中矿传动技术交流

行业研究

2021年11月29日发布

       我国是矿产大国，其中大部分矿产资源采用井工开采，因而矿井提升设备的发展历史悠久、数量众多，估计全国生产或引进的矿井提升设备约有12 000 台，目前同时服役的矿井提升设备约有 7 000台。

        从1958 年我国自主生产第一台矿井提升机以来，在不同年代生产了诸多系列的矿井提升机，其技术水平相差甚远。提升设备发展到现在，在技术、规格和参数等方面有了很大的提高，并且有新的发展方向和趋势，对此，笔者将总结分析如下内容。

图1  中矿传动ACD系列变频器

1.1 大型化、重载化

      随着矿山生产规模的扩大和技术水平的发展，矿井提升设备的能力加大，大型化设备数量增多，各项设备指标屡创新高，不断填补设备空白。国产典型提升机产品如表 1 所列。

        表1 国产典型提升设备

       1994 年，中信重工机械股份有限公司 (以下简称中信重工，原“洛阳矿山机械厂”) 设计制造了我国首台 4.5 m 提升机，即 JKMD -4.5×4 提升机，用于开滦矿务局吕家坨矿主井，已经运行 20 多年，目前仍然是国内运行的最大直流提升机，其电动机功率为3 000 kW。

据统计，目前国内运行及在制的大型多绳摩擦式提升机 (规格 4.5 m 及以上，含国产、全套进口即欧洲生产、国外公司中国本土化即在中国制造) 共计226 台套，其中国产 173 台套，国产设备占有率为76.5%，仍然是国内大型提升机的主体。

       20 年来，规格 4.5 m 及以上全套进口和中国制造的提升设备中，上海 ABB 公司有 18 台套，西马格公司有 35 台套，两大公司共有 53 台套，占有率为23.5%。上海 ABB 目前在中国本土化制造订货共 5 台套 (未交货、未运行)，西马格在中国本土化制造订货共 1 台套 (未交货、未运行)，其余均为欧洲生产。大型多绳摩擦式提升机国产与进口设备市场占有率如表2 所列。

表3 国产大型多绳摩擦式提升机的市场对比

       中信重工设计生产的 152 台套矿井提升设备中，直流提升机 52 台套，占34.2%；交流提升机 100 台套，占 65.8%；双机拖动 11 台套，直流 2 台套，交流 9 台套。中信重工生产的大型提升机拖动功率从 1 250～6 300 kW，双机拖动功率达到2×3 500 kW，电动机转速达 25～58 r/min，提升速度约 6～16 m/s。中信重工共生产 5 m 以上提升机 55台套，占大型提升机总量的 36.2%，其中直流提升机10 台套，交流提升机 45 台套。中信重工大型摩擦式提升机配套电动机的拖动类型分析如表 4 所列，大型摩擦式提升机的规格分布分析如表 5 所列。

表4 中信重工大型多绳摩擦式提升机电动机拖动类型的分析

表5 中信重工大型多绳摩擦式提升机的规格分析

       国产设备中，5.5 m 以上提升机共计 17 台套，全部由中信重工设计生产，占垄断地位，其中 3 台套分别出口到赞比亚谦比希铜矿、波兰 DFME 和印度斯坦锌业公司 SK 矿。

国内厂家以中信重工为代表，依托成熟的技术和强大的加工能力，可以根据市场需求，开发生产更大规格的提升设备。国内外主要生产厂家业绩如表 6 所列。

表6 国内外主要提升设备生产厂家的业绩概况

1.2 各部分价格组成发生变化

       提升机的机械部分一般按照质量核算价格，而电动机部分随着功率加大，其价格呈现非线性地增加，电气部分广泛采用变频传动等新技术，价格居高不下，大型提升机的闸控部分多采用新型高端闸控，价格偏高；因此，整体看来，各部分的价格组成已发生变化。目前机械部分的价格占比显著下降，特别是近年来钢材价格的下滑，更加剧了此种趋势。

