我国煤炭破碎设备取得巨大进步

破碎是煤炭开采、洗选加工、最终使用都非常重要的作业环节。煤炭破碎过程中涉及的技术、设备、行业标准等都对煤炭生产、加工、利用的效果、效率、效益有着至关重要的作用。我国煤炭种类多、难选煤比例高、产能大、高产高效矿井和选煤厂多等都对煤炭的破碎作业有着更高和更全面的要求。煤炭种类多要求破碎作业的适应性、专业性强，难选煤要求破碎解离充分，产能大、高产高效矿井和选煤厂多要求破碎设备的单机处理能力大、破碎强度高、可靠性高等。为了更好地适应不同煤炭的破碎要求，自建国以来我国煤炭破碎技术和设备走了一条从小到大、从不专业到专业、从借鉴到自有、从进口转向出口的发展之路。在此期间分级破碎技术和设备随着我国煤炭“黄金十年”快速发展壮大，并为煤炭行业的快速发展提供了技术和装备保障。文章对我国建国以来的煤炭破碎设备发展进行了总结，并就其发展趋势进行了展望。

一、我国建国以来的煤炭破碎设备发展脉络

1、第一阶段，老式设备唱主角

我国建国后到1988年，没有依据煤炭破碎解离技术特性专门研制、生产的破碎设备。煤炭破碎中的粗碎作业主要借用颚式破碎机，中碎作业选用传统的2PGC系列老式齿辊破碎机。自20世纪50年代起这种老式齿辊破碎机就在我国开始生产，但1988年以前产品技术水平仍然停留在50年代的水平上。煤炭细碎作业主要采用的是各类锤式破碎机。颚式、老式齿辊、锤式三类破碎设备，多年来一直是煤炭破碎设备的基本选择。

2、第二阶段，分级破碎技术初现

第一阶段的情况一直持续到20世纪80年代末。在此期间，国内企业和中国矿业大学在齿辊破碎机工作原理、整机结构形式、机械结构等方面作了不少创新和研制工作。随着1991年分级破碎设备在大同燕子山煤矿选煤厂的首次应用，分级破碎这一全新概念成功进入我国煤炭破碎行业。从此开始我国煤炭行业有了属于自己的先进、适用破碎技术和设备。

3、第三阶段，分级破碎技术和设备大发展

从2000年到2013年，我国煤炭产量从10亿t增长到36.80亿t，最大选煤厂产量从5Mt/a提高33Mt/a，年产千万吨高产、高效选煤厂达到40余座。此时，选煤厂向高产、高效、系统简化、设备大型化发展，这就要求有大量单机处理能力大、可靠性高的破碎设备与其适应。2004年前我国国产破碎设备满足不了大处理能力和高可靠性要求，所需大型破碎设备基本依赖进口，在此之后国产大型分级破碎设备不断发展，并且迅速成长起来。

二、煤炭破碎技术水平

随着行业发展需要不断提高煤炭破碎技术和装备随着我国整个煤炭行业的发展不断发展和提高。我国煤炭产量从新中国成立之初的3243万t到“七五”期间的6亿t左右，再到2000年的10亿t，直到2013年的36.80亿t，煤炭产量在快速增长。选煤设备从建国之初的小型跳汰为主发展到重介、跳汰单机大型化设备，选煤工艺也从冗余设计状态发展到高产、高效全系统生产模式，这些变化都需要破碎设备技术水平不断提高，从设备工作原理、单机处理能力、设备可靠性、破碎强度、机械性能等各方面与其适应。当然，破碎机作为机电设备，也受到我国同期机械设计、机械加工及配套耐磨材料等技术水平的限制。

1、建国之初到1978年——起步时期

建国之初到1978年改革开放之前，我国选煤厂规模基本在3Mt/a以下，原煤准备环节一般采用原煤筛分、筛上物经人工排矸后破碎，破碎物料直接与筛下物合并入选的开路破碎流程，或者破碎物料再返回检查筛分的闭路破碎流程。在这种情况下，破碎机单机处理能力一般不会超过120t/h，且破碎物料以拣除矸石和杂物为主，实际破碎强度小于60MPa，对于高强度的无烟煤（抗压强度在60～80MPa之间）难以有效破碎。这一时期所用设备以刺破和挤压作为破碎方式的老式齿辊破碎机和颚式破碎机为主，设备的机械性能和可靠性较低。

