我 們 的 “ 十 四 五 ”

近日，隨著啟動(dòng)按鈕被按下，山西焦煤集團(tuán)山煤國際公司凌志達(dá)煤業(yè)公司（以下簡稱凌志達(dá)煤業(yè)）15505運(yùn)輸順槽內(nèi)，一臺(tái)EBZ200掘進(jìn)機(jī)的截割頭緩緩轉(zhuǎn)動(dòng)，精準(zhǔn)切入煤層，有條不紊地向前推進(jìn)。

在地面調(diào)度中心大屏幕上，這臺(tái)掘進(jìn)機(jī)的三維模型正同步模擬井下實(shí)況，截割軌跡、錨桿支護(hù)進(jìn)度與探水?dāng)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新顯示。

這臺(tái)經(jīng)過改造的智能掘進(jìn)機(jī)能夠自主行走、精準(zhǔn)截割，并可同步完成錨桿支護(hù)、超前探水等工序，正是山西焦煤集團(tuán)重大技術(shù)攻關(guān)科技揭榜制項(xiàng)目——“煤礦智能化掘進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”的核心成果。自2023年7月立項(xiàng)以來，山煤國際公司聯(lián)合太原理工大學(xué)等單位，歷時(shí)2年，使傳統(tǒng)掘進(jìn)機(jī)實(shí)現(xiàn)了脫胎換骨的智能化變革。

聚力攻關(guān)，改造傳統(tǒng)掘進(jìn)機(jī)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國煤礦每年巷道掘進(jìn)總量超過1.2萬公里，掘進(jìn)工作面數(shù)量約為采煤工作面數(shù)量的3倍。

“掘進(jìn)是煤礦生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可國內(nèi)掘進(jìn)工作面長期以來依賴的是人海戰(zhàn)術(shù)?！鄙轿鹘姑杭瘓F(tuán)技術(shù)中心主任楊彥群直言，“相比采煤，掘進(jìn)已成為煤礦自動(dòng)化、智能化建設(shè)的短板?！?/span>

“過去，掘進(jìn)、支護(hù)、探水工序相互獨(dú)立，一個(gè)作業(yè)循環(huán)常需要2小時(shí)至3小時(shí)，遇復(fù)雜地質(zhì)條件時(shí)效率更低。更關(guān)鍵的是，工作面作業(yè)人員密集、粉塵濃度高、作業(yè)空間狹窄，安全風(fēng)險(xiǎn)高?！绷柚具_(dá)煤業(yè)機(jī)電副經(jīng)理吳曉峰表示。

但將傳統(tǒng)掘進(jìn)機(jī)全部更換為智能化掘錨機(jī)，單臺(tái)成本是傳統(tǒng)設(shè)備的數(shù)倍，投入巨大。

“不能輕易放棄現(xiàn)有設(shè)備。”楊彥群表示，“對傳統(tǒng)掘進(jìn)機(jī)實(shí)施升級(jí)改造，攻關(guān)智能化關(guān)鍵核心技術(shù)，是我們推進(jìn)智能化掘進(jìn)工作面建設(shè)的現(xiàn)實(shí)可行路徑?！?/span>

2023年7月，山西焦煤集團(tuán)啟動(dòng)重大技術(shù)攻關(guān)科技揭榜制項(xiàng)目。技術(shù)中心組織發(fā)榜招賢，由山煤國際公司牽頭，聯(lián)合太原理工大學(xué)、北京唯實(shí)深藍(lán)科技有限公司（以下簡稱北京唯實(shí)深藍(lán)）、石家莊奧創(chuàng)礦用設(shè)備有限公司、徐州徐工能源裝備有限公司（以下簡稱徐工能源裝備）和凌志達(dá)煤業(yè)共同揭榜，組建產(chǎn)學(xué)研用一體化團(tuán)隊(duì)（以下簡稱聯(lián)合團(tuán)隊(duì)），目標(biāo)是將EBZ200掘進(jìn)機(jī)升級(jí)為“掘、錨、護(hù)、探”一體化智能裝備。

技術(shù)突破，傳統(tǒng)掘進(jìn)機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛

這個(gè)項(xiàng)目的核心難題是把掘進(jìn)、支護(hù)、探水、護(hù)幫四大功能集成于一臺(tái)設(shè)備。“由徐工能源裝備提供的EBZ200掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，要在有限空間內(nèi)加裝機(jī)載液壓錨桿鉆機(jī)、探水鉆機(jī)和折疊式全斷面工作面護(hù)幫機(jī)構(gòu)，難度極大?！鄙矫簢H公司技術(shù)負(fù)責(zé)人霍國存坦言。

聯(lián)合團(tuán)隊(duì)將主戰(zhàn)場搬到凌志達(dá)煤業(yè)機(jī)修車間。連續(xù)半個(gè)月，吳曉峰帶領(lǐng)機(jī)電隊(duì)工人拆解設(shè)備、測量尺寸，并與太原理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)協(xié)同進(jìn)行圖紙?jiān)O(shè)計(jì)與演算。

“要不試試模塊化設(shè)計(jì)？”在一次深夜研討中，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)提出新思路：將錨探系統(tǒng)與掘進(jìn)機(jī)的連接部分設(shè)計(jì)為可更換模塊，實(shí)現(xiàn)快速拆裝。

