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煤炭的这项技术从零到世界最高中国制造再出发

   来源:hth华体会全站 作者:hth华体会体育官方网站 发布时间:2022-08-15  阅读:1次

  从近期发射上太空的空间站——问天实验舱,到刚下水不久的国产航母“福建舰”的结晶。而在能源领域中也能看到中国制造的影子,这一项技术,原本都是西方国家长期霸占,但现在我们已经能够自主研发,并且做到世界最强!

  这项技术便是煤矿机械中的核心装备——液压支架,液压支架是用来顶起采煤工作面矿山压力的重型装备,相当于是“地下钢铁长城”,是煤炭采掘进程中的安全保证。而我们是怎样从低做起,做到“世界第一高”的呢?又是怎样从学习国外到掌握核心技术的呢?

  新中国成立初期,煤炭开采还停留在镐挖筐背的阶段,在煤矿作业的工人随时都会面临各种风险,而且这种方式下的煤炭采挖量非常低下。彼时,西方国家已经在考虑如何通过机械化的煤炭挖掘来提高生产效率了。1954年英国已经装备上了世界第一个液压支架工作面,当时的欧洲主要工业国以发展结构简单的支撑式支架为目标;到了60年代,苏联、匈牙利和法国等先后研制了掩护式支架。

  这个支架就像是在地下搭建一个隧道,煤炭机械和工人能够安全地进行采矿和运输等工作。并且通过这项技术,煤矿的采掘能够下到地下西方国家通过研制这项技术,成功提高了煤矿的深产能力,降低了生产成本。

  为了提高煤矿开采的生产力,我国也开始研制液压支架。“干新产品就是干革命”,秉持这样的信念,工程师和技术人员开始液压支架的研发之路。1964年由太原分院和郑州煤矿机械厂共同设计自移支架,随后在河南郑州逐步走上了自主生产研制的道路。在广大科技工作者的艰苦奋斗下,先后研制出了垛式、节式和掩护式支架。

  液压支架中最核心的部分就是安全阀,安全阀关系到能不能支撑起矿洞内成千上万吨的重量。他们不断总结失败经验,将铸铁棒研磨成圆弧形的密封面,钢球等零件的光洁度不够,就用手工研磨。最终,安全阀的测试寿命由最初的10多次,提高到500余次。而当时的工程师以及技术人员攻克的安全阀技术下的液压支架,重达几吨,是中国煤矿机械行业的第一座丰碑,它如同定海神针一般,守护着采矿作业的安全。新中国处于起步阶段的液压支架技术,相当于星星之火,燃起了中国未来煤炭机械化开采的道路。

  虽然我们研制出来了液压支架,但是技术水平仍处于较为落后的阶段。在支架使用技术方面,仍存在重量不足、效率较低、工作阻力难以提升等突出问题。当时我国液压支架耐久性试验要求是大于7000次,印度要求是大于35000次,美国是大于45000次。我国这种质量水平的支架在国内一般矿井可以使用,但在国内高产工作面及国际上是没有竞争力的。

  在70年代到80年代之间,为了寻求技术突破,我国引进了西方国家较为先进的综采设备共100套,经过试用、总结及不断摸索,研制了放顶煤液压支架,并成功地在缓倾厚煤层和急倾斜厚煤层水平分层面试用。(综采是煤矿综合机械化采煤的简称,一般指机械化率达到95%以上的开采方式。)

  在消化吸收国外先进技术的基础上,我国科研人员自主开发了多种不同用途的液压支架。并且在此期间,科研院所和高校开展了大量技术攻关,进行了大量的综采工作面支架-围岩相互作用关系的实测、理论研究,提出了工作面顶板分类标准,为综采工作面的设备选型与参数确定打下了基础,使我国综合机械化的开展在技术上有章可循。

  真正的核心技术买不来。改革开放后,原煤炭工业部进口了很多综采设备,产量虽然提高了,可是经常有设备在使用中出现问题。技术人员找出了问题所在,原来中国的煤层有厚、中厚、薄之分,不同煤层需要不同性能的综采设备,只依靠进口国外设备不是长久之计。

  随着煤炭开采量不断增加,煤炭作业中对先进的工程机械的需求也随之上升。从上世纪90年代中期开始,我国液压支架进入了快速发展的阶段。这时期综采技术得到推广,全国的综采工作面数量有了大幅提升,同时液压支架的使用性能、技术参数、稳定性、可靠性也有了明显的提高,支架的架型不断地丰富。

  同一时期,国外对大批量定性结构采用机器人焊接,提高效率、保证质量、减少人的体力劳动。而我国的设备与国外的差距较大。进口的支架工作面的开机率达到90%以上,年产达150万吨以上,而我国的开机率平均为50%左右,年产在40万~50万吨左右。在这样的压力下,为了抢占技术高地,避免技术垄断的情况出现,我国加快了自主研发的步伐。

  2005年,在河南郑州的煤矿机械厂中,技术人员率先研制生产出5.5米大采高液压支架,真正打破了国外对我国中高端煤矿综采设备的垄断。随后,好消息不断传出来,6.5米液压支架、7米、8.8米大采高液压支架不断被我国的工程师们研发制造出来,甚至在2021年,全球首台10米、重120吨的超大采高液压支架在我国研制组装完成。液压支架的支护高度和安全性能不断被刷新,这不是简单的高度改变,而是技术、材料、工艺、精度和设计的飞跃。高度每增加一米,都会带来煤炭开采量百万吨级的增长。

  目前,在我国液压支架结构件生产车间内,经过了智能化、数字化的改造,人工手动操作设备的场景已经很少见了。通过数字化的生产方式降低了液压支架的生产成本,并进一步提高生产效率。2021年,我国煤炭开采量已达40.7亿吨,其中大型煤炭企业机械化开采程度已达95%以上。在机械化的综采设备加持下,我国煤炭综采水平也随之提高,正在逐渐缩短与国际水平的差距。

  从“中国第一架”液压支架到“世界第一高”液压支架,背后是千千万万的技术人员奋斗的成果。最近我们国家也正在对外输出我们自主研发制造的大型煤炭综采设备,还得到其他国家的认可,真正做到了“走出去”。经历技术转型、数字化转型下的煤炭综采技术,将我国煤炭生产逐渐进入智能化开采阶段,智慧矿山、绿色矿山建设。这座“地下钢铁长城”,也会一直守护着国家能源安全。

  资料来源:央视财经、《煤炭技术》、《工程管理前沿》2020年2月6期、《信物百年》、中国矿业报

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