在如今的技術(shù)條件下，掘進(jìn)速度能有多快？在業(yè)內(nèi)平均月進(jìn)尺幾百米的情況下，地處毛烏素沙漠東部的陜煤集團(tuán)榆北煤業(yè)公司，創(chuàng)造了單巷日進(jìn)尺91米、月進(jìn)尺2020米的最高紀(jì)錄。

如何解決采掘失衡難題、如何克服快掘設(shè)備在井下出現(xiàn)的“水土不服”、如何做到“人機(jī)環(huán)管”的高度融合？帶著這些疑問(wèn)，記者走進(jìn)了榆北煤業(yè)公司。

曹家灘公司智能快掘成套裝備：

僅5人就可完成“掘鋪支運(yùn)”循環(huán)作業(yè)

穿上礦工服，坐上防爆車，駛過(guò)有“井下高速”之稱的柏油路，30分鐘左右，記者一行來(lái)到陜煤集團(tuán)榆北煤業(yè)公司曹家灘公司井下122107工作面主運(yùn)順槽。

此刻的智能快掘成套裝備正處于檢修狀態(tài)。記者看到，正對(duì)著平坦煤壁的截割頭保持進(jìn)刀姿勢(shì)，堅(jiān)硬的塑料錨網(wǎng)平整鋪開(kāi)，長(zhǎng)達(dá)6000多米的皮帶等待著烏金到來(lái)，被賦予降噪功能的通風(fēng)機(jī)和熱乎乎的班中餐一起，將能量送給守護(hù)在這條“巨龍”旁邊的工作人員。

現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員告訴記者，裝備整機(jī)配置為掘錨一體機(jī)+液壓錨桿鉆車+自行走可伸縮連續(xù)皮帶機(jī)，可實(shí)現(xiàn)探、掘、支、破、運(yùn)一體化作業(yè)，“掘進(jìn)1米只需要12分鐘，日進(jìn)尺60米、平均月進(jìn)尺1680米，同時(shí)每班掘進(jìn)人員由10人減少為5人”。

為收到上述效果，此套裝備經(jīng)歷了技術(shù)更新與版本迭代。目前，運(yùn)行的是智能快掘成套裝備3.0版。

由于掘進(jìn)裝備與工藝整體落后，掘進(jìn)速度無(wú)法滿足礦井開(kāi)采需求，導(dǎo)致曹家灘公司生產(chǎn)接續(xù)緊張。在陜煤集團(tuán)的主導(dǎo)下，2019年6月，針對(duì)地質(zhì)條件簡(jiǎn)單、圍巖完整穩(wěn)定的曹家灘公司，榆北煤業(yè)公司會(huì)同鐵建重工、西煤機(jī)等單位研制了智能快掘成套裝備1.0版。在試驗(yàn)過(guò)程中，他們遇到了掘支、頂幫錨支護(hù)不同步，運(yùn)輸系統(tǒng)卡煤等難題。

以掘進(jìn)區(qū)區(qū)長(zhǎng)王劍為首的攻關(guān)小組是曹家灘公司于2019年1月成立的多工種快掘團(tuán)隊(duì)。隊(duì)員共計(jì)40多人，平均年齡只有31歲。面對(duì)快掘經(jīng)驗(yàn)較少的現(xiàn)狀，技術(shù)骨干多次外出學(xué)習(xí)、內(nèi)部培訓(xùn)，開(kāi)展了大量寫(xiě)實(shí)、分析論證和技術(shù)改造工作，前前后后針對(duì)裝備的大小改造有十大類102項(xiàng)。

“設(shè)備在地面跟在井下的狀態(tài)完全不同，而創(chuàng)新就蘊(yùn)含在解決難題過(guò)程中?！蓖鮿εe例。試生產(chǎn)那天，因原裝截齒設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致機(jī)身抖動(dòng)厲害，人在上面根本站不穩(wěn)。他們便將截齒換成細(xì)長(zhǎng)型截齒，抖動(dòng)減少，但出煤速度太慢。之后，他們對(duì)截齒進(jìn)行了二次更換，機(jī)身抖動(dòng)問(wèn)題和割煤速度慢的問(wèn)題才得以解決。

在減少一臺(tái)錨桿鉆車、增加錨桿機(jī)二級(jí)滑移架和泡沫除塵噴射系統(tǒng)、掘錨一體機(jī)與支護(hù)鉆車轉(zhuǎn)載點(diǎn)之間增加破碎裝置、增加尾部支撐油缸及控制閥組等改造基礎(chǔ)上，相較于第一套需要17個(gè)錨桿司機(jī)協(xié)同作業(yè)，智能快掘成套裝備2.0版只需10人。

