0 引 言
采煤机械作为煤矿生产的核心装备之一，其性能和质量是保障煤矿高效安全生产的重要基础。作为集机械、电气、液压为一体的复杂控制系统，任何环节发生故障均将导致整个工作面生产中断，造成巨大经济损失[1-2]。因而，贯彻采煤机械的标准化管理工作，提高采煤机械系统质量就显得尤为重要[3-4]。随着智能制造、智慧矿山概念的提出，采煤机械行业的科技水平的快速提高，新技术、新装备的不断涌现，采煤机械在经历了机械化，半自动化，自动化阶段后，智能化、网络化已经成为当代采煤机械发展的主要方向[6-8]。伴随着采煤机械的快速发展和煤炭行业巨大进步，我国采煤机械标准体系建设也取得了长足进步，目前已经逐步建立起日趋完善的采煤机械技术标准体系，形成国家及行业标准30余项，并成立煤矿专用设备标准化技术委员会采煤机械分会，进行采煤机械行业相关标准的归口管理，极大的促进了采煤机械标准体系建设的常态化和规范化。然而，现有的采煤机械标准与快速发展的采煤机械装备和技术相比，仍存在标准体系不完善和关键系统标准缺失等问题，技术标准现状与采煤机械装备和技术的发展不适应、不匹配的问题也已成为制约采煤机械行业发展的突出矛盾[9-10]。为解决上述问题，对国内外采煤机械标准发展现状进行研究，调研分析采煤机械行业标准体系存在的问题及需要完善和改进的领域，进而分析和构建新的采煤机械标准体系框架，并基于此提出标准体系建设方案。研究可为采煤机械标准体系完善及技术发展提供参考。
1 采煤机械标准体系建设现状
1.1 国际标准发展现状
采煤机械国际标准主要以欧盟EN 国际标准化组织ISO,国际电工委员会IEC等组织为代表。其所制定的国际标准着眼关注煤矿综采设备及人员的安全问题，强调煤矿开采过程中采煤机械设备各类危险因素及预防控制措施。EN标准主要依据欧盟理事会批准的新方法指令，由欧洲标准化技术委员会负责制定发布，主要标准有EN1710： 《用于井下潜在爆炸性环境的设备和部件》、EN1552：《地下开采机械-工作面移动回采机械-采煤机械和刨煤机安全要求》等。ISO标准多以欧洲标准为基础进行转化，与采煤机械相关的标准由ISO/TC82技术委员会负责标准的制修订，目前有由EN1552转化的最终国际标准版草案稿ISO/FDIS 19225:2017：《地下开采机械-工作面移动回采机械-采煤机和刨煤机安全要求》[11-13]。我国煤炭行业标准化建设虽然起步较早，但前期各种因素导致缺乏与国际标准接轨，因此本领域尚无我国自主制定的国际标准。随着标准化工作的推进以及信息流通渠道的扩展，近年来已在逐步积极开展采标等工作。
1.2 我国采煤机械标准发展现状
20世纪80年代，我国煤炭行业相继建立了全国煤炭标准化技术委员会、煤炭行业煤矿专用设备标准化技术委员会、煤炭行业煤矿安全标准化技术委员会，分别技术归口和组织制修订煤炭资源评价与综合利用、煤矿专用设备和煤矿安全等领域的标准。煤矿专用设备标准化技术委员会采煤机械分会作为采煤机械行业相关标准的归口管理单位，正在逐步推动和完善本行业标准体系，推进强制性标准精简整合以及推荐性标准集中复审工作。现行采煤机械标准共37项，其中国家标准3项，行业标准34项。通过分析，这些标准中相关滚筒采煤机械标准29项，刨煤机标准7项，基础标准1项。这些标准针对采煤机械关键部位的基本性能要求，检验规范进行了规定。根据截割特点，目前采煤机械主要分为滚筒采煤机与刨煤机。根据其分类，现有采煤机械专业标准体系如图1所示。
图1 采煤机械标准体系现状
Fig.1 Current status of shearer standard system
现有采煤机械标准体系表主要包括基础标准、安全标准、滚筒采煤机械通用标准以及刨煤机通用标准4个部分，涵盖本领域内国家标准、行业标准。基础标准主要侧重煤岩特性测定方法。安全标准主要针对设备安全要求、安全管理及电气安全等进行规范。滚筒采煤机械标准分为：基础标准、方法标准、产品标准[14]。滚筒采煤机械基础标准主要涉及产品的基本参数和型号编制方法；方法标准中涉及采煤机械开机率、以及生产能力的计算方法。产品标准的数量最多，涵盖了采煤机械整机以及通用零部件的通用技术条件要求以及出厂检验规范。刨煤机通用标准情况同滚筒采煤机械通用标准。
