煤海深处“蛟龙”舞

——探访创造世界纪录的国产煤矿掘支运一体化快速掘进系统

【走近大国重器】

记者 刘园园

地下数百米深处，煤矿巷道中。

随着工作人员按下启动键，200多米长的机械设备“舞动”起来：一边向前掘进，一边支护巷道，同时将截割下来的煤块运出煤巷……

这就是有着“煤海蛟龙”之称的煤矿掘支运一体化快速掘进系统。该装备由我国自主研发，创造了煤巷掘进月进尺3088米的世界纪录。

近日，跟随国务院国资委新闻中心组织的“走进新国企·打卡新坐标”活动，科技日报记者走进这台大国重器的诞生地与应用地，探寻其畅行煤海的奥秘。

三位一体平行作业

步入“煤海蛟龙”诞生地——中国煤炭科工集团太原研究院有限公司(以下简称“中国煤科太原研究院”)的生产车间，各式各样的“大块头”一览无余。它们依次排列，整装待发。

“整套系统由掘锚一体机、锚杆转载机、连续运输系统、协同控制平台等设备组成。”中国煤科太原研究院党委副书记、总经理宋德军指着眼前这些大型部件介绍，系统可以根据不同需求定制装配，最长可达200多米。

来到“龙头”——掘锚一体机前，一排5米多宽的可伸缩截割滚筒尤为醒目。滚筒上布满钉刺般的截齿，它们负责在煤巷掘进过程中割煤。

滚筒下方安装着两个旋转的耙爪，负责把截割下来的煤块拨至“龙头”内的运输系统，传送至“龙身”，再经与“龙身”相连的连续运输系统，源源不断地送出煤巷。

“龙头”和“龙身”部位安装着钻锚装置，可实现对煤矿巷道顶板和侧帮的自动支护，保障人员和设备安全。

“传统的综合掘进技术采用多种设备交替作业，先掘进、后支护、再运输，施工时需要频繁调换设备。”中国煤科太原研究院快速掘进系统项目负责人张小峰告诉记者，如能实现掘进、支护、运输三位一体平行作业，可大幅节省作业时间。

“研发团队充分考虑不同地质条件的支护参数，实现了在不同空间、不同时间下多排、多臂、多段的平行支护作业，避免了设备的频繁调换。同时，通过数字模拟技术对支护强度与支护密度进行分析，保障系统作业的安全。”张小峰说，整套系统各部分一体化协同工作，有效提高了煤矿生产效率。

智能操控一次成巷

长达一二百米的“煤海蛟龙”在煤矿巷道中掘进，如何操控其不同部件协调、连续、高效、安全运行？

记者注意到，在“龙身”部位，配有看似电话亭的小房间——智能化集中控制中心，答案就藏在这里。借助人机交互界面与地面远程调度平台联动，煤矿工人在小房间里便可操控系统，实现自主规划截割煤层、多设备走位协同控制。

张小峰告诉记者，为了实现各部位设备之间协同工作，研发团队攻克了多设备自动测距跟进、协同行走控制等核心技术，开发出智能化集中控制系统，对自主导航、姿态控制、自动截割、一键支护、联机闭锁、实时运输等功能实现智能操控。

“采用该系统后，‘煤海蛟龙’实现了掘进作业全流程自动化，背后有着多项创新技术的应用。”宋德军打比方说，从工作面到地面视频监控及语音交互系统的全线覆盖，让它变得“耳聪目明”；集群设备多信息融合网络的构建，让它拥有了“神经系统”；高精度传感器、三维人机交互界面与程序算法的结合，让它获得了“触觉”与“知觉”。

此外，操控“煤海蛟龙”同步完成掘进和支护作业实现一次成巷，是智能一体化作业的重点，也是难点。这就需要为复杂地质条件的煤矿巷道匹配不同功率的掘进设备。

“针对半煤岩和坚硬煤层一次成巷难的问题，我们自主研制了双驱动高速合流截割减速器，功率同比提升25%，截割能力大大增强，实现作业面全宽截割一次成巷。”张小峰指着“龙头”位置向记者介绍，采用这种减速器的全宽截割滚筒，有效破解了一次成巷难题，实现了巷道快速掘进高效作业。

省时省力减人增效

随后，记者一行来到陕西陕煤集团黄陵矿业有限公司(以下简称“黄陵矿业”)——脚下数百米深处，“煤海蛟龙”正在为茫茫煤海打通“经脉”。

“这就是作业现场。”在调度指挥中心，黄陵矿业二号煤矿党支部书记成强飞指着电脑屏幕上的监控视频告诉记者。屏幕上实时显示着“煤海蛟龙”在煤矿巷道中的工作状态，旁边另一台屏幕则显示着它的数字孪生系统，实时展示在巷道中运行的实际参数。

成强飞介绍，从掘进效率来看，以往采用传统的综合掘进技术，不同工序需要分开进行，一天下来只能掘进12米左右。现在采用掘支运一体化快速掘进系统，每天能掘进34米左右，接近之前掘进速度的3倍；从减少人工来看，以前掘进工作面每个班需要18人下矿，现在减少到每个班只需5人下矿。

“‘煤海蛟龙’的使用，帮助企业达成了减人增效的目标。”黄陵矿业党委副书记、工会主席孙鹏说，目前公司两座煤矿共应用了5套该系统，另有1套系统即将投入使用。每套系统分别依据煤矿巷道地质条件进行了量身定制，极大地提高了设备的适应性。

不仅仅是黄陵矿业，该系统如今已进入我国晋、陕、蒙等地各大煤矿，在不同地质条件下成功推广应用100余套，正在为提高煤炭开发与生产能力、保障国家能源安全贡献力量。

“‘煤海蛟龙’突破了煤矿巷道掘进技术的瓶颈，实现了我国煤矿巷道掘进技术与装备从‘跟跑’向‘领跑’的角色转变。”中国煤炭科工集团首席科学家、快速掘进系统总设计师王虹对未来充满期许，“今天，我们的产品已经出口到印度等多个国家和地区。明天，我们将向更广阔的天地开拓前进！”