因此，該團(tuán)隊(duì)打破了傳統(tǒng)的月進(jìn)尺600多米的僵局，在鄰采空區(qū)片幫嚴(yán)重的122108回風(fēng)順槽，煤層夾矸厚、巷道壓力大的112203輔運(yùn)順槽，實(shí)現(xiàn)了單月穩(wěn)進(jìn)尺1500米。

借助機(jī)器人技術(shù)，榆北煤業(yè)公司最終研制出智能快掘成套裝備3.0版。目前，這套裝備在曹家灘公司122107工作面主運(yùn)順槽進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)。該裝備具備精準(zhǔn)定位導(dǎo)向、自動(dòng)行走、一鍵啟動(dòng)、自動(dòng)截割、自動(dòng)鋪網(wǎng)、自動(dòng)打錨桿（索）、礦用連續(xù)皮帶機(jī)等功能，僅5人就可完成“掘鋪支運(yùn)”循環(huán)作業(yè)。

11月26日召開(kāi)的全國(guó)煤礦快速掘進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)交流會(huì)選址榆林。介紹經(jīng)驗(yàn)和被參觀的煤礦正是曹家灘公司和小保當(dāng)公司。在參觀的過(guò)程中，帶給記者最直接的視覺(jué)沖擊便是一條長(zhǎng)達(dá)6千米的皮帶。技術(shù)人員介紹，皮帶由大跨距橋式轉(zhuǎn)載皮帶機(jī)改造成變頻帶式輸送機(jī)，機(jī)尾通過(guò)電控移動(dòng)底盤(pán)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)行走，在行走過(guò)程中可以進(jìn)行防碰撞檢測(cè)控制。

作為榆北煤業(yè)公司智能掘進(jìn)的領(lǐng)軍者，王劍團(tuán)隊(duì)正不斷壯大，其快掘工法也經(jīng)歷了變革。從以半智能掘進(jìn)工作面為核心到以掘支一體化技術(shù)為核心，他們通過(guò)優(yōu)化支護(hù)參數(shù)、作業(yè)人員組織分配和裝備性能，探尋掘進(jìn)工作面各工藝之間的搭配缺陷，形成了人機(jī)匹配的精優(yōu)作業(yè)法。

“雖然我們掘進(jìn)工作面智能化程度達(dá)到了80%以上，但各工序協(xié)調(diào)聯(lián)控上還缺乏一顆‘智慧大腦’。我們將繼續(xù)利用大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，在復(fù)雜多變的井下實(shí)現(xiàn)智能掘進(jìn)?！蓖鮿φf(shuō)。

小保當(dāng)公司護(hù)盾式掘進(jìn)機(jī)器人：

掘進(jìn)與鉆錨平行作業(yè)，臨時(shí)支護(hù)效果佳

“開(kāi)始啟動(dòng)！”在全國(guó)煤礦快速掘進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)交流會(huì)上，通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，榆北煤業(yè)公司總經(jīng)理石增武向80多公里外的小保當(dāng)公司一號(hào)煤礦井下人員傳達(dá)指令。隨后，智能掘進(jìn)機(jī)器人調(diào)動(dòng)手腳，截割部開(kāi)始截割。

相對(duì)曹家灘公司井下的“巨龍”，小保當(dāng)公司井下的機(jī)器人視覺(jué)上便自成一體?，F(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員告訴記者，護(hù)盾式掘進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)分為5個(gè)部分：護(hù)盾式掘進(jìn)機(jī)器人、鉆錨機(jī)器人、錨網(wǎng)運(yùn)輸機(jī)器人、電液控平臺(tái)、運(yùn)輸及通風(fēng)除塵系統(tǒng)，集成了掘、支、錨、運(yùn)、通風(fēng)、除塵等功能。

“護(hù)盾式掘進(jìn)機(jī)器人由截割滑臺(tái)、前后盾體、操作臺(tái)及液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)組成，是整個(gè)系統(tǒng)中最有特色的部分?！毙”．?dāng)公司講解員王新向記者介紹。

