中国煤炭报 2020年12月26日3版

体验智能掘进的“榆北方案”

面对全国整体施工环境比较复杂、区域存在超大断面施工状况、夹矸等复杂地质条件，陕煤集团榆北煤业公司提供了多条快掘技术实现路径

本报记者 王世雅 通讯员 杨景麟 张科 梁栋

在如今的技术条件下，掘进速度能有多快？在业内平均月进尺几百米的情况下，地处毛乌素沙漠东部的陕煤集团榆北煤业公司，创造了单巷日进尺91米、月进尺2020米的最高纪录。

如何解决采掘失衡难题、如何克服快掘设备在井下出现的“水土不服”、如何做到“人机环管”的高度融合？带着这些疑问，记者走进了榆北煤业公司。

曹家滩公司智能快掘成套装备：

仅5人就可完成“掘铺支运”循环作业

穿上矿工服，坐上防爆车，驶过有“井下高速”之称的柏油路，30分钟左右，记者一行来到陕煤集团榆北煤业公司曹家滩公司井下122107工作面主运顺槽。

此刻的智能快掘成套装备正处于检修状态。记者看到，正对着平坦煤壁的截割头保持进刀姿势，坚硬的塑料锚网平整铺开，长达6000多米的皮带等待着乌金到来，被赋予降噪功能的通风机和热乎乎的班中餐一起，将能量送给守护在这条“巨龙”旁边的工作人员。

现场技术人员告诉记者，装备整机配置为掘锚一体机+液压锚杆钻车+自行走可伸缩连续皮带机，可实现探、掘、支、破、运一体化作业，“掘进1米只需要12分钟，日进尺60米、平均月进尺1680米，同时每班掘进人员由10人减少为5人”。

为收到上述效果，此套装备经历了技术更新与版本迭代。目前，运行的是智能快掘成套装备3.0版。

由于掘进装备与工艺整体落后，掘进速度无法满足矿井开采需求，导致曹家滩公司生产接续紧张。在陕煤集团的主导下，2019年6月，针对地质条件简单、围岩完整稳定的曹家滩公司，榆北煤业公司会同铁建重工、西煤机等单位研制了智能快掘成套装备1.0版。在试验过程中，他们遇到了掘支、顶帮锚支护不同步，运输系统卡煤等难题。

以掘进区区长王剑为首的攻关小组是曹家滩公司于2019年1月成立的多工种快掘团队。队员共计40多人，平均年龄只有31岁。面对快掘经验较少的现状，技术骨干多次外出学习、内部培训，开展了大量写实、分析论证和技术改造工作，前前后后针对装备的大小改造有十大类102项。

“设备在地面跟在井下的状态完全不同，而创新就蕴含在解决难题过程中。”王剑举例。试生产那天，因原装截齿设计不合理，导致机身抖动厉害，人在上面根本站不稳。他们便将截齿换成细长型截齿，抖动减少，但出煤速度太慢。之后，他们对截齿进行了二次更换，机身抖动问题和割煤速度慢的问题才得以解决。

在减少一台锚杆钻车、增加锚杆机二级滑移架和泡沫除尘喷射系统、掘锚一体机与支护钻车转载点之间增加破碎装置、增加尾部支撑油缸及控制阀组等改造基础上，相较于第一套需要17个锚杆司机协同作业，智能快掘成套装备2.0版只需10人。

因此，该团队打破了传统的月进尺600多米的僵局，在邻采空区片帮严重的122108回风顺槽，煤层夹矸厚、巷道压力大的112203辅运顺槽，实现了单月稳进尺1500米。

借助机器人技术，榆北煤业公司最终研制出智能快掘成套装备3.0版。目前，这套装备在曹家滩公司122107工作面主运顺槽进行工业性试验。该装备具备精准定位导向、自动行走、一键启动、自动截割、自动铺网、自动打锚杆（索）、矿用连续皮带机等功能，仅5人就可完成“掘铺支运”循环作业。

11月26日召开的全国煤矿快速掘进现场交流会选址榆林。介绍经验和被参观的煤矿正是曹家滩公司和小保当公司。在参观的过程中，带给记者最直接的视觉冲击便是一条长达6千米的皮带。技术人员介绍，皮带由大跨距桥式转载皮带机改造成变频带式输送机，机尾通过电控移动底盘实现自动行走，在行走过程中可以进行防碰撞检测控制。

