QMJ4260全斷面煤巷高效掘進機： 省時高效，為煤礦開采再添動力

楊儀僉

在煤礦開采生產過程中，巷道掘進是核心技術。

隨著綜采技術的發展，煤炭年產量大幅增加，千萬噸級別超級工作面出現，回采巷道數量也在持續增加。在煤礦生產建設中，巷道掘進技術的應用質量，關乎著到施工單位的安全生產。煤礦生產的安全和生產效率對于采掘技術、裝備水平高低就具有著重要影響。

為進一步規避困擾煤炭行業數十年的重大技術難題“采掘失衡”的風險，解決掘進機核心部件關鍵配套件的國產化問題，改善掘進效率低、連續作業能力差等短板。首家國家級工業設計中心——沈陽創新設計服務有限公司，聯合北方重工集團以“重大裝備，高端成套”為方向，在創新中求發展，不斷加快創新驅動能力，創新研制開發QMJ4260全斷面煤巷高效掘進機，實現全斷面連續切割的快速巷道掘進，也可應用于礦山及工程隧道的掘進，從根本上提高掘進工效，并榮獲2020年好設計金獎。

設計團隊之一的沈陽創新設計服務有限公司，是工信部首批認定的“國家級工業設計中心”和東北最大的工業設計服務平臺，同時也獲得“國家中小企業公共服務示范平臺”“國家服務型制造示范平臺”“國家高新技術企業”等殊榮，是國內知名的推動裝備制造業結構轉型與市場競爭力提升的重要技術支撐機構和領軍企業。近500名協同合作的高端人才庫，構成了具有制造業工業設計領域國內一流的科研團隊及產業化能力。此外，北方重工集團有限公司位居國內重型機械行業排名前三，擁有完整的設計、試驗、檢測和計量手段，擁有200余項專利和專有技術、200余臺（套）新產品填補國家空白，100余項產品和技術獲國家各級科技獎勵。公司以科學發展觀為指導，以重大裝備、高端成套為主攻方向，努力把企業打造成為具有核心競爭力的國際化知名公司。兩家研發公司的強強聯合，為全斷面煤巷高效掘進機的成功研發面世，奠定了堅實的基礎。

在設計之初，中國神華能源股份有限公司神東煤炭分公司根據當地的地質情況和施工進展，提出實現快速掘進施工需求，沈陽創新設計服務有限公司和北方重工集團有限公司高度重視此項目，成立專門的聯合攻關項目組，匯集公司結構設計、工業設計、工藝設計、傳動設計、電氣設計和生產質檢等相關部門的核心骨干。此次設計制造的全斷面煤巷高效掘進機運用的是全新設計技術，結構復雜，其中的集成技術，在國內尚屬首創，國外也未見應用于煤礦巷道，因此在國內外，都沒有任何可參照和借鑒的樣本及資料。雙方設計師經過反復推敲結構布局、優化部件的選購，以及對行走機構、車身功能單元模塊和維修單元進行合理劃分，細致地梳理了連接管件以及人機交互尺寸校核。

為了得到最為精準的數據，團隊技術人員們深入生產一線，實地考察煤礦現場，在濕熱的礦井中有有條不紊地進行著各類工作。在充分了解施工環境、客戶需要后，他們掌握了產品設計所需要的第一手資料，不斷完善生產流程和加工工藝，并對設計進行進一步完善提升。在設備調試的關鍵階段，技術人員更是夜以繼日的投身于工作中，不管深夜幾點，只要現場需要，團隊技術人員總是第一時間趕到現場，甚至24小時駐扎在設備調試一線，和煤礦工人同吃同住，不分晝夜，并最終迎來了全斷面連續切割掘進機的重大技術突破：確定了全斷面掘進機的整機尺寸為13.85米X6.0米X4.0米，核心系統包含截割系統、裝運系統、行走系統、液壓系統、電氣系統、潤滑系統、水系統和除塵系統，設備的總重量達295噸。工作原理為結合了隧道掘進的盾構技術和煤礦巷道的懸臂式掘進技術設計而成，通過左右兩個刀盤和上下滾筒的旋轉完成切割，截割系統的轉動均由電機驅動，通過履帶行走獲得向前的推力，履帶是液壓馬達驅動。切割下的物料由左右刀盤臂向中間剝離，通過下滾筒的螺旋輸送，物料被拋到鏟板上，通過刮板式運輸機將物料輸送到后方其他設備。截割系統的調整都是通過液壓驅動油缸完成。控制系統分本地控制和遙控控制，正常工作時一般采用遙控控制，檢修時可采用本地控制。檢修履帶等時可通過前后支撐將整機支起，進行相應作業。整個設備向前行走的定向靠陀螺儀導向，操作人員坐在距設備20米外的后方支護完整區域內時時監視電腦屏幕上相應參數，配合遙控器操作，完成相應的工作作業。

