大國重器 煤海“蛟龍”
——我國首套智能千萬噸綜采成套裝備研發紀實

文/本刊記者 通訊員 白躍新

大國重器 煤海“蛟龍”
——我國首套智能千萬噸綜采成套裝備研發紀實

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”智能制造裝備發展專項 “煤炭綜采成套裝備智能系統開發與示范應用”項目，在太原通過了科技成果鑒定：“該成果達到國際領先水平”。

這是一項里程碑式的成果！是多方共同發力、協同攻關的結果，是煤機企業與煤炭企業自主創新、集成創新、協同創新和“兩化”深度融合的典范。它標志著在邁向“中國制造2025”進程中，山西煤機制造業已率先取得階段性成果，有力地促進了我國向實現“無人采煤工作面”的邁進，為全面推進實施制造強國戰略書寫了濃墨重彩的一筆！

載入史冊的一次創舉

這是一次堪稱載入煤機裝備發展史冊的創舉！

這是一次我國民族煤機裝備工業向世界頂尖技術攀越的“珠峰登頂”。

這也開啟了新工業精神引領下的中國企業躍升之路。

國家“十二五”智能制造裝備發展專項“煤炭綜采成套裝備智能系統開發與示范應用”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，歷時三年研發完成。整套設備總重量達1萬多噸，研發投入達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型發展的重視與支持。

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個關鍵核心智能裝置的研發任務，太重煤機與西山煤電自承擔該科研項目以來，充分發揮各自優勢，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，并聯合中國礦大、太原理工、太原科大以及國內外知名企業協同攻關，于2013年6月13日在太重煤機工業園區成功進行“三機一架”地面聯合試車。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改委、財政廳、工信部等三部委的技術驗收，驗收專家委員會一致認為該項目“實現了最大項目國產化，并達到了國際領先技術水平”。同年12月，榮獲國家工信部頒發的 “智能制造裝備應用優秀示范項目獎”。

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域實現了突破：建立了采區截割煤層地質構造的GIS數字平臺，可實現截割軌跡的規劃和導航；開發了采煤機姿態實時控制系統，可實現采煤機截割動態軌跡調控；實現了采煤機截割過程的智能控制；建立了綜采機組優化協調控制新方法，開發了相關軟件，實現了采煤機、支架及運輸系統的協調控制與安全高效運行；建立了綜采機組運行狀態在線監測系統，具備了自診斷、自糾偏、自預警的智能監控功能，實現了綜采裝備本地、遠程監測、控制和故障預警；開發了超大功率采煤機自動調高控制技術、超大功率刮板運輸機高壓變頻軟啟動控制技術，有效提高了綜采機組運行可靠性。

據悉，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，工作面最高日產達到3.2萬噸，最高月產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項具有自主知識產權的專利技術（其中，發明專利23項），實現了我國智能型千萬噸綜采裝備高端制造的自主化、國產化，并達到國際領先水平。

強強聯合，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“年產千萬噸綜采成套設備”的研制與示范任務。在該套綜采設備中，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了高產高效。

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，協同攻關，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，我們決心繼續努力，通力協作，把這套智能成套項目上的先進技術，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徹底轉變生產模式，提高安全系數和高產高效，推動‘兩化’深度融合做出新的更大的貢獻。”

對于未來的發展，太重煤機公司總經理張克斌堅定而自信地說。

“互聯網+智能綜采”方興未艾

實現少人、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、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，實現了工作面三機的自動化及井下環境安全信息的實時監測。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。

我國是世界產煤大國，約占世界煤炭產出量的50%，煤礦開采裝備制造業生產能力和規模堪稱世界最大，但整體技術水平和創新能力卻落后于世界先進水平。為追趕世界先進水平，國內科研單位與企業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)、礦山虛擬現實(MVR)、礦山人員定位等方面的技術開發與應用研究，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權的自動化、信息化采煤工作面在潞安環能股份公司漳村煤礦正式投產,標志著中國煤炭行業高產、高效礦井建設進入新階段。

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

雖然國內外學者及產業界都進行了多種探索與實踐，但是由于受煤巖識別、井下環境通訊、綜采“三機一架”協調運行、煤塵對視頻監控系統的污染等多方面關鍵技術的制約，缺乏對煤炭綜采成套裝備的智能控制系統與工藝配套的深入研究，實現高產高效的井下工作面無人采煤仍然任重而道遠。

國家戰略助力“大國重器”

煤炭是我國的基礎能源和重要原料。采用先進適用技術，研發大型、高端、智能、可靠的煤炭綜采成套裝備，提升煤礦裝備現代化、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發展現狀，根據《國家經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》和 《國務院關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》精神，加快智能制造裝備的創新發展和產業化、推動煤機裝備制造業轉型升級、提高綜采工作面生產裝備的智能化水平，重點圍繞智能基礎共性技術、智能測控裝置與部件產業化、重大智能制造成套裝備研發及應用等核心環節攻關，是“十二五”期間煤機裝備制造業的發展重點。

為了貫徹落實國家“十二五”發展規劃，國家發展和改革委員會、財政部、工業和信息化部決定聯合組織實施智能制造裝備發展專項，建立以用戶為龍頭、以裝備制造單位為主體，搭建產學研用創新平臺，共同開展重大智能制造裝備和關鍵智能部件的聯合研發創新。

依據國家發改委、財政部、工信部“關于智能制造裝備發展專項項目（第一批）實施方案”文件精神，經三部委于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開發與示范應用”項目。