2、1978年到1990年——引进时期

这一时期我国选煤迎来了一个阶段性快速发展，经国务院批准，有计划地先后从德国、波兰、美国、苏联等引进了先进的选煤厂成套设备，并建设了4Mt/a的范各庄选煤厂、15Mt/a的平朔安太堡选煤厂等8座大型现代化选煤厂。这些选煤厂的选煤工艺和设备都比较先进，与其配套的破碎设备基本从国外配套而来，其中包括美国的STAMLEＲ和德国的WMG辊式破碎机。该类破碎设备具有成熟的机械性能和运行可靠性，单机处理能力在300～500t/h之间。

同期，国内煤炭生产主要用到的破碎设备还是以颚式破碎机和老式齿辊破碎机为主，单机处理能力基本还是在120t/h以下，装机功率一般小于75kW，其它性能与前期相比也没有明显提高。

3、1991年到2004年——孕育时期

从1990—2000年，我国经济体制从计划经济转入市场经济，选煤行业进入快速发展时期。比较典型的东滩（设计能力4Mt/a）、安家岭（设计能力25Mt/a）、大柳塔（设计能力6Mt/a）等大型选煤厂持续投入使用。选煤工业在消化、吸收国外先进技术的基础上，加快了选煤装备的国产化步伐，研制出一批具有自主创新知识产权的工艺和设备，比较突出的有大直径三产品重介质旋流器选煤工艺和设备、大面积加压过滤机、快开式隔膜压滤机、干法选煤成套设备、动筛式跳汰机、大面积强力振动筛等，这些设备已在选煤厂中推广使用。

随着更多大型选煤厂的建设，急需具有大处理能力和高可靠性的大型破碎设备与其相配套，但国内基本没有生产厂家能够满足需要。此时，洛阳矿山机器厂仿制的大型破碎机已经应用在露天煤矿，但限于可靠性和其它因素，也没能应用到我国大型选煤厂。

这一时期具有很强的分化性特点，选煤工艺和设备技术来源根据其厂型和设备规模大致可分为三类:中小型选煤厂以国内设计单位和设备厂家为主，大型、特大型选煤厂以国外设计单位和设备厂家为主。同时，破碎设备同样具有这样的典型特点，产量小于3（2）Mt/a的选煤厂配套破碎机处理能力一般小于300t/h，这类破碎机以国产设备为主，也有一些选用进口设备，而大型选煤厂必须选用进口设备。

为此，国内研究单位和生产企业加大了对煤用破碎设备的研发工作。在吸收、借鉴国外先进技术的基础上，也注重结合我国煤炭破碎作业的实际情况和我国总体机械发展水平，研究方向除了原有破碎机传动系统、机械结构、退让装置、润滑控制等机械性能外，还着重于破碎机的齿型研究工作。研究内容涉及破碎齿形式、布置、安装方式等参数与产品粒度之间的关系，初步研究了破碎齿材质的耐磨性和强韧性等技术问题。尽管这些研究工作没有直接促进大型破碎机的投入应用，但为后期的国产大型破碎机研制和应用成功打下了坚实基础。

4、2004年到2013年——繁荣时期

进入21世纪，我国工业化进程加快，以煤炭为主的能源生产和消费迅速增加，选煤进入了大发展时期。2013年我国原煤入选率提高到60.20％，一大批大型、特大型选煤厂，尤其是动力煤选煤厂投入运行。产量10Mt/a以上的特大型煤选煤厂约50座，最大炼焦煤选煤厂入选能力达到16Mt/a，最大动力煤选煤厂入选能力达到40Mt/a。规模大型化、工艺简单化、控制自动化、运行高效化、管理专业化、厂房模块化、设计标准化，成为这一时期选煤厂设计与生产运行的突出特点。

