问题:煤炭长期是我国能源供给的重要支柱,井下综采工作面贡献了全国煤炭产量的主体。
近年来,随着开采深度增加与地质条件日趋复杂,厚度不均、煤岩变化频繁、断层及陷落柱等构造叠加,使综采作业面临“难定位、难识别、难控制、难维护”等挑战。
作为工作面核心截割装备,采煤机必须在高粉尘、高冲击、强震动等工况下连续稳定运行,同时兼顾人员安全与作业精度,传统装备在可靠性、感知能力与自主控制水平上逐渐显现瓶颈。
原因:一方面,复杂煤层地质的不确定性导致截割负载波动大,设备结构与传动系统易出现疲劳与过热问题;另一方面,井下空间狭窄、光照不足、粉尘遮挡,给定位、煤岩识别与人员避让带来技术难题;同时,多系统协同控制要求更高,若缺乏实时地质感知与智能规划能力,容易出现截割高度偏差、回采率下降、能耗上升等问题。
装备性能与智能化水平的短板,直接制约复杂煤层“安全、高效、少人化”开采的推进。
影响:在上述背景下,太重集团项目获得山西省科学技术奖一等奖,体现了相关技术路线和工程化成果得到权威认可,也折射出煤机装备向高端化、智能化升级的迫切需求。
其意义不仅在于单机性能提升,更在于为复杂煤层条件下的稳定生产提供装备支撑,有助于降低非计划停机和维护成本,提升回采率与作业效率,并为煤矿本质安全水平提升提供新的技术手段。
对产业层面而言,关键技术突破将带动智能采掘、智能运维等上下游环节协同发展,推动煤机装备从“机械强度型”向“结构可靠+感知融合+自主决策”的综合体系跃升。
对策:围绕“可靠、安全、自主”目标,项目形成了面向复杂煤层的智能开采成套技术体系,针对性破解痛点。
一是夯实可靠性基础。
研发团队创新采用框架式机身结构,提升整机抗冲击能力,并通过模块化设计提高部件可替换、可维护水平,模块化率较同类机型提升约20%,有利于缩短井下检修时间、降低停机风险。
同时,配套智能润滑与高效散热等技术,使传动系统热平衡温度较同类机型降低10%—15%,为长时间重载运行提供保障。
二是强化安全感知能力。
通过阵列式惯性传感组件与端头超宽带融合等技术,实现井下连续精准定位,提升在粉尘、昏暗环境下的稳定性;叠加激光雷达与红外图像等手段,提高煤岩特性识别精度,识别准确率稳定在90%以上,并构建人员设备智能预警系统,为作业区形成数字化安全防护。
三是提升自主作业水平。
项目构建井下三维地质模型并实现实时更新,建立融合地质特征、回采率等数据的智能截割规划系统,使采煤机能够依据煤层变化动态调整截割策略,带动煤层回采率提升约8%。
同时,创新牵引变频调速系统参数“一键配置”技术,实现牵引速度与截割高度自适应调节,推动“一键启动、自主运行”落地,作业效率提升约5%。
四是以知识产权与标准化促进推广。
项目累计获得海内外授权发明专利24件、软件著作权7项,牵头或参与制定国家标准4项,并形成一定学术成果储备,为后续规模化应用、迭代升级和行业推广提供制度与技术支撑。
前景:从行业趋势看,煤矿智能化建设正从单点设备自动化向系统协同智能化迈进,复杂煤层将长期是增量与稳产的关键区域。
面向复杂地质条件的高端智能采煤装备,未来将更多与数字孪生矿山、智能调度、远程运维、预测性维护等系统深度融合,进一步减少高风险岗位作业强度,推动“少人则安、无人则安”的生产组织模式落地。
同时,在能源结构转型的大背景下,煤炭领域更需依靠技术进步实现安全、绿色、集约发展,高端装备的国产化与迭代升级将成为保障能源安全的重要抓手。
太重集团此次获奖,既是对其在智能采矿装备领域长期深耕的充分肯定,更是我国装备制造业坚持自主创新、攻克核心技术的生动缩影。
当前,全球能源格局深刻调整,保障能源安全的战略意义愈发凸显。
以科技创新驱动传统产业转型升级,以高端装备支撑资源高效开发,既是应对挑战的现实需要,更是迈向高质量发展的必由之路。
期待更多像太重这样的企业勇担重任,持续突破关键核心技术,为建设制造强国、保障能源安全贡献更大力量。