大國重器 煤?！膀札垺?br/>——我國首套智能千萬噸綜采成套裝備研發(fā)紀實

文/本刊記者 通訊員 白躍新

大國重器 煤?！膀札垺?br/>——我國首套智能千萬噸綜采成套裝備研發(fā)紀實

文/本刊記者 通訊員 白躍新

正當舉國上下貫徹落實國務(wù)院 《中國制造2025》綱要之際，前不久，煤炭大省山西傳出好消息。

6月26日，國家“十二五”智能制造裝備發(fā)展專項 “煤炭綜采成套裝備智能系統(tǒng)開發(fā)與示范應用”項目，在太原通過了科技成果鑒定：“該成果達到國際領(lǐng)先水平”。

這是一項里程碑式的成果！是多方共同發(fā)力、協(xié)同攻關(guān)的結(jié)果，是煤機企業(yè)與煤炭企業(yè)自主創(chuàng)新、集成創(chuàng)新、協(xié)同創(chuàng)新和“兩化”深度融合的典范。它標志著在邁向“中國制造2025”進程中，山西煤機制造業(yè)已率先取得階段性成果，有力地促進了我國向?qū)崿F(xiàn)“無人采煤工作面”的邁進，為全面推進實施制造強國戰(zhàn)略書寫了濃墨重彩的一筆！

載入史冊的一次創(chuàng)舉

這是一次堪稱載入煤機裝備發(fā)展史冊的創(chuàng)舉！

這是一次我國民族煤機裝備工業(yè)向世界頂尖技術(shù)攀越的“珠峰登頂”。

這也開啟了新工業(yè)精神引領(lǐng)下的中國企業(yè)躍升之路。

國家“十二五”智能制造裝備發(fā)展專項“煤炭綜采成套裝備智能系統(tǒng)開發(fā)與示范應用”項目，由太原重型機械集團煤機公司與山西焦煤西山煤電（集團）公司共同承擔，歷時三年研發(fā)完成。整套設(shè)備總重量達1萬多噸，研發(fā)投入達3.79億元。其中，國家補貼1億元。它是“十二五”國家智能裝備發(fā)展專項中，資金補貼最大的項目，表明了國家對山西煤炭大省轉(zhuǎn)型發(fā)展的重視與支持。

只有“勇闖天涯”之精神，方可獨攬絕勝之美景。

作為項目的承擔方，為了完成好該項目15個關(guān)鍵核心智能裝置的研發(fā)任務(wù)，太重煤機與西山煤電自承擔該科研項目以來，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，積極組織平陽重工、山西煤機、山西科達、羅克佳華、向明機械、汾西重工等單位共同參與，并聯(lián)合中國礦大、太原理工、太原科大以及國內(nèi)外知名企業(yè)協(xié)同攻關(guān)，于2013年6月13日在太重煤機工業(yè)園區(qū)成功進行“三機一架”地面聯(lián)合試車。同年9月，在西山煤電晉興能源公司斜溝煤礦18201工作面投入示范應用。2014年9月14日，項目順利通過國家發(fā)改委、財政廳、工信部等三部委的技術(shù)驗收，驗收專家委員會一致認為該項目“實現(xiàn)了最大項目國產(chǎn)化，并達到了國際領(lǐng)先技術(shù)水平”。同年12月，榮獲國家工信部頒發(fā)的 “智能制造裝備應用優(yōu)秀示范項目獎”。

6月26日，在科技成果鑒定會上，太重煤機以一份沉甸甸的答卷，來迎接這次全面檢閱我國煤機裝備研發(fā)實力的“大考”。

鑒定委員會對該項目給予了極高評價，認為該項目在諸多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了突破：建立了采區(qū)截割煤層地質(zhì)構(gòu)造的GIS數(shù)字平臺，可實現(xiàn)截割軌跡的規(guī)劃和導航；開發(fā)了采煤機姿態(tài)實時控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)采煤機截割動態(tài)軌跡調(diào)控；實現(xiàn)了采煤機截割過程的智能控制；建立了綜采機組優(yōu)化協(xié)調(diào)控制新方法，開發(fā)了相關(guān)軟件，實現(xiàn)了采煤機、支架及運輸系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制與安全高效運行；建立了綜采機組運行狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)，具備了自診斷、自糾偏、自預警的智能監(jiān)控功能，實現(xiàn)了綜采裝備本地、遠程監(jiān)測、控制和故障預警；開發(fā)了超大功率采煤機自動調(diào)高控制技術(shù)、超大功率刮板運輸機高壓變頻軟啟動控制技術(shù)，有效提高了綜采機組運行可靠性。

