1 960 ～ 2 210 支架中心距/mm 2 050 支护强度/MPa 1. 60 /1. 47 底板尖端比压/MPa 2. 6 ～ 5. 6 初撑力/kN 12 364 工作阻力/kN( P = 47. 8 /43. 3 MPa) 18 800 /17 000 操作方式 电液控制泵站压力/MPa 31. 5 长 × 宽 × 高/( mm × mm × mm) 9 200 × 1 960 × 3 200 质量/t 69. 79
1. 2 采煤机自 20 世纪 90 年代煤炭科学研究总院上海研究院与波兰科玛克公司合作，成功研制出我国第 1 台交流变频电牵引采煤机，20 年来我国电牵引采煤机技术得到了快速发展。经过采煤机生产企业和用户的开发研究，使我国的交流变频电牵引采煤机技术日趋成熟，基本实现采煤机无线遥控、端头控制、电控箱面板控制和加变频器箱面板直接控制，并具有截割功率监测、恒功率控制和过载保护、牵引电机电流监测和负荷控制、故障跟踪记忆、开机运行提示的功能，同时具有截割电机、牵引电机和冷却系统的温度检测和保护功能。
1. 3 刮板输送机随着我国采煤安全高效技术水平的不断提高，对综采工作面刮板输送机技术提出了更高的要求。经过多年研究攻关，随着新技术、新材料、新工艺的不断引进和广泛应用，我国的刮板输送机技术水平不断提高，技术含量不断提升，正向着超重型、大型化、大运量、高可靠性的方向发展。截至目前，我国自主研发的刮板输送机已经形成了系列化，最大安装长度 300 m，最大装机功率为 3 × 1 600 kW，最大中部槽内宽 1 388 mm，最大输送能力 4 500 t /h。刮板输送机机头采用交叉侧卸布置，机尾采用自动伸缩机尾，配置工况监测系统，整机全面实现了软启动运行，有效减少了运行故障，延长了使用寿命。
1. 4 带式输送机近年来，随着我国采煤技术整体水平的不断提高，安全高效矿井生产能力不断增强，对带式输送机技术性能的要求也越来越高，带式输送机正向长距离、大功率、高带速、大运量、高可靠性的方向发展。目前，我国带式输送机的最大输送带宽 2 000 mm，带速 4. 5 m /s，运量 4 500 t /h，增加卸载驱动点，可使单机长度达到 6 000 m，装机功率达 3 × 1 250 kW。我国大型带式输送机普遍采用先进的中压变频驱动控制技术，实现了带式输送机的低速平稳启动和带速连续可调，实现了输送机的软启动，同时还采用了先进的液压自控张紧装置，可以随着带式输送机输送带张力变化自动调节输送带张力与张紧行程的平衡，使输送带始终保持适度的挠度，从而保证了带式输送机的平稳运行。最近中国煤炭科工集团上海研究院开发了能使输送带自动对中的新型多层输送带缠绕方式的储带系统，解决了输送带在储带仓易跑偏和张紧车易掉轨问题，新型高效储带系统可使储存输送带折叠为 6 层，储存输送带长度可达 200 m 以上。目前我国的带式输送机形成了系列，提升了水平，可以满足各类矿井和各种复杂条件下的运输要求。
1. 5 自动化控制技术近年来，我国综采工作面单机装备的自动化技术研究取得了较大发展，主要体现在以下 3 方面。 1) 液压支架电液控制系统方面。基本实现了支架电液控制系统的所有功能，如支架的自动降移升、自动推移刮板输送机、跟机自动化作业、远程操作等功能普遍实现了全自动化电液控制，且全面实现了国产化。国内液压支架电液控制系统研究生产单位，主要包括天地科技股份有限公司北京天地玛珂电液控制系统有限公司( 简称天玛公司) 、四川神坤装备有限公司、山西平阳重工机械有限责任公司、广州日滨科技发展有限公司、郑州煤矿机械集团股份有限公司等，其中天玛公司占国产液压支架电液控制系统市场销量的 70% 。