著力破解煤礦采掘失衡難題

　　在一個(ge) 年產(chan) 煤炭量超過1000萬(wan) 噸的工作麵，掘進一條6000米的巷道需要多長時間？答案是4個(ge) 月。

　　位於(yu) 毛烏(wu) 素沙漠腹地的陝煤集團曹家灘煤礦，借助先進的智能掘進裝備，一天可掘進巷道55至65米，有力保障了采煤工作的開展。日前，記者來到曹家灘煤礦生產(chan) 一線一探究竟。

　　上午10時許，換上橙黃色工作服，記者乘坐特製防爆車進入礦區井下，約半小時後，到達地下300米深的工作麵。隻見煤巷中，一台100多米長的掘進裝備正旋轉著滾筒破開煤層，一邊向前掘進，一邊支護巷道。

　　“這台大家夥(huo) 是我國自主研製的全球首套鑽錨一體(ti) 化智能快速掘進成套裝備，我們(men) 是第一家采用的煤礦。”曹家灘煤礦掘進三隊隊長張虎向記者介紹。

　　采煤，首先需要掘進巷道。煤礦運輸、通風、行人等有了必要通道，接著才能開采煤炭。

　　這套裝備有何不同？張虎大步登上台階，領著記者走到了鑽錨裝置前。“隻要按一下，錨杆就會(hui) 自動打入煤層，不到3分鍾就能打上一根。”他指著操作按鈕說。

　　打入錨杆為(wei) 的是支護煤層。煤巷埋深常達幾百米，掘進時想要確保兩(liang) 側(ce) 煤幫和上方岩層不塌方，有效的支護至關(guan) 重要。

　　拿起一根錨杆，一旁的中國煤炭科工集團（以下簡稱“中國煤科”）工程師王子越說起了“一鍵打錨杆”的高效：傳(chuan) 統的支護作業(ye) ，先要用鑽杆打出鑽孔，卸下鑽杆後，再將錨杆打入鑽孔中，然後加固和支護圍岩。打鑽杆、裝錨杆輪番上陣，一次要6道工序。而采用鑽錨一體(ti) 化自動支護方法，鑽杆即錨杆，6道工序變1道，革新了巷道支護工藝。

　　張虎接過話茬：“過去，支護作業(ye) 需要兩(liang) 個(ge) 人配合，一個(ge) 班次10多個(ge) 人下井，一個(ge) 人打鑽杆，另一個(ge) 打錨杆，耗時長不說，作業(ye) 勞動強度也比較大，如今工作效率高了，作業(ye) 強度大幅降低。”

　　順著礦燈，記者看到，煤幫上整齊均勻排列著打入的錨杆，牢牢支撐住這個(ge) 地下300米的開闊巷道。

　　鑽錨一體(ti) 化智能快速掘進技術裝備，簡化了支護流程，提升了巷道支護速度。該技術裝備研發項目執行負責人、中國煤科首席科學家薑鵬飛介紹，傳(chuan) 統綜掘機掘進一個(ge) 月隻能掘進200米左右，如今每月能掘進1500米以上。

　　巷道掘進提速為(wei) 何重要？

　　“因為(wei) 它可以破解煤礦采掘失衡難題。”中國煤科科技委主任、中國工程院院士康紅普解釋，“我國90%以上的煤礦為(wei) 井工礦，而井下開采必須先掘巷道。如今，采煤工作麵自動化、智能化程度較高，相比之下，巷道掘進拖了後腿，成為(wei) 煤炭行業(ye) 安全、可持續發展的瓶頸。”

　　“曹家灘煤礦井下地質條件相對簡單，我們(men) 希望用3到5年時間，改造完善技術裝備，讓它應用到複雜地質條件中去，在更多礦區、更大範圍解決(jue) 巷道掘進‘卡脖子’問題。”康紅普說。

