一提起“煤礦采掘”，很多人腦海中很自然就會(huì)浮現(xiàn)出滿臉煤灰的礦工形象。
但你或許想象不到，如今的煤礦工人不僅不需要出大力、流大汗的人力挖煤，還用上了我國完全擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的“采掘神器”，只需要幾位工人站在安全位置操作、按下幾個(gè)按鈕，機(jī)器就能自動(dòng)采掘，工作量還達(dá)到了原來的3-4倍。
這件“采掘神器”是什么？
(資料圖)
這里所說的“采掘神器”，指的是掘支運(yùn)一體化快速掘進(jìn)系統(tǒng)。根據(jù)不同地質(zhì)條件配套，整個(gè)系統(tǒng)最長可達(dá)200多米，重量高達(dá)230多噸。
中國煤炭科工集團(tuán)首席科學(xué)家、快速掘進(jìn)系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師王虹稱之為“煤海蛟龍”。該系統(tǒng)由掘錨一體機(jī)、錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)、柔性連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)和協(xié)同控制平臺(tái)等部分組成。
其中，可伸縮的巨大的滾筒是它的利齒，負(fù)責(zé)挖掘；前方的旋轉(zhuǎn)刀盤好似“巨龍”的舌頭，把割下來的煤塊源源不斷地?fù)艿阶炖?，而龍的脊椎和頂部、?cè)面的龍爪負(fù)責(zé)支護(hù)，龍的身體則負(fù)責(zé)運(yùn)輸。
就這樣，整個(gè)系統(tǒng)完成了從采掘到支護(hù)再到運(yùn)輸?shù)囊徽坠ぷ鳌?/p>
為何能稱為“煤海蛟龍”？
和今天的先進(jìn)技術(shù)相比，傳統(tǒng)掘進(jìn)技術(shù)工序繁多，技術(shù)水平低，造成采掘比例嚴(yán)重失衡，每月平均進(jìn)尺僅約180米，再加上工作面水、瓦斯、頂板、粉塵等嚴(yán)重威脅人員與裝備的安全。
一直以來，國內(nèi)外未形成掘進(jìn)、支護(hù)、運(yùn)輸平行作業(yè)的掘進(jìn)作業(yè)線，掘進(jìn)更是成為煤炭安全綠色高效開采的短板。掘進(jìn)、支護(hù)、運(yùn)輸不能平行作業(yè)，堪稱“世界級難題”。
王虹直言，針對這樣的問題，2012年，中國煤科便提出了“快速掘進(jìn)”的構(gòu)想。
2013年，第一代掘支運(yùn)一體化快速掘進(jìn)系統(tǒng)1.0同時(shí)也是世界首套快速掘進(jìn)系統(tǒng)在神東煤炭集團(tuán)投入工業(yè)性試驗(yàn)。2018年，第二代掘支運(yùn)一體化快速掘進(jìn)系統(tǒng)2.0，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備系列化和模塊化，系統(tǒng)適用范圍拓展到中等穩(wěn)定圍巖及較復(fù)雜地質(zhì)條件。2020年，第三代智能掘支運(yùn)一體化快速掘進(jìn)系統(tǒng)3.0應(yīng)用而生，可靠性、安全性和智能化進(jìn)一步得到提升。
研發(fā)過程中，科研人員提出了“掘支運(yùn)三位一體”掘進(jìn)方法，將原本各自分離的掘進(jìn)、支護(hù)、運(yùn)輸工作結(jié)合一體，成功開發(fā)了掘支運(yùn)一體化快速掘進(jìn)成套技術(shù)、工藝和裝備，取得了完全擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的多維度協(xié)同支護(hù)、大功率全寬截割、柔性連續(xù)運(yùn)輸?shù)群诵募夹g(shù)突破，首創(chuàng)“掘支運(yùn)一體化快速掘進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)與裝備”，實(shí)現(xiàn)了煤礦掘進(jìn)由半機(jī)械化向完全機(jī)械化和自動(dòng)化的重大技術(shù)變革。
這一技術(shù)與原有掘進(jìn)方法相比，掘進(jìn)速度提高2-3倍，作業(yè)人員減少2/3，有效緩解了采掘失衡。
煤礦掘進(jìn)“掘”出世界紀(jì)錄
回顧歷史，最早的煤炭開采工作，全部要靠人力去挖掘，靠的是肩扛、手抬；慢慢地開始采用風(fēng)鉆和炸藥；到了現(xiàn)代，才實(shí)現(xiàn)機(jī)械輔助。陜煤集團(tuán)黃陵二號煤礦總經(jīng)理易瑞強(qiáng)坦言，雖然開采手段有所變化，但掘進(jìn)效率和安全問題一直困擾著煤礦工人。
巷道掘進(jìn)作為煤炭開采的先行基礎(chǔ)工程，約占煤礦井下采掘工程量的70%-80%。而我國每年新掘巷道13000公里，位居世界第一，工程量巨大。
面對這樣的工程量，掘支運(yùn)一體化快速掘進(jìn)系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅顯著提高了煤巷掘進(jìn)效率、降低了作業(yè)人數(shù)，還改善了掘進(jìn)工作面環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了高效捕塵、除塵，保障作業(yè)人員的職業(yè)健康。
同時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)突破更“掘”出了世界紀(jì)錄。2014年，在穩(wěn)定圍巖條件下，月最高進(jìn)尺3088米，創(chuàng)造了大斷面單巷掘進(jìn)世界紀(jì)錄，是煤礦平均掘進(jìn)速度的10倍以上；2022年5月，在中等穩(wěn)定圍巖條件下，月最高進(jìn)尺2086米，掘進(jìn)效率提高3倍；2022年3月，在復(fù)雜圍巖條件下，月最高進(jìn)尺856米，掘進(jìn)效率提高1.5倍。
以“中國創(chuàng)造”打造“中國速度”
王虹告訴記者，掘支運(yùn)一體化快速掘進(jìn)系統(tǒng)的應(yīng)用，開啟了煤巷掘進(jìn)的全新模式，實(shí)現(xiàn)了我國巷道掘進(jìn)技術(shù)與裝備從“跟跑”到“并跑”再到目前“領(lǐng)跑”的轉(zhuǎn)變。
2021年，掘支運(yùn)一體化快速掘進(jìn)系統(tǒng)入選“科創(chuàng)中國”先導(dǎo)技術(shù)榜，極大地促進(jìn)了創(chuàng)新鏈和產(chǎn)業(yè)鏈的深度融合，以科技創(chuàng)新助力綠色礦山，以“中國創(chuàng)造”打造“中國速度”。
如今，掘支運(yùn)一體化快速掘進(jìn)系統(tǒng)已遍布在晉陜蒙等各大型煤企集團(tuán)，并在不同地質(zhì)條件下廣泛推廣應(yīng)用。
作為我國能源安全的“壓艙石”，煤炭當(dāng)前仍是我國最主要的能源。先進(jìn)的煤炭采掘技術(shù)，有效保障了我國煤炭資源穩(wěn)定供應(yīng)。今年以來，在全球能源供應(yīng)偏緊背景下，我國持續(xù)做好煤炭增產(chǎn)保供工作，將能源的飯碗牢牢端在自己手中。
記者了解到，中國煤科太原研究院正在進(jìn)行第四代智能掘支運(yùn)一體化快速掘進(jìn)系統(tǒng)4.0中的核心技術(shù)攻關(guān)，將全面提升快速掘進(jìn)系統(tǒng)工藝與智能化技術(shù)水平，不斷加速智慧礦山建設(shè)向“少人化、無人化”的目標(biāo)邁進(jìn)。
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