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项目年度编号
2300010291
中图分类号
TD823.254
成果公布年份
2022
成果简介
1、项目立项背景
中国的能源禀赋决定了煤炭在相当长时间内仍是主体能源，煤炭也是陕西省的支柱产业。陕蒙地区矿区8m以上煤层赋存量大，受超大采高采煤装备限制，开采方法主要以放顶煤为主，资源回收率低，煤质较难控制。为了提高8m以上特厚煤层资源回收率和开采效率，国家发改委、工信部和能源局联合发布了《中国制造2025-能源装备实施方案》，将8.8m超大采高成套装备列入煤炭绿色智能采掘洗选装备的重点技术攻关任务，开展超大采高智能化采煤装备关键技术研究与应用，对实现8m以上煤层一次采全高、提高资源回收率、促进区域经济发展具有重大意义。
依托国家工业和信息化部、财政部2017年工业转型升级(中国制造2025)资金计划绿色制造系统集成项目(工信部节函[2017]327号)、国家自然科学基金项目(U1510117)及企业重点攻关项目(2019SMHKJ-B-J-92)，西安煤矿机械有限公司联合中国矿业大学、国能神东煤炭集团有限责任公司及西安交通大学开展产学研用协同创新，研发了超大采高智能化系列采煤装备、工艺与技术，攻克了8m以上超大采高智能化采煤装备关键零部件材料和加工工艺等“卡脖子”问题，打破了超大采高智能化采煤装备只能依赖进口的局面，填补了超大采高智能化采煤装备制造领域国内外技术空白，取得了显著的经济和社会效益。
2、主要技术内容
该项目成功研发了一套具有完全自主知识产权、采高可达8.8m的超大采高智能化采煤装备，显著提高了特厚煤层的开采效率和资源回收率。其主要技术创新成果如下：
创新成果1：发明了超大采高采煤机关键零部件材料和加工工艺。发明了一种高强度采煤机摇臂壳体铸钢材料及其制备工艺，壳体整体强度提高2.5倍；发明了激光与MIG复合焊接方法，采煤机关键结构件的焊接强度提高了44%；发明了高强度齿轮齿根过渡曲线优化方法、齿轮斜孔加工工艺和采煤机摇臂调心滚子轴承安装方法，大幅提高了行走部与截割部的可靠性。
创新成果2：首创了超大采离采煤机高可靠性结构。发明了大仰角长摇臂多单元分隔结构润滑及分布式冷却技术，解决了大仰角长摇臂因润滑与冷却问题而导致传动系统损坏的技术难题，摇臂温度降低了31.6%，过煤量提升到原来的3倍；创新了超大采高采煤机轻量化设计方法，整机重量减轻38吨，牵引阻力降低了14.2%；研制了高可靠性行走机构，使用寿命达到国外同类产品的1.57倍。攻克了移动设备大采高、强冲击、重载荷工况下机身整体稳定性差、联接刚性弱等技术难题。
创新成果3：发明了超大采高采煤机相确定位技术。发明了基于阵列式惯性单元和UWB的采煤机复合定位方法，提出了基于多单元惯性导航的位姿解算方法及其滤波修正算法，有效抑制了惯性元件的漂移误差和累计误差，定位精度由0.26m提高到0.1m，实现了采煤机动态运行过程中的精准定位和空间自主导航；研发了采煤机滚筒与液压支架相对位置感知技术，解决了采煤机摇臂升降过程中易与液压支架发生干涉的技术难题，避免了采煤机滚筒与液压支架发生碰撞而导致的生产事故。
创新成果4：发明了基于数据链技术的采煤机数字电传控制和智能控制方法。
研发了采煤机数字电传控制系统，扩展了自然语言识别、故障诊断等6项智能化功能，通讯速率提高2.5倍以上，提高了控制系统可靠性，实现了超大采高采煤机自主截割过程中的智能调控和稳定运行；提出了融合煤壁垮落程度和电机电流信息的超大采高采煤机牵引速度智能调控方法，以及基于多象限复杂采煤工艺的采煤机自主作业方法，实现了采煤机作业模式的自适应调整，显著提高了采煤机的运行效率和智能化水平。
3、授权专利情况
依据上述创新成果，该项目共授权发明专利19件，实用新型专利12件，软件著作权1件，制定行业标准1项。
4、经济指标
基于项目整体技术研发的超大采高智能化采煤机，平均生产能力>120万吨/月(传统产品80万吨/月)，整机售价增长60%以上，大幅提高了产品性能和附加值。
5、应用推广及效益情况
项目整体技术研制的8.8m超大采高智能化采煤机于2019年9月23日首次在国能神东煤炭集团有限责任公司上湾煤矿实施应用，截止2021年12月底，累计产出煤炭2416万吨，最高日产达6.55万吨，最高月产达150.6万吨，其生产能力和可靠性均满足应用单位高产高效生产需求。
从整体技术首次实施应用至2021年底，西安煤矿机械有限公司研制的系列超大采高智能化采煤机在陕西、内蒙、山西、宁夏等多地实施应用35套，为煤机生产单位增加收入5.75亿元。
该项目提高了采煤装备的可靠性和智能化水平，打破了超大采高采煤机只能依赖进口的局面，填补了国内外8.8m特厚煤层一次采全高的技术空白，实现了超大采高采煤机整机完全国产化，有效提高了特厚煤层的开采效率和资源回收率，为实现千万吨级现代化矿井煤炭安全、高效、绿色开采提供了新动能。
完成人
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