       以中信重工总包生产的葫芦素煤矿副井 JK M－4×6 多绳摩擦式提升机为例，主机机械部分为中信重工生产，电动机为上海电动机厂生产，电气传动及控制为西门子生产，闸控系统为德国西玛格生产。其价格组成显示，主机设备 (主轴、卷筒及天轮等) 的价格仅占 19%，国产电动机价格占 11%，电控和闸控价格相当，在整个设备的价格占比中超过了 2/3。

       由此看来，电控和闸控因具有较高的技术含量，其经济效益是主机机械部分无法比拟的。近年来，中信重工提出几项转型，其中之一就是要重点开发生产高技术附加值的产品，以期提高利润率。以葫芦素煤矿副井 JK M－4×6 多绳摩擦式提升机为例，其各组成部分价格对比如表 7 所列。

表7 J KM－4×6 多绳摩擦式提升机各部分的价格分析

1.3 竞争厂家增多且日趋激烈

         除了传统的提升机生产厂家，如中信重工、上海冶矿、山西新富升机器制造有限公司、四川矿山机器(集团) 有限责任公司、锦州矿山机器 (集团) 有限公司以及重庆泰丰矿山机器有限公司外，目前国内又出现了贵阳高原矿山机械有限公司、山东泰鼎矿山机械有限公司、鹤壁市星光矿山机械制造有限公司以及中实洛阳重型机械有限公司等中等规模的厂家，各企业的特点不同，占据自己的市场份额。随着各企业为应对市场需求而加大投入，技术制造能力也发展相当迅速，新兴企业已具备了中小规格提升机的设计制造能力。

1.4 国外品牌进入中国市场

        随着国外提升设备公司进入中国，国内传统的提升机生产制造厂家受到国外品牌的严重冲击。如瑞典 ABB 和德国西玛格进入中国并在国内建厂；上海ABB 公司采用部件委托国内厂家制造的方式，大幅降低成本，与国内厂家竞争；捷克品牌 INCO 和锦州矿山机器厂合作，在河北钢铁田兴铁矿项目上中标。

       国外品牌进入国内市场，加剧了提升机市场特别是大型提升机市场的竞争。其他品牌的产品，特别是国外电气传动产品也在尝试进入中国市场，未来提升机市场的竞争将更加白热化。

1.5 广泛采用新技术

       (1) 监测水平提高随着检测技术的发展，提升设备中采用了钢丝绳无损探伤、多绳提升机钢丝绳张力动态监控、制动系统在线监测和轴承振动监测等新技术，由原来的单一超限监测发展到连续实时监测，提高了安全性。

       (2) 应用新的辅机产品 新型数控车槽装置、多绳提升机调绳及换绳装置、多绳提升机的托罐及锁罐装置、多绳提升机的重力提升和辅助驱动系统等新产品的应用，大大提高了生产效率和安全性。

图2  中矿传动ASCS系列电控系统

2.1 机、电、液成套化

       从狭义的产品成套来讲，提升系统由主机部分、电控部分、电动机 (电动机厂配套) 和闸控部分组成，提升设备各部分的发展不均衡。

       (1) 主机部分 目前，国产主机部分 (主轴、卷筒和天轮等) 的产品结构、技术水平、安全可靠性已达到国际先进水平，但产品外观尚有差距，结构细节须优化。与国外同类产品相比，配置过于保守，质量偏大。

       (2) 电控系统 与国外技术相比，电控部分差距在加大 (大功率交－直－交系统)，影响国内产品的整体竞争力，关键技术摆脱不了对进口技术的依赖，市场占有率在降低。

       (3) 电动机 电动机的单机功率、外形尺寸、质量等与国外有较大差距，材料应用偏保守，发热问题、冷却技术存有差距。

       (4) 闸控系统 闸控部分的原理、结构、配置、可靠性及性能己可与国际上先进的 ABB、西马格媲美，但起步晚，需加强宣传，提高市场认可度。

       由于关键技术特别是电控部分存在的差距，造成提升机产品很难实现机电液一体化，制约了产品产值的提高。目前国产大型提升设备面临的困境是：大功率电控技术欠缺，不得不依赖进口；配套的国产电动机目前最大单机功率为 6 300 kW (尚未运行)，遇到大功率项目时，竞争力不足；智能闸控用户认可度不高；主机机械部分 (主轴、卷筒和天轮等) 的价格优势已没有很大吸引力。

