煤海深處“蛟龍”舞

　　——探訪創(chuàng)造世界紀(jì)錄的國產(chǎn)煤礦掘支運一體化快速掘進(jìn)系統(tǒng)

　　【走近大國重器】

　　◎本報記者 劉園園

　　地下數(shù)百米深處，煤礦巷道中。

　　隨著工作人員按下啟動鍵，200多米長的機械設(shè)備“舞動”起來：一邊向前掘進(jìn)，一邊支護巷道，同時將截割下來的煤塊運出煤巷……

　　這就是有著“煤海蛟龍”之稱的煤礦掘支運一體化快速掘進(jìn)系統(tǒng)。該裝備由我國自主研發(fā)，創(chuàng)造了煤巷掘進(jìn)月進(jìn)尺3088米的世界紀(jì)錄。

　　近日，跟隨國務(wù)院國資委新聞中心組織的“走進(jìn)新國企·打卡新坐標(biāo)”活動，科技日報記者走進(jìn)這臺大國重器的誕生地與應(yīng)用地，探尋其暢行煤海的奧秘。

　　三位一體平行作業(yè)

　　步入“煤海蛟龍”誕生地——中國煤炭科工集團太原研究院有限公司(以下簡稱“中國煤科太原研究院”)的生產(chǎn)車間，各式各樣的“大塊頭”一覽無余。它們依次排列，整裝待發(fā)。

　　“整套系統(tǒng)由掘錨一體機、錨桿轉(zhuǎn)載機、連續(xù)運輸系統(tǒng)、協(xié)同控制平臺等設(shè)備組成。”中國煤科太原研究院黨委副書記、總經(jīng)理宋德軍指著眼前這些大型部件介紹，系統(tǒng)可以根據(jù)不同需求定制裝配，最長可達(dá)200多米。

　　來到“龍頭”——掘錨一體機前，一排5米多寬的可伸縮截割滾筒尤為醒目。滾筒上布滿釘刺般的截齒，它們負(fù)責(zé)在煤巷掘進(jìn)過程中割煤。

　　滾筒下方安裝著兩個旋轉(zhuǎn)的耙爪，負(fù)責(zé)把截割下來的煤塊撥至“龍頭”內(nèi)的運輸系統(tǒng)，傳送至“龍身”，再經(jīng)與“龍身”相連的連續(xù)運輸系統(tǒng)，源源不斷地送出煤巷。

　　“龍頭”和“龍身”部位安裝著鉆錨裝置，可實現(xiàn)對煤礦巷道頂板和側(cè)幫的自動支護，保障人員和設(shè)備安全。

　　“傳統(tǒng)的綜合掘進(jìn)技術(shù)采用多種設(shè)備交替作業(yè)，先掘進(jìn)、后支護、再運輸，施工時需要頻繁調(diào)換設(shè)備。”中國煤科太原研究院快速掘進(jìn)系統(tǒng)項目負(fù)責(zé)人張小峰告訴記者，如能實現(xiàn)掘進(jìn)、支護、運輸三位一體平行作業(yè)，可大幅節(jié)省作業(yè)時間。

　　“研發(fā)團隊充分考慮不同地質(zhì)條件的支護參數(shù)，實現(xiàn)了在不同空間、不同時間下多排、多臂、多段的平行支護作業(yè)，避免了設(shè)備的頻繁調(diào)換。同時，通過數(shù)字模擬技術(shù)對支護強度與支護密度進(jìn)行分析，保障系統(tǒng)作業(yè)的安全。”張小峰說，整套系統(tǒng)各部分一體化協(xié)同工作，有效提高了煤礦生產(chǎn)效率。

　　智能操控一次成巷

　　長達(dá)一二百米的“煤海蛟龍”在煤礦巷道中掘進(jìn)，如何操控其不同部件協(xié)調(diào)、連續(xù)、高效、安全運行？

　　記者注意到，在“龍身”部位，配有看似電話亭的小房間——智能化集中控制中心，答案就藏在這里。借助人機交互界面與地面遠(yuǎn)程調(diào)度平臺聯(lián)動，煤礦工人在小房間里便可操控系統(tǒng)，實現(xiàn)自主規(guī)劃截割煤層、多設(shè)備走位協(xié)同控制。

