破碎机在矿山机械与隧道工程砂石破碎中的技术创新壁垒

一、引言

破碎机作为矿山机械的关键设备，在隧道工程砂石破碎领域也发挥着不可或缺的作用。随着矿山开采和隧道建设的不断发展，对破碎机的性能要求日益提高。然而，破碎机的技术创新面临着诸多壁垒，这些壁垒既影响着破碎机行业本身的发展，也对矿山和隧道工程的效率、成本等产生重要影响。

二、破碎机在矿山机械和隧道工程中的重要性

（一）矿山机械中的破碎机

初级破碎 在矿山开采中，从矿体上采下的原矿往往尺寸较大。例如露天铁矿开采出的矿石块度可达数米。破碎机的初级破碎功能将这些大块矿石破碎成较小的块度，以便后续的运输、磨矿等作业。初级破碎的效率直接决定了整个矿山开采的前期进度。

品位提升 通过破碎，可以使矿石中的有用矿物与脉石矿物实现一定程度的解离。对于一些嵌布粒度较细的矿石，如铜矿石，经过适当破碎后，在后续的选矿过程中能够更有效地分离出铜矿物，提高矿石的品位，增加矿山的经济效益。

（二）隧道工程中的砂石破碎机

砂石料生产 在隧道工程建设中，需要大量的砂石料用于混凝土的制备。破碎机将开采的岩石破碎成不同粒径的砂石，满足隧道衬砌、仰拱等部位混凝土施工的要求。例如在高铁隧道建设中，对砂石的级配要求严格，破碎机必须能够稳定生产出符合标准的砂石产品。

场地限制 与矿山相比，隧道工程的作业场地相对狭窄。这就要求破碎机具有紧凑的结构设计，能够在有限的空间内安装和运行，同时还要保证足够的生产能力。

三、技术创新壁垒

（一）材料与制造工艺

耐磨材料 破碎机的破碎部件，如颚板、锤头等，在工作过程中承受着巨大的冲击力和摩擦力。开发高性能的耐磨材料是技术创新的关键之一。传统的高锰钢等耐磨材料在某些极端工况下已经不能满足要求。新型耐磨材料的研发面临着材料成分设计、冶炼工艺优化等诸多难题。例如，要实现既具有高硬度又有良好韧性的耐磨材料，需要精确控制合金元素的添加比例，并解决材料内部可能出现的缺陷问题。

制造精度 破碎机的制造精度直接影响其性能和使用寿命。例如，圆锥破碎机的轧臼壁和破碎壁之间的配合间隙需要精确控制在很小的范围内。目前，我国在一些高端破碎机制造方面，由于加工设备的精度限制以及制造工艺的不完善，导致产品的可靠性和稳定性与国外先进水平仍有一定差距。

（二）破碎原理与结构创新

新型破碎原理探索 传统的破碎原理如挤压、冲击、剪切等虽然已经较为成熟，但在提高破碎效率、降低能耗等方面存在局限性。探索新型的破碎原理，如利用共振、超声波等能量形式辅助破碎，面临着理论研究和实际应用的双重挑战。一方面，新型破碎原理的理论基础尚未完全建立，需要进行大量的基础研究；另一方面，将这些原理应用到实际的破碎机设计中，需要解决能量转换、设备结构适应性等诸多工程问题。

结构优化 在结构方面，破碎机需要不断优化以适应不同的物料特性和工况要求。例如，针对高湿度物料的破碎，传统结构的破碎机容易出现堵塞现象。设计一种能够有效防止堵塞的新型结构，需要综合考虑物料的流动特性、破碎腔的形状和尺寸等多方面因素。而且，结构的改变还不能对破碎机的生产能力和破碎比等主要性能指标产生负面影响。

（三）智能化与自动化

智能监测与控制 破碎机在运行过程中，其关键部件的磨损、振动、温度等参数需要实时监测。然而，开发可靠的智能监测系统面临着传感器技术、数据处理算法等方面的技术壁垒。例如，要准确测量破碎腔内物料的粒度分布，目前的传感器技术还难以完全满足要求。同时，如何根据监测到的数据进行有效的控制，如自动调整破碎机的转速、给料量等，需要建立复杂的控制模型。

自动化操作 实现破碎机的自动化操作是提高生产效率的必然趋势。但是，在矿山和隧道工程的复杂环境下，要实现破碎机的无人值守、远程控制等自动化操作，需要解决通信、安全防护等多方面的问题。例如，在隧道工程中，由于隧道内信号传输可能受到干扰，如何确保远程控制的稳定性是一个亟待解决的问题。

（四）环保要求

粉尘控制 破碎机在破碎过程中会产生大量的粉尘，不仅污染环境，还危害操作人员的健康。开发高效的粉尘控制技术，如改进破碎腔的密封结构、设计合理的吸尘系统等，面临着既要保证粉尘收集效果，又不能影响破碎机正常工作的难题。例如，过于严密的密封结构可能会导致破碎机内部热量散发不畅，影响设备的使用寿命。

噪音降低 破碎机工作时产生的噪音也是一个重要的环境问题。采用隔音材料、优化设备结构等手段来降低噪音，需要在不增加过多成本和不影响设备性能的前提下进行。目前，一些新型的隔音材料价格较高，如何在保证降噪效果的情况下合理选用隔音材料是技术创新的一个方向。

四、突破技术创新壁垒的策略

（一）加强产学研合作 高校和科研机构在基础理论研究方面具有优势，企业在产品制造和市场应用方面经验丰富。通过产学研合作，可以整合各方资源，共同攻克破碎机技术创新中的难题。例如，高校可以开展新型耐磨材料的理论研究，企业则将研究成果转化为实际产品，并在实际应用中反馈问题，进一步完善研究成果。 （二）加大研发投入 破碎机企业应加大对研发的投入，引进先进的研发设备和人才。政府也可以通过制定相关政策，如研发补贴、税收优惠等，鼓励企业进行技术创新。例如，设立专项基金，支持企业进行新型破碎原理的探索和智能化技术的研发。 （三）引进与消化吸收国外先进技术 国外在破碎机技术方面有许多先进之处。我国企业可以引进国外先进的破碎机技术，并进行消化吸收。在这个过程中，要注重对引进技术的改进和创新，使其更适合国内矿山和隧道工程的实际需求。例如，引进国外的智能监测系统后，结合国内矿山的恶劣工况进行改进，提高系统的可靠性。

五、结论

破碎机在矿山机械和隧道工程砂石破碎中具有重要地位。然而，其技术创新面临着材料与制造工艺、破碎原理与结构、智能化与自动化、环保要求等多方面的壁垒。只有通过加强产学研合作、加大研发投入、引进消化吸收国外先进技术等策略，逐步突破这些壁垒，才能推动破碎机行业的发展，提高矿山和隧道工程的建设水平，实现经济效益、环境效益和社会效益的统一。