机械的发展
据悉我国煤炭行业“十一五”期间将新建煤矿规模3亿吨左右,将对工业结构进行调整,大力整合、改造现有煤矿、关闭小煤矿、淘汰落后的生产能力,加快大型煤炭基地和现代化大型煤矿的建设,这为我国矿山机械企业的发展提供了良好的机遇。
一、煤炭在我国能源结构中的重要作用
煤炭是我国的主要能源,是国民经济和社会发展不可缺少的物资基础。我国煤炭资源丰富,煤炭资源分布面积约60多万平方公里,占国土面积的6%。根据第三次全国煤炭资源预测与评价,全国煤炭资源总量5.57万亿吨,煤炭资源潜力巨大,煤炭资源总量居世界第一。已查明资源中精查资源量仅占25%,详查资源仅占17%。探明储量达到10202亿吨。其中可开采储量1891亿吨,占18%,人均占有量仅145吨,低于世界平均水平。 国务院制订的《能源中长期发展规划纲要(2004-2020)》(草案)指出“要大力调整优化能源结构,坚持以煤炭为主体,电力为中心,油气和新能源全面发展的战略”。鉴于我国“多煤、贫油、少气(天然气)”的特点,在今后一段相当长的时间内,能源结构仍然以煤炭为主,煤炭在一次能源消耗中占70%左右。2004年煤炭占我国一次能源生产的70%以上,在我国能源结构上占主要地位,有举足轻重的作用。
根据我国全面建设小康社会的需求,煤炭消费的趋势将有明显上升。在煤炭消费用户的构成中,电力、冶金、建材、化工4个行业煤炭消费量占煤炭消费总量从1990年的50%提高到2004年的84%,其中电力占51.8%,冶金11.64%,年占27%提高到2004年的51%,将近增长一倍。
二、我国煤炭工业发展现状
进入21世纪,我国煤炭工业快速发展,2000年全国产煤9.9亿吨,2001年产煤11.04亿吨,2002年13.8亿吨,2003年16.67亿吨。2004年全国产煤19.56亿吨,占全国一次性能源生产总量的74.3%,当年煤炭销售量为18.91亿吨,占全国一次性能源消费总量的65%,生产力水平显着提高,产业结构调整取得重大进展。一些企业开始跨地区、跨行业的产业联合,煤、电、化、路、港、航产业链开始形成,形成了一批在国内领先、在国际上具有一定竞争力的大集团,如神华集团、山西焦煤集团、兖州矿业集团等。我国煤炭产量急剧上升,得到了全世界的关注。
煤炭是我国能源安全的基石。煤炭工业是我国重要的基础产业,我国的煤炭产量已是世界第一位,是煤炭生产大国,现在我国煤炭工业已具备了设计、施工、装备及管理千万吨露天煤矿和大中型矿井的能力。现代化综采设备、综掘设备和大型高效露天剥、采、运、支成套设备在大中型煤矿大量使用。同时,我国煤炭开采技术装备总体水平低,煤炭生产技术装备是机械化、部分机械化和手工作业并存的多层次结构。技术和装备水平低。全国煤矿非机械化采煤60%。大中型国有重点煤矿装备水平较先进,但设备老化程度较大;小型矿井生产技术装备水平极低,煤矿生产工艺落后,作业人员过多、效率低。保障煤炭供应是国家加强煤炭工业宏观调控的重点之一,挖掘煤炭生产潜力,加快大型煤炭基地建设,是重要措施。为此,只有大幅提高大中型煤矿产量,才能在保障煤炭稳定供应的前提条件下,遏制小煤矿发展和淘汰小煤矿,完成煤炭生产结构优化调整。1998年12月以来,国家对煤炭产业结构进行了重大调整,关闭了五万多处小煤矿,淘汰了一批落后的生产能力,通过宏观调控,煤炭生产形势好转,供求关系趋于平衡。目前我国煤炭生产企业2.5万多家,其中规模以上的企业约占60%左右,2005年计划关闭2000多家小煤矿。
