大国重器 煤海“蛟龙”——我国首套智能千万吨综采成套装备研发纪实

文/本刊记者 通讯员 白跃新

大国重器 煤海“蛟龙”
——我国首套智能千万吨综采成套装备研发纪实

文/本刊记者 通讯员 白跃新

正当举国上下贯彻落实国务院 《中国制造2025》纲要之际，前不久，煤炭大省山西传出好消息。

6月26日，国家“十二五”智能制造装备发展专项 “煤炭综采成套装备智能系统开发与示范应用”项目，在太原通过了科技成果鉴定：“该成果达到国际领先水平”。

这是一项里程碑式的成果！是多方共同发力、协同攻关的结果，是煤机企业与煤炭企业自主创新、集成创新、协同创新和“两化”深度融合的典范。它标志着在迈向“中国制造2025”进程中，山西煤机制造业已率先取得阶段性成果，有力地促进了我国向实现“无人采煤工作面”的迈进，为全面推进实施制造强国战略书写了浓墨重彩的一笔！

载入史册的一次创举

这是一次堪称载入煤机装备发展史册的创举！

这是一次我国民族煤机装备工业向世界顶尖技术攀越的“珠峰登顶”。

这也开启了新工业精神引领下的中国企业跃升之路。

国家“十二五”智能制造装备发展专项“煤炭综采成套装备智能系统开发与示范应用”项目，由太原重型机械集团煤机公司与山西焦煤西山煤电（集团）公司共同承担，历时三年研发完成。整套设备总重量达1万多吨，研发投入达3.79亿元。其中，国家补贴1亿元。它是“十二五”国家智能装备发展专项中，资金补贴最大的项目，表明了国家对山西煤炭大省转型发展的重视与支持。

只有“勇闯天涯”之精神，方可独揽绝胜之美景。

作为项目的承担方，为了完成好该项目15个关键核心智能装置的研发任务，太重煤机与西山煤电自承担该科研项目以来，充分发挥各自优势，积极组织平阳重工、山西煤机、山西科达、罗克佳华、向明机械、汾西重工等单位共同参与，并联合中国矿大、太原理工、太原科大以及国内外知名企业协同攻关，于2013年6月13日在太重煤机工业园区成功进行“三机一架”地面联合试车。同年9月，在西山煤电晋兴能源公司斜沟煤矿18201工作面投入示范应用。2014年9月14日，项目顺利通过国家发改委、财政厅、工信部等三部委的技术验收，验收专家委员会一致认为该项目“实现了最大项目国产化，并达到了国际领先技术水平”。同年12月，荣获国家工信部颁发的 “智能制造装备应用优秀示范项目奖”。

6月26日，在科技成果鉴定会上，太重煤机以一份沉甸甸的答卷，来迎接这次全面检阅我国煤机装备研发实力的“大考”。

鉴定委员会对该项目给予了极高评价，认为该项目在诸多领域实现了突破：建立了采区截割煤层地质构造的GIS数字平台，可实现截割轨迹的规划和导航；开发了采煤机姿态实时控制系统，可实现采煤机截割动态轨迹调控；实现了采煤机截割过程的智能控制；建立了综采机组优化协调控制新方法，开发了相关软件，实现了采煤机、支架及运输系统的协调控制与安全高效运行；建立了综采机组运行状态在线监测系统，具备了自诊断、自纠偏、自预警的智能监控功能，实现了综采装备本地、远程监测、控制和故障预警；开发了超大功率采煤机自动调高控制技术、超大功率刮板运输机高压变频软启动控制技术，有效提高了综采机组运行可靠性。

据悉，该套装备在山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟煤矿18201综采工作面进行示范应用中，工作面最高日产达到3.2万吨，最高月产85万吨，具有广阔的推广应用前景。同时，通过项目的实施，取得了51项具有自主知识产权的专利技术（其中，发明专利23项），实现了我国智能型千万吨综采装备高端制造的自主化、国产化，并达到国际领先水平。

强强联合，共赢共进。这是太重煤机与西山煤电第二次合作承担的国家科研项目。

在这之前，双方就承担并完成了国家“十一五”科技支撑项目“年产千万吨综采成套设备”的研制与示范任务。在该套综采设备中，太重煤机研制出世界最大功率2500千瓦电牵引采煤机，并达国际先进水平，助力西山煤电在其工作面实现了高产高效。