神東煤炭集團負責人告訴記者：“全斷面掘進機的成功研發，有利于推進神東世界煤炭企業建設和實現國內行業裝備換代升級，意義重大。與現有掘進設備相比，全斷面煤巷高效掘進機不僅可以提高掘進效率、有效解決采掘失衡問題，大幅提升煤炭產量，還可以減少井下掘進隊伍、降低操作工人的勞動強度、提高巷道質量和操縱的安全性。設備投入運行后，進尺紀錄不斷刷新，現已實現最大圓班掘進進尺158米、月進尺達到4000米以上的水平，成為煤礦掘進生產工藝的又一次技術跨越。其成功研制標志具備研發世界領先水平煤礦開采裝備的能力，解決了我國煤礦發展的巖巷施工瓶頸問題，是我國煤礦采掘裝備發展一個重要的里程碑。”

記者了解到，該產品成功下線應用煤礦巷道的工程掘進，引領了世界煤礦巖巷掘進工程進入新的時代，具備了安全、高效、智能、環保等特點。同時QMJ4260全斷面煤巷高效掘進機的工業設計也是其一大亮點，據設計總監任國光介紹：“在設計理念上，我們從功能創新、使用創新和形態創新出發，利用工業設計理論與方法、產品形態美學、感性工學、品牌推廣等手段，采用形式追隨功能的設計理念、虛實結合的設計手法，流動又富有變化，形成無重力無限延伸的設計表現。打破傳統掘進機外觀冰冷的固有形象，賦予產品運動的節奏和韻律，打造嶄新的產品視覺形象，滿足功能、審美、使用操作、維修、人機交互等要求，并考慮合理的制造成本。塑造科技領先、工藝精湛、安全可靠的產品品質，幫助企業走向國際化，提升企業核心競爭力，重塑行業標準，再造產業標桿。”

目前，集全斷面切割、連續掘進、無線遙控、自動定位、快速裝運及調車六大核心科技于一體的全斷面掘進機，屬國內首創，居于國際先進水平，并具有完全自主知識產權，榮獲多項發明專利，在真正意義上實現了從中國制造到中國創造，也填補了國際國內相關領域的空白。與同類成果先進性水平比較，突破了盾構機全斷面成型而無法連續作業的難題，采用全斷面連續截割、巷道一次成型技術，雙刀盤加橫滾筒的獨特設計實現矩形斷面一次成型掘進斷面25平方米，掘進速度每分鐘0.3米，運輸能力突破每小時1500噸。與現有掘進設備相比，1臺QMJ4260全斷面煤巷高效掘進機和80人組成的班組相當于12臺普通掘進機和500人組成的班組。全斷面煤巷高效掘進機不僅可以提高掘進效率、有效解決采掘失衡問題、大幅提升煤炭產量，還可以減少井下掘進隊伍、降低操作工人的勞動強度、提高巷道質量和操縱的安全性。掘進速度是現有掘進效率的兩到三倍，改變傳統掘進工藝，實現煤巷快速掘進、遠距離遙控作業，是煤礦掘進生產方式的又一次技術跨越。

全斷面煤巷高效掘進機的成功應用，也引發了全社會的廣泛關注。這不僅是煤礦掘進生產工藝的一次技術跨越，為我國井下大型智能開采作業奠定了堅實的基礎;同時也為煤巷快速掘進的遠距離遙控作業提升了顯著效率，使煤礦井下作業更加“安全、綠色、智能”，全力打造“行業內新舊動能轉換標桿”，加快智慧礦山建設。使井下掘進施工向著高效、快速、安全的方向健康發展。在替代進口、節省外匯的同時，還可進一步提高煤炭產量，為推進我國煤炭工業建設發展再添動力。