三、我国煤炭工业存在的问题和与国际先进产煤国家的差距
1、 我国煤炭企业规模小、产业集中度低 我国煤炭企业的突出特点是,规模小、效率低、安全状况不好,产业集中度低。据煤炭行业统计数据分析,2002年国有重点煤矿占52%,国有地方煤矿占18%,乡镇煤矿占30%。按井型划分,大型矿井占32%,中型矿井占18%,小型矿井(含乡镇煤矿)占48%。2004年,全国约有煤矿2.5万处,95%以上的小煤矿,矿井年产能力不足3万吨的矿井约占40%,煤炭产业的集中度只有15%,远远低于世界主要产煤国家的水平。国际先进的产煤国家,煤炭产业规模集中化,世界排名前10名的大公司,依靠核心竞争力,做强做大,提高了全球煤炭产业的集中化程度。2003年10大煤炭公司的煤炭产量约占全球产量的18.81%,有5家公司的煤炭产量超过1亿吨,其中排名第一的皮博迪公司达到1.83亿吨,力拓公司达到1.43亿吨,美国前4家企业的煤炭产量占本国煤炭总量的46.9%。
2、我国煤炭装备落后,机械化、自动化程度低、缺少大型成套设备. 我国煤矿生产基础薄弱、国有煤矿连续紧张生产的矿井占总数的近50%,矿井主要生产设备严重老化,超期服役的占30-40%,部分乡镇煤矿设备简陋、生产条件差,有的根本没有机械设备,仅为人工开采,不符合有关煤炭法规要求,当前我国资源破坏和浪费严重。部分煤炭企业存在着“采厚弃薄”、“吃肥丢瘦”等浪费资源现象,全国煤矿平均资源回收率为30-35%左右,资源富集地区的小型矿井资源会回收率只有10-15%。据煤炭行业统计数据分析,2002年我国国有重点煤矿采煤机械化程度为77.78%,综合采煤机械化为62.98%,掘进机械化程度为81.15%,综合掘井机械化程度为15.03%,地方国有煤矿机械化程度更低。当前全国采煤机械化程度仅为42%,除国有大中型煤矿采掘机械化程度达到75%之外,大多数煤矿生产技术水平低,装备差、效率低。特别是乡镇煤矿,基本上是非机械化开采。2004年乡镇煤矿产量占我国煤炭总产量的39%。对不适宜用放顶采煤的5.5米以上煤层,要采用一次采全高是最合理有效的采煤方法,但目前国内没有相适应的高产高效的综采成套设备。而国外美国久益(JOY)公司、德国德伯特(DBT)公司和德国艾克夫(Eickhoff)公司,都具有成熟的高煤层一次采全高的高产、高效综采成套设备。神华集团引进的成套设备年产突破1085万吨,工作面长度突破300米,最长的工作面已超过400米,工作面总装机功率已超过5000kw。而国际先进的产煤国家,煤炭生产呈现出大功率重型化、自动化、集约化、按照环保的特点。国外先进的采煤设备向大功率、重型化发展,设备储备系数大、运行可靠性高。DBT(德国德伯特)、JOY(美国久谊)和Eickhoof(德国艾克夫)等采矿设备公司都制造出具有自动化功能的产品。美国联邦2号矿在工作面实现了跟机自动移架。澳大利亚Batana煤矿实现了自动割煤和跟机自动移架。特别是信息技术在煤矿生产中得到广泛应用,先进煤矿广泛采集工作面设备运行参数和环境安全检测信息,在工作面集中显现并通过以太网传输到地面计算机,实现远程运输和故障诊断。运输系统、供电系统和通风系统均无人值守。实行集中远程操作、视频监视,辅助有专人巡视。井巷布置集约化,生产系统和环节少、实 现了生产高度集中。通常是一矿、一井、一面生产。有些先进的长壁工作面每班 只需6人,其中采煤机司机2人,维修工1人,机头集中操作工1人,另外2人替换休 息。高度重视工作环境的改善和人体安全防护。实现计算机监测安全信息,监测 探头遍布整个矿井。液压支架具有跟机自动喷雾和移架自动喷雾功能;采煤机上 方安装导风板,减少煤尘进入人行空间。采煤机运行的下风侧几乎无人作业。