這一思路打破了僵局。他們連夜趕制快速換裝機(jī)構(gòu)?？傻谝淮卧囼?yàn)，錨桿鉆機(jī)與探水鉆機(jī)切換就耗時(shí)3小時(shí)，遠(yuǎn)未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)?；魢媪⒓唇M織聯(lián)合團(tuán)隊(duì)拆解機(jī)構(gòu)重新打磨，調(diào)整液壓接口角度。經(jīng)過10多次優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)錨桿鉆機(jī)與探水鉆機(jī)在1小時(shí)內(nèi)快速轉(zhuǎn)換，較傳統(tǒng)方式節(jié)省2小時(shí)。

“改造效果怎么樣？現(xiàn)場應(yīng)用還存在哪些問題？”該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，山煤國際公司副總經(jīng)理、總工程師韓磊緊盯項(xiàng)目進(jìn)展情況。最終，2臺(tái)鉆機(jī)得以同步實(shí)施鉆探開孔，長探距離達(dá)125米，短探距離達(dá)15米，實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)與探測并行。

與此同時(shí)，高精度導(dǎo)航定位的難題也擺到了面前。井下粉塵濃度高，常規(guī)導(dǎo)航系統(tǒng)難以穩(wěn)定追蹤設(shè)備位置。山煤國際公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)與北京唯實(shí)深藍(lán)團(tuán)隊(duì)合作，加裝高清攝像頭與慣性導(dǎo)航傳感器，通過粉塵自適應(yīng)算法濾除干擾。為驗(yàn)證精度，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)跟隨凌志達(dá)煤業(yè)掘進(jìn)隊(duì)數(shù)十次深入15505工作面，采集上萬組數(shù)據(jù)，最終研發(fā)出“視覺+慣導(dǎo)”組合導(dǎo)航系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)橫向定位誤差小于等于30毫米、航向測量精度小于等于0.08度。

依托這套導(dǎo)航系統(tǒng)，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)又開發(fā)出基于絕對坐標(biāo)的智能截割算法，使掘進(jìn)機(jī)在不同姿態(tài)下都能夠按照預(yù)設(shè)軌跡精準(zhǔn)作業(yè)，斷面成型尺寸誤差控制在10厘米以內(nèi)。至此，傳統(tǒng)掘進(jìn)機(jī)實(shí)現(xiàn)了厘米級(jí)精度的自動(dòng)駕駛。

應(yīng)用變革，綜合掘進(jìn)效率提升

在凌志達(dá)煤業(yè)調(diào)度中心大屏幕上，15505工作面三維巷道模型實(shí)時(shí)顯示著井下掘進(jìn)機(jī)的每一個(gè)動(dòng)作。這套由山煤國際公司聯(lián)合太原理工大學(xué)研發(fā)的數(shù)字孿生系統(tǒng)，被稱為掘進(jìn)機(jī)的“千里眼”。

“通過激光雷達(dá)掃描巷道，我們構(gòu)建了精度小于5厘米的數(shù)字化模型，再借助傳感器實(shí)時(shí)上傳設(shè)備溫度等數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)虛擬模型同步運(yùn)行?！被魢娼忉專坏┏霈F(xiàn)超挖、欠挖或設(shè)備溫度異常等情況，該數(shù)字孿生系統(tǒng)立即發(fā)出預(yù)警。

聯(lián)合團(tuán)隊(duì)核心成員王浩然記得，為對比智能化改造效果，他們曾跟隨掘進(jìn)班組下井，每天詳細(xì)記錄工序耗時(shí)、人員配置。如今，該數(shù)字孿生系統(tǒng)不僅支持遠(yuǎn)程監(jiān)控，還能模擬不同地質(zhì)條件下的掘進(jìn)工藝，成為職工培訓(xùn)可視化平臺(tái)。

去年10月底，該項(xiàng)目順利通過中期驗(yàn)收，隨后在15505工作面開展工業(yè)性試驗(yàn)。到今年10月，該項(xiàng)目交出了一份亮眼的成績單：最高日進(jìn)尺12米，月進(jìn)尺321米，綜合掘進(jìn)效率提升30%以上。

“以前單班需12人，現(xiàn)在僅需8人至10人，安全系數(shù)大幅提高?！绷柚具_(dá)煤業(yè)黨委書記、董事長、礦長田偉鵬表示。

截至目前，該項(xiàng)目已申請專利7項(xiàng)，發(fā)表論文7篇，培養(yǎng)智能化掘進(jìn)技術(shù)人員15名。

“這套智能掘進(jìn)系統(tǒng)不僅適用于煤巷，還可拓展至半煤巖、全巖巷道。”韓磊介紹。更關(guān)鍵的是，1臺(tái)傳統(tǒng)掘進(jìn)機(jī)的改造成本僅為新購置成套設(shè)備成本的1/5。

“我們將在山西焦煤集團(tuán)所屬礦井全面推廣這項(xiàng)技術(shù)，讓更多傳統(tǒng)掘進(jìn)機(jī)煥發(fā)智能新生?！睏顝┤罕硎?，該項(xiàng)目成果已通過山西省科技廳組織的評價(jià)鑒定，四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

作者：李靜 版面編輯：張翔

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來源：中國煤炭報(bào)

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