耿 謙

(國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局，北京 100088)

液壓支護(hù)設(shè)備可用來實(shí)現(xiàn)采煤工作面、巷道等的臨時(shí)支護(hù)，是煤礦機(jī)械成套化設(shè)備的重要組成部分。多年以來，我國的液壓支護(hù)設(shè)備從靠國外進(jìn)口逐步發(fā)展成自主研發(fā)，并且開始向國外出口，取得了不俗的發(fā)展成果[1]。本文從液壓支護(hù)設(shè)備的相關(guān)專利申請情況入手，梳理我國液壓支護(hù)設(shè)備的技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)，對技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行分析，給中國的液壓支護(hù)設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)研發(fā)提供參考。

1 液壓支護(hù)設(shè)備的技術(shù)構(gòu)成與申請趨勢

1.1 技術(shù)構(gòu)成

液壓支護(hù)設(shè)備包括液壓支架、液壓支柱和頂梁，液壓支架一般用于綜采工作面，液壓支柱通常與頂梁配合用于一般機(jī)械化采煤工作面，或?yàn)榫C采工作面端頭或掘進(jìn)頭做臨時(shí)支護(hù)[2]。隨著煤礦機(jī)械的自動(dòng)化程度越來越高，我國開始越來越多地使用液壓支架。根據(jù)對液壓支架相關(guān)專利申請的研究可以發(fā)現(xiàn)，相關(guān)申請主要集中在整體結(jié)構(gòu)、支護(hù)裝置、控制、輔助裝置和前移機(jī)構(gòu)幾個(gè)領(lǐng)域。對整體結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新可以滿足不同煤礦的需要，支護(hù)裝置作為支撐的重要部件也是研究的熱點(diǎn)，控制對于提高整個(gè)液壓支架的可靠性和自動(dòng)化是至關(guān)重要的，一些輔助的裝置，例如噴霧裝置、防倒防滑裝置、互幫裝置等的作用也不容小覷，對前移機(jī)構(gòu)的改進(jìn)可以使前移更方便可靠。

1.2 專利申請趨勢

通過對煤礦機(jī)械液壓支護(hù)設(shè)備的各分類領(lǐng)域進(jìn)行檢索，獲取相關(guān)中國專利申請數(shù)據(jù)，液壓支護(hù)設(shè)備領(lǐng)域主要部件專利申請量統(tǒng)計(jì)如圖1所示。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析可以看出，雖然液壓支架的占比最高，但液壓支柱所占比重仍然較高，這是由于我國尚有一些煤礦未實(shí)現(xiàn)綜采，還需要使用大量的液壓支柱。隨著技術(shù)進(jìn)步，液壓支柱應(yīng)用將會(huì)逐步減少、液壓支架的應(yīng)用將會(huì)越來越多。近些年來，液壓支架進(jìn)一步發(fā)展出大采高液壓支架、放頂煤液壓支架、大傾角液壓支架、薄煤層液壓支架等多個(gè)技術(shù)分支，而從所獲得的專利數(shù)據(jù)來看，液壓支架整體結(jié)構(gòu)的申請量所占比例偏大，我國液壓支架的發(fā)展還處在對架型的改進(jìn)階段，對核心部件的改進(jìn)不多，對其中比較重要的控制技術(shù)的改進(jìn)也相對不足[3]。從對相關(guān)專利文獻(xiàn)的內(nèi)容分析結(jié)果來看，對控制方法的改進(jìn)占比較高，對控制部件的改進(jìn)則較少。液壓支護(hù)設(shè)備領(lǐng)域主要部件專利申請趨勢如圖2所示，從申請量上來看，液壓支護(hù)設(shè)備領(lǐng)域各技術(shù)分支的中國專利申請量從04年開始快速增長，其中，除頂梁外，液壓支架和液壓支柱的逐年增長速度都很快，尤其是液壓支架，隨著液壓支架的大規(guī)模應(yīng)用，申請量增加明顯，雖然近年略有波動(dòng)，但每年申請量仍然在200件以上。

圖2 液壓支護(hù)設(shè)備領(lǐng)域主要部件專利申請趨勢

2 液壓支架的技術(shù)需求與功效

2.1 看液壓支架技術(shù)需求

在液壓支護(hù)設(shè)備的各技術(shù)分支中，液壓支架作為成套開采的主要設(shè)備，在市場上占有很大比重，是煤礦綜采工作面中不可缺少的配套設(shè)備，是保證綜合機(jī)械化采煤工作面安全的關(guān)鍵[4]。液壓支架移架速度快，并且能夠充分支護(hù)頂板、推動(dòng)工作面設(shè)備前移，可以有效提高采煤效率[5]。液壓支架專利申請數(shù)據(jù)分析如圖3所示，從液壓支架的專利申請數(shù)據(jù)分析中可以看出，在2004年之后，我國對液壓支架的研發(fā)開始持續(xù)增長，并且專利申請主要集中在液壓支架的整體結(jié)構(gòu)和控制兩個(gè)主要領(lǐng)域，煤礦機(jī)械企業(yè)已經(jīng)意識(shí)到液壓支架的控制系統(tǒng)與控制方法是制約我國煤礦開采技術(shù)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸，因此已經(jīng)著力開展相關(guān)技術(shù)的研究，并且從專利申請的情況來看，已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展。

