10米超大采高智能综采设备在井下作业
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10米超大采高的智能综采设备正在井下作业。
曹家滩煤矿供图
在年产煤1000万吨以上的工作面挖一条6000米隧道需要多长时间？ 答案是4个月。
陕煤集团曹家滩煤矿地处毛乌素沙漠腹地，借助先进的智能掘进设备，日可掘进55米至65米巷道，有力保障了煤炭开采工作的开展。 日前，记者来到曹家滩煤矿生产一线一探究竟。
上午10点左右，记者换上橙色工作服，乘坐专用防爆车进入矿井。 大约半个小时后，他到达了地下300米深处的工作面。 煤巷内，一台100多米长的挖掘设备正在旋转滚筒突破煤层，在支撑巷道的同时向前挖掘。
“这台大机器是我国自主研发的全球首套成套钻锚一体化智能快速挖掘设备，我们是第一个采用它的煤矿。” 曹家滩煤矿第三采掘队队长张虎告诉记者。
要开采煤炭，首先需要挖掘隧道。 煤矿的运输、通风、行人等都有必要的通道才可以开采煤炭。
这身衣服有何不同？ 张虎大步走上台阶，带着记者来到锚钻装置前。 “只要一按，锚杆就会自动打入煤层，不到3分钟就能打入一根。” 他指着操作按钮说道。
打入锚以支撑煤层。 煤巷往往埋深数百米。 为保证开挖过程中两侧煤帮及上方岩层不塌陷，有效的支护至关重要。
拿起锚，中煤科技集团（以下简称“中煤”）工程师王子跃谈“一键锚固”效率：传统支护作业必须使用钻杆第一的。 钻孔并取出钻杆，然后将锚杆打入孔内，对围岩进行加固和支护。 钻管、安装锚杆轮流进行，一次需要6道工序。 采用钻锚一体化自动支护方式，以钻杆为锚杆，六道工序减少为一道，彻底改变了隧道支护技术。
张虎接过话头：“以前支护作业需要两个人配合，一个班次下井有十多个人，一个人钻钻杆，另一个人钻锚杆，花了好长时间。 “时间长，工作相对劳动强度大。现在，工作效率提高了，工作强度也大大降低了。”
循着矿灯，记者看到，打入煤岗的锚杆排列整齐、均匀，牢牢支撑着地下300米的露天巷道。
钻锚一体化智能快速开挖技术装备，简化支护流程，提高隧道支护速度。 中国煤炭工业技术装备研发项目执行主任、首席科学家蒋鹏飞表示，传统综采机每月只能挖掘200米左右，但现在每月可以挖掘1500米以上。
为什么加快隧道开挖很重要？
“因为它可以解决煤炭开采不平衡的问题。” 中国煤炭科学技术委员会主任、中国工程院院士康洪普解释说，“我国90%以上的煤矿都是地下矿井，地下开采首先要挖巷道。现在煤炭开采工作面自动化程度高，智能化程度高。相比之下，巷道开挖一直是阻碍，成为煤炭行业安全可持续发展的瓶颈。”
“曹家滩煤矿井下地质条件比较简单，我们希望用3到5年的时间改造和完善技术装备，使其能够适用于复杂地质条件，解决更多矿区巷道掘进堵塞问题并且范围更广。问题。” 康洪璞说道。
跟随中煤科技首席科学家张金虎来到曹家滩10米超大采高智能综采工作面。
抬头一看，煤墙比三层楼还要高。 机器轰鸣，采煤机升起两个直径4.8米的截割滚筒旋转。 滚滚的“黑金”从煤墙上倾泻而下，通过刮板输送机、皮带输送机等源源不断地送到地面煤仓。
采煤工作面为什么要提高到10米？
张金虎告诉记者，10米左右的特厚煤层是保障我国煤炭供应的重要资源。 过去，煤炭开采一次最多只能达到8米。 为了尽可能开采特厚煤层，煤矿工人只能通过多层开采或顶煤开采。 但这种方法一次开采后剩余煤层很难开采，开采成本较高。 采用放顶煤工艺开采时，存在顶石混入，影响煤质的问题。
“提高煤炭开采效率需要更高的开采高度和更智能的煤炭开采技术和设备。” 张金虎说道。
2023年11月，曹家滩煤矿全球首个10米超大采高智能综采工作面及配套设备成功投入重载试运行，开采出第一口煤炭。 我国煤炭开采总高度一口气达到10米。 关闭。
“有了这款‘采煤利器’，我们单工作面煤炭年产量可从目前的1300万吨提高到2000万吨以上，产能提高50%以上，煤炭资源回收率提高率提高了10%以上。” 谭矿业有限公司副总经理曹家韩村说。
然而，在地下300米处挖掘10米高的超大空间，采煤工作面的上覆岩层和煤壁面临着巨大的压力。
“8米以上，如果采高增加10厘米，岩层和煤壁的控制难度就会急剧增加。” 张金虎表示，国内外还没有人做过10米的超大型开采高度，科研人员已经闯入煤矿开采设备的设计和研发。 “无人区”在煤矿保障、煤炭开采、运输装备等方面突破了每一个难点。
