“采煤机技术发展历程”专题（葛世荣院士系列成果）

来源：中国煤炭

采煤机是井工煤矿“三大机”之首,但详细了解其创新发展历程的人并不多。目前智慧煤矿建设正如火如荼地进行着,而采煤机的智能化是关键中的关键。从2020年第6开始,《中国煤炭》连续刊登行业知名专家学者、中国矿业大学(北京)校长葛世荣教授“采煤机技术发展历程”系列特稿,为读者全面展示采煤机技术研发的不凡历程,科学系统地梳理和研究采煤机的创新脉络,以求对稳健推进智能开采和研发煤矿开采机器人提供智力支撑。

行业视野: 智能化
类别; 48个
关键词; 1位
专家; 10篇
论文; 6216IP
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采煤机技术发展历程（十）——制造商变迁

作者(Author)：葛世荣

摘要：煤炭开采业的发展加速了欧洲的第一次工业革命，而这次工业革命也催生了一批采煤机制造商，为欧洲煤炭产量快速增长提供了关键设备。20世纪50年代之前，全球绝大部分采煤机制造商分布在欧洲国家和美国，亚洲仅有日本小松公司涉足采矿设备，而在我国只有1933年设立的鸡宁机械制作所（鸡西煤矿机械厂前身）。新中国成立之后，我国在东北、华北和西北建立了一批采煤机及相关装备制造厂，使我国采煤机制造能力从无到有、从弱到强。进入20世纪90年代，由于国外煤矿煤炭开采量下降以及煤矿井型增大，采煤机需求量逐渐萎缩，迫使采煤机制造商走上了并购重组之路，目前的全球五大采煤机制造集团是美国卡特彼勒、日本小松、德国艾柯夫、瑞典山特维克、波兰法姆尔。近10年来，我国采煤机制造企业加快了重组步伐，目前采煤机制造能力聚集到七大煤机集团，它们是中煤装备公司、天地科技公司、太重煤机公司、西安重装集团、郑煤机集团、山能重装集团、晋能装备集团。纵观采煤机150多年的发展历程，高截割性、高可靠性、高智能性一直是采煤机技术创新的核心出发点，采煤机产能与其机能、智能紧密相关，机器人化将是未来采煤机的重要创新方向。

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中国煤炭

2021年第03期

828

17405
采煤机技术发展历程（九）——环境感知技术

作者(Author)：葛世荣

摘要：采煤机实现自动化或智能化运行，必须能够准确获取作业位置、周围环境、煤层状态等信息.重点介绍了采煤机运行过程中的空间障碍、瓦斯浓度、行走位置、轨迹直线度等感知技术发展。在采煤机空间避障和防撞保护方面，基于毫米波雷达、激光雷达、图像识别的机器视觉感知技术具有优势,但目前在采煤机上尚未成熟应用,亟需深入研究.在机载瓦斯监测方面,差分吸收激光雷达探测技术和可调谐二极管激光吸收光谱探测技术是具有应用前景的瓦斯探测技术，目前尚少相关研究报道。在采煤机行进轨迹定位和直线度检测方面，基于捷联惯导的多传感器定位技术成为研究和应用热点，国内技术已渐进成熟和实用化。此外，基于激光雷达的SLAM 机器视觉技术值得关注，可以把空间建模、避障防撞、行走定位、轨迹跟踪、姿态监测等多项任务融为一体，为构建采煤机数字孪生运行模型奠定感知技术基础。

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中国煤炭

2021年第02期

779

4410
采煤机技术发展历程（八）——可靠性技术

作者(Author)：葛世荣

摘要：采煤机在煤矿恶劣环境中运行，其可靠性制约着采煤机高截割性、高智能性的发挥程度，对煤炭产量、成本甚至安全生产都有至关重要的影响，因此要从可靠性设计、可靠性增强、可靠性材料、可靠性运维4个方面提高采煤机产品可靠性。从国内外采煤机研发经验来看，可靠性设计的重点是部件可靠性、摩擦可靠性、结构冗余性、环境适应性、功能模块化、安全保护装置的设计创新；可靠性增强的措施是结构可靠性、牵引可靠性、驱动可靠性、供电可靠性的改进创新；材料可靠性的关键是齿轮材料、行走轮材料、滑靴材料、截齿材料、摇臂材料、滚筒材料的选优配强；可靠性运维的质量在于过载保护技术、故障监测诊断、预测性维修的有效实施。从定量分析看，目前国产采煤机整机可靠度与国外同类产品还存在较大差距，以上4个方面的可靠性改进有助于我国采煤机可靠性快速提升。