據(jù)悉，該套裝備在山西西山晉興能源有限責任公司斜溝煤礦18201綜采工作面進行示范應用中，工作面最高日產(chǎn)達到3.2萬噸，最高月產(chǎn)85萬噸，具有廣闊的推廣應用前景。同時，通過項目的實施，取得了51項具有自主知識產(chǎn)權(quán)的專利技術(shù)（其中，發(fā)明專利23項），實現(xiàn)了我國智能型千萬噸綜采裝備高端制造的自主化、國產(chǎn)化，并達到國際領(lǐng)先水平。

強強聯(lián)合，共贏共進。這是太重煤機與西山煤電第二次合作承擔的國家科研項目。

在這之前，雙方就承擔并完成了國家“十一五”科技支撐項目“年產(chǎn)千萬噸綜采成套設(shè)備”的研制與示范任務(wù)。在該套綜采設(shè)備中，太重煤機研制出世界最大功率2500千瓦電牽引采煤機，并達國際先進水平，助力西山煤電在其工作面實現(xiàn)了高產(chǎn)高效。

再次合作成功，更增添了雙方下一步合作的信心。

“我們精誠合作，協(xié)同攻關(guān)，面對井下綜采成套的諸多短板，‘十一五’期間，解決了‘大’的問題；‘十二五’期間，又解決了‘好’的問題；‘十三五’期間，我們決心繼續(xù)努力，通力協(xié)作，把這套智能成套項目上的先進技術(shù)，推廣運用到開采難度更大的薄煤層上，以解決好‘小’的問題，從而為我國煤炭行業(yè)徹底轉(zhuǎn)變生產(chǎn)模式，提高安全系數(shù)和高產(chǎn)高效，推動‘兩化’深度融合做出新的更大的貢獻。”

對于未來的發(fā)展，太重煤機公司總經(jīng)理張克斌堅定而自信地說。

“互聯(lián)網(wǎng)+智能綜采”方興未艾

實現(xiàn)少人、無人的自動化采礦是當前國際采礦界研究的熱點。在這方面，美國和澳大利亞的煤炭企業(yè)走在了前面。20世紀80年代以來,他們在工作面采用了計算機技術(shù)、大功率電牽引采煤機、電液控制的液壓支架和具有軟啟動功能的刮板輸送機，實現(xiàn)了工作面三機的自動化及井下環(huán)境安全信息的實時監(jiān)測。20世紀90年代開始，加拿大、芬蘭、瑞典分別制定了礦山自動化方案。

我國是世界產(chǎn)煤大國，約占世界煤炭產(chǎn)出量的50%，煤礦開采裝備制造業(yè)生產(chǎn)能力和規(guī)?？胺Q世界最大，但整體技術(shù)水平和創(chuàng)新能力卻落后于世界先進水平。為追趕世界先進水平，國內(nèi)科研單位與企業(yè)相繼開展了采礦機器人(MR)、礦山地理信息系 (MGIS)、三維地學模擬(3DGM)、礦山虛擬現(xiàn)實(MVR)、礦山人員定位等方面的技術(shù)開發(fā)與應用研究，在煤礦應用取得了一定成效。

2007年10月，太重煤機有限公司研制成功我國第一臺930千瓦智能化電牽引采煤機。中國首個具有自主知識產(chǎn)權(quán)的自動化、信息化采煤工作面在潞安環(huán)能股份公司漳村煤礦正式投產(chǎn),標志著中國煤炭行業(yè)高產(chǎn)、高效礦井建設(shè)進入新階段。

然而，這些智能化綜采設(shè)備功率較小，產(chǎn)量低，成套智能化程度不高，難于滿足煤炭行業(yè)高產(chǎn)高效的需求。因此，盡快研發(fā)超大功率、千萬噸智能綜采成套裝備顯得尤為重要，這對于地質(zhì)條件復雜、事故頻發(fā)的中國煤礦更是具有現(xiàn)實的緊迫意義。

雖然國內(nèi)外學者及產(chǎn)業(yè)界都進行了多種探索與實踐，但是由于受煤巖識別、井下環(huán)境通訊、綜采“三機一架”協(xié)調(diào)運行、煤塵對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的污染等多方面關(guān)鍵技術(shù)的制約，缺乏對煤炭綜采成套裝備的智能控制系統(tǒng)與工藝配套的深入研究，實現(xiàn)高產(chǎn)高效的井下工作面無人采煤仍然任重而道遠。

國家戰(zhàn)略助力“大國重器”