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

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內著名的國有大型企業，技術力量雄厚，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”“中國煤機制造業的開路先鋒”等美譽，始終引領著采煤機的技術發展方向。

自承擔該項目以來，他們積極發揮各自優勢，以煤炭綜采成套裝備智能系統開發與示范應用的相應關鍵技術為研究內容，采取理論分析、三維建模、現場驗證相結合的研究方法，完成了煤炭智能綜采成套裝備的方案論證、研發設計、產品試制、地面聯調和示范應用。

關鍵核心智能裝置的研發是整個項目系統的“硬骨頭”。經各方大力協同攻關，成功研發出井下順槽控制中心，綜采工作面的通訊網絡系統，工作面視頻圖像監控系統，采煤機狀態監測、故障診斷、預警系統，滾筒高度智能調節系統，牽引速度智能調節系統，采煤機仿形切割系統，變頻牽引驅動系統，基于GIS系統的煤巖識別系統，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，刮板機專用調頻器，刮板輸送機自動伸縮機尾，自移機尾自動控制系統等十五個關鍵核心智能裝置；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、綜采設備智能化管理系統、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成功，是中國煤機制造業由“大”變“強”的一個重要里程碑。

歷時三年終于國際領先

身負使命，矢志攻關，三年而成。以太重煤機公司為首的研發企業勇擔大任，以敢為人先的開拓精神打造出煤機裝備制造的“國家名片”。

這套智能綜采設備最大的亮點是，成套設備大型化，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，煤海“蛟龍”。

研發中，太重煤機公司等單位通過自主創新、集成創新和協同創新，成功對井下綜采設備實現了升級換代。通過工作面無線全覆蓋，建立起統一的通訊網絡平臺，實現了綜采設備的實時通訊、數據采集、分析與處理；通過對采煤機、刮板機、工作面支架的智能化聯動控制、設備的姿態檢測，從而實現了井下的智能化采煤。

它的創新之處在于，摒棄了傳統采煤系統以設備為主體的思路，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“神經系統”，使之成為“采煤機器人”，實現自動落煤、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。

這套綜采設備采用了世界最先進技術與手段。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，實現與液壓支架及刮板運輸機協調控制，具備完善的自診斷、故障預警及通訊功能。采煤機智能化系統包括以DSP為核心的中心模塊、感知模塊、故障分析模塊、網絡遠程通訊控制模塊、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，能有效實現煤巖識別、滾筒高度自動調節和牽引速度自動調節，并具有采煤機運行工作狀態電流、電壓、功率及截割部、牽引部關鍵部件的轉矩、轉速、振動、溫度等信號在線監測、診斷、預警功能，能在0.001秒內作出反應。

歷經一年多的工業試驗表明，該智能綜采成套裝備在復雜地質條件下，運行正常，平穩可靠，各設備能自動協調運行，實現了采煤機、液壓支架和運輸系統的自動化控制，并且具有監測監控、自動診斷及故障預警能力。其智能化傳輸網絡速度達100Mbps，單點故障時網絡自愈時間小于20ms，網絡傳輸延遲小于1ms，無線網絡傳輸速率達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水平國際領先，智能化系統采用了國內外最先進的技術和手段，多項創新技術填補了國內外空白；三是生產效益國內外領先，為中國實現“無人采煤工作面”打下了堅實基礎。

↑我國首套千萬噸智能綜采成套裝備地面聯動試車

中國煤炭機械工業協會理事長張勇評價認為，該項目最顯著的標志是實現了三個“最大”：一是成套最大。總重量達1萬多噸，建成了國內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，并實現智能化控制；三是國產化最大。實現了綜采成套裝備中各單機和成套裝備的最大國產化，關鍵核心智能裝備總國產化率達89.27%。

助力轉型意義重大

當前，全球正在興起新一輪工業革命。生產方式上，制造呈現出數字化、網絡化、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業變革中，各國都在研究如何搶占發展制高點。”工業和信息化部部長苗圩曾強調指出，“信息化與工業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由‘大’變‘強’的根本路徑。”

在煤炭生產領域，煤炭綜采成套裝備是實現煤炭安全、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，核心裝備智能系統以及裝備智能化所需關鍵零部件的發展緩慢。

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展專項 “煤炭綜采成套裝備智能系統開發與示范應用”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的發展方向，將極大推進煤炭工業的轉型升級，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品低30%以上，每套可為示范單位節省設備費用1億元，配件產品價格與進口配件相比降低50%以上，減少設備運行成本；每套設備年產原煤1000萬噸，可新增產值約40億元；工作面操作人員從正常的12～16人減至4～6人，既節約了人力資源成本，又降低了煤炭生產安全隱患。更為重要的是，它的推廣運用，可改變傳統的機械采煤生產模式，完成井下跟機操作向遠程遙控采煤作業的跨越，實現機械化向自動化的轉換，形成高產高效智能開采先進新工藝，極大地提高了生產安全性及集約化開采水平，是煤機裝備的一次重大技術進步，更是煤炭生產一次極大的技術革新。

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

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

……

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

這深刻啟示我們：在全面落實 “中國制造2025”戰略規劃，實現中國制造業由“大”變“強”的進程中，國家要發揮好政策的導向作用，扶持優勢骨干企業勇于自主創新，在一些關鍵核心技術領域取得突破；而優勢骨干企業則要勇于擔當，積極走自主創新與協同創新相結合之路，產、學、研與用戶緊密結合，發揮好示范與引領作用，為全面推進實施制造強國戰略和實現偉大的中國夢，書寫更加瑰麗的篇章。

（責任編輯：厲克 龐永厚）