煤矿智能化市场浪潮已至，“煤海蛟龙”如何攻克世界级难题

“这是煤矿掘支运一体化快速掘进系统，自动化程度相当高，若司机误碰了任何一个传感器，整套系统都会停止运行，所以我们每日检修变得异常重要。”尽管每日上班的沿途已进深秋，层林尽染，但技术工人邢江辉并没有太多心情欣赏，满脑子都是“煤海蛟龙”。

“煤海蛟龙”是中国自主研发的世界首套煤矿快速掘进成套装备，彻底解决了煤巷掘进、支护、运输不能平行作业的世界级难题。

第一财经记者在中国煤炭科工集团太原研究院看到了这条高近3.8米、长达129米的白色“巨龙”，“龙头”“龙身”“龙尾”可以组合，也可以分身，各具功能，尤其是“龙头”的“锯齿”螺旋钻，一旦运行，瞬间可以“绞碎”煤炭。

“这套设备月进尺提升两到三倍，可以有效缓解矿井生产接续紧张，也为矿井腾出了更多的时间进行备采工作面瓦斯治理，为后期采煤提供更安全的保障。”陕煤集团黄陵矿业公司二号煤矿副总经理张强表示。

在黄陵二矿复杂地质条件下，“煤海蛟龙”曾创下煤巷掘进月进尺680米、日最高进尺34米的掘进纪录。

根据2020年3月国家发改委等八部门联合印发的《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》（下称《指导意见》），到2025年，大型煤矿和灾害严重煤矿基本实现智能化；到2035年，各类煤矿基本实现智能化。由此，陕西、山西、山东等地相继按照《指导意见》提出各自的目标。

而要实现这些目标，离不开智能化设备与体系。

“智慧矿山”有了雏形

“第一次见到‘煤海蛟龙’时，就像看到科幻电影里的星际物体，带给我们的是视觉冲击，是惊喜，难以想象。”作为一名1986年出生的技术工人，邢江辉此前鲜少接触到国产智能化掘进设备，因为2012年，煤矿采掘机械装备国家工程实验室才通过验收挂牌运行。

“上世纪八十年代前的煤炭开采领域，我国综掘技术发展严重滞后于综采技术，大型掘进机长期依赖国外进口。”“煤海蛟龙”总设计师、中国煤炭科工集团首席科学家王虹回忆道。

1982年，从中国矿业学院毕业的王虹被分配到煤炭科学研究总院太原分院。

毕业后，王虹曾在南方一家煤矿实习。一天下井到一半，他们就被强行劝回，后来才知道，井下掘进巷道发生塌方，5死13伤。王虹查了一下当年煤矿事故死亡总人数，其中倒在掘进巷道上的工人，就占到了三分之一。

“那时就是人海战役，一个掘进位用120人，用的是打眼放炮。”这对于刚毕业的的大学生而言是强烈的震撼，王虹当时心想，如果要做装备设计的话，一定会在掘进设备上下功夫。

10年的人才断层，把以王虹为代表的第一批优秀高材生迅速推到舞台前。也源于研究院专家前期的研究积累，太原分院拿到了“八五”期间重点科技攻关项目“EBJ－160重型悬臂式掘进机”课题，王虹为副组长，之后又成为了组长。

但要解决“掘进机”支护、速度等问题，课题组可借鉴的经验并不多。在老一辈科学家的支持下，课题组通过千次实验找到规律，建立了自己的标准体系。

课题组花费了十多年的时间，解决了重型掘进机适应狭长空间的小体积大功率传动技术难题，同体积掘进机装机功率提高60%，在同煤马脊梁矿岩石硬度f8.8～10.9、岩石比例52%、平均断面15平方米的条件下，月进尺从80米提高到280米，创国内同类条件掘进进尺新纪录。

1999年，“EBJ-160重型悬臂式掘进机”项目获得了该年度国家科技进步奖二等奖。这也为中国煤科太原研究院后续发展打下了坚实基础。

20世纪末，王虹又带领团队投入到了更大的课题中——研发EBJ-120TP型掘进机。

每每提到EBJ-120TP型掘进机的研发历史，王虹都会提到一个人，原平顶山一矿开拓区副区长蔡子章。蔡子章用过八个国家的掘进机，他把所有掘进机的优缺点、工艺、工人的诉求一一告诉了研发团队，这让团队知道研究方向以及动力。

为了体现双方共同破解行业难题，解决掘进瓶颈，掘进机起名为TP（太原-平顶山）。“EBJ-120TP型掘进机”的成功也告诉中国煤矿工人，巷道是用掘进机打，而不是炮掘。