       对于大型提升设备的采购，用户往往倾向于进口设备，甚至在项目招标时就指定进口设备。最近大型提升设备的竞争中，ABB 和西玛格的中标率较高，这对其他公司的后续项目也造成非常大的影响。

       目前，提升设备的主机系统、电动机、闸控系统和电控部分往往被分离，由不同的厂家供货，甚至是单独招标，很少形成完整的机电液成套产品，设计院和业主也推崇这种供货模式。例如大型提升设备，主机研发由国内厂家生产，闸控系统被指定为进口 ABB或者西玛格产品，电气部分是国内另一家电气厂家供货，该情况给项目执行和设备维护带来诸多不便。

       从宏观的产品成套来讲，提升设备可以推广为整个提升系统。由提升设备、提升容器及悬挂装置、井架、操车及装卸载设备、钢丝绳、辅助的设备等(调绳设备、换绳设备等) 组成。目前国外公司瑞典A BB、西玛格都能够以工程项目的方式供货，完成设备选型计算、全套设备及辅机供货。而目前国内的模式是设计院负责选型计算，设备生产厂负责设计与制造设备，与国外公司相比技术不全面，设备种类不完整。国内的提升机设备，提升容器及悬挂装置由专业制造厂 (徐州和泰安等) 制造；井架一般由设计院供图，由安装单位或煤机厂制造；操车及装卸载设备由中小型煤机厂制造；钢丝绳由专业制造厂 (贵州、鞍山和石嘴山) 制造或进口；辅助设备 (调绳设备和换绳设备等) 如小提升机的调绳、换绳设备技术比较成熟，由中小煤机厂制造，大提升机的调绳、换绳设备发展相对滞后，目前仅个别厂家开发有产品。因产品隶属于不同厂家，没有形成统一的联合体，造成一个提升项目由多个设备厂家分别供货，与进口品牌相比，存在较大差距。

2.2 选型、设计、制造一体化

       目前，国内提升机产品普遍采用“设计院选型设计＋制造厂设计制造”的模式，设计院根据矿井的基本参数，选取采用何种类型与规格的提升设备，由提升机生产厂家完成产品的设计和制造，最终交付用户。这种模式一直沿用几十年，直到国外公司进入中国，该模式受到严重冲击。

       国外 ABB、西马格公司具备选型设计、产品设计、产品制造一体化的能力，整合了国内设计院和制造厂的功能。特别是在最近几个项目的执行过程中，国外公司已显示出选型、设计、制造一体化的优势。

2.3 超深井提升

      随着新探超深矿产的发现和较浅矿产的枯竭，超深井提升机成为今后提升设备研发的重要方向。发展1 500～2 000 m 超深矿井提升装备是国家资源开发的战略需求，也符合《国家中长期科学和技术发展规划纲要》(2006—2020 年)“重点研究开发煤炭高效开采技术及配套装备”的要求。

       提升深度超过 1 200 m，从经济、效率和安全考虑，以及国外的实践证明，液力、风力及皮带运输等方式已不适用于垂直提升，只能采用绳式提升装备。我国已掌握了 800 m 以内浅矿井提升技术，但井深超过1 200 m 的大型提升装备的研发还是空白。

        煤炭工业协会在《关于促进煤炭工业“十二五”结构调整的指导意见》中提出，规模以上煤矿企业数量控制在 4 000 家以内，形成 12 个亿吨级、16 个 5 000万吨级特大型煤炭企业。煤矿数量控制在 1 万处以内，建成安全高效煤矿 600 处，千万吨矿井 (露天) 60 处。目前，1 300 m 峰峰集团的磁西煤矿动工。未来规划的超深矿井概况如表 8 所列。

表8 未来规划的超深矿井一览

       未来 5～10 a，我国金属、煤炭矿山将开工兴建1 000 m 以上深井达 30 条，预计需超深矿井大型提升装备 60 台套以上，总价值超过 120 亿元。我国将成为世界上超深矿井大型提升装备需求量最大的国家之一。

