陆  勤

 

2006年，我国产煤23．25亿t，占到了世界的1／3(35．5％)强；另据有关专家预测：到2010年，我国的煤产量将突破25亿t；2020年，将达到30亿t；2050年煤•炭在能源中的比重依然会达到50％；近年来，煤炭产业的高速发展，主要依靠生态脆弱运输成本高的中西部地区。

煤炭是一个国家的工业、生活主体能源，主观上是因为煤炭的储量和经济发展对能源的需求决定了其地位，客观上煤炭能否作为主体能源，从开采技术上不仅仅是为一个国家提供可利用的资源；更重要的是安全能否得到保障?环境能否得到保护?资源的可回收利用如何? 都是实现科学采矿的经济参考。

 

科学采煤与节能减排齐抓共管

我国煤炭的开采量已经超过世界的1／3。而且开采条件差别很大，因此在煤炭开采的科学与技术方面理应处在世界的前沿。不仅要达到世界水平，而且要解决世界上没有解决的问题。实现科学采矿是采矿者的责任，煤炭科学开采的技术攻关主要体现在以下几方面：

1)机械化开采以提高效率；

2)保护环境；

3)安全生产；

4)提高资源采出率；

5)采用先进科学技术以降低成本。

若不在这方面进行管理，必然不是科学采矿，而是在利益驱动下的野蛮采矿。因此，煤炭工业的科学技术与管理就是要实现安全、清洁和节约生产的可持续发展 。由于井下的工作环境，煤炭开采健康发展的重要标志是机械化，可降低劳动成本和百万吨死亡率。高度机械化的矿井，劳动成本仅占2％～3％，中等可达12％～16％，差的占30％以上。

根据国有重点煤矿采煤机械化程度与百万吨死亡率统计表明：机械化程度和装备水平越低，安全情况越差。全国平均采煤机械化程度仅45％，国有重点为82．72％，乡镇煤矿几乎没有机械化开采，全国约有200万以上的矿工还在从事手工采煤。由于地质条件复杂生产规模不同，因此需要各类机械满足采煤的要求。驱动企业机械化的动力是不断提高的劳动和安全事故补偿成本。

 

技术进步带动密封装备升级

目前，国内研发的放顶煤开采技术在很多矿井实现了高产高效和控制系统自动化，但这些设备在管理模式和维护方式上任重而道远。很明显维修时间越多，生产停滞时间越长，直接影响着企业的产能产值。

企业设备管理都知道提高煤矿设备的可靠性与利用率，是提高煤矿生产的关键。由于设备的大型化和自动化，传统的故障维修和定期维修方法远远不能满足生产发展的要求为了减少突发性事故，在企业设备故障中，据统计70%是与密封、润滑失效有关联的，而液压装置中的执行元件—液压缸的失效90%是由密封所引起。一套完整的液压缸密封是包含防尘圈、导向支承环和密封圈（活塞封、拉杆封、O圈）。每个部件都是与其它部分相互关联、相互依赖发挥作用的。防尘圈在液压缸的门户，起到防止外界灰尘、污染物进入系统，为系统和其他密封元件提供清洁的工作环境。导向支承环则起到往复运动的轴承作用，为设备提供平稳的运行条件，同时隔绝金属部件，防止出现缸体磨损现象，降低维修成本。密封圈在良好的条件下长效密封，保障液压缸长周期工作，减少维修次数。所以防尘圈、导向支承环、密封圈统称为液压缸密封系统。

 