　　跟著中國煤科首席科學家張金虎，記者又來到曹家灘10米超大采高智能綜采工作麵。

　　抬頭仰望，煤壁比3層樓還高。機器轟鳴，采煤機舉(ju) 起兩(liang) 個(ge) 直徑4.8米的截割滾筒旋轉，滾滾“烏(wu) 金”從(cong) 煤壁傾(qing) 瀉而下，再通過刮板輸送機、皮帶機等源源不斷地被送往地麵煤倉(cang) 。

　　采煤工作麵為(wei) 何要提高到10米？

　　張金虎告訴記者，10米左右的特厚煤層是我國煤炭保供的重要資源。以往采煤一次開采，最大隻能到達8米多。為(wei) 了盡可能采完特厚煤層，煤炭人隻能通過多次分層開采或放頂煤開采。但這種方式在一次開采後，餘(yu) 下的煤層開采難度大，開采成本高。用放頂煤工藝開采，又存在頂部石頭混雜進來影響煤質的問題。

　　“提升煤炭開采效益，需要更大采高、更智能的煤炭開采技術與(yu) 裝備。”張金虎說。

　　2023年11月，在曹家灘煤礦，世界首創10米超大采高智能綜采工作麵及配套設備重載試運轉成功，並采出第一刀煤，我國煤炭一次采全高跨入10米大關(guan) 。

　　“有了這台‘采煤利器’，我們(men) 單個(ge) 工作麵煤炭年產(chan) 量能從(cong) 現在的1300萬(wan) 噸提高到2000萬(wan) 噸以上，產(chan) 能提升50％以上，煤炭資源回收率提高10%以上。”曹家灘礦業(ye) 有限公司副總經理韓存地說。

　　然而，在地下300米挖出10米高的超大空間，采煤工作麵上覆岩層和煤壁麵臨(lin) 著巨大的壓力。

　　“8米以上，采高提高哪怕10厘米，岩層和煤壁控製難度都會(hui) 急劇提升。”張金虎說，10米超大采高國內(nei) 外都沒人做過，科研人員闖入煤炭開采裝備設計、研發的“無人區”，在煤礦支護、采煤、運輸裝備等方麵，突破了一個(ge) 個(ge) 難題。

　　采煤工作麵上，記者看到，100多台液壓支架牢牢撐起了工作麵的頂板，伸展的護臂頂住了前方的煤壁。這裏每個(ge) 液壓支架重達120噸，具有約2900噸的支護能力。

　　從(cong) 8米多到10米，提升的不僅(jin) 僅(jin) 是1米多的支護高度，更帶動了煤炭開采裝備基礎材料、加工設備、技術工藝、認知理念等全方位躍升。

　　應用需求推動技術進步

　　煤炭采掘裝備創新，是一次製造向“智造”升級的探索。

　　走進曹家灘煤礦安全生產(chan) 指揮中心，大屏幕上，礦井采、掘、機、運等各個(ge) 生產(chan) 環節的運行情況清晰可見。

　　“即便沒有下井，我也能對井下的動態了如指掌。”韓存地向記者介紹曹家灘煤礦的管控平台：點擊“支護質量智能監測係統”，可見每一個(ge) 支架的推進速度、壓力等信息；再看“人員精確定位係統”，井下工作總人數，每位工人的位置、狀態等信息一目了然。

　　韓存地告訴記者，工作麵上裝有裝備傳(chuan) 感器上萬(wan) 個(ge) 、攝像頭1000多個(ge) ，10米超大采高智能綜采成套技術與(yu) 裝備擁有複雜的智慧“大腦”。智能技術賦能，該工作麵具備了在線監測、一鍵啟動、遠程控製及記憶割煤、煤流量實時監測等功能。

　　隨著掘進深入，巷道會(hui) 出現變形，如何監測？科研人員在硬件、軟件兩(liang) 方麵齊發力，開發出“耳聰目明”的動態監測係統。掘進時，裝備能實時監測圍岩變形情況，幫助後期掘進工作麵動態調整支護參數。

　　得益於(yu) 裝備的自動化、智能化，以往皮帶班一次下井要20多人，現在隻需要5到6人就能完成作業(ye) 。“出炭不出炭，就看電機轉不轉。我們(men) 越發認識到，智能綜采技術與(yu) 裝備的性能和水平，是決(jue) 定現代化煤礦生產(chan) 效能的關(guan) 鍵因素。”韓存地說。