这一时期破碎机单机处理能力在500～7000t/h之间，入料粒度达到1200mm，破碎强度为160MPa，能够长期可靠运转，耐磨寿命合理，检修维护便利的大型破碎设备成为生产系统配套的必要设备。经过前期多年的积累和行业快速发展的带动，在国内机加工、耐磨材料等相关领域不断进步的促进下，国产大型破碎设备取得了长足进步。自2004年5月第一台大型分级破碎机成功应用以后，大型破碎机开始国产化，其逐步替代进口产品，并取得了很好的应用效果。2004—2013年，国内众多厂家先后生产出各类型号的大型分级破碎设备，大面积地替代了进口大型破碎设备。

这一时期国内大型选煤厂也选用了大量进口破碎设备，主要厂家有英国MMD、澳大利亚ABON、美国PCC、德国AUBEMA、南非SHUMA等。这些进口产品均具有机械性能高、使用可靠、技术特点鲜明等明显优点。当然，其也存在设备价格高、售后服务周期长、配件费用高等进口产品普遍存在的问题。这一时期行业称其为我国煤炭的“黄金十年”，煤用大型破碎设备跟其它产品一样，销量急剧增加，进入了高速发展期和繁荣期。

5、2013年到今天——壮大时期

我国煤炭“黄金十年”结束后，国内外经济开始转型，我国经济进入“新常态”。我国选煤产业进入调整期和供给侧结构性改革阶段。煤用破碎设备行业也出现了四个新特点：

①行业需求迅速下降，市场竞争加剧，价格竞争激烈，产品利润急剧下降；

②设备需求方采购时的降成本意识增强，更倾向于采购国产产品或进口产品的国产化替代品；

③生产厂家供给侧优胜劣汰趋势明显；

④主力生产厂家有的更加注重自有核心技术的研发，提高核心竞争力，有的则通过降低成本提高价格竞争优势。

三、分级破碎技术与我国选煤行业的发展相互促进

分级破碎技术是20世纪90年代从国外引入我国的一种破碎技术和设备，行业内的名称有“分级破碎机”“筛分破碎机”“强力双齿辊破碎机”“分级机”“齿辊式分级破碎机”“轮齿式破碎机”“齿式破碎机”等，英文名称是“sizer”。煤炭行业标准MT/T951—2005《煤用分级破碎机》将其正式命名为“分级破碎机”。

该技术通过对破碎齿型和齿的布置和安装形式的设计，对不同粒度组成的入料进行通过式、选择性破碎，只对大于粒度要求的物料进行破碎，而符合粒度要求的物料直接通过，从而达到破碎、分级同时完成的目的。分级破碎的主要技术特点包括六方面:第一，通过一次破碎过程可实现分级、破碎双重作用；第二，严格保证产品粒度，可作为粒度把关设备，无需检查筛分和闭路破碎流程；第三，过粉碎低，细粒增量少，成块率高；第四，单机处理能力大，破碎效率高；第五，破碎强度大，可靠性高；第六，整机高度低，运行振动小，噪声低，粉尘少。

分级破碎设备以其技术先进性，尤其是对煤炭破碎作业要求的良好适应性，自2000年后基本成为我国选煤中的主导破碎设备。新建选煤厂基本都在使用这类设备，老厂改造也将原来的齿辊式破碎机、颚式破碎机更换成分级破碎机。

1、选煤厂处理能力的提高为破碎设备的发展提供了机会

新建选煤厂的特点是高产、高效、系统简单化、设备大型化，这就要求有大量单机处理能力大、可靠性高的选煤设备。在这样大需求驱动下，我国破碎设备尤其是分级破碎设备的大型化和可靠性取得了长足进步，分级破碎设备经历了空前的繁荣发展，制造厂家数量、制造能力、产销规模都有了很大提高，制造水平和产品质量也有了大幅提升。

2、设备进步促进了选煤产业的发展

选煤工艺的快速发展主要体现在以下三个方面：第一，选煤系统简单化，生产规模大型化；第二，生产运行效率高，可靠性高；第三，选煤方法的多样化等，这都得益于大型分级破碎设备的成功应用。

