“煤海蛟龙”是怎么创造“中国速度”的?
煤炭资源作为我国最重要的能源，被源源不断地开采出来，照亮千家万户。你知道现在是怎么开采煤矿资源的吗?在快速掘进系统“煤海蛟龙”的加持下，工人远程操作采煤掘进已成为现实，煤矿掘进工作面实现了少人化、智能化。
相关设备不仅创下煤巷掘进月进尺的世界纪录，背后更有着中国掘进技术持续几十年的高速发展。
“煤海蛟龙”创造“中国速度”
什么样的设备能被称为“煤海蛟龙”?
中国煤炭科工集团太原研究院有限公司党委副书记、总经理宋德军给出了这样几个关键词：曾创造煤巷掘进月进尺3088米的纪录、设备最长可达200多米、实现掘进作业全流程自动化。
他介绍，“煤海蛟龙”全称是掘支运一体化快速掘进系统。整套系统由掘锚一体机、锚杆转载机、连续运输系统、协同控制平台等部分组成。
其中，可伸缩的滚筒负责割煤，同时通过机载的锚钻装置进行顶板和侧帮的支护，保障人员和设备安全;割下来的煤块由前端两个旋转耙爪拨到中间的运输部上，运到后面的连续运输系统上，源源不断运出井巷。
最主要的是，目前最新版的“煤海蛟龙”设备还采用了智能化集中控制系统。宋德军称，该系统搭载了从工作面到地面全线覆盖的视频监控及语音交互系统，这让“蛟龙”“耳”聪“目”明。设备集群多信息融合网络就像“蛟龙”的传输神经，高精度传感器与三维人机交互界面让“蛟龙”拥有了感知觉。“煤海蛟龙”采用该系统后实现了掘进作业全流程的自动化，提高了掘进的安全性和可靠性。
操作人员只需根据人机交互界面在井下集控中心和地面调度平台远程操作，便可实现成套设备全流程远程一键启停，还可实现“煤海蛟龙”的自主规划截割、设备之间行走位置的准确协同控制。另外自主导航与姿态控制、辅助锚护、联机闭锁等多样化功能均融合于设备自动作业过程中。
在地下煤海可感知、工人远程操作、将掘进中产生的煤岩碎块自动运输出去……这些都大大提升了这条“蛟龙”在地下煤海中的掘进速度。
2014年，“煤海蛟龙”设备在稳定围岩条件下，月最高进尺3088米，创造了大断面单巷掘进世界纪录，是煤矿平均掘进速度的10倍以上;2022年5月，在中等稳定围岩条件下，月最高进尺2086米，掘进效率提高3倍;2022年3月，在复杂围岩条件下，月最高进尺856米，掘进效率提高1.5倍。
不只是“掘得快”
掘进技术、掘进速度的突飞猛进，直接改善了煤矿工人井下的作业环境和作业流程。
回顾过去仅仅几十年前，煤矿工人的工作状态还停留在人工开凿、打眼放炮;矿工下井也被视为危险系数极大的体力劳动。
“1982年，我在煤矿实习的时候，在井下实习到一半时，被带队的工人师傅强行劝上井。上来之后我才知道，掘进巷道发生了塌方，5死13伤。这给我带来了强烈的震动。”
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时至今日，已是中国煤炭科工集团首席科学家、快速掘进系统总设计师的王虹，还能回忆起40多年前的那个瞬间：“我当时就想，如果我能够从事装备设计工作的话，一定要在掘进上有所作为，要解决我们工人的切身需求，尤其是要保障他们的生命安全。”
那个年代，中国的煤矿工人开掘巷道用的是打眼放炮，依靠的是人海战术。
在中国煤科太原研究院科技发展部副主任、研究员袁晓明的记忆中，一直到上世纪90年代，类似的工作状态仍然较为普遍。
“当时开掘巷道就是打眼放炮，说白了就是用炸药炸出一条巷道。虽然炸药已经较此前有所改进，爆破后的巷道也比较齐整，但是炸完之后仍然是碎片横飞，有时候从矿车里拉上来的碎片中还有炸药，偶尔还能拉两根雷管上来，危险程度不言而喻。”
除了安全问题，巷道开掘速度直接影响采煤效率。
王虹指出，煤矿开采所有的生产活动、流通、采煤装备的运输，都必须有巷道。巷道掘进这个工序是采煤的先行基础工作，也就是说如果巷道掘进跟不上，埋藏在地下的煤炭是无法正常运输、开采的。
而要提高掘进效率必须解决快速掘进的问题。他认为，其中的关键在于，巷道掘进、支护、运输不能平行作业的世界级难题。
“‘快掘’只有一个龙头不行，只掘得快也不行，后面所有的配套设备、采用哪种方法实现快掘作业线，都需要解决。在今天的‘煤海蛟龙’前，我们做了大量试验。最后形成了中国特有的快速掘进范式，得到国内外同行的广泛共识。在地质条件好的地方，效率可以提高十倍，也就是减少十分之九的作业人员，解决了支得快、掘得快的问题。”王虹表示。
“中国速度”从追赶到超越
“1996年我刚参加工作时，各大煤矿正在如火如荼地创高产高效百万吨矿井。27年后，我们的千万吨级矿井已经随处可见。百万吨级只是山西省煤矿准入级产能。”中国煤科太原研究院智能控制技术分院总工程师、研究员王德光明确表示，这背后正是采矿技术以及煤矿装备的飞速发展。
这期间的发展历程，并非一步到位。
2001年，太原研究院研制的国内首台高普适性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，投入运行后，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。
王虹介绍，该掘进机还创造了单一型号掘进机应用1500台的世界纪录，推动了掘进机全面应用，实现了我国巷道掘进从“炮掘”到“综掘”的飞跃。
同时，可用于将煤岩碎片运出巷道的连续运输系统也于本世纪初研制成功。连运团队负责人于向东告诉记者，该设备解决了国内连续运输系统有没有、能不能用、好不好用等问题。
2012年，针对煤矿掘进、支护、运输不能平行作业的难题，中国煤科太原研究院的科研人员便提出把这些工序深度融合，形成一条完整作业线的想法并开始研发。
2014年，在科研人员攻关下，中国煤科太原研究院针对神东矿区稳定围岩条件研制成功全球首套高效快速掘进后配套系统，实现了掘支运平行、连续作业，巷道一次成型，创造了月最高进尺3088m的大断面单巷掘进进尺世界纪录。
中国煤科太原研究院软岩采掘装备分院副院长、研究员张小峰介绍，到今年，中国煤科智能快掘系统4.0突破了超大断面快掘截割瓶颈，拥有多项关键技术创新，把煤矿掘进设备的自动化、智能化水平推向了一个新高度。
伴随着“煤海蛟龙”从1.0到4.0的迭代，工作人员离机器越来越远、导航系统越来越准、控制系统越来越精准。王德光说，为保证整个快速掘进系统能像蛟龙一样在煤海“畅游”，研究人员利用5G，大数据，UWB，云技术等新技术，开发出适用多种条件的智慧大脑。
从半机械化到自动化、少人化，并向着无人化的智慧矿山砥砺前行，煤矿采掘这一传统的行业正变得日益安全、高效、绿色、智能。