3、煤矿安全生产事故多 我国煤矿安全生产方面,重大瓦斯事故多发,煤矿 事故的总死亡人数达到了高峰,2004年我国生产约20亿吨煤,事故死亡约六千人 ,这几年煤炭产量大幅度增长,煤矿百万吨死亡率还是下降的。由1994年的5.59 人下降到2004年3.08人,美国生产约10亿吨煤死27-31人,百万吨死亡率约为 0.039;波兰百万吨死亡率为0.09;南非百万吨死亡率为0.13;俄罗斯百万吨死亡 率为0.34。我国百万吨死亡率是美国的约100倍,俄罗斯的约10倍,印度的约12倍 ,大大超过煤炭先进生产国家。据有关专家讲,矿井安全检测仪表,安全设备均 在设计中作了考虑,多数事故都是矿井管理问题,真正因设备问题而发生事故较 少。先进产煤国家依靠大型、强力综采技术装备已经完成从普通综采机械化向矿 井高效集约化和自动化生产的过渡。高产高效煤矿的建设不仅提高煤炭生产效率 ,实现煤矿集约化生产,并为煤矿生产过程中的安全监测、监控创造条件,从而 有效的预防和控制煤矿安全生产事故。先进产煤国家安全生产上十分重视,不仅有健全的安全生产法规体系,还有严细的生产安全措施,严格的煤矿生产准 入制度,而且实现了计算机监测安全信息,监测探头遍布整个矿井,保证了安全生产。
四、煤炭工业发展对矿山机械设备的需求
1、我国煤炭工业发展趋势
据煤炭行业发展规划相关内容,“十一五”期间,我国将新建煤矿3亿 吨左右,其中投产2亿吨。国家将在“十一五”期间,对煤炭行业的工业结构进行 调整,大力整合、改造、关闭小煤矿,同时适度加快大型煤炭基地的建设,开工 一批现代化大型煤矿、置换落后的生产能力。“十一五”期间煤炭行业现代 企业制度要进一步得到完善,大型煤炭企业集团基本形成,到2010年要形成5-6个 亿吨级生产能力的特大型企业集团,5-6个5000万吨级生产能力的大型企业,产量 将占全国煤炭总产量的60%左右。通过新建和老矿井技术改造,全国将建成300处 高产高效矿井,高产高效的矿井产量将占全国总产量的50%左右。“十一五” 期间,国家将建设神东、晋北、晋东、蒙东(东北)、云贵、河南、鲁西、晋中 、两淮、黄陇(华亭)、翼中、宁东、陕北等13个大型煤炭基地,这些基地的储 量,占全国储量的70%以上,作为煤炭供应规划和建设的核心。初步预测全国 煤炭需求量:2010年为25-27亿吨、2020年为30-32亿吨,均占能源需求量的60%以 上。据相关部分统计,2004年国有重点煤矿原煤产量9.22亿吨,超过其核定生产 能力50%以上,煤炭生产能力严重不足。经测算,到2020年,新建和在建的国有煤 矿的生产能力约为7.1亿吨。如果届时中国小煤矿的产量仍保持目前的6亿吨,按 需求预测的高端方案,未来20年中国需新增煤矿产能17亿吨,年均8500万吨;按 需求预测的低端方案,未来20年中国需新增煤矿产能13亿吨,年均6500万吨。 2、对矿山机械设备的需求
