論
壇
中礦傳動技術交流
行業(yè)研究
2021年第31期
2021年11月29日發(fā)布
礦井提升設備的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢
稿件來源 市場部 摘自《礦山機械雜志》
導讀：本文闡述了礦井提升設備的發(fā)展現(xiàn)狀，并以實例和數(shù)據(jù)分析了目前提升設備的大型化與重載化，指出由于提升設備各部分價格發(fā)生變化，國外品牌進入中國市場，提升設備的市場競爭更加激烈，新技術的應用提高了設備的生產(chǎn)效率和安全性?？偨Y了市場對產(chǎn)品選型設計制造一體化的新要求，指出超深井提升設備的研發(fā)是今后的重點；提出了國內(nèi)市場需求減小、國外市場前景廣闊的市場方向。
本文刊登于2021年10月10日《礦山機械雜志》公眾號，市場部特摘編于此以供大家學習和了解礦井提升機的發(fā)展趨勢，這更有助于對我們未來市場的把控起到良好的指導作用。
我國是礦產(chǎn)大國，其中大部分礦產(chǎn)資源采用井工開采，因而礦井提升設備的發(fā)展歷史悠久、數(shù)量眾多，估計全國生產(chǎn)或引進的礦井提升設備約有12 000 臺，目前同時服役的礦井提升設備約有 7 000臺。
從1958 年我國自主生產(chǎn)第一臺礦井提升機以來，在不同年代生產(chǎn)了諸多系列的礦井提升機，其技術水平相差甚遠。提升設備發(fā)展到現(xiàn)在，在技術、規(guī)格和參數(shù)等方面有了很大的提高，并且有新的發(fā)展方向和趨勢，對此，筆者將總結分析如下內(nèi)容。
圖1 中礦傳動ACD系列變頻器
提升設備的發(fā)展現(xiàn)狀
1.1 大型化、重載化
隨著礦山生產(chǎn)規(guī)模的擴大和技術水平的發(fā)展，礦井提升設備的能力加大，大型化設備數(shù)量增多，各項設備指標屢創(chuàng)新高，不斷填補設備空白。國產(chǎn)典型提升機產(chǎn)品如表 1 所列。
表1 國產(chǎn)典型提升設備
1994 年，中信重工機械股份有限公司 (以下簡稱中信重工，原“洛陽礦山機械廠”) 設計制造了我國首臺 4.5 m 提升機，即 JKMD -4.5×4 提升機，用于開灤礦務局呂家坨礦主井，已經(jīng)運行 20 多年，目前仍然是國內(nèi)運行的最大直流提升機，其電動機功率為3 000 kW。
據(jù)統(tǒng)計，目前國內(nèi)運行及在制的大型多繩摩擦式提升機 (規(guī)格 4.5 m 及以上，含國產(chǎn)、全套進口即歐洲生產(chǎn)、國外公司中國本土化即在中國制造) 共計226 臺套，其中國產(chǎn) 173 臺套，國產(chǎn)設備占有率為76.5%，仍然是國內(nèi)大型提升機的主體。
20 年來，規(guī)格 4.5 m 及以上全套進口和中國制造的提升設備中，上海 ABB 公司有 18 臺套，西馬格公司有 35 臺套，兩大公司共有 53 臺套，占有率為23.5%。上海 ABB 目前在中國本土化制造訂貨共 5 臺套 (未交貨、未運行)，西馬格在中國本土化制造訂貨共 1 臺套 (未交貨、未運行)，其余均為歐洲生產(chǎn)。大型多繩摩擦式提升機國產(chǎn)與進口設備市場占有率如表2 所列。
表3 國產(chǎn)大型多繩摩擦式提升機的市場對比
中信重工設計生產(chǎn)的 152 臺套礦井提升設備中，直流提升機 52 臺套，占34.2%；交流提升機 100 臺套，占 65.8%；雙機拖動 11 臺套，直流 2 臺套，交流 9 臺套。中信重工生產(chǎn)的大型提升機拖動功率從 1 250～6 300 kW，雙機拖動功率達到2×3 500 kW，電動機轉速達 25～58 r/min，提升速度約 6～16 m/s。中信重工共生產(chǎn) 5 m 以上提升機 55臺套，占大型提升機總量的 36.2%，其中直流提升機10 臺套，交流提升機 45 臺套。中信重工大型摩擦式提升機配套電動機的拖動類型分析如表 4 所列，大型摩擦式提升機的規(guī)格分布分析如表 5 所列。