2000年年初，国内首台高普适性EBJ-120TP型掘进机研发成功，其截割岩性和断面适应性显著提高，在平煤集团月进尺从平均195米提高到400米以上，达到了国内外同类机型最好水平。EBJ-120TP型掘进机很快以进口三分之一的价格占领国内外市场。该机还创造了单一型号掘进机应用1500台的世界纪录，推动了掘进机全面国产化。

这些年来，王虹还带领团队开展了多项创新研究。其团队开发的掘进技术装备已在全国40个矿区成功应用。

但在研发团队的心中，未来的智慧矿山应该是“井下无人、井上无煤”的场景。也就是说，矿山之下再不需要工人操作，所有的任务都由机器人进行，这样一来再也不用担心矿工的安全；而“井上无煤”即煤炭开采实现全流程封闭化，最大程度解决了煤炭能源另一隐患——污染问题，真正实现煤矿高效、绿色、安全开采。

2012年，煤矿采掘机械装备国家工程实验室挂牌运行后，其技术方向除了研发安全高效采掘技术与装备外，又增加了煤矿采掘装备智能化技术、煤矿智能化采掘装备技术标准等方向。

王虹带领团队又解决了“煤巷掘进、支护、运输”不能平行作业的世界级难题，也就是“煤海蛟龙”，这让“智慧矿山”有了雏形。

在地质条件最佳的煤矿环境中，“煤海蛟龙”曾创造过稳定围岩条件下月进尺3088米的世界纪录。

2016年，陕煤黄陵矿业公司就开始谋划应用智能化开采技术，并邀请专家开展前期论证工作，2017年开始在416工作面进行智能化开采技术工程实践。“煤海蛟龙”最开始只是在稳定围岩条件下验证成功，研发团队更想在复杂的煤矿生产环境中尝试。

2018年年底，历经近三年考察、论证、合作，黄陵二矿与中国煤科太原研究院签约的“煤海蛟龙”交货使用。

截至目前，二号煤矿共计完成10个智能化工作面回采任务，累计回采煤炭4912万吨。二号煤矿智能采煤技术应用后，单班作业人数由原来的20人减至9人，每个生产小班将节省11人，每日将节省人工22人，每年可节约人工总费用700万元/面，回采工效由每工136吨提升至216吨。掘进方面，陆续建成4个智能掘进工作面，累计进尺17000米，智能成套掘进设备应用后，单班作业人数由原来的18人减至5人，每个生产小班将节省13人，每日将节省人工26人，每年可节约人工总费用520万元/面以上，月掘进效率提升至2.2倍。

“更为重要的是，它给我带来的实惠，我们的工资、奖金等收入全部加起来，一个月有3万元左右。”邢江辉表示。

智能化还待常态化

值得注意的是，在国家近年来一系列相关政策的推进下，智慧煤矿建设拥有了较为成熟的政策基础和规范指引。

2018年5月，国家标准《智慧矿山信息系统通用技术规范》(GB/T34679-2017)正式颁布实施，标志着我国智能化矿山建设真正落地。2019年，原国家煤矿安全监察局发布《煤矿机器人重点研发目录》，明确将大力推动煤矿现场作业的少人化和无人化。

煤矿生产模式经历了纯人力、机械化、设备数字化的发展阶段，政策引导下向全面智能时代前行，生产效率、管控精细度都有望实现明显提升。尤其是2020年八部门联合印发了《指导意见》），提出到2025年，大型煤矿和灾害严重煤矿基本实现智能化；到2035年，各类煤矿基本实现智能化。

国家能源局数据显示，截至目前，全国已累计建成智能化采煤工作面1043个、掘进工作面1277个，其中全国首批示范煤矿累计建成智能化采煤工作面363个、掘进工作面239个，涵盖产能6.2亿吨/年，单面平均生产能力达到500万吨/年，智能化建设总投资规模近2000亿元。

若以“煤海蛟龙”目前的销售地图作为一个视角来看的话，陕西、山西、内蒙古以及一些沿海地区都有涉及，煤矿企业也很积极。

尤其是第一财经记者从一家销售设备公司了解到，其一年销售额中，民企购买数量相对积极一些，国外市场的销售额也表现不俗。

有证券机构研究报告显示，存量煤矿进行改造实现全面智能化单矿一般需要投资5亿~10亿元。新建煤矿建设智能化系统需在传统机械设备投入的基础上增加30%。

一家国有矿业集团相关负责人表示，这个数据还算比较客观。“任何改造、升级肯定都是先从条件好的企业开始，矿业也不例外。”

记者采访的几位专家表示，现在智能化还不是常态化，常态化率缺少模型与数据。

“数据不到位，就形不成自动化，这要长期积累。我们未来几年，要做的就是大规模的煤矿必须搞智能化模型，要不然就没大脑。这是人命关天的事情，容不得半点虚假。”王虹表示。