掘支同步+一次成型，是咋做到的？

近日，由神东完成的《高效全断面掘进机研制—快速掘进后配套装备研发》项目获第八届陕西煤炭工业科技成果特等奖。

“目前，全断面高效快速掘进系统在煤矿掘进上具有绝对优势，创造了圆班掘进158米、月掘进进尺3088米的好成绩。”参与快速掘进后配套装备研发的谷丽东说，“后配套装备功不可没。”

据了解，全断面高效快速掘进系统由掘进机系统和后配套装备两部分组成。掘进机系统主要由截割系统、装运系统、行走系统和临时支护系统四部分组成。后配套装备由履带行走跨骑式十臂锚杆钻车、可弯曲胶带转载机、迈步式自移机尾、破碎机和自移动力站五部分组成。整套系统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，掘支同步、一次成型，掘进速度每分钟0.3米，运输能力每小时1500吨，可实现50米无线遥控，达到日进150米、月进4000米以上，是名副其实的“掘进王”。该系统还全方位强化了施工人员的安全及健康保障，显著降低了人员的劳动强度。

为了巷道掘进安全高效

2011年9月，为解决神东矿区因掘进速度滞后而带来的回采速度受限问题，公司提出探索掘进、支护、运输平行作业生产工艺和装备，通过减少支护和辅助作业时间，实现绿色、安全、高效的巷道掘进。“全断面高效快速掘进系统的概念就是在那个时候被提出来的，”谷丽东说。

概念被提出后，公司迅速行动，很快就进行了设想论证，并制定了详细的技术方案，同时选派研发人员前往美国、加拿大、俄罗斯等地考察。

为什么要去美国等地考察？谷丽东说：“我们听说这些国家在开采钾盐矿时，采用了全断面高效快速掘进系统，就想从他们那里取点经。要知道，研发适合煤矿的这套系统，在整个世界煤炭工业史上也是第一次。”

尽管前期准备充分，但全断面高效快速掘进概念一被提出，还是受到了不少专家的质疑：“在煤矿搞这个靠谱吗？”“钾盐与煤炭分属两种不同的矿产，二者在掘进上是否具有相通性？”“长距离单巷掘进，通风问题该如何解决？导向时，怎样才能确保机器走得直？”

开弓没有回头箭。公司提出概念、想法后，将后配套装备的具体要求告知合作单位中国煤炭科工集团太原研究院，由该院负责具体设计研发。

由于后配套装备系统复杂、搭接环节多，为降低设计风险，公司研发人员充分利用虚拟仿真、数字样机技术和现场测试，对关键环节的运动和受力状态等进行验证。

进入设计阶段，研发人员又通过调研获取煤巷实际工况参数及边界条件，建立设备数字样机仿真分析模型，获得各设备关键技术参数，为关键部件的精确设计、系统参数的匹配提供量化依据。

在地面试验阶段，研发人员又充分利用先进的测试仪器，对实物样机各项性能参数进行测试，及时发现问题并加以改进，为装备最后的工业性试验打下了良好基础。

长距离掘得直，还要自动化

2013年2月，后配套装备率先完成，并于同年下井开始工业性试验。

由于掘进机系统尚在研发当中，承担后配套装备井下试验的大柳塔煤矿连采三队只能暂时用掘锚机替代掘进机系统进行试验，让现场工人叫苦不迭。时任连采三队队长的薛占军说：“刚开始，由于掘进与支护同步进行，大大压缩了工人的休息时间，工人普遍抱怨工作量大。同时，由于操作人员对这种掘进、支护同步作业的方式并不适应，设备之间配合不顺畅，转载机与锚杆机运行起来容易相互别卡，导致掘进效率低下。”

为了解决转载机与锚杆机相互别卡问题，研发人员尝试了很多办法。最终，他们通过将转载机由刚式改为可弯曲式、整个煤矿运输系统由侧卸式改为上下重叠式，并将转载机安装在可伸缩胶带机迈步式自移机尾上、锚杆机安装在转载机上，解决了相互别卡问题，使得掘进、支护更加匹配。

为了使后配套装备彻底实现掘进、支护、运输平行作业，在高效支护的同时，最大限度释放出掘锚机的掘进能力，就需要研制跨骑式八臂锚杆钻车。谷丽东说：“跨骑式八臂锚杆钻车由六套顶板钻机、二套侧帮钻机组成。运行时，八套钻机同时作业，并实现多排多臂同时支护，可独立完成全部顶板锚杆支护任务，并完成部分侧帮锚杆支护任务。”

长距离掘进，仅掘得快不行，还要掘得直。

传统掘进采用激光导向。激光射程短，配套传统掘进、支护还行，而一旦用到高效快速掘进上，就显得很吃力，连采三队只能通过频繁移动设备来保证巷道掘得直。后来，研发人员基于卫星导航系统，研发了类似汽车导航的惯性导航系统，才解决了长距离掘进导向问题，保证了巷道掘得直。

2014年6月18日，全断面高效快速掘进系统在连采三队工作面组装试运行，随后创造了圆班掘进158米、月掘进进尺3088米的世界纪录。尽管全断面高效快速掘进系统在工业性试验中表现不错，但还有很多地方有待完善。据了解，研发人员正在对掘进机系统进行不断完善。

神东公司副总工程师贺安民告诉笔者，接下来，全断面高效快速掘进系统将致力于向自动化方向改进，真正做到装备自动化掘进、支护，最大程度减少工作人员，助力神东煤矿安全生产。

来源：国家能源集团神东之声