煤矿机械设备行业:煤价起煤机兴智能化是前进的方向

煤机,即煤矿机械设备,是指用于煤矿的采掘、支护、运输、洗选等生产过程的矿山机械。 与普通矿山机械相比,煤矿机械通常具有防爆特性,尤其是井工矿用煤机。

煤机的上游包括钢材、电机、轴承、电子元件、液压件等原材料及零部件,下游为煤炭企业。

以液压支架为例,根据《液压支架制造成本影响因素分析及优化》,液压支架成本主要由板材、销轴、立柱、油缸、焊丝、密封、加工费及随机配件等构成。其中,结构件钢板占比最高,约占支架整体价格的43%,立柱约占价格构成的17%,其次为油缸、销轴直属件、液压系统等。

煤机设备的下游为煤炭企业,其开工、扩产情况,及盈利能力将直接影响煤机的需求。

目前,国内的煤炭企业以国企为主,41家上市企业中,央企、国企 33 家,占 80%,民企 8 家,占比20%。

按工作方式,煤炭机械可以分为露天矿设备、井工矿设备、安全设备、电气设备。

其中露天矿开采难度相对较低,因此设备通用性较高。露天矿开采设备主要包括重型汽车、自卸车、铲运机、挖掘机等。

按照煤矿开采顺序,井工矿开采涉及的煤机可以分为勘探设备、综掘设备、综采设备、辅助设备、洗选设备。除此之外,露天矿和井工矿均需要使用安全设备、电气设备等。

狭义的煤机装备主要指煤炭综合采掘设备,其核心设备主要包括掘进机、采煤机、刮板输送 机、液压支架,简称“三机一架”。

“三机一架”在矿井中的工作原理为:掘进机与运输设备、支护设备等配套完成各种巷道的掘进;巷道完成后,各种采煤设备及材料等通过巷道运输到采煤工作面,采煤工作面由液压支架支护,使矿工在较为安全的环境下工作。

刮板输送机依靠液压支架支承和推移,采煤机搭载在刮板输送机上并以其为轨道移动采煤。

当采煤机从煤层切割出煤炭后,刮板输送机将煤炭从工作面运送至转载机,破碎机,继而转运至带式输送机,并最终将煤炭提运至矿井地面。

当采煤机沿着工作面完成一次采煤后,整套综采机械设备在液压支架推移下向前移动,沿着工作面进行下一次开采。

通过掘进机、液压支架、刮板输送机和采煤机配合使用,可实现工作面巷道掘进、截煤、装煤、运煤、支护的全部机械化作业,具有较高的营运效率和安全性。

根据创力集团招股书,一般综采设备占到煤炭机械设备总投资 70%比重,其中“三机一架“又占综采设备的 80%。

在一个工作面中,一般需要 1 台采煤机、1 台掘进机、1 台刮板输送机和百余台液压支架,因此在“三机一架”中,液压支架价值量占比较大,约为 45%,掘进机和采煤机技术含量较高,价值量占比分别为 12%和 13%,刮板输送机等输送设备约占 10%。

总体上,“三机一架“共占综采设备价值量比重 80%,其他设备占 20%。

掘进机,是用于平直地面开凿巷道的机器,煤矿巷道的快速掘进是保证矿井高产稳产的关键 技术措施。

掘进机的类型很多,按照截割岩石的硬度系数 f 值,掘进机又可以分为煤巷掘进机(f 小于 等于 4)、半煤巷掘进机(f 小于等于 6 的煤或软岩石巷道)、岩巷掘进机(f 大约等于 6 的研磨性较高的岩石巷)。一般前两者是在煤炭开采领域使用率较高,根据国家能源招标网,煤巷、半煤岩巷掘进约占煤矿巷道总工程量的 70%。

掘进机主要切割、装运、行走机构、液压系统、电气系统、喷雾除尘系统等组成。

1)切割机构,又称为工作机构,直接在工作面破碎煤岩,目前应用普遍是悬臂式工作机构;

5)电气系统,是掘进机的动力源,并驱动,控制各电动机的运行,同时提供各种电气保护;

目前,我国是全球范围内少数具有掘进机自主生产能力的国家之一,国产隧道掘进机的市占 率在90%以上,海外出口规模也在不断增长。

三一国际是国内掘进机龙头企业,2004 年退出煤矿掘进机开始进入煤机行业。据立鼎产业研究网数据,2018 年三一国际在煤矿掘进机领域市占率达到 53%。除此之外,创力集团、天地科技、中煤能源也占有较高市场份额。

采煤机是以旋转工作机构破煤,并将煤装入输送机或其他运输设备的机械设备,使用采煤机 完成机械掏槽作业,改变了采煤工作面采用手工掏槽作业的落后工艺,与炮采工艺相比,改善了采煤工人的劳动安全生产条件,确保采煤工作面正规循环作业,增加块煤率。

由于采煤机是集机械、电气、液压为一体的大型复杂系统,工作环境恶劣,因此出现故障将 会导致整个采煤工作的中断,造成巨大经济损失,采掘技术及其装备水平直接关系到煤矿生产的能力和安全。

从内部结构看,采煤机一般由截割部、装载部、行走部(牵引部)、电动机、操作控制系统和 辅助装置等部分组成。

3)行走部又称牵引部,现代采煤机基本采用无链牵引,驱动装置包括调速系统和机械传动装置。

4)操控系统用于控制电源和工况状态,按工作原理可以分为机械控制、液压控制、电气控制三种。

竞争格局方面,采煤机基本成寡头垄断格局,据中国煤炭机械工业协会、前瞻产业研究院2020年数据,我国采煤机市场中太原矿机、西安煤机、上海创力占有较高市场份额,分别为21%、16%、15%。

刮板输送机不仅用于运送煤和物料,而且是采煤机的运行轨道,刮板输送机保持连续运转是煤炭生产正常进行的必要条件。

刮板输送机的种类有很多种,但基本结构都是由机头部、机身、机尾、辅助设备四部构成。 牵引构件是刮板链,溜槽是承载装置,一般刮板链在溜槽的底部。

其工作原理是,将敞开的溜槽,作为煤炭、矸石或物料等的承受件,将刮板固定在链条上(组成刮板链),作为牵引构件。

当机头传动部启动后,带动机头轴上的链轮旋转,使刮板链循环运行带动物料沿着溜槽移动,直至到机头部卸载。

刮板链绕过链轮作无级闭合循环运行,完成物料的输送。相比“三机一架”中其他设备,刮板输送机的技术门槛较低,各厂家技术差距不大,因此市场竞争格局也较为分散,竞争最为激烈。

据中国煤炭机械工业协会、前瞻产业研究院2020年数据,张家口、吉林蛟河、山西煤机等市占率较高。

1)重型化:随着煤机装机功率不断提升、重量增大,未来国内“一矿一面、一个采区、一条生产线”的矿区将逐渐增加,工作面长度在 300m 左右,可是实现日产 2-3 万吨,年产 500-1000 万吨,这就需要刮板输送机的功率提升至 2000-3000kw,输送能力提高至 4000 吨/小时;

2)自动化:刮板输送机自动化主要是根据启动、运行中的负载状况、各零部件运行时温度状况、采煤机截割速度、位置等随时调整输送机自身的参数,实现“自我控制:,以保证设备的安全、可靠运行。自动控制相对成熟后,最终可实现与液压支架、采煤机的联动作。

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