中國煤炭科工智能快速掘進系統引領煤機裝備產業新布局

　　“工欲善其事，必先利其器”。近日，中國煤炭科工集團太原研究院研制的以掘錨一體機為龍頭的高階智能化快掘系統，助力陜煤集團檸條塔煤礦S1208膠運順槽實現了同S1208排水措施巷的精準貫通，煤科重器與高效生產組織有機銜接，為打造高標準的巷道精品工程邁出了堅實的步伐。
　　這條6015米的施工巷道，是檸條塔煤礦今年掘進計劃的重點項目，巷道設計為大斷面矩形，掘寬6米，掘高4.1米。太原研究院針對其所在煤層的地質條件與巷道實際情況，研制以大采高掘錨一體機為龍頭，以智能控制系統為中樞，錨桿轉載機、可彎曲皮帶機和邁步式自移機尾為后配套的高效裝備系統，實現了掘、支、運、通、控各個環節的高效運行。單機智能功能拓展與系統智能功能有效集成、智能高精度導航系統通過高速無線通信網絡完成快掘系統厘米級定位定向。在優質高效的生產組織下，以月進千米以及千米巷道精準貫通的優異表現，為我國礦山巷道掘進智慧賦能、提質加速。
　　近年來，隨著智能化礦井建設的大幕拉開，山西、山東、內蒙古、陜西、河南等省相繼出臺了煤礦智能化建設實施方案。自動定向及導航、巷道斷面自動截割成形技術被列為智能化掘進裝備的一項基本要求。但由于煤礦掘進工作面環境惡劣、掘進工藝復雜，且掘進裝備工作時存在低頻大幅度振動及晃動等狀況，如何精準定位導航，一直是制約掘進裝備智能化的世界性難題。太原研究院長期致力于挖掘制約井下智能化掘進裝備的難點痛點，專注于構建掘進裝備導航定位全方位解決方案，攻克了井下封閉空間掘進裝備組合導航定位、自動截割作業規劃與控制等關鍵技術難題。太原研究院采用高精度慣性導航技術，融合光學測量、機器視覺等多感知技術，提出適應性修正算法及補償方案。從控制元件、評估算法等多層次提升導航定位系統的性能，實現掘進裝備厘米級定位及慣性導航系統自主修正，具有無輔助導航源條件下航向角、姿態角保持精度高、高精度自對準等優勢。該導航系統的應用，可提升工作面綜合掘進效率20%以上，每個生產班可減少1-2人。同時，積極開展技術迭代，第二代掘進裝備導航系統，校準時長較上代縮短60%以上，導航精度提高10倍以上，極大提高煤礦掘進智能化水平及掘進工作效率，確保了作業安全。
　　自主研發的智能掘進自主導航系統，在國能集團、陜煤集團、山西焦煤集團等煤礦快掘裝備上得到了廣泛應用，在多個煤礦導航指引連續進尺突破3000米，并成功實現了掘錨一體機規劃截割開采，斷面成型精度與預定軌跡偏差達到厘米級，真正解決了煤礦采掘裝備截割定位難題，助力煤礦實現智能化掘進。每當談論這套導航系統，掘錨一體機司機師傅們都會開心地說：“自使用掘進導航系統以來，我們再也不擔心掘錨一體機掘偏了，巷道成型質量比原來也好，真是給掘錨一體機安裝了一個‘瞄準鏡’！”
　　掘進智能化集中控制系統搭載了從工作面到地面全線覆蓋的視頻監控及全線覆蓋的語音交互系統，這讓快速掘進裝備擁有了“一雙慧眼”與“一雙聰耳”，集群設備多信息融合網絡讓設備擁有了傳輸神經，高精度傳感器與三維人機交互界面讓設備擁有了感知覺，當然這都離不開程序算法的核心智慧。操作人員只需根據人機交互界面在井下集控中心和地面調度面板遠程操作，便可實現全流程不超過1分鐘的成套設備一鍵煤流啟停，還可實現掘進設備的自動規劃截割、設備之間行走位置的準確協同控制。此外，掘進設備的自主導航與姿態控制、輔助錨護、聯機閉鎖等多樣化功能均融合于設備自動作業過程中。掘進工作面的成套設備采用該系統后可實現掘進作業全流程的自動化作業，實現了掘進的安全性和可靠性。
　　掘進智能化集中控制系統的研發應用融合了大數據、云計算、物聯網等高新技術與理念。近年來，煤礦智能化建設已經成為煤炭行業的發展方向，也成為未來煤礦生產的必然趨勢，掘進智能化集中控制系統作為其中的一部分，為煤礦生產的無人化少人化操作夯實了基礎，也為傳統的煤機裝備進行了賦能。未來，隨著數字孿生、人工智能等技術的大力發展，各行業的通力合作，相信掘進智能化集中控制系統的功能也必將更加豐富，用技術解放工人的夢想也必將實現，煤礦行業的發展也必將邁上新的臺階。
　　作為我國煤機高端裝備研發的排頭兵，中國煤科太原研究院以引領國家煤機產業科技進步為己任，致力于徹底解決各類圍巖條件下煤巷高效快速掘進問題。太原研究院快速掘進成套裝備已在晉陜蒙等全國30多家大型煤炭生產企業推廣應用，締造了穩定圍巖條件月進3000米級、中等穩定圍巖月進2000米級、復雜圍巖月進800米級的多種地質條件成功應用案例，創造了煤巷月進尺3088米的世界紀錄，市場占有率連續多年國內第一。與原有掘進方法相比，掘進速度提高3倍左右，作業人員減少三分之二，有效緩解了采掘失衡，實現我國巷道掘進技術與裝備從“跟跑”為主向“領跑”為主、價值鏈中低端向價值鏈中高端轉變，引領了國內煤礦掘進技術與裝備的發展方向。
　　2020年3月，由國家八部委聯合印發的《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》明確提出要重點突破智能快速掘進的要求，太原研究院積極響應國家號召，深入貫徹落實中國煤科“1245”總體發展思路，高舉智能引領的旗幟，抓住煤礦智能化發展機遇，依托國家重點研發計劃“大型礦井綜合掘進機器人”項目，發揮自身的裝備和技術優勢，完成了智能掘進裝備技術的頂層規劃設計工作，圍繞以掘進機、連采機、掘錨一體機為龍頭的三大類成套裝備構建了對應的智能掘進系統。經過多輪的技術實踐與迭代升級，目前太原研究院的智能快掘系統逐漸趨于成熟，自動化和智能化功能不斷豐富，并進行了標準化規范工作，不同配套型式的智能快掘系統已經在內蒙古、陜西、山西等多個省份智能礦井投入使用，得到了大量用戶的青睞。
　　煤礦掘進裝備的智能化、無人化工程是一項長期任務，目前雖然取得了階段性成果，但是距離真正實現無人掘進工作面，還存在著多項“卡脖子”技術，中國煤科太原研究院將繼續緊跟煤礦智能化建設步伐，努力攻關核心技術，提高智能快掘系統質量，為煤機裝備產業賦能增效，為煤礦智能建設添磚加瓦。
　　士不可以不弘毅，任重而道遠。國家“雙碳”戰略目標對我國煤炭行業變革和企業發展提出新的要求，太原研究院順應潮流、勇于探索，有信心構建一條技術創新、智能引領、合作共贏的新型綠色發展之路，實現高端煤機裝備智能制造的邁步跨越。