我 們 的 “ 十 四 五 ”

近日，隨著啟動按鈕被按下，山西焦煤集團山煤國際公司凌志達煤業(yè)公司（以下簡稱凌志達煤業(yè)）15505運輸順槽內，一臺EBZ200掘進機的截割頭緩緩轉動，精準切入煤層，有條不紊地向前推進。

在地面調度中心大屏幕上，這臺掘進機的三維模型正同步模擬井下實況，截割軌跡、錨桿支護進度與探水數據實時更新顯示。

這臺經過改造的智能掘進機能夠自主行走、精準截割，并可同步完成錨桿支護、超前探水等工序，正是山西焦煤集團重大技術攻關科技揭榜制項目——“煤礦智能化掘進關鍵技術研究與應用”的核心成果。自2023年7月立項以來，山煤國際公司聯(lián)合太原理工大學等單位，歷時2年，使傳統(tǒng)掘進機實現(xiàn)了脫胎換骨的智能化變革。

聚力攻關，改造傳統(tǒng)掘進機

據統(tǒng)計，我國煤礦每年巷道掘進總量超過1.2萬公里，掘進工作面數量約為采煤工作面數量的3倍。

“掘進是煤礦生產的關鍵環(huán)節(jié)，可國內掘進工作面長期以來依賴的是人海戰(zhàn)術。”山西焦煤集團技術中心主任楊彥群直言，“相比采煤，掘進已成為煤礦自動化、智能化建設的短板。”

“過去，掘進、支護、探水工序相互獨立，一個作業(yè)循環(huán)常需要2小時至3小時，遇復雜地質條件時效率更低。更關鍵的是，工作面作業(yè)人員密集、粉塵濃度高、作業(yè)空間狹窄，安全風險高?！绷柚具_煤業(yè)機電副經理吳曉峰表示。

但將傳統(tǒng)掘進機全部更換為智能化掘錨機，單臺成本是傳統(tǒng)設備的數倍，投入巨大。

“不能輕易放棄現(xiàn)有設備?！睏顝┤罕硎?，“對傳統(tǒng)掘進機實施升級改造，攻關智能化關鍵核心技術，是我們推進智能化掘進工作面建設的現(xiàn)實可行路徑?！?/span>

2023年7月，山西焦煤集團啟動重大技術攻關科技揭榜制項目。技術中心組織發(fā)榜招賢，由山煤國際公司牽頭，聯(lián)合太原理工大學、北京唯實深藍科技有限公司（以下簡稱北京唯實深藍）、石家莊奧創(chuàng)礦用設備有限公司、徐州徐工能源裝備有限公司（以下簡稱徐工能源裝備）和凌志達煤業(yè)共同揭榜，組建產學研用一體化團隊（以下簡稱聯(lián)合團隊），目標是將EBZ200掘進機升級為“掘、錨、護、探”一體化智能裝備。

技術突破，傳統(tǒng)掘進機實現(xiàn)自動駕駛

這個項目的核心難題是把掘進、支護、探水、護幫四大功能集成于一臺設備?！坝尚旃つ茉囱b備提供的EBZ200掘進機結構緊湊，要在有限空間內加裝機載液壓錨桿鉆機、探水鉆機和折疊式全斷面工作面護幫機構，難度極大?！鄙矫簢H公司技術負責人霍國存坦言。

聯(lián)合團隊將主戰(zhàn)場搬到凌志達煤業(yè)機修車間。連續(xù)半個月，吳曉峰帶領機電隊工人拆解設備、測量尺寸，并與太原理工大學團隊協(xié)同進行圖紙設計與演算。

“要不試試模塊化設計？”在一次深夜研討中，聯(lián)合團隊提出新思路：將錨探系統(tǒng)與掘進機的連接部分設計為可更換模塊，實現(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構?？傻谝淮卧囼?，錨桿鉆機與探水鉆機切換就耗時3小時，遠未達到標準?；魢媪⒓唇M織聯(lián)合團隊拆解機構重新打磨，調整液壓接口角度。經過10多次優(yōu)化，最終實現(xiàn)錨桿鉆機與探水鉆機在1小時內快速轉換，較傳統(tǒng)方式節(jié)省2小時。

“改造效果怎么樣？現(xiàn)場應用還存在哪些問題？”該項目負責人，山煤國際公司副總經理、總工程師韓磊緊盯項目進展情況。最終，2臺鉆機得以同步實施鉆探開孔，長探距離達125米，短探距離達15米，實現(xiàn)了掘進與探測并行。

與此同時，高精度導航定位的難題也擺到了面前。井下粉塵濃度高，常規(guī)導航系統(tǒng)難以穩(wěn)定追蹤設備位置。山煤國際公司技術團隊與北京唯實深藍團隊合作，加裝高清攝像頭與慣性導航傳感器，通過粉塵自適應算法濾除干擾。為驗證精度，聯(lián)合團隊跟隨凌志達煤業(yè)掘進隊數十次深入15505工作面，采集上萬組數據，最終研發(fā)出“視覺+慣導”組合導航系統(tǒng)，實現(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。

依托這套導航系統(tǒng)，聯(lián)合團隊又開發(fā)出基于絕對坐標的智能截割算法，使掘進機在不同姿態(tài)下都能夠按照預設軌跡精準作業(yè)，斷面成型尺寸誤差控制在10厘米以內。至此，傳統(tǒng)掘進機實現(xiàn)了厘米級精度的自動駕駛。

應用變革，綜合掘進效率提升

在凌志達煤業(yè)調度中心大屏幕上，15505工作面三維巷道模型實時顯示著井下掘進機的每一個動作。這套由山煤國際公司聯(lián)合太原理工大學研發(fā)的數字孿生系統(tǒng)，被稱為掘進機的“千里眼”。

“通過激光雷達掃描巷道，我們構建了精度小于5厘米的數字化模型，再借助傳感器實時上傳設備溫度等數據，驅動虛擬模型同步運行?！被魢娼忉專坏┏霈F(xiàn)超挖、欠挖或設備溫度異常等情況，該數字孿生系統(tǒng)立即發(fā)出預警。

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

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

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

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

“這套智能掘進系統(tǒng)不僅適用于煤巷，還可拓展至半煤巖、全巖巷道?！表n磊介紹。更關鍵的是，1臺傳統(tǒng)掘進機的改造成本僅為新購置成套設備成本的1/5。

“我們將在山西焦煤集團所屬礦井全面推廣這項技術，讓更多傳統(tǒng)掘進機煥發(fā)智能新生。”楊彥群表示，該項目成果已通過山西省科技廳組織的評價鑒定，四項關鍵技術達到國際領先水平。

作者：李靜 版面編輯：張翔

編輯

來源：中國煤炭報

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