再次合作成功，更增添了双方下一步合作的信心。

“我们精诚合作，协同攻关，面对井下综采成套的诸多短板，‘十一五’期间，解决了‘大’的问题；‘十二五’期间，又解决了‘好’的问题；‘十三五’期间，我们决心继续努力，通力协作，把这套智能成套项目上的先进技术，推广运用到开采难度更大的薄煤层上，以解决好‘小’的问题，从而为我国煤炭行业彻底转变生产模式，提高安全系数和高产高效，推动‘两化’深度融合做出新的更大的贡献。”

对于未来的发展，太重煤机公司总经理张克斌坚定而自信地说。

“互联网+智能综采”方兴未艾

实现少人、无人的自动化采矿是当前国际采矿界研究的热点。在这方面，美国和澳大利亚的煤炭企业走在了前面。20世纪80年代以来,他们在工作面采用了计算机技术、大功率电牵引采煤机、电液控制的液压支架和具有软启动功能的刮板输送机，实现了工作面三机的自动化及井下环境安全信息的实时监测。20世纪90年代开始，加拿大、芬兰、瑞典分别制定了矿山自动化方案。

我国是世界产煤大国，约占世界煤炭产出量的50%，煤矿开采装备制造业生产能力和规模堪称世界最大，但整体技术水平和创新能力却落后于世界先进水平。为追赶世界先进水平，国内科研单位与企业相继开展了采矿机器人(MR)、矿山地理信息系 (MGIS)、三维地学模拟(3DGM)、矿山虚拟现实(MVR)、矿山人员定位等方面的技术开发与应用研究，在煤矿应用取得了一定成效。

2007年10月，太重煤机有限公司研制成功我国第一台930千瓦智能化电牵引采煤机。中国首个具有自主知识产权的自动化、信息化采煤工作面在潞安环能股份公司漳村煤矿正式投产,标志着中国煤炭行业高产、高效矿井建设进入新阶段。

然而，这些智能化综采设备功率较小，产量低，成套智能化程度不高，难于满足煤炭行业高产高效的需求。因此，尽快研发超大功率、千万吨智能综采成套装备显得尤为重要，这对于地质条件复杂、事故频发的中国煤矿更是具有现实的紧迫意义。

虽然国内外学者及产业界都进行了多种探索与实践，但是由于受煤岩识别、井下环境通讯、综采“三机一架”协调运行、煤尘对视频监控系统的污染等多方面关键技术的制约，缺乏对煤炭综采成套装备的智能控制系统与工艺配套的深入研究，实现高产高效的井下工作面无人采煤仍然任重而道远。

国家战略助力“大国重器”

煤炭是我国的基础能源和重要原料。采用先进适用技术，研发大型、高端、智能、可靠的煤炭综采成套装备，提升煤矿装备现代化、自动化、管理信息化水平，是保障我国能源安全供应的必然选择。

针对我国煤机装备制造业发展现状，根据《国家经济和社会发展第十二个五年规划纲要》和 《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》精神，加快智能制造装备的创新发展和产业化、推动煤机装备制造业转型升级、提高综采工作面生产装备的智能化水平，重点围绕智能基础共性技术、智能测控装置与部件产业化、重大智能制造成套装备研发及应用等核心环节攻关，是“十二五”期间煤机装备制造业的发展重点。

为了贯彻落实国家“十二五”发展规划，国家发展和改革委员会、财政部、工业和信息化部决定联合组织实施智能制造装备发展专项，建立以用户为龙头、以装备制造单位为主体，搭建产学研用创新平台，共同开展重大智能制造装备和关键智能部件的联合研发创新。

依据国家发改委、财政部、工信部“关于智能制造装备发展专项项目（第一批）实施方案”文件精神，经三部委于2011年10月共同批复，由太原重型机械集团煤机有限公司和西山煤电（集团）有限责任公司，共同组织实施“煤炭综采成套装备智能系统开发与示范应用”项目。

项目旨在建设煤炭综采成套装备智能系统（包含采煤机智能控制系统、支架围岩智能耦合电液控制系统、刮板运输机智能控制系统、综采工作面集中控制系统等），建成智能型千万吨级安全高效工作面，实现采煤机、液压支架和运输系统智能化控制，工作面自动化生产。