站在全長(zhǎng)14.5米的盾體中間，面向煤壁，記者左手邊是電氣組合開(kāi)關(guān)，控制著盾體內(nèi)所有傳感器和電磁閥的信號(hào)傳輸。生產(chǎn)時(shí)，支護(hù)機(jī)器人油泵和除塵風(fēng)機(jī)先啟動(dòng)，二運(yùn)皮帶和一運(yùn)刮板輸送機(jī)隨后啟動(dòng)，最后主油泵和裝載星輪啟動(dòng)，截割部開(kāi)始割煤。割煤完成后，整機(jī)以“邁步式”向前行走，行走過(guò)程由升降油缸、推拉油缸和前后盾體共同完成。

跟智能快掘成套裝備相似的是，護(hù)盾式掘進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)也經(jīng)歷了三代更迭。

2017年，小保當(dāng)公司在一號(hào)煤礦112201回風(fēng)順槽引入的第一代鐵建重工掘錨機(jī)，未能成功投用。2019年，該公司引入瑞典山特維克掘錨一體機(jī)與鐵建重工錨破運(yùn)一體機(jī)中西合璧的第二代快速掘錨成套裝備，雖實(shí)現(xiàn)了截割、裝載、臨時(shí)支護(hù)、錨桿支護(hù)等工序的平行作業(yè)，但在截割區(qū)域安全防護(hù)、協(xié)同支護(hù)效率等方面存在不少問(wèn)題。

如何實(shí)現(xiàn)整機(jī)系統(tǒng)化運(yùn)轉(zhuǎn)？2020年7月，針對(duì)小保當(dāng)公司一號(hào)煤礦夾矸與片幫并存的地質(zhì)條件，陜煤集團(tuán)與西安科技大學(xué)、西安煤機(jī)廠，將多臺(tái)獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)化集成，研發(fā)出全國(guó)首套護(hù)盾式掘進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)，即第三代快掘成套裝備。

“護(hù)盾式掘進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)在于自動(dòng)化截割和臨時(shí)支護(hù)作用顯著。掘進(jìn)與鉆錨實(shí)現(xiàn)平行作業(yè)，既減少了作業(yè)人員，又大幅提升了掘進(jìn)效率?！毙”．?dāng)公司二號(hào)煤礦生產(chǎn)副礦長(zhǎng)喬永力表示。

8月25日，裝備在小保當(dāng)公司完成了地面聯(lián)合試運(yùn)轉(zhuǎn)；9月15日，在小保當(dāng)公司一號(hào)煤礦112204膠運(yùn)順槽掘進(jìn)工作面完成了井下安裝，進(jìn)入了工業(yè)性試驗(yàn)階段。

實(shí)現(xiàn)巷道掘進(jìn)的精準(zhǔn)定位是系統(tǒng)研發(fā)的關(guān)鍵。經(jīng)了解，智能掘進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用的“慣導(dǎo)+數(shù)字式全站儀+油缸行程”多信息融合精確定位定向技術(shù)，確保了巷道掘進(jìn)的精度。

“在拉移機(jī)尾過(guò)程中，我們遇到了活動(dòng)機(jī)尾卡阻、拉移速度較慢、絞車鋼絲繩易繃斷等問(wèn)題，于是便在皮帶機(jī)尾的底座上焊接了增高滑靴，使皮帶機(jī)尾能快速前移?！毙”．?dāng)公司一號(hào)煤礦掘進(jìn)二隊(duì)黨支部書(shū)記陳兵說(shuō)。

此外，技術(shù)人員還在錨桿臺(tái)車底盤(pán)部位安裝了一臺(tái)破碎機(jī)，解決了大塊煤無(wú)法破碎導(dǎo)致的卡煤?jiǎn)栴}；負(fù)壓濕式除塵風(fēng)機(jī)與正壓通風(fēng)風(fēng)筒形成供風(fēng)回路，為掘進(jìn)工作面供風(fēng)和除塵；由技術(shù)人員和廠家共同設(shè)計(jì)的除塵系統(tǒng)中，增加了濕式除塵、泡沫除塵等先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備。

成立于2020年2月的小保當(dāng)公司掘進(jìn)二隊(duì)被稱為一支“智慧化快掘鐵軍”。通過(guò)外出學(xué)習(xí)、抽調(diào)曹家灘公司骨干、師帶徒等方式，快掘團(tuán)隊(duì)迅速組建成型。

在第二代裝備使用過(guò)程中，掘進(jìn)二隊(duì)成立15天，單日進(jìn)尺便突破51米，6月雙機(jī)雙巷掘進(jìn)3030米；在護(hù)盾式掘進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)入井安裝期間，全隊(duì)僅用15天，便完成一次性安裝、成功試運(yùn)轉(zhuǎn)，目前日進(jìn)尺已穩(wěn)定提高到70米左右。

