我 们 的 “ 十 四 五 ”

近日，随着启动按钮被按下，山西焦煤集团山煤国际公司凌志达煤业公司（以下简称凌志达煤业）15505运输顺槽内，一台EBZ200掘进机的截割头缓缓转动，精准切入煤层，有条不紊地向前推进。

在地面调度中心大屏幕上，这台掘进机的三维模型正同步模拟井下实况，截割轨迹、锚杆支护进度与探水数据实时更新显示。

这台经过改造的智能掘进机能够自主行走、精准截割，并可同步完成锚杆支护、超前探水等工序，正是山西焦煤集团重大技术攻关科技揭榜制项目——“煤矿智能化掘进关键技术研究与应用”的核心成果。自2023年7月立项以来，山煤国际公司联合太原理工大学等单位，历时2年，使传统掘进机实现了脱胎换骨的智能化变革。

聚力攻关，改造传统掘进机

据统计，我国煤矿每年巷道掘进总量超过1.2万公里，掘进工作面数量约为采煤工作面数量的3倍。

“掘进是煤矿生产的关键环节，可国内掘进工作面长期以来依赖的是人海战术。”山西焦煤集团技术中心主任杨彦群直言，“相比采煤，掘进已成为煤矿自动化、智能化建设的短板。”

“过去，掘进、支护、探水工序相互独立，一个作业循环常需要2小时至3小时，遇复杂地质条件时效率更低。更关键的是，工作面作业人员密集、粉尘浓度高、作业空间狭窄，安全风险高。”凌志达煤业机电副经理吴晓峰表示。

但将传统掘进机全部更换为智能化掘锚机，单台成本是传统设备的数倍，投入巨大。

“不能轻易放弃现有设备。”杨彦群表示，“对传统掘进机实施升级改造，攻关智能化关键核心技术，是我们推进智能化掘进工作面建设的现实可行路径。”

2023年7月，山西焦煤集团启动重大技术攻关科技揭榜制项目。技术中心组织发榜招贤，由山煤国际公司牵头，联合太原理工大学、北京唯实深蓝科技有限公司（以下简称北京唯实深蓝）、石家庄奥创矿用设备有限公司、徐州徐工能源装备有限公司（以下简称徐工能源装备）和凌志达煤业共同揭榜，组建产学研用一体化团队（以下简称联合团队），目标是将EBZ200掘进机升级为“掘、锚、护、探”一体化智能装备。

技术突破，传统掘进机实现自动驾驶

这个项目的核心难题是把掘进、支护、探水、护帮四大功能集成于一台设备。“由徐工能源装备提供的EBZ200掘进机结构紧凑，要在有限空间内加装机载液压锚杆钻机、探水钻机和折叠式全断面工作面护帮机构，难度极大。”山煤国际公司技术负责人霍国存坦言。

联合团队将主战场搬到凌志达煤业机修车间。连续半个月，吴晓峰带领机电队工人拆解设备、测量尺寸，并与太原理工大学团队协同进行图纸设计与演算。

“要不试试模块化设计？”在一次深夜研讨中，联合团队提出新思路：将锚探系统与掘进机的连接部分设计为可更换模块，实现快速拆装。

这一思路打破了僵局。他们连夜赶制快速换装机构。可第一次试验，锚杆钻机与探水钻机切换就耗时3小时，远未达到标准。霍国存立即组织联合团队拆解机构重新打磨，调整液压接口角度。经过10多次优化，最终实现锚杆钻机与探水钻机在1小时内快速转换，较传统方式节省2小时。

“改造效果怎么样？现场应用还存在哪些问题？”该项目负责人，山煤国际公司副总经理、总工程师韩磊紧盯项目进展情况。最终，2台钻机得以同步实施钻探开孔，长探距离达125米，短探距离达15米，实现了掘进与探测并行。

与此同时，高精度导航定位的难题也摆到了面前。井下粉尘浓度高，常规导航系统难以稳定追踪设备位置。山煤国际公司技术团队与北京唯实深蓝团队合作，加装高清摄像头与惯性导航传感器，通过粉尘自适应算法滤除干扰。为验证精度，联合团队跟随凌志达煤业掘进队数十次深入15505工作面，采集上万组数据，最终研发出“视觉+惯导”组合导航系统，实现横向定位误差小于等于30毫米、航向测量精度小于等于0.08度。

依托这套导航系统，联合团队又开发出基于绝对坐标的智能截割算法，使掘进机在不同姿态下都能够按照预设轨迹精准作业，断面成型尺寸误差控制在10厘米以内。至此，传统掘进机实现了厘米级精度的自动驾驶。

应用变革，综合掘进效率提升

在凌志达煤业调度中心大屏幕上，15505工作面三维巷道模型实时显示着井下掘进机的每一个动作。这套由山煤国际公司联合太原理工大学研发的数字孪生系统，被称为掘进机的“千里眼”。

“通过激光雷达扫描巷道，我们构建了精度小于5厘米的数字化模型，再借助传感器实时上传设备温度等数据，驱动虚拟模型同步运行。”霍国存解释，一旦出现超挖、欠挖或设备温度异常等情况，该数字孪生系统立即发出预警。

联合团队核心成员王浩然记得，为对比智能化改造效果，他们曾跟随掘进班组下井，每天详细记录工序耗时、人员配置。如今，该数字孪生系统不仅支持远程监控，还能模拟不同地质条件下的掘进工艺，成为职工培训可视化平台。

去年10月底，该项目顺利通过中期验收，随后在15505工作面开展工业性试验。到今年10月，该项目交出了一份亮眼的成绩单：最高日进尺12米，月进尺321米，综合掘进效率提升30%以上。

“以前单班需12人，现在仅需8人至10人，安全系数大幅提高。”凌志达煤业党委书记、董事长、矿长田伟鹏表示。

截至目前，该项目已申请专利7项，发表论文7篇，培养智能化掘进技术人员15名。

“这套智能掘进系统不仅适用于煤巷，还可拓展至半煤岩、全岩巷道。”韩磊介绍。更关键的是，1台传统掘进机的改造成本仅为新购置成套设备成本的1/5。

“我们将在山西焦煤集团所属矿井全面推广这项技术，让更多传统掘进机焕发智能新生。”杨彦群表示，该项目成果已通过山西省科技厅组织的评价鉴定，四项关键技术达到国际领先水平。

作者：李静  版面编辑：张翔

编辑：张莹