煤海蛟龙显神威 ——世界首套全断面高效快速掘进系统研发应用纪实2015

2015年4月1日《陕西日报》第7版

      本报记者 白亮 通讯员 高会武
      虽然两年多前就得知神东煤炭集团正在研发世界首套全断面高效快速掘进系统，也看到了一些有关它的介绍资料，但当记者于近日坐着防爆皮卡车在大柳塔煤矿井下穿行半个多小时，到达距井口12000米、距地面160米的工作面近距离一睹其真容时，还是被这条长210米、重达630吨的“煤海蛟龙”所震惊。
      这是世界上首次把过去分步实施的煤炭采掘、运输、除尘等多道工序集于一身的掘进系统，实现了掘支平行作业、连续破碎运输和智能远程操控等高效一体化作业。
      这也是世界上效率最高的掘进系统，大断面一次成巷，月进尺可达4000米，掘进能力达到传统综掘方式的十倍以上！
      全断面高效快速掘进系统在煤矿井下的成功应用，实现了由中国制造到中国创造的跨越，不仅在中国采煤史上竖起了一座丰碑，也将掀起世界采煤史上的一场新的革命！
      大胆创新 “爬虫”变“龙”
      神东矿区开发建设三十年来，作为矿区开发主体的神东煤炭集团尽管几经整合，名称也几经变化，但把神东这块世界最好煤田开发建设好的初心没有变，靠不断引进、消化、创新煤炭科技引领世界煤业的雄心没有变。
      特别是近年来，神东煤炭集团针对传统生产方式中制约煤矿高效高产的技术“瓶颈”，不断提升创新驱动能力，每年投入2亿多元加快研究推进重大创新项目，全断面高效快速掘进系统因此开始“孕育”。
      此前，神东的矿井巷道主要用连续采煤机、掘锚机和综掘机三种设备掘进，连续采煤机月平均进尺为1200米，掘锚机月平均进尺为800米，而传统的综掘机月平均进尺只有400米，与不断加快的采煤速度比起来，三者都只能算是“爬虫”，远远赶不上实际需要，采得快、掘得慢的矛盾越来越突出。
      由于掘进水平得不到大幅度提高，导致神东矿区的掘进队伍随着产量增加而逐年增多，达到了80多支。掘进队伍的增加，不仅使井下安全生产管理点多、线长、面广，而且导致生产成本急剧上升。
      面对采掘接续难的现状，按照神华集团建设世界一流矿井的要求，神东煤炭集团开始研发一种适用于煤矿巷道掘进的全断面高效快速掘进系统，目标是巷道断面一次成型、掘支同步、连续运输，月进尺达到4000m。对于最初提出这个思路的集团董事长张子飞来说，这并非一时的异想天开，而是早已成竹在胸。
      采掘一线出身的他，受到地铁盾构机的启发，早就开始在纸上勾勒一种全新的掘进系统草图。神华集团批准立项研发后，又通过三维动漫，将这条集截割系统、装运系统、行走系统和临时支护系统等部分为一体的“煤海蛟龙”形象地呈现出来。
      “2012年下半年，我到董事长办公室看了三维动漫，觉得这是个庞然大物，恐怕很难实现，直到董事长安排我看了盾构机后，我才对此有了信心。”大柳塔煤矿矿长代贵生说。
      按照这个极其大胆的设计理念，神东煤炭集团开始寻找在这个领域能力最强的合作伙伴，很快，拥有“金刚钻”的中煤科工集团太原研究院和北方重工集团有限公司揽下了这个“瓷器活”。
      这是一个集机、电、液于一体的高新技术产品，它包括全断面掘进机、十臂锚杆钻车、可弯曲胶带转载机、迈步式自移机尾和自移动力站等多种设备，集全断面连续切割技术、自动定位、无线遥控技术、快速装运、机载除尘、机载锚杆钻机、调车等功能于一体，需要进行很多的技术攻关。
      面对一道道全新课题，神东煤炭集团和沈阳北方重工集团、中国煤炭科工集团太原研究院迎难而上，逐个破解。特别值得一提的是，在这套系统的操作平台上，他们创造性地使用了航天领域的陀螺定向仪，为这条“煤海蛟龙”点上了明亮的“眼睛”。
      北方重工集团有限公司副总经理赵凯军感慨地说：“全断面高效掘进机集成了机电、影测等先进技术，这不仅需要雄厚的技术支撑，而且还要有强烈的创新思维。”
      经过几个月的紧张制造，2013年2月6日，世界首套全断面高效快速掘进系统在大柳塔煤矿落地试验。
      先进的设备得靠高素质的人来操控，神东煤炭集团选择了该矿连采三队来驾驭这条“煤海蛟龙”，因为这是一支高素质的能打硬仗的队伍：连采三队的80名矿工中，专科及以上员工占70%以上，其中拥有本科学历14人，硕士学历1人，该队机电副队长王连生还是神东煤炭集团的第一个博士生。
      由于连采三队所有人员此前都去厂家培训过，所以当新的掘进系统下井后，矿工们都已掌握了操作要领，电工、钳工等都能自如检修。
      然而，好事多磨。“由于这套新设备首次下井，问题百出，只能干干停停，边干边改进，第一个月只掘进了360米，连普通的综掘机也没干过。”连采三队队长薛占军说。
      面对出现的种种问题，连采三队的矿工们和合作单位的技术人员一起，在一年多的时间内，先后对设备存在的问题进行了大大小小200多项的改造升级，基本实现了系统正常稳定运行。
      2014年5月29日，这条拥有完全自主知识产权，总长210米、总重630吨、总装机功率超过2400kW的“煤海蛟龙”在神东矿区完成调试，具备了工业性试验条件。
      蛟龙入海 以一当十