　　“應用需求是技術進步的重要推動力。”康紅普說，以10米超大采高智能綜采成套技術與(yu) 裝備研發為(wei) 例，起初，考慮到研發難度，科研人員把目標定在9米。曹家灘煤礦從(cong) 生產(chan) 需求出發，聯合論證了研發10米超大采高智能綜采成套技術與(yu) 裝備的必要性。煤礦技術人員根據現場經驗，破解了10米超大采高工作麵液壓支架入井難問題。

　　從(cong) 事煤炭開采技術裝備研發30多年，康紅普下過的礦井多得數不過來。他告訴記者，現代化的礦井告別低矮狹窄和髒、亂(luan) 、危險等環境，智能綜采技術與(yu) 裝備發揮了重要的作用。

　　為(wei) 產(chan) 業(ye) 轉型升級注入動能

　　近年來，隨著設計、生產(chan) 、工藝等水平不斷提升，我國高端裝備及技術取得一係列重大突破，為(wei) 產(chan) 業(ye) 轉型升級和戰略性新興(xing) 產(chan) 業(ye) 發展注入了強勁動能。

　　隻需2秒鍾左右，脈衝(chong) 激光束就能完成孔徑不到0.5毫米的微孔加工。這是華工科技新研製的航空發動機熱端關(guan) 鍵零部件激光加工裝備所具備的能力。

　　微孔加工有何價(jia) 值？華工激光三維五軸產(chan) 品線總工程師胡軍(jun) 巍介紹，航空發動機的燃燒室工作時，溫度最高可達2000攝氏度左右，為(wei) 了提高發動機的推重比，防止零部件“熔化”，需要激光加工極小直徑、特殊角度的氣膜孔，做成冷卻空氣層進行冷卻降溫。由於(yu) 沒有完全掌握相關(guan) 工藝，這一度是製約我國航空發動機、燃氣輪機產(chan) 業(ye) 鏈發展的瓶頸之一。

　　根據熱端部件的特點，華工科技聯合華中科技大學、無錫乘風等多家單位，突破一係列關(guan) 鍵核心技術，研製出這台激光加工裝備，讓發動機在快速降溫的同時，又能給關(guan) 鍵部位穿上“保護衣”，有效提升了我國航空發動機關(guan) 鍵零部件加工水平。

　　作為(wei) 新型儲(chu) 能技術，壓縮空氣儲(chu) 能具有規模大、壽命長、安全性高等優(you) 點，其中，壓縮機和膨脹機又是壓縮空氣儲(chu) 能係統中的關(guan) 鍵核心技術裝備。曆經多年研發，中國科學院工程熱物理研究所團隊攻克了一係列關(guan) 鍵核心技術，研製出300兆瓦級壓縮空氣儲(chu) 能係統壓縮機和多級寬負荷膨脹機，並實現落地應用。

　　中關(guan) 村儲(chu) 能產(chan) 業(ye) 技術聯盟理事長陳海生說：“裝備的突破，有助於(yu) 引領先進壓縮空氣儲(chu) 能技術，贏得儲(chu) 能產(chan) 業(ye) 發展先機。”

　　高端裝備研發，往往涉及機械、電子、材料等多學科，單憑一家單位不容易完成。近年來，我國高端裝備創新成果不斷湧現，驅動力來自哪裏？康紅普認為(wei) ，當前，新一代信息技術、人工智能、新材料等與(yu) 生產(chan) 製造正加速融合，為(wei) 高端裝備的進一步升級打開發展空間。

　　挺起製造業(ye) “脊梁”，打開產(chan) 業(ye) 升級新空間。從(cong) 改造提升傳(chuan) 統產(chan) 業(ye) 到培育壯大新興(xing) 產(chan) 業(ye) ，再到推動現代化產(chan) 業(ye) 體(ti) 係建設，高端裝備的支撐作用正不斷顯現。（喻思南）