1.3 采煤机械标准立项与发展
随着综采技术不断分类细化，相应的采煤机械的分类也得到不断细化，新型采煤机械发展迅速。而智能化综采技术的发展也对于采煤机械的监测监控、数据传输以及控制系统提出了更为明确的要求。针对目前的研究成果，部分采煤机械相关标准已进行立项制定，旨在进一步规范和促进采煤机械技术发展，采煤机械标准主项计划见表1。
表1 采煤机械标准立项计划
Table 1 Standard Project for shearer
标准标准层级采煤机监测监控装置行业标准采煤机通信与信号传输系统行业标准采煤机无线电遥控装置行业标准采煤机端头控制站行业标准短壁工作面滚筒采煤机技术条件行业标准大倾角滚筒采煤机技术条件行业标准大截割高度滚筒采煤机技术条件行业标准薄煤层滚筒采煤机技术条件行业标准采煤机调高液压缸组件技术条件行业标准
2 采煤机械行业标准体系存在的问题
通过分析目前本行业的标准体系存在的问题主要有以下5个方面：①标准的覆盖面不够广泛。现有标准体系重点针对滚筒采煤机与刨煤机产品进行规范。随着综采生产方式及控制模式的不断细化，各种新型采煤机械产品不断发展，造成部分新兴重点领域标准存在空白。②标准的体系性差。仅通过对产品形式进行粗略分类已经难以满足采煤机械各种技术发展的需求，亟需对采煤机械标准体系进行详细分类，规范采煤机械技术发展。③体系表中个别标准实用性差，发布实施以来在实际生产中从来没有使用过，还有部分规划中的标准尚未立项已经过时，需要修改；④部分技术标准水平有待提高。目前现行一些标准，尤其是部分检验规范还应用2000年以前制定版本，已经不能满足当前技术需求。⑤现行有效的标准转化率和采标率偏低。由于国际标准工作参与较少，严重制约了我国煤炭标准国际化进程和国际市场竞争的参与程度。
3 采煤机械标准体系构建
3.1 采煤机械标准体系框架
基于采煤机械产品及其控制技术的发展需求，研究确立采煤机械标准体系框架，如图2所示。
图2 采煤机械标准体系框架
Fig.2 Shearer standard system framework
采煤机械标准体系包括基础标准、安全标准、控制系统标准、电气系统标准、机械结构标准、产品标准、管理标准7部分组成：①基础标准主要包括产品型号编制、煤岩特性测定及型式基本参数。产品型号与型式基本参数应进行统一编制，成为统筹采煤机械行业的基本标准。②安全标准主要针对采煤机械的安全要求、安全管理及系统电气安全等进行规定。一方面应用现有煤矿防爆等产品安全标准，另一方面制定有关采煤机械的安全技术标准，尤其是新技术应用的过程中涉及的控制系统安全、数据安全等。③机械结构标准主要针对采煤机械的关键机械结构及备品备件进行规范，如采煤机械螺旋滚筒、滚筒的连接方式、制动器、液压系统、喷雾降尘用喷嘴、刨煤机用刨刀和滑架等。④电气系统标准主要针对采煤机械电气系统，如变频调速装置、电动机、电磁开关、电缆等进行规范，保障采煤机械电气系统性能。⑤控制系统标准主要针对采煤机械进行控制涉及的监测系统、通信系统、控制装置等进行规范。随着新型传感器及控制技术的不断应用，对于采煤机械的通信接口和协议规范、惯性导航系统、智能调高系统等均在本部分标准进行修订，以覆盖采煤机械当前最新技术产品，促进采煤机械关键控制技术发展。⑥产品标准主要针对目前采煤机械各种产品如刨煤机、薄煤层采煤机、大采高采煤机、大倾角采煤机等技术条件及检验规范进行规定，规范整个采煤机械行业的细分产品市场。⑦管理标准一方面针对采煤机械大修规范进行规范，保障采煤机械的循环利用；另一方面针对新型控制技术应用过程中采煤机械的控制及安全管理规程进行规定，保障新技术得以落地，通过管理与技术融合实现安全高效生产。
3.2 采煤机械标准体系与其他煤矿标准体系关联
采煤机械标准体系是在与煤矿其他相关标准关联的基础上，规范其特有的标准。对于其他相关标准的基本性能要求，采煤机械标准体系进行采标及应用，并根据自身的结构及性能要求，对其关键系统进行规范，满足采煤机械质量管理和技术发展的需求。采煤机械标准体系与煤矿其他相关标准之间的关系可如图3所示。