表4 中信重工大型多繩摩擦式提升機電動機拖動類型的分析
表5 中信重工大型多繩摩擦式提升機的規(guī)格分析
國產(chǎn)設備中，5.5 m 以上提升機共計 17 臺套，全部由中信重工設計生產(chǎn)，占壟斷地位，其中 3 臺套分別出口到贊比亞謙比希銅礦、波蘭 DFME 和印度斯坦鋅業(yè)公司 SK 礦。
國內(nèi)廠家以中信重工為代表，依托成熟的技術和強大的加工能力，可以根據(jù)市場需求，開發(fā)生產(chǎn)更大規(guī)格的提升設備。國內(nèi)外主要生產(chǎn)廠家業(yè)績?nèi)绫?6 所列。
表6 國內(nèi)外主要提升設備生產(chǎn)廠家的業(yè)績概況
1.2 各部分價格組成發(fā)生變化
提升機的機械部分一般按照質(zhì)量核算價格，而電動機部分隨著功率加大，其價格呈現(xiàn)非線性地增加，電氣部分廣泛采用變頻傳動等新技術，價格居高不下，大型提升機的閘控部分多采用新型高端閘控，價格偏高；因此，整體看來，各部分的價格組成已發(fā)生變化。目前機械部分的價格占比顯著下降，特別是近年來鋼材價格的下滑，更加劇了此種趨勢。
以中信重工總包生產(chǎn)的葫蘆素煤礦副井 JK M－4×6 多繩摩擦式提升機為例，主機機械部分為中信重工生產(chǎn)，電動機為上海電動機廠生產(chǎn)，電氣傳動及控制為西門子生產(chǎn)，閘控系統(tǒng)為德國西瑪格生產(chǎn)。其價格組成顯示，主機設備 (主軸、卷筒及天輪等) 的價格僅占 19%，國產(chǎn)電動機價格占 11%，電控和閘控價格相當，在整個設備的價格占比中超過了 2/3。
由此看來，電控和閘控因具有較高的技術含量，其經(jīng)濟效益是主機機械部分無法比擬的。近年來，中信重工提出幾項轉型，其中之一就是要重點開發(fā)生產(chǎn)高技術附加值的產(chǎn)品，以期提高利潤率。以葫蘆素煤礦副井 JK M－4×6 多繩摩擦式提升機為例，其各組成部分價格對比如表 7 所列。
表7 J KM－4×6 多繩摩擦式提升機各部分的價格分析
1.3 競爭廠家增多且日趨激烈
除了傳統(tǒng)的提升機生產(chǎn)廠家，如中信重工、上海冶礦、山西新富升機器制造有限公司、四川礦山機器(集團) 有限責任公司、錦州礦山機器 (集團) 有限公司以及重慶泰豐礦山機器有限公司外，目前國內(nèi)又出現(xiàn)了貴陽高原礦山機械有限公司、山東泰鼎礦山機械有限公司、鶴壁市星光礦山機械制造有限公司以及中實洛陽重型機械有限公司等中等規(guī)模的廠家，各企業(yè)的特點不同，占據(jù)自己的市場份額。隨著各企業(yè)為應對市場需求而加大投入，技術制造能力也發(fā)展相當迅速，新興企業(yè)已具備了中小規(guī)格提升機的設計制造能力。
1.4 國外品牌進入中國市場
隨著國外提升設備公司進入中國，國內(nèi)傳統(tǒng)的提升機生產(chǎn)制造廠家受到國外品牌的嚴重沖擊。如瑞典 ABB 和德國西瑪格進入中國并在國內(nèi)建廠；上海ABB 公司采用部件委托國內(nèi)廠家制造的方式，大幅降低成本，與國內(nèi)廠家競爭；捷克品牌 INCO 和錦州礦山機器廠合作，在河北鋼鐵田興鐵礦項目上中標。
國外品牌進入國內(nèi)市場，加劇了提升機市場特別是大型提升機市場的競爭。其他品牌的產(chǎn)品，特別是國外電氣傳動產(chǎn)品也在嘗試進入中國市場，未來提升機市場的競爭將更加白熱化。
1.5 廣泛采用新技術
