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地下數(shù)百米深處，煤礦巷道中。

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

這就是有著“煤海蛟龍”之稱的煤礦掘支運(yùn)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(dòng)，科技日?qǐng)?bào)記者走進(jìn)這臺(tái)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(tuán)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(jī)、錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)、連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)、協(xié)同控制平臺(tái)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(jī)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(gè)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(yùn)輸系統(tǒng)，傳送至“龍身”，再經(jīng)與“龍身”相連的連續(xù)運(yùn)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(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦巷道頂板和側(cè)幫的自動(dòng)支護(hù)，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(hù)、再運(yùn)輸，施工時(shí)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(xiàng)目負(fù)責(zé)人張小峰告訴記者，如能實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)、支護(hù)、運(yùn)輸三位一體平行作業(yè)，可大幅節(jié)省作業(yè)時(shí)間。

“研發(fā)團(tuán)隊(duì)充分考慮不同地質(zhì)條件的支護(hù)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了在不同空間、不同時(shí)間下多排、多臂、多段的平行支護(hù)作業(yè)，避免了設(shè)備的頻繁調(diào)換。同時(shí)，通過數(shù)字模擬技術(shù)對(duì)支護(hù)強(qiáng)度與支護(hù)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(yùn)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(jī)交互界面與地面遠(yuǎn)程調(diào)度平臺(tái)聯(lián)動(dòng)，煤礦工人在小房間里便可操控系統(tǒng)，實(shí)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(shí)現(xiàn)各部位設(shè)備之間協(xié)同工作，研發(fā)團(tuán)隊(duì)攻克了多設(shè)備自動(dòng)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(duì)自主導(dǎo)航、姿態(tài)控制、自動(dòng)截割、一鍵支護(hù)、聯(lián)機(jī)閉鎖、實(shí)時(shí)運(yùn)輸?shù)裙δ軐?shí)現(xiàn)智能操控。

“采用該系統(tǒng)后，‘煤海蛟龍’實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)作業(yè)全流程自動(dòng)化，背后有著多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用。”宋德軍打比方說，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(jī)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(hù)作業(yè)實(shí)現(xiàn)一次成巷，是智能一體化作業(yè)的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。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(duì)半煤巖和堅(jiān)硬煤層一次成巷難的問題，我們自主研制了雙驅(qū)動(dòng)高速合流截割減速器，功率同比提升25%，截割能力大大增強(qiáng)，實(shí)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(shí)現(xiàn)了巷道快速掘進(jìn)高效作業(yè)。

省時(shí)省力減人增效

隨后，記者一行來到陜西陜煤集團(tuán)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。”在調(diào)度指揮中心，黃陵礦業(yè)二號(hào)煤礦黨支部書記成強(qiáng)飛指著電腦屏幕上的監(jiān)控視頻告訴記者。屏幕上實(shí)時(shí)顯示著“煤海蛟龍”在煤礦巷道中的工作狀態(tài)，旁邊另一臺(tái)屏幕則顯示著它的數(shù)字孿生系統(tǒng)，實(shí)時(shí)展示在巷道中運(yùn)行的實(shí)際參數(shù)。

成強(qiáng)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(yùn)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(gè)班需要18人下礦，現(xiàn)在減少到每個(gè)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)。”黃陵礦業(yè)黨委副書記、工會(huì)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(shí)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(tuán)首席科學(xué)家、快速掘進(jìn)系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師王虹對(duì)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(gè)國家和地區(qū)。明天，我們將向更廣闊的天地開拓前進(jìn)!”