“十一五”期间,煤炭工业的生产技术水平将明 显提高。国家将建成140个高效安全现代化矿井,国家将加大对煤矿建设项目的支 持力度,已先后有17个煤炭建设项目,由国家开发银行出具贷款承诺,还将100多 个高档普采工作面升为综采工作面,100多个普采工作面升为高档普采工作面。这 样,中国大型煤矿采掘机械化程度将达到95%。中型煤矿的机械化程度将达到80% 以上;大型煤矿国内先进水平装备率达到20%,国际先进水平装备率达到6%,中型 煤矿国内先进水平装备率达到10%,小型煤矿机械化、半机械化程度达30%以上。 据此分析,煤炭需求的急剧增长,上述煤矿采掘机械化指标还会有所突破,这为 煤矿装备的发展提供了广阔的市场前景。
(1)井下综采重点设备
我国煤 炭开采90%以上的井工开采的,井工开采占煤炭开采的主导地位。为迅速提高我国 综合装备水平,要以科学发展观为指导,采取跨越式发展模式。在“十一五”期 间应以日产2.5-3万吨(年产1000万吨左右)的综采成套设备国产化为突破口,全 国实现综采成套设备国产化,推动我国矿山机械工业的发展。
预计从2004年 到2020年,每年新增综采工作面成套设备为30套、普采工作面成套设备50套,每 年设备更新量约为现有的基数的六分之一。粗略估算,2010年采煤成套设备年需 求量将达到500台套左右。高产高效综采技术的核心是井下工作面综合机械化 采煤输送设备,主要有采煤机、刮板输送机、液压支架和带式输送机。急需开发研究的电牵引采煤机:装机总功率为2000kw左右,供电电压为3.3 KV、采高 范围为5-6m,生产能力达3000t/h左右。
重型刮板输送机:输送能力3000- 5000t/h,铺设长度250-400m,链速1.4m/s,装机功率3×700或2×1000kw,供电 电压为3.3KV。
液压支架:最大工作阻力12000 KN,立柱最大缸径ф480mm, 支护高度6m,架间距1.75-2m,支架降移升时间8-12s,采用电液控制系统。
大型带式输送机:装机功率1500-4000KN,电压3.3KV,带宽≥1.4m,带速≥5m/s ,运量≥5000t/h,距离50000m以上,托辊寿命5万小时以上,减速器寿命7万小时 以上。
(2)井下综掘设备
我国目前综掘机械化程度比较低,仅为12.81% ,远远跟不上综采机械化的发展,其中掘进机虽有较大的发展,但整体技术水平 仍比国际先进水平有较大差距。
需研究开发先进的掘进机:其截割功率300kw 以上,截割断面最大可达42m2,经济截割硬度达f12,可靠性要求,齿轮寿命在 20000h以上,轴承寿命在30000h以上,力争整机掘进10000米无故障。
同时要 结合我国国情和煤矿实际工矿,开发研制集切割、装运、行走、锚杆支护、机载 、除尘等功能为一体的掘锚联合装备机组,可大大提高掘进速度。
(3) 全自动刨媒设备
我国薄煤层储量约占总储量的21%左右,但是由于煤层薄,作 业空间小,工作条件恶劣,薄煤层高产高效开采技术一直是我国煤炭工业研究探 讨的重要难题。刨煤机作为一种“浅截深、多循环”的采煤设备,是实现薄煤层 高产高效的有效途径。提高薄煤层机械化水平加快薄煤层资源的开采进度,不仅 可以充分利用有限的资源,提高矿井整体生产能力,同时,也有利于保障煤矿的 安全生产。开发研制大功能、高强度、高效率、紧凑型的全自动刨煤成套设备势 在必行。全自动刨煤成套设备(采高0.6-1.8m),主要包括刨煤机、配套刮 板输送机、薄煤层液压支架、顺槽转载机、破碎机等产品。我国目前主要从 德国DBT进口主机——刨煤机及配套刮板输送机,由北京煤炭机械厂配套薄煤层液 压支架,张家口煤矿机械有限公司配套转载机和破碎机。到目前已进口六套(铁 法2套、晋城、西山、阳泉、大同各1套)。开发研制的全自动刨煤成套设备 :其生产能力1000吨/小时,铺设长度250-300米,适应煤层厚度0.8-2米,适应煤 质硬度F≤3.5,适应煤层倾角≤25度,功率2×400kw(刨头部分)、刨煤方式为 双速混合式,上行速度0.88米,下行速度1.76米,刨深≤120毫米,上行90毫米, 下行30毫米、下链牵引,牵引链38毫米D级,刨煤机采用智能控制系统,能自动监 视故障性质和位置。