作为榆北煤业公司智能掘进的领军者，王剑团队正不断壮大，其快掘工法也经历了变革。从以半智能掘进工作面为核心到以掘支一体化技术为核心，他们通过优化支护参数、作业人员组织分配和装备性能，探寻掘进工作面各工艺之间的搭配缺陷，形成了人机匹配的精优作业法。

“虽然我们掘进工作面智能化程度达到了80%以上，但各工序协调联控上还缺乏一颗‘智慧大脑’。我们将继续利用大数据和人工智能技术，在复杂多变的井下实现智能掘进。”王剑说。

小保当公司护盾式掘进机器人：

掘进与钻锚平行作业，临时支护效果佳

“开始启动！”在全国煤矿快速掘进现场交流会上，通过远程监控系统，榆北煤业公司总经理石增武向80多公里外的小保当公司一号煤矿井下人员传达指令。随后，智能掘进机器人调动手脚，截割部开始截割。

相对曹家滩公司井下的“巨龙”，小保当公司井下的机器人视觉上便自成一体。现场技术人员告诉记者，护盾式掘进机器人系统分为5个部分：护盾式掘进机器人、钻锚机器人、锚网运输机器人、电液控平台、运输及通风除尘系统，集成了掘、支、锚、运、通风、除尘等功能。

“护盾式掘进机器人由截割滑台、前后盾体、操作台及液压系统和电气系统组成，是整个系统中最有特色的部分。”小保当公司讲解员王新向记者介绍。

站在全长14.5米的盾体中间，面向煤壁，记者左手边是电气组合开关，控制着盾体内所有传感器和电磁阀的信号传输。生产时，支护机器人油泵和除尘风机先启动，二运皮带和一运刮板输送机随后启动，最后主油泵和装载星轮启动，截割部开始割煤。割煤完成后，整机以“迈步式”向前行走，行走过程由升降油缸、推拉油缸和前后盾体共同完成。

跟智能快掘成套装备相似的是，护盾式掘进机器人系统也经历了三代更迭。

2017年，小保当公司在一号煤矿112201回风顺槽引入的第一代铁建重工掘锚机，未能成功投用。2019年，该公司引入瑞典山特维克掘锚一体机与铁建重工锚破运一体机中西合璧的第二代快速掘锚成套装备，虽实现了截割、装载、临时支护、锚杆支护等工序的平行作业，但在截割区域安全防护、协同支护效率等方面存在不少问题。

如何实现整机系统化运转？2020年7月，针对小保当公司一号煤矿夹矸与片帮并存的地质条件，陕煤集团与西安科技大学、西安煤机厂，将多台独立运转的设备进行系统化集成，研发出全国首套护盾式掘进机器人系统，即第三代快掘成套装备。

“护盾式掘进机器人系统的主要优势在于自动化截割和临时支护作用显著。掘进与钻锚实现平行作业，既减少了作业人员，又大幅提升了掘进效率。”小保当公司二号煤矿生产副矿长乔永力表示。

8月25日，装备在小保当公司完成了地面联合试运转；9月15日，在小保当公司一号煤矿112204胶运顺槽掘进工作面完成了井下安装，进入了工业性试验阶段。

实现巷道掘进的精准定位是系统研发的关键。经了解，智能掘进机器人系统应用的“惯导+数字式全站仪+油缸行程”多信息融合精确定位定向技术，确保了巷道掘进的精度。

“在拉移机尾过程中，我们遇到了活动机尾卡阻、拉移速度较慢、绞车钢丝绳易绷断等问题，于是便在皮带机尾的底座上焊接了增高滑靴，使皮带机尾能快速前移。”小保当公司一号煤矿掘进二队*支部*陈兵说。

此外，技术人员还在锚杆台车底盘部位安装了一台破碎机，解决了大块煤无法破碎导致的卡煤问题；负压湿式除尘风机与正压通风风筒形成供风回路，为掘进工作面供风和除尘；由技术人员和厂家共同设计的除尘系统中，增加了湿式除尘、泡沫除尘等先进技术和设备。

成立于2020年2月的小保当公司掘进二队被称为一支“智慧化快掘铁军”。通过外出学习、抽调曹家滩公司骨干、师带徒等方式，快掘团队迅速组建成型。

在第二代装备使用过程中，掘进二队成立15天，单日进尺便突破51米，6月双机双巷掘进3030米；在护盾式掘进机器人系统入井安装期间，全队仅用15天，便完成一次性安装、成功试运转，目前日进尺已稳定提高到70米左右。