在采煤工作面上，记者看到，100多个液压支架牢牢支撑着工作面顶板，伸出的防护臂撑起了前方的煤墙。 这里的每个液压支架重120吨，支撑能力约为2900吨。
从8米多到10米，不仅提高了1米多的支护高度，而且煤矿设备的基础材料、加工设备、工艺技术和认知理念都得到了全方位的提升。
应用需求驱动技术进步
煤矿装备创新是制造业向“智造”升级的探索。
走进曹家滩煤矿安全生产指挥中心，大屏幕上清晰可见采矿、挖掘、机械、运输等各个生产环节的运行状态。
“即使不下矿井，我也能清楚地了解井下的动态。” 韩存迪向记者介绍了曹家滩煤矿的管控平台：点击“支架质量智能监控系统”，可以看到各个支架的推进速度、压力等信息。 ; 看“人员精准定位系统”，井下作业总人数、每个工人的位置和状态等信息一目了然。
韩存迪告诉记者，工作面上安装有数万个设备传感器和1000多个摄像头。 10米超大采高智能综采成套技术装备拥有复杂的智能“大脑”。 在智能技术的赋能下，工作面具有在线监控、一键启动、远程控制和记忆截煤、煤流实时监控等功能。
随着挖掘的进行，隧道会发生变形。 如何监控呢？ 科研人员在硬件和软件上通力合作，开发出“耳聪目明”的动态监测系统。 开挖过程中，设备可实时监测围岩变形，帮助后期开挖工作面动态调整支护参数。
得益于设备的自动化、智能化，以前一次下矿需要20多人才能完成作业，现在只需要5到6人就可以完成作业。 “木炭能否产出，取决于电机能否转动。我们越来越意识到，智能化综采技术装备的性能和水平是决定现代煤矿生产效率的关键因素。”韩村说。
“应用需求是技术进步的重要推动力。” 康洪普说，以10米超高采高智能综采成套技术装备研发为例。 起初，考虑到研发难度，科研人员将目标定为9米。 曹家滩煤矿从生产需求出发，共同论证了开发10米超大采高成套智能化综采技术装备的必要性。 煤矿技术人员根据现场经验，解决了10米超大采高工作面液压支架进井难的问题。
康洪普从事煤炭开采技术与装备研发30余年。 他在很多矿山工作过，数不胜数。 他告诉记者，现代化矿山告别了低矮、狭窄、脏乱、危险的环境。 智能化综采技术装备发挥了重要作用。
为产业转型升级注入动力
近年来，随着设计、生产、技术等水平不断提升，我国高端装备技术取得一系列重大突破，为产业转型升级和战略性新兴产业发展注入强劲动能。
只需约2秒，脉冲激光束即可完成孔径小于0.5毫米的微孔加工。 这就是华工科技最新研发的航空发动机热端关键部件激光加工设备的能力。
微孔加工的价值是什么？ 华工激光三维五轴产品线总工程师胡军伟表示，航天发动机燃烧室工作时，温度最高可达2000摄氏度左右。 为了增加发动机的推重比并防止零件“熔化”，激光加工出极小直径、特殊的成角度的气膜孔，形成冷却空气层进行冷却。 由于相关工艺没有完全掌握，这一度成为制约我国航天发动机和燃气轮机产业链发展的瓶颈之一。
针对热端部件的特点，华工科技联合华中科技大学、无锡乘风等单位，突破了一系列关键核心技术，研发出了这款激光加工设备，可以让发动机快速冷却下降的同时还为关键部位提供能量。 穿上“防护服”，有效提高了我国航天发动机关键零部件的加工水平。
压缩空气储能作为一种新型储能技术，具有规模大、寿命长、安全性高等优点。 其中压缩机和膨胀机是压缩空气储能系统的关键核心技术装备。 中国科学院工程热物理研究所团队经过多年研发，攻克了一系列关键核心技术，研发出300兆瓦压缩空气储能系统压缩机和多级宽负荷膨胀机，并在实地实施。
中关村储能产业技术联盟理事长陈海生表示：“装备方面的突破，有助于引领先进压缩空气储能技术，为储能产业赢得发展机遇。”
高端装备的研发往往涉及机械、电子、材料等多个学科，不易由一个单位单独完成。 近年来，我国高端装备创新不断涌现。 动力从何而来？ 康洪普认为，当前，新一代信息技术、人工智能、新材料等正在加速与生产制造融合，为高端装备进一步升级开辟发展空间。
挺起制造业“脊梁”，开辟产业升级新空间。 从改造提升传统产业到培育壮大新兴产业，再到推动现代产业体系建设，高端装备的支撑作用不断显现。
《人民日报》（2024年2月19日第19页）