太原重型机械集团煤机有限公司和西山煤电（集团）有限责任公司都是业内著名的国有大型企业，技术力量雄厚，多次承担并完成国家重大科技项目。特别是太重煤机公司素有“中国采煤机之父”“中国煤机制造业的开路先锋”等美誉，始终引领着采煤机的技术发展方向。

自承担该项目以来，他们积极发挥各自优势，以煤炭综采成套装备智能系统开发与示范应用的相应关键技术为研究内容，采取理论分析、三维建模、现场验证相结合的研究方法，完成了煤炭智能综采成套装备的方案论证、研发设计、产品试制、地面联调和示范应用。

关键核心智能装置的研发是整个项目系统的“硬骨头”。经各方大力协同攻关，成功研发出井下顺槽控制中心，综采工作面的通讯网络系统，工作面视频图像监控系统，采煤机状态监测、故障诊断、预警系统，滚筒高度智能调节系统，牵引速度智能调节系统，采煤机仿形切割系统，变频牵引驱动系统，基于GIS系统的煤岩识别系统，支架控制器，电液换向阀组，带传感器的护帮千斤顶和推移千斤顶，刮板机专用调频器，刮板输送机自动伸缩机尾，自移机尾自动控制系统等十五个关键核心智能装置；研制了MG1100(1000)/2860(2660)-WD智能型电牵引采煤机、ZY12000/28/64D型智能耦合型液压支架、SGZ1250/2×1200智能型刮板输送机、SZZ1350/ 525智能型顺槽用桥式转载机、PLM4000智能型锤式破碎机、16PZY智能型带式输送机自移机尾、DSJ160/350/4×500智能型可伸缩带式输送机、综采工作面集中控制系统、综采设备智能化管理系统、矿用防爆型智能负荷控制中心等煤炭综采成套智能装备。

可以说，这套千万吨智能综采成套装备的研发成功，是中国煤机制造业由“大”变“强”的一个重要里程碑。

历时三年终于国际领先

身负使命，矢志攻关，三年而成。以太重煤机公司为首的研发企业勇担大任，以敢为人先的开拓精神打造出煤机装备制造的“国家名片”。

这套智能综采设备最大的亮点是，成套设备大型化，总重量达1万多吨，智能化控制水平较高。其中，采煤机重165吨，装机功率2660千瓦，与之相配套的液压支架、刮板运输机等也都是以“大”为美。

——这是名副其实的国之重器，煤海“蛟龙”。

研发中，太重煤机公司等单位通过自主创新、集成创新和协同创新，成功对井下综采设备实现了升级换代。通过工作面无线全覆盖，建立起统一的通讯网络平台，实现了综采设备的实时通讯、数据采集、分析与处理；通过对采煤机、刮板机、工作面支架的智能化联动控制、设备的姿态检测，从而实现了井下的智能化采煤。

它的创新之处在于，摒弃了传统采煤系统以设备为主体的思路，率先提出“采煤机器人”的概念，把工作面所有设备视为一个大型采煤机器，采煤机装备总体只是其中一个部件，通过安装“大脑”及“神经系统”，使之成为“采煤机器人”，实现自动落煤、自动装煤、自动运煤、自动支护、自动行走等功能，从而达到无人采煤的目的。

这套综采设备采用了世界最先进技术与手段。以太重煤机研制的智能采煤机为例，它能自动完成采煤工艺所要求的各种采煤工序，实现与液压支架及刮板运输机协调控制，具备完善的自诊断、故障预警及通讯功能。采煤机智能化系统包括以DSP为核心的中心模块、感知模块、故障分析模块、网络远程通讯控制模块、安全检测应急模块、智能切割模块、人机接口等功能模块。通过这些智能化模块，能有效实现煤岩识别、滚筒高度自动调节和牵引速度自动调节，并具有采煤机运行工作状态电流、电压、功率及截割部、牵引部关键部件的转矩、转速、振动、温度等信号在线监测、诊断、预警功能，能在0.001秒内作出反应。

历经一年多的工业试验表明，该智能综采成套装备在复杂地质条件下，运行正常，平稳可靠，各设备能自动协调运行，实现了采煤机、液压支架和运输系统的自动化控制，并且具有监测监控、自动诊断及故障预警能力。其智能化传输网络速度达100Mbps，单点故障时网络自愈时间小于20ms，网络传输延迟小于1ms，无线网络传输速率达54Mbps，达到了智能型千万吨综采成套装备的要求，建成了我国智能型千万吨级安全高效示范工作面。

