中国煤炭科工智能快速掘进系统引领煤机装备产业新布局

　　“工欲善其事，必先利其器”。近日，中国煤炭科工集团太原研究院研制的以掘锚一体机为龙头的高阶智能化快掘系统，助力陕煤集团柠条塔煤矿S1208胶运顺槽实现了同S1208排水措施巷的精准贯通，煤科重器与高效生产组织有机衔接，为打造高标准的巷道精品工程迈出了坚实的步伐。
　　这条6015米的施工巷道，是柠条塔煤矿今年掘进计划的重点项目，巷道设计为大断面矩形，掘宽6米，掘高4.1米。太原研究院针对其所在煤层的地质条件与巷道实际情况，研制以大采高掘锚一体机为龙头，以智能控制系统为中枢，锚杆转载机、可弯曲皮带机和迈步式自移机尾为后配套的高效装备系统，实现了掘、支、运、通、控各个环节的高效运行。单机智能功能拓展与系统智能功能有效集成、智能高精度导航系统通过高速无线通信网络完成快掘系统厘米级定位定向。在优质高效的生产组织下，以月进千米以及千米巷道精准贯通的优异表现，为我国矿山巷道掘进智慧赋能、提质加速。
　　近年来，随着智能化矿井建设的大幕拉开，山西、山东、内蒙古、陕西、河南等省相继出台了煤矿智能化建设实施方案。自动定向及导航、巷道断面自动截割成形技术被列为智能化掘进装备的一项基本要求。但由于煤矿掘进工作面环境恶劣、掘进工艺复杂，且掘进装备工作时存在低频大幅度振动及晃动等状况，如何精准定位导航，一直是制约掘进装备智能化的世界性难题。太原研究院长期致力于挖掘制约井下智能化掘进装备的难点痛点，专注于构建掘进装备导航定位全方位解决方案，攻克了井下封闭空间掘进装备组合导航定位、自动截割作业规划与控制等关键技术难题。太原研究院采用高精度惯性导航技术，融合光学测量、机器视觉等多感知技术，提出适应性修正算法及补偿方案。从控制元件、评估算法等多层次提升导航定位系统的性能，实现掘进装备厘米级定位及惯性导航系统自主修正，具有无辅助导航源条件下航向角、姿态角保持精度高、高精度自对准等优势。该导航系统的应用，可提升工作面综合掘进效率20%以上，每个生产班可减少1-2人。同时，积极开展技术迭代，第二代掘进装备导航系统，校准时长较上代缩短60%以上，导航精度提高10倍以上，极大提高煤矿掘进智能化水平及掘进工作效率，确保了作业安全。
　　自主研发的智能掘进自主导航系统，在国能集团、陕煤集团、山西焦煤集团等煤矿快掘装备上得到了广泛应用，在多个煤矿导航指引连续进尺突破3000米，并成功实现了掘锚一体机规划截割开采，断面成型精度与预定轨迹偏差达到厘米级，真正解决了煤矿采掘装备截割定位难题，助力煤矿实现智能化掘进。每当谈论这套导航系统，掘锚一体机司机师傅们都会开心地说：“自使用掘进导航系统以来，我们再也不担心掘锚一体机掘偏了，巷道成型质量比原来也好，真是给掘锚一体机安装了一个‘瞄准镜’！”
　　掘进智能化集中控制系统搭载了从工作面到地面全线覆盖的视频监控及全线覆盖的语音交互系统，这让快速掘进装备拥有了“一双慧眼”与“一双聪耳”，集群设备多信息融合网络让设备拥有了传输神经，高精度传感器与三维人机交互界面让设备拥有了感知觉，当然这都离不开程序算法的核心智慧。操作人员只需根据人机交互界面在井下集控中心和地面调度面板远程操作，便可实现全流程不超过1分钟的成套设备一键煤流启停，还可实现掘进设备的自动规划截割、设备之间行走位置的准确协同控制。此外，掘进设备的自主导航与姿态控制、辅助锚护、联机闭锁等多样化功能均融合于设备自动作业过程中。掘进工作面的成套设备采用该系统后可实现掘进作业全流程的自动化作业，实现了掘进的安全性和可靠性。
　　掘进智能化集中控制系统的研发应用融合了大数据、云计算、物联网等高新技术与理念。近年来，煤矿智能化建设已经成为煤炭行业的发展方向，也成为未来煤矿生产的必然趋势，掘进智能化集中控制系统作为其中的一部分，为煤矿生产的无人化少人化操作夯实了基础，也为传统的煤机装备进行了赋能。未来，随着数字孪生、人工智能等技术的大力发展，各行业的通力合作，相信掘进智能化集中控制系统的功能也必将更加丰富，用技术解放工人的梦想也必将实现，煤矿行业的发展也必将迈上新的台阶。
　　作为我国煤机高端装备研发的排头兵，中国煤科太原研究院以引领国家煤机产业科技进步为己任，致力于彻底解决各类围岩条件下煤巷高效快速掘进问题。太原研究院快速掘进成套装备已在晋陕蒙等全国30多家大型煤炭生产企业推广应用，缔造了稳定围岩条件月进3000米级、中等稳定围岩月进2000米级、复杂围岩月进800米级的多种地质条件成功应用案例，创造了煤巷月进尺3088米的世界纪录，市场占有率连续多年国内第一。与原有掘进方法相比，掘进速度提高3倍左右，作业人员减少三分之二，有效缓解了采掘失衡，实现我国巷道掘进技术与装备从“跟跑”为主向“领跑”为主、价值链中低端向价值链中高端转变，引领了国内煤矿掘进技术与装备的发展方向。
　　2020年3月，由国家八部委联合印发的《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》明确提出要重点突破智能快速掘进的要求，太原研究院积极响应国家号召，深入贯彻落实中国煤科“1245”总体发展思路，高举智能引领的旗帜，抓住煤矿智能化发展机遇，依托国家重点研发计划“大型矿井综合掘进机器人”项目，发挥自身的装备和技术优势，完成了智能掘进装备技术的顶层规划设计工作，围绕以掘进机、连采机、掘锚一体机为龙头的三大类成套装备构建了对应的智能掘进系统。经过多轮的技术实践与迭代升级，目前太原研究院的智能快掘系统逐渐趋于成熟，自动化和智能化功能不断丰富，并进行了标准化规范工作，不同配套型式的智能快掘系统已经在内蒙古、陕西、山西等多个省份智能矿井投入使用，得到了大量用户的青睐。
　　煤矿掘进装备的智能化、无人化工程是一项长期任务，目前虽然取得了阶段性成果，但是距离真正实现无人掘进工作面，还存在着多项“卡脖子”技术，中国煤科太原研究院将继续紧跟煤矿智能化建设步伐，努力攻关核心技术，提高智能快掘系统质量，为煤机装备产业赋能增效，为煤矿智能建设添砖加瓦。
　　士不可以不弘毅，任重而道远。国家“双碳”战略目标对我国煤炭行业变革和企业发展提出新的要求，太原研究院顺应潮流、勇于探索，有信心构建一条技术创新、智能引领、合作共赢的新型绿色发展之路，实现高端煤机装备智能制造的迈步跨越。