煤炭是我國的基礎(chǔ)能源和重要原料。采用先進適用技術(shù)，研發(fā)大型、高端、智能、可靠的煤炭綜采成套裝備，提升煤礦裝備現(xiàn)代化、自動化、管理信息化水平，是保障我國能源安全供應的必然選擇。

針對我國煤機裝備制造業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，根據(jù)《國家經(jīng)濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》和 《國務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》精神，加快智能制造裝備的創(chuàng)新發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化、推動煤機裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級、提高綜采工作面生產(chǎn)裝備的智能化水平，重點圍繞智能基礎(chǔ)共性技術(shù)、智能測控裝置與部件產(chǎn)業(yè)化、重大智能制造成套裝備研發(fā)及應用等核心環(huán)節(jié)攻關(guān)，是“十二五”期間煤機裝備制造業(yè)的發(fā)展重點。

為了貫徹落實國家“十二五”發(fā)展規(guī)劃，國家發(fā)展和改革委員會、財政部、工業(yè)和信息化部決定聯(lián)合組織實施智能制造裝備發(fā)展專項，建立以用戶為龍頭、以裝備制造單位為主體，搭建產(chǎn)學研用創(chuàng)新平臺，共同開展重大智能制造裝備和關(guān)鍵智能部件的聯(lián)合研發(fā)創(chuàng)新。

依據(jù)國家發(fā)改委、財政部、工信部“關(guān)于智能制造裝備發(fā)展專項項目（第一批）實施方案”文件精神，經(jīng)三部委于2011年10月共同批復，由太原重型機械集團煤機有限公司和西山煤電（集團）有限責任公司，共同組織實施“煤炭綜采成套裝備智能系統(tǒng)開發(fā)與示范應用”項目。

項目旨在建設(shè)煤炭綜采成套裝備智能系統(tǒng)（包含采煤機智能控制系統(tǒng)、支架圍巖智能耦合電液控制系統(tǒng)、刮板運輸機智能控制系統(tǒng)、綜采工作面集中控制系統(tǒng)等），建成智能型千萬噸級安全高效工作面，實現(xiàn)采煤機、液壓支架和運輸系統(tǒng)智能化控制，工作面自動化生產(chǎn)。

太原重型機械集團煤機有限公司和西山煤電（集團）有限責任公司都是業(yè)內(nèi)著名的國有大型企業(yè)，技術(shù)力量雄厚，多次承擔并完成國家重大科技項目。特別是太重煤機公司素有“中國采煤機之父”“中國煤機制造業(yè)的開路先鋒”等美譽，始終引領(lǐng)著采煤機的技術(shù)發(fā)展方向。

自承擔該項目以來，他們積極發(fā)揮各自優(yōu)勢，以煤炭綜采成套裝備智能系統(tǒng)開發(fā)與示范應用的相應關(guān)鍵技術(shù)為研究內(nèi)容，采取理論分析、三維建模、現(xiàn)場驗證相結(jié)合的研究方法，完成了煤炭智能綜采成套裝備的方案論證、研發(fā)設(shè)計、產(chǎn)品試制、地面聯(lián)調(diào)和示范應用。

關(guān)鍵核心智能裝置的研發(fā)是整個項目系統(tǒng)的“硬骨頭”。經(jīng)各方大力協(xié)同攻關(guān)，成功研發(fā)出井下順槽控制中心，綜采工作面的通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，工作面視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)，采煤機狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、預警系統(tǒng)，滾筒高度智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，牽引速度智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，采煤機仿形切割系統(tǒng)，變頻牽引驅(qū)動系統(tǒng)，基于GIS系統(tǒng)的煤巖識別系統(tǒng)，支架控制器，電液換向閥組，帶傳感器的護幫千斤頂和推移千斤頂，刮板機專用調(diào)頻器，刮板輸送機自動伸縮機尾，自移機尾自動控制系統(tǒng)等十五個關(guān)鍵核心智能裝置；研制了MG1100(1000)/2860(2660)-WD智能型電牽引采煤機、ZY12000/28/64D型智能耦合型液壓支架、SGZ1250/2×1200智能型刮板輸送機、SZZ1350/ 525智能型順槽用橋式轉(zhuǎn)載機、PLM4000智能型錘式破碎機、16PZY智能型帶式輸送機自移機尾、DSJ160/350/4×500智能型可伸縮帶式輸送機、綜采工作面集中控制系統(tǒng)、綜采設(shè)備智能化管理系統(tǒng)、礦用防爆型智能負荷控制中心等煤炭綜采成套智能裝備。