圖3 液壓支架專利申請數(shù)據(jù)分析

2.2 液壓支架技術(shù)功效

在中國專利申請中，液壓支架的自動(dòng)化、可靠性都是申請人最關(guān)注的，液壓支架專利技術(shù)與功效矩陣如圖4所示，這也能夠解釋為何隨著技術(shù)的發(fā)展，創(chuàng)新主體對煤礦液壓支架的控制領(lǐng)域的研發(fā)越來越多。隨著液壓支架的發(fā)展以及中國煤炭產(chǎn)量的不斷增長，企業(yè)對高強(qiáng)度和大型化的液壓支架的需求也逐漸增多，我國對于自動(dòng)化和可靠性的要求相對其他國家來說更加突出[6，7]。

圖4 液壓支架專利技術(shù)與功效矩陣

從對我國專利申請的分析來看，對整體結(jié)構(gòu)的改進(jìn)主要是為了滿足可靠性、高強(qiáng)度、大型化的需求，而對控制系統(tǒng)的改進(jìn)主要是為了滿足自動(dòng)化和可靠性的要求[8]。對于我國企業(yè)來說，控制領(lǐng)域的研究既是一個(gè)熱點(diǎn)，也是一個(gè)難點(diǎn)，這是因?yàn)槲覈诳刂祁I(lǐng)域的整體研究基礎(chǔ)比較薄弱，尤其是控制系統(tǒng)的核心部件領(lǐng)域較西方先進(jìn)國家有一定差距，但是不在控制領(lǐng)域有所突破，我國就很難實(shí)現(xiàn)煤礦開采的自動(dòng)化和智能化。為了進(jìn)一步增強(qiáng)我國煤礦井下機(jī)械設(shè)備的智能化水平[9]，引導(dǎo)煤礦企業(yè)向高效和綠色化的方向發(fā)展，煤礦機(jī)械控制技術(shù)的研究需要繼續(xù)作為我國煤礦機(jī)械領(lǐng)域研究的重中之重[10]。

3 液壓支架技術(shù)發(fā)展路線

我國煤礦開始實(shí)施綜采的時(shí)間并不長，對大傾角長壁綜采和液壓支架進(jìn)行了研究，形成了大傾角支架防倒防滑、安全防護(hù)和端頭錨固等新結(jié)構(gòu)和新技術(shù)，液壓支架作為綜采的主要設(shè)備，不僅需求量大，技術(shù)上也更有代表性[11]。

通過對專利數(shù)據(jù)的篩選，初步整理出液壓支架的發(fā)展技術(shù)路線，并選擇具有代表性的一些專利申請進(jìn)行說明，液壓支架技術(shù)發(fā)展路線如圖5所示。發(fā)展綜采液壓支架以來，從普通的液壓支架開始，最初是從對液壓支架的尾梁、伸縮梁和材料改進(jìn)入手，隨后對液壓支架的架型改進(jìn)、大采高支架以及三級護(hù)幫支架展開了研究[12]，在意識(shí)到電液控制是提高液壓支架水平的重要因素之后，開始對液壓支架的電液控制進(jìn)行自主研發(fā)，加速電液控制的國產(chǎn)化，近些年則進(jìn)一步對大采高液壓支架[13]進(jìn)行研究[14]，并且初步嘗試煤礦機(jī)械的成套化。通過專利數(shù)據(jù)獲取的技術(shù)路線可以看出，除了對液壓支架不斷進(jìn)行改善外，未來對液壓支架的自動(dòng)化控制[15]，以及液壓支架的成套化是以后煤機(jī)企業(yè)的發(fā)展趨勢。

圖5 液壓支架技術(shù)發(fā)展路線

4 結(jié)論及建議

液壓支護(hù)設(shè)備是煤礦機(jī)械成套化設(shè)備的重要組成部分，我國的液壓支護(hù)設(shè)備從靠國外進(jìn)口逐步發(fā)展成自主研發(fā)，并且逐步向國外出口，發(fā)展速度很快。液壓支護(hù)設(shè)備涉及的技術(shù)較多，包括機(jī)械、電液控制、通信多個(gè)領(lǐng)域，其發(fā)展也受到全球整體技術(shù)發(fā)展的影響。從專利申請來看，隨著我國液壓支護(hù)設(shè)備研發(fā)的不斷投入，申請量不斷提升，并且隨著電液控制的發(fā)展，研發(fā)重心在從整體結(jié)構(gòu)的研究逐漸向大型化和自動(dòng)化方向轉(zhuǎn)移。從專利申請的具體內(nèi)容來看，未來的液壓支架技術(shù)應(yīng)該以進(jìn)一步提高效率和可靠性為目標(biāo)，可靠性、高強(qiáng)度、自動(dòng)化、大型化是未來的發(fā)展重點(diǎn)，大型化或者高強(qiáng)度的液壓支架需要專門設(shè)計(jì)其控制系統(tǒng)，前移機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要考慮自動(dòng)化和可靠性；整體結(jié)構(gòu)的架型改進(jìn)需要適應(yīng)大型化、高強(qiáng)度的應(yīng)用，支護(hù)裝置的可靠性是其需要考慮的重點(diǎn)，要從保證它的高強(qiáng)度的角度考慮。從這些突破點(diǎn)入手，作為我國煤礦開采的主要設(shè)備，液壓支護(hù)設(shè)備的研發(fā)將會(huì)取得長足的進(jìn)步，全面實(shí)現(xiàn)煤炭開采的全面現(xiàn)代化。