“随着设备性能的升级，我们会实现月进尺1200米至1500米的初始目标。”团队成员表示，小保当公司将从钻锚护锚杆索的打眼、输送药卷、搅拌安装等工序上实现突破，研究掘进工艺的分块式整体集成智能掘进模式。

“榆北煤业公司涌现出了一批先进人物，如王剑、陈兵等。正是因为有了敢于拼搏和奉献的团队，榆北煤业公司才能一次次实现技术突破。”石增武表示。

理念上认知到位 行动上斩钉截铁

除了智能快掘成套装备与护盾式掘进机器人系统外，榆北煤业公司针对小保当公司一号煤矿复杂地质条件，整合山特维克掘锚一体机、铁建重工锚运破等设备，研制了一套更具特色的快速掘进成套装备，并在112203工作面辅运顺槽顺利通车，实现单巷最高月进尺1600米。

此外，为解决小保当公司二号煤矿岩巷、半煤岩巷掘进速度慢的问题，榆北煤业公司引进了铁建重工制造的岩巷快速掘进成套装备，可切割硬度f10以下岩石，年底将在132202工作面胶运顺槽进行工业性试验。

“目前，我们通过以‘掘锚同步、立体交叉、平行作业、快速推进’为特点的工艺技术改革，研制了适用不同地质条件的四类快速掘进成套装备。”石增武表示。如今，榆北煤业公司所属煤矿工作面走向长度均超过6000米，仅4个月就能完成顺槽掘进任务，人均掘进功效超过5米，每条顺槽施工可节省费用约1160万元。

“要推动智能快掘技术发展，首先要有先进的理念引领，顶层设计至关重要；其次，领导要重视，保障资金投入；再其次，加强跨界合作交流，在新装备、新技术、新应用上抢占先机；最后，要积极培养和引进人才，形成多专业、多工种协同攻关的人才梯队。”石增武在全国煤矿快速掘进现场交流会上介绍经验时说。

面对全国整体施工环境比较复杂、区域存在超大断面施工状况、夹矸等复杂地质条件，“榆北方案”提供了多条快掘技术实现路径。

“最大的难点在于子系统之间的协调融合。”曹家滩公司董事长雷亚军表示，曹家滩公司智能化快掘模式需要不断完善，如快速掘进实施选择的试验巷道条件地质状况好，不具有代表性，还需要在更多不同地质条件下进行试验。在机器操作过程中，人员劳动强度仍然很大，今后需要配以更加智能化的掘进和辅助设备。

“我们将持续加强辅助工序自动化、物联网集成、系统适用性技术、围岩稳定性判别技术、远程疾控平台等智能快掘关键技术攻坚。”石增武说。

【记者手记】

希望来自信念与坚持

本报记者 王世雅

很多时候，我们不是因为看到希望才选择坚持，而是坚持了很久才看到希望。

采访中，王剑、雷贵生等人娓娓道来，似乎一切都是水到渠成。当被问及压力大是否想过放弃时，他们才流露出一丝无奈和欣慰。

快速掘进是一件“螃蟹到底能不能吃的事儿”，搞好了是荣耀，搞不好面临的远不止打包走人的问题。每天，领导过来敲王剑的办公桌，询问进展；王志诚立誓，不救活设备，这辈子就和它过；康中山在井下骨折了，也默默坚持着没有说。试验成功后，他们发现团队的每个人都瘦了，也分不清到底是累瘦的还是饿瘦的。

快掘事业的成功，离不开上层的资金和管理的投入，这是保障生产力的基础；更离不开基层的自我加压和改造革新，这是生产关系的完善优化。但无论哪一层，推动快掘技术发展的初衷里，始终都有对安全健康的渴望和对美好生活的向往。

因为注视着同一个方向，信念在试验的锤炼中变得愈加顽强。人性中的韧劲儿和那“非干成不可”的执行力被激发出来，赋予所有与快掘事业相关的人一种使命感，去推动行业解决困扰多年的采掘失衡难题。

知常明变者赢，守正创新者进。尽管适用性有待证明，但“榆北方案”至少让我们看到了希望。未来，我们期待更多不同地质条件下的快掘方案，期待煤炭行业拥有更多更扎实的科技创新成果。（王世雅,杨景麟,张科,梁栋）