(1) 監(jiān)測水平提高隨著檢測技術的發(fā)展，提升設備中采用了鋼絲繩無損探傷、多繩提升機鋼絲繩張力動態(tài)監(jiān)控、制動系統(tǒng)在線監(jiān)測和軸承振動監(jiān)測等新技術，由原來的單一超限監(jiān)測發(fā)展到連續(xù)實時監(jiān)測，提高了安全性。
(2) 應用新的輔機產(chǎn)品 新型數(shù)控車槽裝置、多繩提升機調(diào)繩及換繩裝置、多繩提升機的托罐及鎖罐裝置、多繩提升機的重力提升和輔助驅(qū)動系統(tǒng)等新產(chǎn)品的應用，大大提高了生產(chǎn)效率和安全性。
圖2 中礦傳動ASCS系列電控系統(tǒng)
礦井提升設備的發(fā)展趨勢
2.1 機、電、液成套化
從狹義的產(chǎn)品成套來講，提升系統(tǒng)由主機部分、電控部分、電動機 (電動機廠配套) 和閘控部分組成，提升設備各部分的發(fā)展不均衡。
(1) 主機部分 目前，國產(chǎn)主機部分 (主軸、卷筒和天輪等) 的產(chǎn)品結構、技術水平、安全可靠性已達到國際先進水平，但產(chǎn)品外觀尚有差距，結構細節(jié)須優(yōu)化。與國外同類產(chǎn)品相比，配置過于保守，質(zhì)量偏大。
(2) 電控系統(tǒng) 與國外技術相比，電控部分差距在加大 (大功率交－直－交系統(tǒng))，影響國內(nèi)產(chǎn)品的整體競爭力，關鍵技術擺脫不了對進口技術的依賴，市場占有率在降低。
(3) 電動機 電動機的單機功率、外形尺寸、質(zhì)量等與國外有較大差距，材料應用偏保守，發(fā)熱問題、冷卻技術存有差距。
(4) 閘控系統(tǒng) 閘控部分的原理、結構、配置、可靠性及性能己可與國際上先進的 ABB、西馬格媲美，但起步晚，需加強宣傳，提高市場認可度。
由于關鍵技術特別是電控部分存在的差距，造成提升機產(chǎn)品很難實現(xiàn)機電液一體化，制約了產(chǎn)品產(chǎn)值的提高。目前國產(chǎn)大型提升設備面臨的困境是：大功率電控技術欠缺，不得不依賴進口；配套的國產(chǎn)電動機目前最大單機功率為 6 300 kW (尚未運行)，遇到大功率項目時，競爭力不足；智能閘控用戶認可度不高；主機機械部分 (主軸、卷筒和天輪等) 的價格優(yōu)勢已沒有很大吸引力。
對于大型提升設備的采購，用戶往往傾向于進口設備，甚至在項目招標時就指定進口設備。最近大型提升設備的競爭中，ABB 和西瑪格的中標率較高，這對其他公司的后續(xù)項目也造成非常大的影響。
目前，提升設備的主機系統(tǒng)、電動機、閘控系統(tǒng)和電控部分往往被分離，由不同的廠家供貨，甚至是單獨招標，很少形成完整的機電液成套產(chǎn)品，設計院和業(yè)主也推崇這種供貨模式。例如大型提升設備，主機研發(fā)由國內(nèi)廠家生產(chǎn)，閘控系統(tǒng)被指定為進口 ABB或者西瑪格產(chǎn)品，電氣部分是國內(nèi)另一家電氣廠家供貨，該情況給項目執(zhí)行和設備維護帶來諸多不便。
從宏觀的產(chǎn)品成套來講，提升設備可以推廣為整個提升系統(tǒng)。由提升設備、提升容器及懸掛裝置、井架、操車及裝卸載設備、鋼絲繩、輔助的設備等(調(diào)繩設備、換繩設備等) 組成。目前國外公司瑞典A BB、西瑪格都能夠以工程項目的方式供貨，完成設備選型計算、全套設備及輔機供貨。而目前國內(nèi)的模式是設計院負責選型計算，設備生產(chǎn)廠負責設計與制造設備，與國外公司相比技術不全面，設備種類不完整。國內(nèi)的提升機設備，提升容器及懸掛裝置由專業(yè)制造廠 (徐州和泰安等) 制造；井架一般由設計院供圖，由安裝單位或煤機廠制造；操車及裝卸載設備由中小型煤機廠制造；鋼絲繩由專業(yè)制造廠 (貴州、鞍山和石嘴山) 制造或進口；輔助設備 (調(diào)繩設備和換繩設備等) 如小提升機的調(diào)繩、換繩設備技術比較成熟，由中小煤機廠制造，大提升機的調(diào)繩、換繩設備發(fā)展相對滯后，目前僅個別廠家開發(fā)有產(chǎn)品。因產(chǎn)品隸屬于不同廠家，沒有形成統(tǒng)一的聯(lián)合體，造成一個提升項目由多個設備廠家分別供貨，與進口品牌相比，存在較大差距。