“隨著設(shè)備性能的升級(jí)，我們會(huì)實(shí)現(xiàn)月進(jìn)尺1200米至1500米的初始目標(biāo)?！眻F(tuán)隊(duì)成員表示，小保當(dāng)公司將從鉆錨護(hù)錨桿索的打眼、輸送藥卷、攪拌安裝等工序上實(shí)現(xiàn)突破，研究掘進(jìn)工藝的分塊式整體集成智能掘進(jìn)模式。

“榆北煤業(yè)公司涌現(xiàn)出了一批先進(jìn)人物，如王劍、陳兵等。正是因?yàn)橛辛烁矣谄床头瞰I(xiàn)的團(tuán)隊(duì)，榆北煤業(yè)公司才能一次次實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破?！笔鑫浔硎?。

理念上認(rèn)知到位 行動(dòng)上斬釘截鐵

除了智能快掘成套裝備與護(hù)盾式掘進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)外，榆北煤業(yè)公司針對(duì)小保當(dāng)公司一號(hào)煤礦復(fù)雜地質(zhì)條件，整合山特維克掘錨一體機(jī)、鐵建重工錨運(yùn)破等設(shè)備，研制了一套更具特色的快速掘進(jìn)成套裝備，并在112203工作面輔運(yùn)順槽順利通車，實(shí)現(xiàn)單巷最高月進(jìn)尺1600米。

此外，為解決小保當(dāng)公司二號(hào)煤礦巖巷、半煤巖巷掘進(jìn)速度慢的問(wèn)題，榆北煤業(yè)公司引進(jìn)了鐵建重工制造的巖巷快速掘進(jìn)成套裝備，可切割硬度f(wàn)10以下巖石，年底將在132202工作面膠運(yùn)順槽進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)。

“目前，我們通過(guò)以‘掘錨同步、立體交叉、平行作業(yè)、快速推進(jìn)’為特點(diǎn)的工藝技術(shù)改革，研制了適用不同地質(zhì)條件的四類快速掘進(jìn)成套裝備。”石增武表示。如今，榆北煤業(yè)公司所屬煤礦工作面走向長(zhǎng)度均超過(guò)6000米，僅4個(gè)月就能完成順槽掘進(jìn)任務(wù)，人均掘進(jìn)功效超過(guò)5米，每條順槽施工可節(jié)省費(fèi)用約1160萬(wàn)元。

“要推動(dòng)智能快掘技術(shù)發(fā)展，首先要有先進(jìn)的理念引領(lǐng)，頂層設(shè)計(jì)至關(guān)重要；其次，領(lǐng)導(dǎo)要重視，保障資金投入；再其次，加強(qiáng)跨界合作交流，在新裝備、新技術(shù)、新應(yīng)用上搶占先機(jī)；最后，要積極培養(yǎng)和引進(jìn)人才，形成多專業(yè)、多工種協(xié)同攻關(guān)的人才梯隊(duì)?！笔鑫湓谌珖?guó)煤礦快速掘進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)交流會(huì)上介紹經(jīng)驗(yàn)時(shí)說(shuō)。

面對(duì)全國(guó)整體施工環(huán)境比較復(fù)雜、區(qū)域存在超大斷面施工狀況、夾矸等復(fù)雜地質(zhì)條件，“榆北方案”提供了多條快掘技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑。

“最大的難點(diǎn)在于子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)融合?！辈芗覟┕径麻L(zhǎng)雷亞軍表示，曹家灘公司智能化快掘模式需要不斷完善，如快速掘進(jìn)實(shí)施選擇的試驗(yàn)巷道條件地質(zhì)狀況好，不具有代表性，還需要在更多不同地質(zhì)條件下進(jìn)行試驗(yàn)。在機(jī)器操作過(guò)程中，人員勞動(dòng)強(qiáng)度仍然很大，今后需要配以更加智能化的掘進(jìn)和輔助設(shè)備。

“我們將持續(xù)加強(qiáng)輔助工序自動(dòng)化、物聯(lián)網(wǎng)集成、系統(tǒng)適用性技術(shù)、圍巖穩(wěn)定性判別技術(shù)、遠(yuǎn)程疾控平臺(tái)等智能快掘關(guān)鍵技術(shù)攻堅(jiān)?！笔鑫湔f(shuō)。（記者 王世雅 通訊員 楊景麟 張科 梁棟）