煤海深處“蛟龍”舞

　　——探訪創造世界紀錄的國產煤礦掘支運一體化快速掘進系統

　　【走近大國重器】

　　◎本報記者 劉園園

　　地下數百米深處，煤礦巷道中。

　　隨著工作人員按下啟動鍵，200多米長的機械設備“舞動”起來：一邊向前掘進，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系統。該裝備由我國自主研發，創造了煤巷掘進月進尺3088米的世界紀錄。

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

　　三位一體平行作業

　　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”)的生產車間，各式各樣的“大塊頭”一覽無余。它們依次排列，整裝待發。

　　“整套系統由掘錨一體機、錨桿轉載機、連續運輸系統、協同控制平臺等設備組成。”中國煤科太原研究院黨委副書記、總經理宋德軍指著眼前這些大型部件介紹，系統可以根據不同需求定制裝配，最長可達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，它們負責在煤巷掘進過程中割煤。

　　滾筒下方安裝著兩個旋轉的耙爪，負責把截割下來的煤塊撥至“龍頭”內的運輸系統，傳送至“龍身”，再經與“龍身”相連的連續運輸系統，源源不斷地送出煤巷。

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

　　“傳統的綜合掘進技術采用多種設備交替作業，先掘進、后支護、再運輸，施工時需要頻繁調換設備。”中國煤科太原研究院快速掘進系統項目負責人張小峰告訴記者，如能實現掘進、支護、運輸三位一體平行作業，可大幅節省作業時間。

　　“研發團隊充分考慮不同地質條件的支護參數，實現了在不同空間、不同時間下多排、多臂、多段的平行支護作業，避免了設備的頻繁調換。同時，通過數字模擬技術對支護強度與支護密度進行分析，保障系統作業的安全。”張小峰說，整套系統各部分一體化協同工作，有效提高了煤礦生產效率。

　　智能操控一次成巷

　　長達一二百米的“煤海蛟龍”在煤礦巷道中掘進，如何操控其不同部件協調、連續、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程調度平臺聯動，煤礦工人在小房間里便可操控系統，實現自主規劃截割煤層、多設備走位協同控制。

　　張小峰告訴記者，為了實現各部位設備之間協同工作，研發團隊攻克了多設備自動測距跟進、協同行走控制等核心技術，開發出智能化集中控制系統，對自主導航、姿態控制、自動截割、一鍵支護、聯機閉鎖、實時運輸等功能實現智能操控。

　　“采用該系統后，‘煤海蛟龍’實現了掘進作業全流程自動化，背后有著多項創新技術的應用。”宋德軍打比方說，從工作面到地面視頻監控及語音交互系統的全線覆蓋，讓它變得“耳聰目明”；集群設備多信息融合網絡的構建，讓它擁有了“神經系統”；高精度傳感器、三維人機交互界面與程序算法的結合，讓它獲得了“觸覺”與“知覺”。

　　此外，操控“煤海蛟龍”同步完成掘進和支護作業實現一次成巷，是智能一體化作業的重點，也是難點。這就需要為復雜地質條件的煤礦巷道匹配不同功率的掘進設備。

　　“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，實現作業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，實現了巷道快速掘進高效作業。

　　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有限公司(以下簡稱“黃陵礦業”)——腳下數百米深處，“煤海蛟龍”正在為茫茫煤海打通“經脈”。

　　“這就是作業現場。”在調度指揮中心，黃陵礦業二號煤礦黨支部書記成強飛指著電腦屏幕上的監控視頻告訴記者。屏幕上實時顯示著“煤海蛟龍”在煤礦巷道中的工作狀態，旁邊另一臺屏幕則顯示著它的數字孿生系統，實時展示在巷道中運行的實際參數。

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

　　“‘煤海蛟龍’的使用，幫助企業達成了減人增效的目標。”黃陵礦業黨委副書記、工會主席孫鵬說，目前公司兩座煤礦共應用了5套該系統，另有1套系統即將投入使用。每套系統分別依據煤礦巷道地質條件進行了量身定制，極大地提高了設備的適應性。

　　不僅僅是黃陵礦業，該系統如今已進入我國晉、陜、蒙等地各大煤礦，在不同地質條件下成功推廣應用100余套，正在為提高煤炭開發與生產能力、保障國家能源安全貢獻力量。

　　“‘煤海蛟龍’突破了煤礦巷道掘進技術的瓶頸，實現了我國煤礦巷道掘進技術與裝備從‘跟跑’向‘領跑’的角色轉變。”中國煤炭科工集團首席科學家、快速掘進系統總設計師王虹對未來充滿期許，“今天，我們的產品已經出口到印度等多個國家和地區。明天，我們將向更廣闊的天地開拓前進！”