       南非超深井提升技术发展较早，目前最深矿井已达到3 000 m，广泛采用多绳缠绕式 (布莱尔) 提升机。但南非超深井提升设备只应用于金矿等产量较小的矿井，很难同时满足井深大、产量高两项指标要求。因此，开发适合中国国情，并同时适用于超深矿井、超大产量的提升设备，是中国矿井提升设备的一项当务之急。

       2014 年，中信重工牵头并联合三所高校承担了国家 973 课题“超深井大型提升装备设计制造及安全运行的基础研究”，开创了制造业第一个由企业牵头实施国家 973 计划项目的历史。该项目旨在解决我国在深部资源开发利用战略过程中遇到的技术难题，特别是解决提升高度 1 500 m 以上，提升载荷 50 t 以上的特大型提升机的设计制造技术难题。同时，中信重工参加了由国家安全监管总局牵头组织的“超大规模超深井金属矿山开采安全关键技术研究”项目 (双超：开采规模 1 000 万 t 以上，提升高度 1 200 m 以上)，对国内“超大规模超深金属矿井运输与大流量高浓度填充关键技术”等课题进行研究，中信重工重点研究开发满足双超项目的特大型提升机。

2.4 国内市场需求减小，国外市场需求增加

        随着国内提升设备十年期间井喷式的发展，国内市场增加了约3 000台矿井提升设备，老旧设备也及时进行了技术改造。随着国家政策调整，经济发展减缓，许多项目停止或暂缓，市场需求大幅度下降。2014—2015 年，国内提升机的需求明显下降。

        而在国际市场，东南亚、印度、俄罗斯、乌克兰、蒙古以及南非的提升机需求相当可观。如印度项目主井 JKMD－5.5×4PⅢ、副井 JKMD－4×4PⅢ提升机已开始制造，乌克兰需要的特大型 2JK－6.2×2.95单绳缠绕式提升机正在洽谈中，该设备已经超过国内运行的最大规格。

自 2013 年开始，国内设计制造企业陆续为上述国家的提升机项目做了许多前期技术方案。由于国外矿井提升机的安全规格和国内有着显著差别，所以在设备设计、制造和验收等方面，都难以完全融合，技术交流难度较大。

       为了走向国际化，必须做好基础性的工作，如搜集国外提升机标准、规程，按照国际通用惯例提供产品随机资料，提高人员的语言水平等等。依据目前的发展现状和趋势，中信重工提出了“转型、创新、发展”的战略要求，提出以成套技术创新拉动经营规模，以产品技术升级提高经济效益、降低制造成本，通过管理和机制创新提高效率和水平，促进公司由“制造型向高新技术型、主机供应向成套服务、本土化向国际化”的三大转型，为实现打造特色鲜明、优势突出，具有国际先进水平的成套技术和重型装备服务商而努力。

2.5 提高安全性，融入高附加值技术性

       (1) 新版规程即将实施 《煤矿安全规程》2015 即将推出修订版，对安全提出了新的要求，相应的产品标准需要跟进修订，产品也将进行换版升级。

        (2) 信息感知及信号传输技术的发展 提升机主轴、减速器、电动机、天轮、液压站、润滑站和钢丝绳等关键部位安装检测传感器，通过现场数据采集器将采集信号接入控制系统通过远程接口，传输到远程诊断平台对数据进行分析，在检测到故障特征后，将结果反馈到控制系统同时向用户推送。

       (3) 开发智能化无人值守矿山技术 智能化矿山技术可实现系统的自检测、自适应、自诊断和无人值守，通过与远程智能诊断平台相结合方式，推出中小型智能化提升机的“互联网＋全生命周期服务”的模式。

图3  中矿传动ADRI系列高性能紧凑型变频器

         根据提升设备的发展现状，国内厂家应取长补短，寻求进步，迫近或赶上先进技术，巩固市场占有率；分析提升设备的发展趋势，国内厂家应有的放矢，及早做好技术储备，避免在未来的市场竞争中处于下风。

  （本稿件由中矿传动市场部整理编辑，原文刊于2021年10月10日《矿山机械杂志》公众号！作者：杜波、张步斌等 本文仅用于技术交流，如涉及侵权，请联系编者删除。）

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