可以說，這套千萬噸智能綜采成套裝備的研發(fā)成功，是中國煤機制造業(yè)由“大”變“強”的一個重要里程碑。

歷時三年終于國際領(lǐng)先

身負使命，矢志攻關(guān)，三年而成。以太重煤機公司為首的研發(fā)企業(yè)勇?lián)笕危愿覟槿讼鹊拈_拓精神打造出煤機裝備制造的“國家名片”。

這套智能綜采設(shè)備最大的亮點是，成套設(shè)備大型化，總重量達1萬多噸，智能化控制水平較高。其中，采煤機重165噸，裝機功率2660千瓦，與之相配套的液壓支架、刮板運輸機等也都是以“大”為美。

——這是名副其實的國之重器，煤?！膀札垺?。

研發(fā)中，太重煤機公司等單位通過自主創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和協(xié)同創(chuàng)新，成功對井下綜采設(shè)備實現(xiàn)了升級換代。通過工作面無線全覆蓋，建立起統(tǒng)一的通訊網(wǎng)絡(luò)平臺，實現(xiàn)了綜采設(shè)備的實時通訊、數(shù)據(jù)采集、分析與處理；通過對采煤機、刮板機、工作面支架的智能化聯(lián)動控制、設(shè)備的姿態(tài)檢測，從而實現(xiàn)了井下的智能化采煤。

它的創(chuàng)新之處在于，摒棄了傳統(tǒng)采煤系統(tǒng)以設(shè)備為主體的思路，率先提出“采煤機器人”的概念，把工作面所有設(shè)備視為一個大型采煤機器，采煤機裝備總體只是其中一個部件，通過安裝“大腦”及“神經(jīng)系統(tǒng)”，使之成為“采煤機器人”，實現(xiàn)自動落煤、自動裝煤、自動運煤、自動支護、自動行走等功能，從而達到無人采煤的目的。

這套綜采設(shè)備采用了世界最先進技術(shù)與手段。以太重煤機研制的智能采煤機為例，它能自動完成采煤工藝所要求的各種采煤工序，實現(xiàn)與液壓支架及刮板運輸機協(xié)調(diào)控制，具備完善的自診斷、故障預警及通訊功能。采煤機智能化系統(tǒng)包括以DSP為核心的中心模塊、感知模塊、故障分析模塊、網(wǎng)絡(luò)遠程通訊控制模塊、安全檢測應急模塊、智能切割模塊、人機接口等功能模塊。通過這些智能化模塊，能有效實現(xiàn)煤巖識別、滾筒高度自動調(diào)節(jié)和牽引速度自動調(diào)節(jié)，并具有采煤機運行工作狀態(tài)電流、電壓、功率及截割部、牽引部關(guān)鍵部件的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、振動、溫度等信號在線監(jiān)測、診斷、預警功能，能在0.001秒內(nèi)作出反應。

歷經(jīng)一年多的工業(yè)試驗表明，該智能綜采成套裝備在復雜地質(zhì)條件下，運行正常，平穩(wěn)可靠，各設(shè)備能自動協(xié)調(diào)運行，實現(xiàn)了采煤機、液壓支架和運輸系統(tǒng)的自動化控制，并且具有監(jiān)測監(jiān)控、自動診斷及故障預警能力。其智能化傳輸網(wǎng)絡(luò)速度達100Mbps，單點故障時網(wǎng)絡(luò)自愈時間小于20ms，網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲小于1ms，無線網(wǎng)絡(luò)傳輸速率達54Mbps，達到了智能型千萬噸綜采成套裝備的要求，建成了我國智能型千萬噸級安全高效示范工作面。

在6月26日舉行的成果鑒定會上，專家委員會主任宋振騏院士對該套設(shè)備的研制成功贊嘆不已。他指出，該項目一是國家立項，意義重大；二是成果突出。智能化成套裝備技術(shù)水平國際領(lǐng)先，智能化系統(tǒng)采用了國內(nèi)外最先進的技術(shù)和手段，多項創(chuàng)新技術(shù)填補了國內(nèi)外空白；三是生產(chǎn)效益國內(nèi)外領(lǐng)先，為中國實現(xiàn)“無人采煤工作面”打下了堅實基礎(chǔ)。

↑我國首套千萬噸智能綜采成套裝備地面聯(lián)動試車

中國煤炭機械工業(yè)協(xié)會理事長張勇評價認為，該項目最顯著的標志是實現(xiàn)了三個“最大”：一是成套最大?？傊亓窟_1萬多噸，建成了國內(nèi)首套智能型綜采成套裝備千萬噸級安全高效工作面；二是功率最大。通過項目的實施，研制成功世界最大功率電牽引采煤機等，并實現(xiàn)智能化控制；三是國產(chǎn)化最大。實現(xiàn)了綜采成套裝備中各單機和成套裝備的最大國產(chǎn)化，關(guān)鍵核心智能裝備總國產(chǎn)化率達89.27%。