①破碎设备大型化成就了选煤系统简单化和大型化

目前，我国规模10Mt/a以上的特大型选煤厂有约50座，大型化已经成为选煤厂设计的整体趋势。以规模12Mt/a的选煤厂为例，按照生产时间5280h/a计算，系统总处理能力最少为2500t/h，将破碎设备现在与十年前的单台处理能力相比，其处理能力增大了很多。显然，如果没有近年来成功应用的各类大型破碎设备，选煤厂的大型化是不可能实现的，更不可能实现系统简单化。

②破碎设备的高可靠性使选煤过程实现了高产高效

《选煤厂设计规范》规定的工作制度是每年工作330d，每天工作16h。很多新建选煤厂的实际生产时间多于6500h/a，单位产能也大于设计能力，且绝大部分属于单系统生产，没有备用系统，这就对设备的可靠性提出非常高的要求。高产依靠的是设备的大型化，而高效则要靠设备的高可靠性。随着设备的大型化和系统的简单化发展，如果设备可靠性达不到要求或故障频发，生产系统不但实现不了高产高效，而且会因每台设备都是单串联，系统内没有替代的关键节点，造成生产系统根本无法正常运行。

③分级破碎设备的技术先进性提高了选煤工艺的多样性

因为分级破碎设备能够严格保证产品粒度，具有过粉碎低、处理能力大等特点，所以其具有分级、破碎的双重效果，可以极大地简化原煤处理流程。在一定条件范围内，可以采用一台分级破碎机替代整个原煤准备车间，在简化流程的同时大幅减少了设备和基建投资，提高了选煤工艺的多样性。

四、我国煤炭破碎设备现状

引进结合自主研发，以生产需求为引领，经过70年或快或慢的发展，我国的煤炭破碎设备和技术站在了新的高度上。其现状大致可以概括为设备基本可用、产品精细化有待提高、破碎科学的认识刚刚起步。

1、国产破碎设备基本满足生产需求

经过长期发展，尤其是2000年以后，随着我国煤炭行业的快速发展，煤炭破碎设备尤其是分级破碎设备取得了快速发展。目前，从单机处理能力（10000t/h）、装机功率（800kW）、入料粒度上限（1500mm）等指标来看，国产设备基本满足各类大型选煤生产系统使用要求，该类设备基本实现了国产化替代。

2、核心零部件有待精细化生产，质量有待大幅提高

在破碎齿等核心零件的材料研制、加工工艺的数字化和精确化、齿形的创新设计等方面，企业缺乏深入系统的研究和实践，必须着力提高设备的精细化水平。首先，精细化既是提高设备内在品质的关键，也是提高其可靠性的关键；其次，通过生产过程的精细化管理，提高资源利用率，降低生产成本，可以提高产品利润；再次，产品精细化的过程最终还是靠人来完成的，通过产品精细化生产流程，可以提高从业人员的基本素质，培养专业化人才；最后，精细化也是品牌产品的必有品质，贯穿于技术、加工制造和售后服务的各个环节，是树立品牌的必要条件。我国从来不缺技艺精湛的工匠和工匠精神，只要坚持不懈，一定能有更多、更好的中国分级破碎机品牌出现。

目前，我国破碎机的整机基本达到使用要求，但所用减速器、轴承等关键传动部件绝大部分还要依赖进口品牌，因此需要配套产业不断发展，以满足实际生产需要。

3、设备创新性不足，产品品质参差不齐

近些年，无论国内产品还是国际品牌，分级破碎设备的创新性都略显不足。随着本国矿业规模的缩减，欧美一些国家的分级破碎机生产厂家的技术需求受到极大抑制，也抑制了对此类设备的投入和研发力度。由于低价竞争的商业环境，我国很多设备厂家基本没有专门的研发队伍，有的只是生产技术团队的技术革新和对外的技术参考。