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中国煤炭

2021年第01期

366

478
采煤机技术发展历程（七）——截割机构

作者(Author)：葛世荣

摘要：截割机构是采煤机自动化、智能化切削煤层的关键装置，必须具备高截割性、高可靠性、高智能性的“三高”能力。由于截割机构的功耗约占采煤机装机功率的80%以上，故障率占到采煤机故障率的50%以上，近百年来国内外对采煤机截割机构进行了不断的改进和创新，包括截割滚筒构型、截齿构型、耐磨截齿、截割滚筒降尘技术等，截割机构也从链条截齿式发展为滚筒截齿式。截割滚筒从鼓形滚筒诞生之后，经历了自装载滚筒、螺旋滚筒、自切入滚筒、强力滚筒的发展变革。截齿构型发展经历了5个阶段，分别是刀形截齿、镐形截齿、强力截齿、尖头镐形截齿、大截深刀齿。截齿耐磨寿命对于采煤机可靠性影响很大，目前已发展了三代耐磨截齿，第一代是硬质合金截齿，第二代是复合耐磨截齿，第三代是聚晶金刚石截齿。由于滚筒采煤机的应用增大了工作面粉尘生成量，因此研发出截割工艺减尘、滚筒喷雾降尘、吸尘滚筒除尘等抑尘技术；目前多采用外喷雾和二次负压联合降尘技术。首次从虎爪结构仿生角度探讨了截齿及截割机构的发展路径，认为未来采煤机截割机构的仿生设计是实现高截割性、高可靠性、高智能性的新路径。

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中国煤炭

2020年第12期

523

566
采煤机技术发展历程（六）——煤岩界面探测

作者(Author)：葛世荣

摘要：煤岩界面探测（CID）是采煤机实现少割岩、多割煤选择性开采的重要技术。20世纪60年代初，英国开始研发自动化采煤设备，首先研制出探测顶煤厚度的γ射线探测仪。随后的60多年里，CID一直被当作自动化采煤的关键技术，相关研究广泛开展，迄今已有数十种探测技术和算法。笔者认为，CID的目的是保证采煤机实现煤层边界仿形截割，应分为截割前、截割中、截割后3个探测时段，采用构造扫描探测、截割触觉探测、煤壁视觉探测3种方法，以满足采煤机截割路径导航、姿态实时调控、截割轨迹修正3个需求。目前，国内外主要有15种CID方法，可归纳为采前透视法、采中触觉法、采后视觉法。就当前技术水平而言，采前CID宜采用探地雷达技术，采中CID可用截割力和温升的融合感知方法，采后CID可用高光谱或激光探测技术。

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中国煤炭

2020年第11期

401

592
采煤机技术发展历程（五）——自动化技术

作者(Author)：葛世荣

摘要：采煤机自动化是机械化采煤工作面迈向少人化工作面的关键技术支撑,是近60年采煤机技术发展的重点脉络.最早的采煤自动化研究起源于20世纪30年代,20世纪60年代后进入了踊跃研发阶段,英国和西德在采煤机遥控技术、计算机化调速控制技术、机载自动控制技术、远程监控技术、记忆截割技术及液压支架电液控制技术上取得了引领性的创新突破.进入21世纪以来,我国采煤机自动控制技术从引进到学习再到自主创新,走出了一条弯道追赶、爬坡加速的发展之路.近10年来,我国采煤机控制系统已接近国外先进技术水平,研发出超越记忆截割的仿形截割技术,远程监控技术升级为驾驶舱系统,与自动化采煤机配套的液压支架电液控制技术已自主化并广泛推广应用.这些围绕采煤机的自动控制技术进步显著提升了我国煤矿生产自动化水平,增强了我国煤矿安全高效生产能力.

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中国煤炭

2020年第10期

452

2296
采煤机技术发展历程（四）——连续采煤机

作者(Author)：葛世荣

摘要：在采煤机发展过程中，以履带式掘进机为基础演变出一种横轴铣削滚筒的连续采煤机，成为机动性强、截割断面大的煤层切削机器。连续采煤机发源于井下采煤，陆续拓展出截齿滚筒、铲齿轮斗切削装载一体化挖掘机，被成功用于露天矿层掘采、海底矿脉开采、路面维修铣刨等领域。连续采煤机类似于履带行走机器人，具有自主导控机器人（Autonomous Guided Robot, AGR ）的发展潜力，需要突破导航及场景感知技术及智能控制方法，以提高连续采煤机的自主运行能力。

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中国煤炭

2020年第09期

766

1158
采煤机技术发展历程（三）——电牵引采煤机

作者(Author)：葛世荣

摘要：采煤机行走技术从钢丝绳、圆环链的柔性牵引，发展到液压驱动和电机驱动的自行走，改变了采煤机自动化控制模式，也奠定了智能化采煤作业的技术基础。基于采煤机牵引技术构成要素，从理论上归纳了112种采煤机行走技术选择，但受可靠性和可控性所限，实际上只构成了10多种采煤机行走技术，其中电动机可控调速与齿啮合传动相结合的电牵引技术成为当今采煤机最普遍采用的行走方式，也是长壁开采智能化采煤机的最佳选择。1948年英国发明无链牵引装置，1975年美国JOY公司研制出第1台交直流电牵引采煤机，1976年德国艾柯夫公司研制出第1台直流电牵引采煤机，1986年我国制造出第1台用于极薄煤层开采的电牵引单滚筒采煤机。这些研发机型成为电牵引采煤机发展的里程碑式创新。近15年我国在截割功率和采高技术指标上快速提升并赶超了国外产品，形成了剪刀状的电牵引采煤机型谱。

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中国煤炭

2020年第08期

560

3483

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