助力轉(zhuǎn)型意義重大

當前，全球正在興起新一輪工業(yè)革命。生產(chǎn)方式上，制造呈現(xiàn)出數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、個性化、本地化、綠色化等特征。

“在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革中，各國都在研究如何搶占發(fā)展制高點?！惫I(yè)和信息化部部長苗圩曾強調(diào)指出，“信息化與工業(yè)化的融合是我們要搶抓的制高點，主攻方向則是智能制造。推動智能制造是解決我國制造業(yè)由‘大’變‘強’的根本路徑?！?/p>

在煤炭生產(chǎn)領(lǐng)域，煤炭綜采成套裝備是實現(xiàn)煤炭安全、高效、高回收率開采的重要保障和先決條件。目前，我國已能提供中低端系列煤炭綜采成套裝備，但高端煤炭綜采成套裝備與國外發(fā)達國家相比尚存在較大差距，主要原因是，核心裝備智能系統(tǒng)以及裝備智能化所需關(guān)鍵零部件的發(fā)展緩慢。

因此，此次由太重煤機公司與西山煤電公司牽頭完成的國家智能制造裝備發(fā)展專項 “煤炭綜采成套裝備智能系統(tǒng)開發(fā)與示范應用”項目，起點高，難度大，成果突出，意義不凡。該項目代表著未來煤炭采掘業(yè)的發(fā)展方向，將極大推進煤炭工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，市場前景廣闊。

對于煤炭用戶來說，該套裝備價格比同類進口產(chǎn)品低30%以上，每套可為示范單位節(jié)省設(shè)備費用1億元，配件產(chǎn)品價格與進口配件相比降低50%以上，減少設(shè)備運行成本；每套設(shè)備年產(chǎn)原煤1000萬噸，可新增產(chǎn)值約40億元；工作面操作人員從正常的12～16人減至4～6人，既節(jié)約了人力資源成本，又降低了煤炭生產(chǎn)安全隱患。更為重要的是，它的推廣運用，可改變傳統(tǒng)的機械采煤生產(chǎn)模式，完成井下跟機操作向遠程遙控采煤作業(yè)的跨越，實現(xiàn)機械化向自動化的轉(zhuǎn)換，形成高產(chǎn)高效智能開采先進新工藝，極大地提高了生產(chǎn)安全性及集約化開采水平，是煤機裝備的一次重大技術(shù)進步，更是煤炭生產(chǎn)一次極大的技術(shù)革新。

對于煤機企業(yè)來說，該智能成套綜采裝備的研制與示范應用，其智能化關(guān)鍵技術(shù)取得了重大突破，相關(guān)研制單位自主創(chuàng)新能力得到了很大提升。每套設(shè)備為煤機制造方新增產(chǎn)值3.37億元，具有較高的經(jīng)濟效益和社會效益。

此外，該智能成套綜采裝備的應用，還可直接帶動常規(guī)產(chǎn)品向自動化、智能化方向發(fā)展，提高制造企業(yè)產(chǎn)品的市場競爭力，提升整個煤機行業(yè)的智能化水平，有利于促進國內(nèi)智能綜采成套工作面的國產(chǎn)化，對煤礦安全、高效開采起到重要技術(shù)支撐作用。

……

創(chuàng)新鑄品牌，煤海躍“蛟龍”。“煤炭綜采成套裝備智能系統(tǒng)開發(fā)與示范應用”項目的成功研制，掀開了我國民族煤機制造業(yè)嶄新一頁。

這深刻啟示我們：在全面落實 “中國制造2025”戰(zhàn)略規(guī)劃，實現(xiàn)中國制造業(yè)由“大”變“強”的進程中，國家要發(fā)揮好政策的導向作用，扶持優(yōu)勢骨干企業(yè)勇于自主創(chuàng)新，在一些關(guān)鍵核心技術(shù)領(lǐng)域取得突破；而優(yōu)勢骨干企業(yè)則要勇于擔當，積極走自主創(chuàng)新與協(xié)同創(chuàng)新相結(jié)合之路，產(chǎn)、學、研與用戶緊密結(jié)合，發(fā)揮好示范與引領(lǐng)作用，為全面推進實施制造強國戰(zhàn)略和實現(xiàn)偉大的中國夢，書寫更加瑰麗的篇章。

（責任編輯：厲克 龐永厚）