液压密封的科学应用

液压密封系统在众多的煤矿设备中虽只是很小的一个环节，但由于直接关系到设备的生产连续性，大量应用到液压设备中。

液压密封——针对不同设备工况进行密封结构或型式改变外，核心的发展方向之一是材料技术。目前，市场上应用于液压密封的材料主要是橡胶和聚酯聚氨酯，液压设备的压力越高，要求使用周期更长，而橡胶和聚酯聚氨酯的高摩擦系数直接影响密封耐磨周期，尤其在唇形密封中（如Y形圈、蕾形圈）材料摩擦系数越高，耐磨损周期越短。而橡胶材料常规70Shore A的硬度等级，无法适应高压力应用要求，故多做静密封使用而不推荐在动密封中。聚酯聚氨酯的水解特性也在煤矿企业设备密封应用中受到限制，由于井下液压介质多为水+乳化液，聚酯聚氨酯在该介质中已水解，所以在上世纪70年代卢森堡报告中不支持在煤矿使用聚酯聚氨酯后，美国CHESTERTON公司采用适用于水基介质中的聚醚聚氨酯材料，成功地解决了材料水解问题。聚醚聚氨酯材料摩擦系数约为传统NBR（丁腈橡胶）的1/10。高达95Shore A的硬度等级也提高了作为密封材料的承压能力。受到各企业的应用推广。下表为丁腈橡胶、聚酯聚氨酯和聚醚聚氨酯三种材料的常用性能对比数据。

 

性   能 AIG聚醚聚氨酯 聚酯聚氨酯 丁腈（NBR）

硬度（Shore A） 95 90 70

摩擦系数 0．18 0．90 1．50

压缩永久变形（%） 31 64 45

拉断伸长率（%） 520 550 465

撕裂强度（KN/M） 158 114 45

温度（℃） -50～125 -30～85 120

 

密封材料的升级是是减少液压缸维修次数，实现升级维修的必要工作。其实每个液压经过一个周期使用后，即使无明显的金属部件损伤也有精度下降，而密封尺寸五改变情况下，将两者相配合其实已经发生了配合精度下降，密封的过盈量达不到新缸状态，也就不难理解为什么企业中液压缸维修后周期普遍比新缸短，导致有的企业干脆直接换新缸这种极端的方法。解决此问题的根本是将密封和缸体配合尺寸调整到理想状态（通常为新缸状态），而这种调整全部采用修复金属部件很显然是高成本的，在国外普遍采用的是调整密封尺寸—采用CNC加工中心（见下图）车削工艺灵活加工，根据用户实际需求尺寸实现快捷生产。该技术不仅解决了模具生产中的尺寸、形状限制问题，同时也解决了模具加工橡胶件中硫化控制技术对成品的尺寸精度的影响。CNC加工中心采用已硫化的各种材料管料作为原料，实现高精度控制，减少加工误差。

 

艾志——矿山设备的保障

艾志工业技术集团作为国内密封行业龙头企业，年销售额达5个多亿，全国建立了21个办事处和5个地区性生产分厂。员工人数达1200人。下设密封事业部、润滑事业部和材料保护事业部三个事业部，通过对密封技术、润滑技术、材料保护技术的整体升级，提升现代工业生产的清洁性，安全性，可靠性，从而提升整体效率，降低综合能耗。在液压密封领域引进国外低摩擦系数聚醚聚氨酯材料和先进的CNC加工工艺。

目前，已完善部分高性能材料的国产化建设，CNC加工中心引进数量已达15台，最大加工直接可达1.4米，完成了国内最大规模无模具加工橡胶件企业建设。在与煤矿行业合作中，专业技术人员根据煤矿行业液压设备使用工况的特殊性：腐蚀、污染、高载荷、潮湿都对密封性能提出挑战。为此，艾志集团设计针对煤矿液压设备使用的密封型式，防翻滚的防尘圈结构，减少了液压缸在侧载下被挤出的可能性。双唇的双向密封取代传统山型圈，密封周期长，稳定性好。专有的形状设计、聚醚聚氨酯材料的优异性能，先进的CNC加工工艺铸就了高效液压密封系统，为煤矿企业的连续可靠性生产提供保障。目前艾志集团已和国内煤矿企业和设备制造企业合作液压支架39套，与国内矿山运输设备企业也保持着良好合作。