天玛公司还研制了适合于薄煤层、中厚煤层、放顶煤 3 种不同煤层厚度的液压支架电液控制系统，目前已完全实现了支架高度测量、支架姿态检测与控制、支架护帮板围岩耦合控制等技术，使支架的移架速度控制在 10 s 以内。 2) 智能型采煤机自动控制方面。国内的采煤机厂家主要有天地科技股份有限公司、中煤装备西安煤机厂、上海创立集团股份有限公司、IMM 国际煤机鸡西煤机厂、太原矿山机械厂等单位，这些厂家采用的最新技术基本实现了记忆割煤和采煤机位置检测、摇臂调高控制和机身姿态检测、机身水平控制等技术，在薄煤层工作面基本上实现了无人控制。 3) 刮板输送机方面。刮板输送机的最新技术包括减速器和电动机温度监测、双速电机降压启动、首套单机 1 600 kW 智能调速型液力耦合器软启动、 “三机”启停和软启动集成控制、链条张力监测与智能化机尾伸缩自动控制、润滑油在线铁谱分析、轴承在线振动检测功能、转载机、破碎机自动推移、带式输送机机尾自动伸缩等。
2 我国采煤装备与国外的主要差距
我国自主研发的采煤机、液压支架、输送设备等成套装备，具有很强的技术实力和市场竞争力，其产品技术含量高、可靠性强，已经出口国外，逐渐打开国际市场。目前我国采煤机械装备技术水平与国外距离逐渐缩小，除了采煤机械高端产品，我国采煤机械已经能够满足国内市场需求。但是我国煤机装备同先进的现代采煤装备相比，还存在较大差距，主要体现在“二高”、“三化”上。“二高”即高可靠性、高安全性，“三化”即智能化、信息化、自动化。我国的现代采煤技术装备的可靠性及智能化水平有待进一步提高。
1) 采煤机: 与国外高端采煤机相比，在采煤机智能化功能方面还落后于国外高端采煤机，如全过程记忆割煤、远程遥控、机载视频、煤岩识别等方面还处于探索阶段。 2) 液压支架: 国产液压支架与国外高端产品的差距主要在于产品的综合可靠性，包括材料、关键元部件、液压支架高级控制功能等方面，全工作面液压支架跟机自动化才刚起步。 3) 刮板输送机: 与国外高端刮板输送机相比，国内刮板输送机在软启动、关键元部件、自动伸缩机头及在线故障诊断等方面还存在不足。 4) 带式输送机: 与国外可伸缩带式输送机相比，国内可伸缩带式输送机在动态分析、软启动技术、自控张紧技术、自动化监控智能程度等方面存在不足。 5) 自动化技术: 国外的煤矿机械装备供应商、科研单位等在采煤机位置三维检测、工作面设备自动找直、工作面通信技术等一些关键技术上取得的成果，明显领先于我国的技术。
3 我国现代化采煤技术装备发展方向
依靠自主创新，不断突破综采工作面恶劣环境下信息安全传输、煤岩识别、工作面直线度控制、综采设备姿态定位、安全感知、视频监控、远程控制等多种技术，形成一套集检测、控制，视频、音频、通信于一体的综采工作面智能控制装置，确保综采设备连续、协调、高效、安全运行，实现工作面生产过程智能化、管理信息化、操作少人化、甚至无人化操作。通过综采工作面自动化、智能化等技术研发，将综采工作面中液压支架、采煤机、刮板输送机、转载机、破碎机、带式输送机等煤机装备有机整合，全面提升现代采煤技术装备的自动化和智能化水平，为煤矿用户提供可靠的煤机装备成套解决方案，为自主研发的煤机成套装备参与国际市场竞争创造条件。
参考文献:
[1] 王金华. 中国煤矿现代化采煤技术装备现状及其展望[J]. 煤炭科学技术，2011，39( 1) : 1 - 5.
[2] 煤炭科学研究总院. 现代煤炭科学技术理论与实践[C]/ /煤炭科学研究总院 50 周年院庆科技论文集. 北京: 煤炭工业出版社，2007.
[3] 王国法. 煤矿高效开采工作面成套装备技术创新与发展[J].煤炭科学技术，2010，38( 1) : 63 - 68.
《我国煤矿开采机械装备及自动化技术新进展》来源：《煤炭科学技术》，作者：王 金 华