(4)矿井提升设备
目前我国约90%的原煤是靠井工 开采的,矿井提升设备是井工开采的咽喉设备,它不仅关系到矿井的产煤量,而 且直接影响到人身和整个矿井的安全。我国煤炭产量到2020年将达20-32亿吨 ,估计每年需新增大型、特大型矿井提升机约30台套,考虑到更新改造,综合估 算在“十一五”期间平均年需各类提升机150-180台套,其中大型和特大型约占 20%,中小型约占80%,每年新增提升机产值5.4亿元左右。开发研制适用于年 产1000万吨的特大型矿井提升设备,其规格为6×4、7×4多绳提升机、最大拖动 功率单机为6000KW、双机为2×4000KW、最大提升速度14×16米/秒,整机使用寿 命为25年。
采用恒力矩、恒减速液压控制系统:采用计算机数字控制自动化 运行,提升速度及容器位置的监控全由电气自动检测、反馈、调整。实现提升机 的全自动化监控运行。
(5)露天矿井开采成套设备
露天开采占我国煤炭 总开采量的10%左右。露天开采与井工开采相比具有煤炭资源利用率高,开采成本 低,作业现场和工作人员更加安全等优点。所以,发展露天开采更有其井工开采 无法相比的作用和意义。大型露天矿设备从设计、制造到使用的技术性强,世界 各国都争相把最先进的技术成果用在大型露天矿设备上,因此发展大型露天矿设 备可以带动机械、电气、液压、信息等行业的发展,推动和促进我国民族工业的 发展。当前世界露天矿开采特点是:高度集中化开采与集约化经营;开采工 艺的多样化;企业管理的计算机化与智能矿山;合理充分利用资源,重建生态环 境保持可持续发展等几个方面。在我国大型煤炭基地建设总体规划方案中, 神东、晋北、蒙东(东北)、云贵、黄陇(华亭)、陕西等基地都建有大型露天 煤矿,仅霍林河、伊敏河、胜利、平朔哈尔乌苏2000万t采选项目中16-45m3矿用 挖掘机市场需求量就可达30-50亿元;哈尔乌、武家塔、马家塔采选项目等需大型 拉铲15-20亿元,又比如对半连续开采工艺设备仅蒙东要建7个5000万t级煤炭基地 ,建设一批保证胜利一二三号、百音花、伊敏河、宝日希勒一号和二号等超过千 瓦吨级大型露天煤矿,加上神府、哈尔乌苏和原有五大露天煤矿的改建及二、三 期扩建,移动式、半移动式破碎站需求量在40-60台(套)之间,要求移动式(半 移动式)破碎站的生产能力达到每小时2000-4000吨(碎煤),最高达到每小时 6000吨(碎岩)。在上述煤矿建设中对矿用卡车的需求量,估计,“十一五”期 间需100t级矿用车在250辆左右。当前需要开发研制斗容28m3、45m3的大型机 械式正铲,斗容70m3、90m3、100m3臂长约为100m的大型拉铲,降低电能消耗17% ,减少机械零部件应力载荷约30%,提高零部件使用寿命,使平均无故障时间达到国际先进水平。开发研制斗轮挖掘机,争取与国外合作制造3600m3大型斗轮 挖掘机,达到国际先进水平。