综采工作面刮板定量给料机领域专利技术浅析

　　煤矿综采技术是当今世界较为先进的煤矿井工开采技术，其中我国以井工开采的煤矿占到煤炭总产量的80%。作为综采技术中采用的核心设备之一，工作面刮板定量给料机不仅用于运送煤矿和物料，而且还是采煤机的运行轨道。本文从专利申请的角度分析了工作面刮板定量给料机的发展状况，通过对全球专利数据分析以及国内专利申请类型的统计，梳理了综采技术中工作面刮板定量给料机的发展脉络和整体技术水平，同时找出了该领域中研究较为深入的企业，进而明确了目前工作面刮板定量给料机的重点发展方向，较为后对该领域未来的发展趋势给出了相应建议。 

　　工作面刮板定量给料机是一种用于在煤矿井下运输煤矿、矸石或物料的连续性输送设备，它的整机长度等于运输距离[1]。 

　　刮板定量给料机以一种挠性体为牵引机构，不仅可用于水平运输，还可以用于倾斜运输。刮板定量给料机的结构坚实牢靠，能够承受煤炭、矸石等的连续冲、撞、砸、压等外力作用[2]，且同时能在井下兼做采煤机的运行轨道，适应采煤工作面的推进而进行弯曲推移行进。换而言之，刮板定量给料机能保持连续稳定运转，井下生产就能正常进行，因而在现代的煤矿综采中，工作面刮板定量给料机仍然发挥着无可替代的作用。 

　　改革开放以来，我国逐步成为了煤炭生产及消耗大国，煤炭的产量逐年攀升，推动我国经济社会的不断发展，由此也对综采工作面刮板定量给料机提出了更高的要求，亟需发展大运力、大功率、长距离的新一代刮板定量给料机。 

　　2、工作面刮板定量给料机技术发展历程 

　　2.1 全球发展状况 

　　从图1可以看出，在20世纪40、50年代专利申请量都非常少，而这一时期正是煤矿开采的早期，并未进行全面的机械化作业。专利申请量开始快速增长出现在70年代并在80年代初期达到顶峰，这是因为这一时期全球经济快速发展，带动了煤矿产业机械化程度的迅速更新。从80年代中期开始，全球工作面刮板定量给料机专利申请总量开始下降，一直到80年代末达到较为低点，到90年代，该产业的专利申请量一直保持相对平稳的态势，并一直持续到21世纪初期，对于出现这种情况的主要原因之一是传统的主要采煤国陆续完成了采煤机械化，同时由于部分矿井开采枯竭老化，整个市场对采煤机械的需求不再强烈。此外，以德国为主的传统工业强国正大力发展清洁能源，并开始逐步关闭煤矿，同时计划后期彻底脱离煤炭生产。2008年后，全球专利申请总量开始上升并呈现较快的增长速度，这是由于同时期以中国为代表的能源需求大国的专利申请大幅增长，带动了全球专利申请的增加，这将在下文予以体现。 

　　2.2国内专利申请状况 

　　以我国专利申请的类型进行统计。由图2可以看出从1985年在我国申请的第一份工作面刮板定量给料机专利到20世纪末，专利申请量一直都较少，其中90年代初期的申请量有相对小幅的提高，主要原因是这一时期国内的煤机制造厂家、煤矿研究所和高校等积极合作，通过借鉴和吸收国外先进的产品结构和工艺手段，研制开发了多个系列、多个结构类型的刮板定量给料机产品。 

　　进入21世纪初，由于国内装备发展的速度不能快速地满足企业生产需求，有较多的企业通过进口国外生产设备来满足生产规模扩大的需求，因此这期间我国刮板定量给料机的专利申请量虽然总体呈现增长趋势，但增速缓慢。 

　　然而在2008年后，国内工作面刮板定量给料机专利申请数量步入了高速增长的通道，这与我国相关政策的刺激不无关系，同时也反映了出于对煤炭开采的刚性需求，我国相关生产研制单位在经过前期的摸索、研究和技术积累后开始异军突起，在技术上不断更新，表现为专利申请量的迅猛增长。 

　　另外，从图2明显能看出我国刮板定量给料机相关的发明数量一直低于实用新型的申请量，这一方面反映出了申请人希望通过实用新型快速获得专利权保护，但另一方面，由于实用新型专利权的稳定性和经济价值明显不及发明专利，因而也反映出了我国对该产业的技术掌握仍显不足，生产水平也有待提高。 

　　3、工作面刮板定量给料机主要技术分支的发展 

　　煤矿综采技术在进行了多年的发展后，相应的综采设备也发生了巨大的变化，各项设备都在不断地向着高效能、高稳定性发展，其中工作面刮板定量给料机的技术也发展也呈现了较为完整的系列化规模。全球各个主要生产厂家都在不断地升级更新产品，而由于各家技术积累以及对应市场需求不同，其技术的发展方向也不尽相同。 

　　从图3可以看出全球重要的四家企业申请专利的技术方向。作为煤矿机械的较为早生产厂家和行业巨头，德国的DBT公司（现被卡特彼勒公司收购）和美国的JOY公司在专利申请量方面占据绝对优势，同时其产品也是占据着全球煤矿机械的高端市场，而国内的三一重装和中煤张家口也在不断追赶国外企业。其中德国的DBT公司在工作面刮板定量给料机的控制方面申请专利较为多，例如较为早的自动调链装置AVK就是该企业研发的。美国JOY公司的研发实力同样雄厚，其在工作面刮板定量给料机的机身方面申请量较多。从整体来看，四家企业的研发重点都集中在控制方面，这是因为面对大功率的重型定量给料机，需要研发配套的高性能软启动装置，才能确保定量给料机重载平稳启动。机身和中间部的研究也在少数，但是在刮板链这一发展较为成熟的子领域，四家企业的申请量都较小，相对于其已稳定的结构，更多是对于材质和工艺的改进。 

　　4、总结与建议 

　　近年来我国社会经济持续快速发展，作为传统能源的煤炭仍然具备很大的市场需求，煤炭的开采也逐步进入高产期。由此给煤炭综采设备提出了更高的要求，而综采工作面刮板定量给料机作为煤矿综采中不可替代的设备，其发展地位凸显得尤为重要。基于前文对专利申请的统计分析，提出如下建议： 

　　（1）提高工作面刮板定量给料机的自动化、信息化、智能化水平，实现工况远程监控、预报型故障诊断、与采煤机联动通信等利于安全高效生产的作业模式； 

　　（2）企业与科研单位及高校应注重专利布局，积极开展深入合作，推进技术升级换代，掌握该领域的核心专利技术。