　　張小峰告訴記者，為了實現(xiàn)各部位設(shè)備之間協(xié)同工作，研發(fā)團隊攻克了多設(shè)備自動測距跟進(jìn)、協(xié)同行走控制等核心技術(shù)，開發(fā)出智能化集中控制系統(tǒng)，對自主導(dǎo)航、姿態(tài)控制、自動截割、一鍵支護、聯(lián)機閉鎖、實時運輸?shù)裙δ軐崿F(xiàn)智能操控。

　　“采用該系統(tǒng)后，‘煤海蛟龍’實現(xiàn)了掘進(jìn)作業(yè)全流程自動化，背后有著多項創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用?！彼蔚萝姶虮确秸f，從工作面到地面視頻監(jiān)控及語音交互系統(tǒng)的全線覆蓋，讓它變得“耳聰目明”；集群設(shè)備多信息融合網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，讓它擁有了“神經(jīng)系統(tǒng)”；高精度傳感器、三維人機交互界面與程序算法的結(jié)合，讓它獲得了“觸覺”與“知覺”。

　　此外，操控“煤海蛟龍”同步完成掘進(jìn)和支護作業(yè)實現(xiàn)一次成巷，是智能一體化作業(yè)的重點，也是難點。這就需要為復(fù)雜地質(zhì)條件的煤礦巷道匹配不同功率的掘進(jìn)設(shè)備。

　　“針對半煤巖和堅硬煤層一次成巷難的問題，我們自主研制了雙驅(qū)動高速合流截割減速器，功率同比提升25%，截割能力大大增強，實現(xiàn)作業(yè)面全寬截割一次成巷。”張小峰指著“龍頭”位置向記者介紹，采用這種減速器的全寬截割滾筒，有效破解了一次成巷難題，實現(xiàn)了巷道快速掘進(jìn)高效作業(yè)。

　　省時省力減人增效

　　隨后，記者一行來到陜西陜煤集團黃陵礦業(yè)有限公司(以下簡稱“黃陵礦業(yè)”)——腳下數(shù)百米深處，“煤海蛟龍”正在為茫茫煤海打通“經(jīng)脈”。

　　“這就是作業(yè)現(xiàn)場?！痹谡{(diào)度指揮中心，黃陵礦業(yè)二號煤礦黨支部書記成強飛指著電腦屏幕上的監(jiān)控視頻告訴記者。屏幕上實時顯示著“煤海蛟龍”在煤礦巷道中的工作狀態(tài)，旁邊另一臺屏幕則顯示著它的數(shù)字孿生系統(tǒng)，實時展示在巷道中運行的實際參數(shù)。

　　成強飛介紹，從掘進(jìn)效率來看，以往采用傳統(tǒng)的綜合掘進(jìn)技術(shù)，不同工序需要分開進(jìn)行，一天下來只能掘進(jìn)12米左右。現(xiàn)在采用掘支運一體化快速掘進(jìn)系統(tǒng)，每天能掘進(jìn)34米左右，接近之前掘進(jìn)速度的3倍；從減少人工來看，以前掘進(jìn)工作面每個班需要18人下礦，現(xiàn)在減少到每個班只需5人下礦。

　　“‘煤海蛟龍’的使用，幫助企業(yè)達(dá)成了減人增效的目標(biāo)?！秉S陵礦業(yè)黨委副書記、工會主席孫鵬說，目前公司兩座煤礦共應(yīng)用了5套該系統(tǒng)，另有1套系統(tǒng)即將投入使用。每套系統(tǒng)分別依據(jù)煤礦巷道地質(zhì)條件進(jìn)行了量身定制，極大地提高了設(shè)備的適應(yīng)性。

　　不僅僅是黃陵礦業(yè)，該系統(tǒng)如今已進(jìn)入我國晉、陜、蒙等地各大煤礦，在不同地質(zhì)條件下成功推廣應(yīng)用100余套，正在為提高煤炭開發(fā)與生產(chǎn)能力、保障國家能源安全貢獻(xiàn)力量。

　　“‘煤海蛟龍’突破了煤礦巷道掘進(jìn)技術(shù)的瓶頸，實現(xiàn)了我國煤礦巷道掘進(jìn)技術(shù)與裝備從‘跟跑’向‘領(lǐng)跑’的角色轉(zhuǎn)變。”中國煤炭科工集團首席科學(xué)家、快速掘進(jìn)系統(tǒng)總設(shè)計師王虹對未來充滿期許，“今天，我們的產(chǎn)品已經(jīng)出口到印度等多個國家和地區(qū)。明天，我們將向更廣闊的天地開拓前進(jìn)！”