2.2 選型、設計、制造一體化
目前，國內(nèi)提升機產(chǎn)品普遍采用“設計院選型設計＋制造廠設計制造”的模式，設計院根據(jù)礦井的基本參數(shù)，選取采用何種類型與規(guī)格的提升設備，由提升機生產(chǎn)廠家完成產(chǎn)品的設計和制造，最終交付用戶。這種模式一直沿用幾十年，直到國外公司進入中國，該模式受到嚴重沖擊。
國外 ABB、西馬格公司具備選型設計、產(chǎn)品設計、產(chǎn)品制造一體化的能力，整合了國內(nèi)設計院和制造廠的功能。特別是在最近幾個項目的執(zhí)行過程中，國外公司已顯示出選型、設計、制造一體化的優(yōu)勢。
2.3 超深井提升
隨著新探超深礦產(chǎn)的發(fā)現(xiàn)和較淺礦產(chǎn)的枯竭，超深井提升機成為今后提升設備研發(fā)的重要方向。發(fā)展1 500～2 000 m 超深礦井提升裝備是國家資源開發(fā)的戰(zhàn)略需求，也符合《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要》(2006—2020 年)“重點研究開發(fā)煤炭高效開采技術及配套裝備”的要求。
提升深度超過 1 200 m，從經(jīng)濟、效率和安全考慮，以及國外的實踐證明，液力、風力及皮帶運輸?shù)确绞揭巡贿m用于垂直提升，只能采用繩式提升裝備。我國已掌握了 800 m 以內(nèi)淺礦井提升技術，但井深超過1 200 m 的大型提升裝備的研發(fā)還是空白。
煤炭工業(yè)協(xié)會在《關于促進煤炭工業(yè)“十二五”結構調(diào)整的指導意見》中提出，規(guī)模以上煤礦企業(yè)數(shù)量控制在 4 000 家以內(nèi)，形成 12 個億噸級、16 個 5 000萬噸級特大型煤炭企業(yè)。煤礦數(shù)量控制在 1 萬處以內(nèi)，建成安全高效煤礦 600 處，千萬噸礦井 (露天) 60 處。目前，1 300 m 峰峰集團的磁西煤礦動工。未來規(guī)劃的超深礦井概況如表 8 所列。
表8 未來規(guī)劃的超深礦井一覽
未來 5～10 a，我國金屬、煤炭礦山將開工興建1 000 m 以上深井達 30 條，預計需超深礦井大型提升裝備 60 臺套以上，總價值超過 120 億元。我國將成為世界上超深礦井大型提升裝備需求量最大的國家之一。
南非超深井提升技術發(fā)展較早，目前最深礦井已達到3 000 m，廣泛采用多繩纏繞式 (布萊爾) 提升機。但南非超深井提升設備只應用于金礦等產(chǎn)量較小的礦井，很難同時滿足井深大、產(chǎn)量高兩項指標要求。因此，開發(fā)適合中國國情，并同時適用于超深礦井、超大產(chǎn)量的提升設備，是中國礦井提升設備的一項當務之急。
2014 年，中信重工牽頭并聯(lián)合三所高校承擔了國家 973 課題“超深井大型提升裝備設計制造及安全運行的基礎研究”，開創(chuàng)了制造業(yè)第一個由企業(yè)牽頭實施國家 973 計劃項目的歷史。該項目旨在解決我國在深部資源開發(fā)利用戰(zhàn)略過程中遇到的技術難題，特別是解決提升高度 1 500 m 以上，提升載荷 50 t 以上的特大型提升機的設計制造技術難題。同時，中信重工參加了由國家安全監(jiān)管總局牽頭組織的“超大規(guī)模超深井金屬礦山開采安全關鍵技術研究”項目 (雙超：開采規(guī)模 1 000 萬 t 以上，提升高度 1 200 m 以上)，對國內(nèi)“超大規(guī)模超深金屬礦井運輸與大流量高濃度填充關鍵技術”等課題進行研究，中信重工重點研究開發(fā)滿足雙超項目的特大型提升機。