图3 采煤机械标准体系与煤矿其他相关标准的关联关系
Fig.3 Relationship of shearer standard system with other relevant standards
对于安全相关的标准，采煤机械需满足爆炸性环境用电气设备GB 3836《爆炸性环境及防爆电气设备通用要求》的相关防爆要求，并应满足煤矿电气设备及电磁兼容的安全要求[15]；对于采煤机械基本性能，应满足基本开关及调速控制设备以及矿用电缆的通用性能要求。另外，采煤机械的选型及规范受到综采面设计规范制约，应满足其不同条件工作面的设计规范中对于采煤机械的性能及配套要求。对于矿山机电设备的通信接口，应通过全矿井统一规范的方式进行规定，采煤机械作为关键设备，应满足其协议标准，保证全矿井的数据汇聚，为煤矿智能化提供数字基础。
4 采煤机械标准体系建设方案
基于采煤机械行业标准体系现状，考虑如下7点建设意见:①全面系统加强采煤机械行业内现有体系内标准复审工作。确保现有的采煤机械国家标准、行业标准和企业标准配合得当、各司其职，减少交叉、重复、矛盾、不协调、不配套等现象。对于已过时的标准该整改，需要废止的也要及时废止。并且梳理出现有体系不足的列项，作为后续建设工作的重点。②落实采煤机械标准制修订管理工作。确标采煤机械准制修订计划项目“严进严出”，从立项阶段严把质量关，减少标准的重复交叉制订，对采煤机械标准制修订全过程施行项目管理，提高标准制修订的质量和效率。③落实采煤机械科技成果及专利的标准转换的实时性和及时性。新产品和新技术需要及时进行标准化，需要在产品和技术还很“新”的时候就制定标准，而不能等其成熟了、大规模应用之后再定标准。若行业已经形成了利益格局，再考虑制定标准，则标准的制定过程，实施过程就会遇到更多的阻力。落实采煤机械科技成果及专利的标准转换的实时性和及时性，就是要使技术标准能够实时、充分反映先进的技术成果，发挥标准的技术先锋和前导作用。 ④推进科技含量高、重点标准领域采煤机械标准建设。如采煤自动化无人工作面中涉及到的各类标准，以及煤矿其他战略新兴领域，应该尽早制定标准，规范产业发展[16-17]，引领产业进步，确保在国内、国际采煤机械竞争中赢得先机。⑤增加采煤机械安全C类标准以及认证类标准的制修订工作，完善现有标准体系。⑥积极规划参与国际采煤机械标准制修订工作。目前，发达国家纷纷将技术标准化作为其国家知识产权战略的重要组成部分，因此，国内采煤机械行业要积极打破壁垒，凭借其技术优势增加在世界市场的话语权，积极参与采煤机械国际标准的制修订。 ⑦加大力度培养采煤机械标准化人才。增加行业间、乃至国际间标准化人才合作交流，提高采煤机械标准制修订工作的水平。建立覆盖全行业、全领域的完善的、健全的采煤机械化标准体系[18-19]。
5 结 语
当前，煤矿智能化已成为煤炭工业转型升级和高质量发展的必由之路。采煤机械作为煤炭生产的核心装备之一，其技术发展极为迅速。随着技术的发展，现有的采煤机械标准体系已难以完成涵盖其技术内容，已经成为制约其技术发展的瓶颈。本研究通过对于采煤机械行业技术标准现状的分析，结合当前国内外采煤机械技术发展情况以及存在的问题，对于采煤机械标准体系进行重新构建，并对其与相关行业标准关联及标准体系建设方案进行分析，以满足当前采煤机械产品应用于采煤技术发展的需求。本研究提出的采煤机械标准体系架构，作为一个开放性标准体系，根据技术发展情况以及使用过程的实际需要，应及时进行迭代更新调整。标准体系的建设与实施是一项复杂的系统工程，在煤炭行业标准体系逐步完善的基础上，优化和健全采煤机械标准体系，研制行业重点领域与关键技术标准，加强行业标准之间的联系，充分发挥标准的技术支撑和基础保障作用，对于实现煤矿转型升级及煤矿智能化关键技术发展具有重要的战略意义。
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