在6月26日举行的成果鉴定会上，专家委员会主任宋振骐院士对该套设备的研制成功赞叹不已。他指出，该项目一是国家立项，意义重大；二是成果突出。智能化成套装备技术水平国际领先，智能化系统采用了国内外最先进的技术和手段，多项创新技术填补了国内外空白；三是生产效益国内外领先，为中国实现“无人采煤工作面”打下了坚实基础。

↑我国首套千万吨智能综采成套装备地面联动试车

中国煤炭机械工业协会理事长张勇评价认为，该项目最显著的标志是实现了三个“最大”：一是成套最大。总重量达1万多吨，建成了国内首套智能型综采成套装备千万吨级安全高效工作面；二是功率最大。通过项目的实施，研制成功世界最大功率电牵引采煤机等，并实现智能化控制；三是国产化最大。实现了综采成套装备中各单机和成套装备的最大国产化，关键核心智能装备总国产化率达89.27%。

助力转型意义重大

当前，全球正在兴起新一轮工业革命。生产方式上，制造呈现出数字化、网络化、智能化、个性化、本地化、绿色化等特征。

“在新一轮科技革命和产业变革中，各国都在研究如何抢占发展制高点。”工业和信息化部部长苗圩曾强调指出，“信息化与工业化的融合是我们要抢抓的制高点，主攻方向则是智能制造。推动智能制造是解决我国制造业由‘大’变‘强’的根本路径。”

在煤炭生产领域，煤炭综采成套装备是实现煤炭安全、高效、高回收率开采的重要保障和先决条件。目前，我国已能提供中低端系列煤炭综采成套装备，但高端煤炭综采成套装备与国外发达国家相比尚存在较大差距，主要原因是，核心装备智能系统以及装备智能化所需关键零部件的发展缓慢。

因此，此次由太重煤机公司与西山煤电公司牵头完成的国家智能制造装备发展专项 “煤炭综采成套装备智能系统开发与示范应用”项目，起点高，难度大，成果突出，意义不凡。该项目代表着未来煤炭采掘业的发展方向，将极大推进煤炭工业的转型升级，市场前景广阔。

对于煤炭用户来说，该套装备价格比同类进口产品低30%以上，每套可为示范单位节省设备费用1亿元，配件产品价格与进口配件相比降低50%以上，减少设备运行成本；每套设备年产原煤1000万吨，可新增产值约40亿元；工作面操作人员从正常的12～16人减至4～6人，既节约了人力资源成本，又降低了煤炭生产安全隐患。更为重要的是，它的推广运用，可改变传统的机械采煤生产模式，完成井下跟机操作向远程遥控采煤作业的跨越，实现机械化向自动化的转换，形成高产高效智能开采先进新工艺，极大地提高了生产安全性及集约化开采水平，是煤机装备的一次重大技术进步，更是煤炭生产一次极大的技术革新。

对于煤机企业来说，该智能成套综采装备的研制与示范应用，其智能化关键技术取得了重大突破，相关研制单位自主创新能力得到了很大提升。每套设备为煤机制造方新增产值3.37亿元，具有较高的经济效益和社会效益。

此外，该智能成套综采装备的应用，还可直接带动常规产品向自动化、智能化方向发展，提高制造企业产品的市场竞争力，提升整个煤机行业的智能化水平，有利于促进国内智能综采成套工作面的国产化，对煤矿安全、高效开采起到重要技术支撑作用。

……

创新铸品牌，煤海跃“蛟龙”。“煤炭综采成套装备智能系统开发与示范应用”项目的成功研制，掀开了我国民族煤机制造业崭新一页。

这深刻启示我们：在全面落实 “中国制造2025”战略规划，实现中国制造业由“大”变“强”的进程中，国家要发挥好政策的导向作用，扶持优势骨干企业勇于自主创新，在一些关键核心技术领域取得突破；而优势骨干企业则要勇于担当，积极走自主创新与协同创新相结合之路，产、学、研与用户紧密结合，发挥好示范与引领作用，为全面推进实施制造强国战略和实现伟大的中国梦，书写更加瑰丽的篇章。

（责任编辑：厉克 庞永厚）