中國自主研發(fā)的煤礦掘進(jìn)系統(tǒng)不斷刷新紀(jì)錄——看“煤海蛟龍”跑出新速度

檢查設(shè)備，工作人員就位，自主導(dǎo)航、位姿矯正，按動按鈕、一鍵啟動……這是如今智能化煤礦掘進(jìn)工作面的情形，不僅告別了過去的肩挑手抬、人海戰(zhàn)術(shù)，而且實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)、支護(hù)、運(yùn)輸平行作業(yè)，還一舉創(chuàng)下煤巷掘進(jìn)月進(jìn)尺的世界紀(jì)錄。

這當(dāng)中的關(guān)鍵設(shè)備，正是中國自主研發(fā)的“煤海蛟龍”。近日，記者隨“走進(jìn)新國企·打卡新坐標(biāo)”網(wǎng)絡(luò)互動傳播活動走進(jìn)“煤海蛟龍”誕生地——中國煤炭科工集團(tuán)太原研究院，看“煤海蛟龍”如何跑出煤巷掘進(jìn)的“中國速度”。

掘支運(yùn)平行作業(yè)，月最高進(jìn)尺打破世界紀(jì)錄

“煤海蛟龍”全稱是掘支運(yùn)一體化快速掘進(jìn)系統(tǒng)，用于煤礦巷道掘進(jìn)。

在中國煤科太原研究院的生產(chǎn)車間，記者看到了這臺最長可達(dá)200多米的“長龍”。整套系統(tǒng)由“龍頭”掘錨一體機(jī)和“龍身”錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)、連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)以及協(xié)同控制平臺等部分組成。它能完成割煤、煤礦巷道支護(hù)、煤塊運(yùn)輸?shù)榷喾N工序，將煤塊源源不斷運(yùn)出井巷。

據(jù)介紹，巷道掘進(jìn)作為煤炭開采的先行基礎(chǔ)工程，約占煤礦井下采掘工程量的70%—80%。中國每年新掘巷道1.3萬公里，相當(dāng)于地球的直徑，工程量位居世界第一。

安全、高效的綜合機(jī)械化采煤問題，中國已基本解決，但與之對應(yīng)的綜合機(jī)械化巷道掘進(jìn)仍屬世界級難題，需要更好的技術(shù)。

對此，中國煤炭科工集團(tuán)首席科學(xué)家、快速掘進(jìn)系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師王虹很有感觸。40多年前，王虹還在煤礦實(shí)習(xí)，一次事故給他帶來強(qiáng)烈的震動。“我當(dāng)時(shí)就想，如果未來能從事裝備設(shè)計(jì)工作，一定要在掘進(jìn)技術(shù)革新上有所作為，尤其是要保障安全。”王虹說。

多年來，王虹一直朝著這個(gè)目標(biāo)努力。2012年，他帶領(lǐng)科研人員大膽創(chuàng)新，針對國內(nèi)外現(xiàn)有掘進(jìn)技術(shù)裝備成巷速度慢、用工多、自動化程度低的問題，率先提出了掘進(jìn)、支護(hù)、運(yùn)輸平行作業(yè)的構(gòu)想。

2014年，中國煤科太原研究院針對神東礦區(qū)穩(wěn)定圍巖條件成功研制全球首套高效快速掘進(jìn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了掘支運(yùn)平行、連續(xù)作業(yè)，巷道一次成型，創(chuàng)造了月最高進(jìn)尺3088米的大斷面單巷掘進(jìn)進(jìn)尺世界紀(jì)錄。

不斷迭代創(chuàng)新，掘進(jìn)系統(tǒng)更智能

今天的“煤海蛟龍”跟誕生之初相比，又發(fā)生了質(zhì)的飛躍。“從最初的1.0版本到現(xiàn)在的4.0版本，我們的研發(fā)一直在往前推進(jìn)，不斷提升設(shè)備性能。”中國煤科太原研究院軟巖采掘裝備分院副院長張小峰說。

近十年來，“煤海蛟龍”不斷迭代創(chuàng)新。

例如，由于中國地質(zhì)條件復(fù)雜，“煤海蛟龍”在特殊地質(zhì)條件下的適應(yīng)性方面仍有所局限。通過不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)，2022年，設(shè)備在中等穩(wěn)定圍巖條件下創(chuàng)造了月進(jìn)尺2086米的掘進(jìn)進(jìn)尺紀(jì)錄，在復(fù)雜圍巖條件下創(chuàng)造了月進(jìn)尺856米的掘進(jìn)進(jìn)尺紀(jì)錄。至此，太原研究院開發(fā)的快速掘進(jìn)成套裝備實(shí)現(xiàn)了從穩(wěn)定圍巖條件到復(fù)雜圍巖條件的全覆蓋。

每一個(gè)進(jìn)尺紀(jì)錄和性能提升背后，都是科研人員攻堅(jiān)克難、反復(fù)驗(yàn)證的成果。有的礦井地板松軟，重型設(shè)備極易陷入，而“煤海蛟龍”成套裝備達(dá)230余噸，其中單是掘錨一體機(jī)就有100多噸，“蛟龍”的優(yōu)勢更是無法施展。為提高對底板的適應(yīng)性，科研人員開發(fā)了寬履帶交流變頻調(diào)速行走系統(tǒng)，使得“煤海蛟龍”在松軟底板條件下通過性、整機(jī)調(diào)動能力更強(qiáng)，配備的電驅(qū)行走系統(tǒng)也使整機(jī)行走姿態(tài)更加精準(zhǔn)。

今年，中國煤科太原研究院智能快掘系統(tǒng)4.0突破了超大斷面快掘截割瓶頸，通過多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新，將煤礦掘進(jìn)設(shè)備的自動化、智能化水平推向新高度。

中國煤科太原研究院智能控制技術(shù)分院總工程師王德光說，為保證整個(gè)快速掘進(jìn)系統(tǒng)能像蛟龍一樣在煤海“暢游”，研究人員利用5G、大數(shù)據(jù)、UWB(超寬帶)、云技術(shù)等新技術(shù)，開發(fā)出適用多種條件的“智能大腦”。

伴隨著“煤海蛟龍”從1.0到4.0迭代，導(dǎo)航與控制系統(tǒng)變得越來越精準(zhǔn)，工作人員有望離機(jī)器越來越遠(yuǎn)。從半機(jī)械化到自動化、少人化，煤礦采掘這一傳統(tǒng)行業(yè)正日益變得安全、高效、綠色、智能，并向著無人化的智慧礦山持續(xù)“掘進(jìn)”。