同时，随着分级破碎设备生产厂家的逐渐增加，企业的技术实力、生产能力、质量控制、人员质量意识等差别较大。由于国产此类产品的质量参差不齐，煤矿用户使用不同产品就有不同的应用体验和对国产产品截然不同的现状评价。有些厂家的产品靠低价竞争和技术侥幸，再加上对生产系统、设备选型的一知半解，导致其设备在现场使用效果就像抽奖一样碰机会。现场各种应用条件好，设备还能凑合用；一旦现场工况恶劣，物料硬度、破碎比等要求高就会出现很大问题。这种情况极大地破坏了国产分级破碎机产品在用户中的整体形象。

从产品质量的参差不齐到对设备选型的认识水平不够，再到低价竞争，在经济利益面前，掩耳盗铃式的技术参数弱化在损害自己企业市场信誉的同时，也损害了行业内对国产品牌的总体认知。

4、煤炭破碎科学刚刚起步

经过几十年的发展，煤炭破碎设备取得了巨大进步，研究工作针对的主要是以满足工程应用为主的设备结构设计和生产加工；而设备本身的功率确定和破碎齿型、辊径、辊长、转速等参数的设计，绝大部分时候是依靠经验和技术比对来确定的，依然停留在非常粗放的设计阶段。

煤炭破碎作为一门科学，我们总体还知之甚少，处于刚刚起步阶段。从工艺角度来看，煤炭破碎过程的能量消耗的宏微观机制，加载速率与产品粒度组成、粒形的关系，不同破碎方式的效率、效果等；从机械角度来看，破碎材质的元素含量、热处理工艺、晶体形式与物料磨损效果的宏微观关系，机械传动形式的优化及传动效率、载荷特性等方面，都有大量工作需要深入研究。煤炭破碎科学的发展是国家节能减排的客观需要，是提升我国国际矿业领先地位的需要，是设备精细化发展的需要，也是揭示客观世界深刻规律的人类认知的需要。

五、展望

1、破碎科学还需投入精力研究和探索

经过70年的积累创新和发展，我国煤炭破碎技术和设备达到了历史新高度，尤其是“黄金十年”背景下分级破碎设备的迅猛发展，成功实现了工程赶追，使我国此类技术和设备站在与世界先进水平基本相同的高度。尽管还有很多需要提高的地方，但其基本可以满足大型设备使用要求，这是行业从业人员的共同骄傲。如果将行业发展与人生比较，我国破碎设备产业已发展成“青壮年”，有的是力气，指标看起来也足够大，但缺乏成熟气质和深谋远虑。因此，我国的煤炭破碎科学研究工作可以说刚刚起步，尚处于少年时期，还需投入精力研究和探索。

2、智能化、定制化是未来重点发展趋势

选煤系统智能化的基石是设备智能化，未来的选煤生产将在现有自动化基础上，由选煤信息管理系统（CPS）将煤质信息、选煤设备、自动化控制、人员管理系统紧密结合在一起，检测设备与生产设备，生产设备与管理系统都将实现数字互联和信息交流，从而将选煤厂转变成一个自运行智能环境，同时选煤厂与煤矿甚至是远在千里之外的煤炭最终用户形成更大的智能物联网。例如，炼钢厂因焦炭灰分超标而通过物联网直接控制选煤厂旋流器底流口的调整，这样的事情便不足为奇。选煤设备应用的智能化首先是标准化、模块化、数字化，并在此基础上实现信息化和智能化。在这样的环境下，破碎设备同样需要实现从机械化到信息化再到智能化的发展。

生产系统的智能化、定制化运行同样要求每一台设备都具有高度定制化的特点，根据用户的实际需求自由切换和调整技术参数，以高效满足物联网情境下的技术需求。同时，要求设备具有智能故障诊断和故障自愈等功能。

3、创新性技术和产品的探索

从传统的机械力破碎方式到电脉冲预处理、激光破碎、高压水射流、低温破碎等新型破碎方式，各类创新性能量利用方式、创新性破碎设备工作原理和机械结构，对破碎解离的准确性、高效性和前沿性都提出更高要求，因此需要在这些新技术方面实现更大突破。