开发研制移动式、半移动式大型破碎站,其生 产能力t/h,破碎物料强度≤150Mpa,给料粒度1500×1500× 1500-2500×2500×2500mm,排料粒度≤350mm,立机形式新型双齿辊破碎机(中 心距1500-1800mm,辊长2500-4000mm,功率2×300-2×500KW)。开发研制带宽2m的大型带式输送机,功率3×1400KW,运输量12000t/h,半固定式单机长 8820m,移置式单机长5270m,在-45℃低温下能正常运行。争取与国外合作, 开发研制载重170-360t的大型电动轮自卸车,并达到国际同类产品的先进水平。
(6)煤炭洗选加工设备 煤炭清洁洗选加工技术是资源综合利用的基础, 是提高煤炭热效率的有效途径,也是保障国民经济可持续发展和环境保护的需要 ,煤炭洗选加工业在政策扶持、科技进步、市场拉动、投资增加和环保要求的推 动下,呈现出快速发展、总体推进、扩量提质、增效降污的可喜局面,原煤入洗 比例不断提高。到2004年末,全国共有年入洗3万吨及以上的选煤厂2000余座,设 计能力7.5亿吨以上,原煤入洗量为5亿吨左右。2005年,全国原煤入洗能力将突 破8亿吨,入洗量将达到6亿吨,入洗比例达40%,根据煤炭工业规划,到2010年原 煤入洗率达50%,原煤入洗量提高到11亿吨,炼焦煤全部入洗,动力煤入洗率达到 40%以上。据此计算,每年将新增8000-10000万吨原煤入洗,按400万吨规模洗选 煤厂计算,每年将新增25座大型洗选煤厂,加上现有洗选煤厂的技术改造每年约 需洗选煤设备250套左右,洗选煤设备的发展潜力很大。为适应煤洗选加工的 要求,应开发研制单机处理能力为1000-2000m3/h的新型浮选机,其主要参数能够 实现自动控制。开发研制筛子面积≥28m3的高可靠性大型直线振动筛。开发研制入料粒度25-400mm、处理能力为300-400T/h的高效液压动筛淘汰机。 开发研制筛篮直径≥1.4米,处理能力≥300T/h的大型卧式振动离心脱水机和 400m2高效精煤压滤机、处理能力≥35T/h的沉降式离心脱水机等高效脱水设备。 开发研究并解决300-400万吨/年的大型选煤厂的集中控制和智能化管理技术 与装备,实现选煤的全过程的主要工艺参数,煤炭灰分、水分、发热量、悬浮液 密度、入料浓度、流量、旋流器入口压力、跳汰机床层厚度、松散度、浮选加药 量、耙工浓缩机溢流水的浊度、皮带输送机的煤流量等指标的在线检测、实现跳 淘机、浮选机、重介旋流器、压滤机等主要分选设备单机自动化控制系统和选煤 厂全厂的综合自动化控制系统。
另外,随着煤炭工业大力发展和推广洁净煤 技术,煤的焦化、液化、气化等二次转化设备也必将得到迅速发展,开发研制大 型炼焦设备、大型煤液化容器,大型煤气化炉势在必行。
为此,矿山机械企 业要抓住目前我国产业结构调整和企业深化改革之机,在国家政策的指导下加快 矿山机械企业改组、联合、兼并、破产、重组和股份制改革的步伐,组建以矿山 机械制造企业为主体,有煤炭生产企业入股、科研院所参与的大型矿山工程装备 集团,如中国煤矿工程机械装备集团、太原重型机械集团煤机有限公司等,形成 具有制造和开发能力、工程成套能力、有创新能力的企业实体。把企业建成具有 市场竞争能力和抗风险能力的现代化矿山工程企业集团,努力向煤矿提供成套设 备,减少用户的风险,为我国煤炭工业的发展做出积极贡献。
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