2.4 國內(nèi)市場需求減小，國外市場需求增加
隨著國內(nèi)提升設備十年期間井噴式的發(fā)展，國內(nèi)市場增加了約3 000臺礦井提升設備，老舊設備也及時進行了技術改造。隨著國家政策調(diào)整，經(jīng)濟發(fā)展減緩，許多項目停止或暫緩，市場需求大幅度下降。2014—2015 年，國內(nèi)提升機的需求明顯下降。
而在國際市場，東南亞、印度、俄羅斯、烏克蘭、蒙古以及南非的提升機需求相當可觀。如印度項目主井 JKMD－5.5×4PⅢ、副井 JKMD－4×4PⅢ提升機已開始制造，烏克蘭需要的特大型 2JK－6.2×2.95單繩纏繞式提升機正在洽談中，該設備已經(jīng)超過國內(nèi)運行的最大規(guī)格。
自 2013 年開始，國內(nèi)設計制造企業(yè)陸續(xù)為上述國家的提升機項目做了許多前期技術方案。由于國外礦井提升機的安全規(guī)格和國內(nèi)有著顯著差別，所以在設備設計、制造和驗收等方面，都難以完全融合，技術交流難度較大。
為了走向國際化，必須做好基礎性的工作，如搜集國外提升機標準、規(guī)程，按照國際通用慣例提供產(chǎn)品隨機資料，提高人員的語言水平等等。依據(jù)目前的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，中信重工提出了“轉型、創(chuàng)新、發(fā)展”的戰(zhàn)略要求，提出以成套技術創(chuàng)新拉動經(jīng)營規(guī)模，以產(chǎn)品技術升級提高經(jīng)濟效益、降低制造成本，通過管理和機制創(chuàng)新提高效率和水平，促進公司由“制造型向高新技術型、主機供應向成套服務、本土化向國際化”的三大轉型，為實現(xiàn)打造特色鮮明、優(yōu)勢突出，具有國際先進水平的成套技術和重型裝備服務商而努力。
2.5 提高安全性，融入高附加值技術性
(1) 新版規(guī)程即將實施 《煤礦安全規(guī)程》2015 即將推出修訂版，對安全提出了新的要求，相應的產(chǎn)品標準需要跟進修訂，產(chǎn)品也將進行換版升級。
(2) 信息感知及信號傳輸技術的發(fā)展 提升機主軸、減速器、電動機、天輪、液壓站、潤滑站和鋼絲繩等關鍵部位安裝檢測傳感器，通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器將采集信號接入控制系統(tǒng)通過遠程接口，傳輸?shù)竭h程診斷平臺對數(shù)據(jù)進行分析，在檢測到故障特征后，將結果反饋到控制系統(tǒng)同時向用戶推送。
(3) 開發(fā)智能化無人值守礦山技術 智能化礦山技術可實現(xiàn)系統(tǒng)的自檢測、自適應、自診斷和無人值守，通過與遠程智能診斷平臺相結合方式，推出中小型智能化提升機的“互聯(lián)網(wǎng)＋全生命周期服務”的模式。
圖3 中礦傳動ADRI系列高性能緊湊型變頻器
結語
根據(jù)提升設備的發(fā)展現(xiàn)狀，國內(nèi)廠家應取長補短，尋求進步，迫近或趕上先進技術，鞏固市場占有率；分析提升設備的發(fā)展趨勢，國內(nèi)廠家應有的放矢，及早做好技術儲備，避免在未來的市場競爭中處于下風。
（本稿件由中礦傳動市場部整理編輯，原文刊于2021年10月10日《礦山機械雜志》公眾號！作者：杜波、張步斌等 本文僅用于技術交流，如涉及侵權，請聯(lián)系編者刪除。）
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