      2014年7月，经过许多技术和后配套设备革新的全断面高效快速掘进系统，正式开始在大柳塔煤矿井下进行采掘工业性试验。
      几个月的井下试验和系统升级完善，使这条“煤海蛟龙”的巨大能量逐步释放出来，2015年2月26日，创下了日进尺158米的新纪录。
      “这套系统的应用，使我们实现了巷道断面一次成型，掘进、运输、支护连续作业。现在，我们队月进尺已经达到4000米的水平，比原来十个综采队的掘进量都多。”大柳塔煤矿连采三队队长薛占军说。
      与传统的采煤掘进设备相比，这套系统最大的亮点是借鉴了地铁施工的盾构技术，解决了过去煤矿的掘进、支护、连续运输等多项工作难以同步进行的问题，煤炭采掘巷道断面达到25平方米，可一次成型；掘进速度因此可达到每分钟0.3米，运输煤炭能力突破每小时1500吨，较之原来的综掘方式，掘进能力提高了十倍以上！
      不仅如此，这套系统也大大提高了井下安全水平。
      以前，煤机司机是在空顶空帮区域操作，危险系数很大；现在，由于实现了50米内无线遥控，煤机司机是在支护好的区域遥控操作，十分安全。
      以前，工作面的粉尘很多，全尘浓度每立方米至少有七八十毫克；现在，运用了全新的“长压短抽”通风方式，即采用一台压入式局部通风机保证工作面正常通风，另外安装一台抽出式湿式除尘风机降低工作面粉尘浓度并配合压入式风机通风，使全尘浓度降到了每立方米10毫克以下。
      以前，锚杆机需要在两个巷道间来回行驶，容易酿成安全事故；现在，掘支同步无须倒机。
      以前，掘进1000米就得倒一下供电设备；现在，由于实现供电一体化，根本不需要倒电。
      此外，系统的经济效益也很显著。由于掘进能力大大提高，而且缩减了许多巷道，现在一支80人队伍的工作效率相当于以往500人的工作效率，一套设备的生产能力也能抵以前十几套设备，人工成本和设备投入都大大降低。
      2006年从韩城矿务局调过来的连采三队机电副队长张富强说：“我在韩城矿务局时，用的还是炮掘，到神东后，用上了连采机、掘锚机，现在用上了快掘系统。韩城老矿区一个月最多掘200米，现在我们干一天就相当于韩城干一个月。”
      “全断面高效快速掘进系统使我们做到了提高标准、提高效率、减少人员、减少作业战场，以前我们矿采掘接续特别紧张，自从用上快速掘进系统后就缓和了。”大柳塔煤矿矿长代贵生说。
      神东煤炭集团董事长张子飞说：“今后煤矿的竞争主要就是成本的竞争，成本低才有竞争力。现在人力成本很高，只有把人员减下来，才能降低成本。而我们同相关科研院所共同研发的这套全断面高效快速掘进系统，不仅能以一当十，而且安全性高，适用性好，节能环保，完全可以达到减少人员、降低成本的目的，能满足大中矿井高产高效和‘一矿一井一面’集约化生产的要求。”
      放眼未来 “龙”行天下
      世界首套全断面高效快速掘进系统在神东矿区的成功应用，在中国乃至世界采煤史上具有里程碑的意义。
      为了这套系统的稳定运行，神东煤炭集团从上至下，许许多多人员加班加点、吃苦流汗，付出了艰辛的劳动。张子飞董事长几乎每周六都要自己开车到矿上，然后深入井下检查设备运行情况。
      大柳塔煤矿连采三队的全体员工更是用集体的智慧和汗水克服了许多困难：面对新系统存在的迈步机尾甩尾跑偏问题，他们创造性地安装了自行设计的纠偏装置，提高了运输系统稳定性；面对全新的通风方式，他们从风机选型、风量分配、通风距离、粉尘源头控制等方面着手，先后进行了三次改进……
      合作单位的技术人员也都坚持跟班作业，发现问题及时解决。
      下一步，神东煤炭集团将通过研制全自动锚杆机等技术含量更高的配套设备，使这套系统更加完善，并申请国家科技进步奖。
      “我们将继续采用产学研用一体化发展的方式，同科研院所和厂家单位协同创新，同时以创新为驱动，积极鼓励基层一线员工进行自主创新。”神东煤炭集团董事长张子飞说。
      全断面高效快速掘进系统的自主研发应用，不仅为我国煤炭工业实现安全、高效、绿色开采树立了样板，也有力地推动了我国煤炭装备制造水平跻身世界级梯队的步伐。
      北方重工集团有限公司副总经理赵凯军说：“此次全断面高效掘进机在神东的成功应用，标志着异形截面掘进机的研发取得了新的突破，实现了从中国制造到中国创造的跨越。下一步，北方重工将不断完善技术工艺，使得异形截面掘进机的制造更加完善。”
      中国煤炭科工集团太原研究院院长张彦禄也表示，将继续深入煤矿井下现场，秉持“一切创新的灵感、动力来源于煤矿井下”的理念，不断制造出符合井下实际的设备，满足煤矿的新需要，努力朝着设备智能化、无人化方向发展。
      目前，全断面高效快速掘进系统的“长压短抽”通风方式已经推广运用到神东矿区其他煤矿。今年6月，神华集团将在神东矿区召开现场会，在更大范围内推广这种通风方式。
      而随着整套设备的越来越稳定和完善，全断面高效快速掘进系统也将整体在煤炭行业得到推广应用。“现在公司又向厂家定了几套设备，将逐步在各个煤矿推开。”大柳塔煤矿连采三队队长薛占军说。
      三十而立。毋庸置疑，随着全断面高效快速掘进系统等“尖端武器”的使用，已开发建设三十周年的神东矿区，将会以更高更新的姿态立于世界煤业的潮头！