QMJ4260全断面煤巷高效掘进机： 省时高效，为煤矿开采再添动力

杨仪佥

在煤矿开采生产过程中，巷道掘进是核心技术。

随着综采技术的发展，煤炭年产量大幅增加，千万吨级别超级工作面出现，回采巷道数量也在持续增加。在煤矿生产建设中，巷道掘进技术的应用质量，关乎着到施工单位的安全生产。煤矿生产的安全和生产效率对于采掘技术、装备水平高低就具有着重要影响。

为进一步规避困扰煤炭行业数十年的重大技术难题“采掘失衡”的风险，解决掘进机核心部件关键配套件的国产化问题，改善掘进效率低、连续作业能力差等短板。首家国家级工业设计中心——沈阳创新设计服务有限公司，联合北方重工集团以“重大装备，高端成套”为方向，在创新中求发展，不断加快创新驱动能力，创新研制开发QMJ4260全断面煤巷高效掘进机，实现全断面连续切割的快速巷道掘进，也可应用于矿山及工程隧道的掘进，从根本上提高掘进工效，并荣获2020年好设计金奖。

设计团队之一的沈阳创新设计服务有限公司，是工信部首批认定的“国家级工业设计中心”和东北最大的工业设计服务平台，同时也获得“国家中小企业公共服务示范平台”“国家服务型制造示范平台”“国家高新技术企业”等殊荣，是国内知名的推动装备制造业结构转型与市场竞争力提升的重要技术支撑机构和领军企业。近500名协同合作的高端人才库，构成了具有制造业工业设计领域国内一流的科研团队及产业化能力。此外，北方重工集团有限公司位居国内重型机械行业排名前三，拥有完整的设计、试验、检测和计量手段，拥有200余项专利和专有技术、200余台（套）新产品填补国家空白，100余项产品和技术获国家各级科技奖励。公司以科学发展观为指导，以重大装备、高端成套为主攻方向，努力把企业打造成为具有核心竞争力的国际化知名公司。两家研发公司的强强联合，为全断面煤巷高效掘进机的成功研发面世，奠定了坚实的基础。

在设计之初，中国神华能源股份有限公司神东煤炭分公司根据当地的地质情况和施工进展，提出实现快速掘进施工需求，沈阳创新设计服务有限公司和北方重工集团有限公司高度重视此项目，成立专门的联合攻关项目组，汇集公司结构设计、工业设计、工艺设计、传动设计、电气设计和生产质检等相关部门的核心骨干。此次设计制造的全断面煤巷高效掘进机运用的是全新设计技术，结构复杂，其中的集成技术，在国内尚属首创，国外也未见应用于煤矿巷道，因此在国内外，都没有任何可参照和借鉴的样本及资料。双方设计师经过反复推敲结构布局、优化部件的选购，以及对行走机构、车身功能单元模块和维修单元进行合理划分，细致地梳理了连接管件以及人机交互尺寸校核。

为了得到最为精准的数据，团队技术人员们深入生产一线，实地考察煤矿现场，在湿热的矿井中有有条不紊地进行着各类工作。在充分了解施工环境、客户需要后，他们掌握了产品设计所需要的第一手资料，不断完善生产流程和加工工艺，并对设计进行进一步完善提升。在设备调试的关键阶段，技术人员更是夜以继日的投身于工作中，不管深夜几点，只要现场需要，团队技术人员总是第一时间赶到现场，甚至24小时驻扎在设备调试一线，和煤矿工人同吃同住，不分昼夜，并最终迎来了全断面连续切割掘进机的重大技术突破：确定了全断面掘进机的整机尺寸为13.85米X6.0米X4.0米，核心系统包含截割系统、装运系统、行走系统、液压系统、电气系统、润滑系统、水系统和除尘系统，设备的总重量达295吨。工作原理为结合了隧道掘进的盾构技术和煤矿巷道的悬臂式掘进技术设计而成，通过左右两个刀盘和上下滚筒的旋转完成切割，截割系统的转动均由电机驱动，通过履带行走获得向前的推力，履带是液压马达驱动。切割下的物料由左右刀盘臂向中间剥离，通过下滚筒的螺旋输送，物料被抛到铲板上，通过刮板式运输机将物料输送到后方其他设备。截割系统的调整都是通过液压驱动油缸完成。控制系统分本地控制和遥控控制，正常工作时一般采用遥控控制，检修时可采用本地控制。检修履带等时可通过前后支撑将整机支起，进行相应作业。整个设备向前行走的定向靠陀螺仪导向，操作人员坐在距设备20米外的后方支护完整区域内时时监视电脑屏幕上相应参数，配合遥控器操作，完成相应的工作作业。

神东煤炭集团负责人告诉记者：“全断面掘进机的成功研发，有利于推进神东世界煤炭企业建设和实现国内行业装备换代升级，意义重大。与现有掘进设备相比，全断面煤巷高效掘进机不仅可以提高掘进效率、有效解决采掘失衡问题，大幅提升煤炭产量，还可以减少井下掘进队伍、降低操作工人的劳动强度、提高巷道质量和操纵的安全性。设备投入运行后，进尺纪录不断刷新，现已实现最大圆班掘进进尺158米、月进尺达到4000米以上的水平，成为煤矿掘进生产工艺的又一次技术跨越。其成功研制标志具备研发世界领先水平煤矿开采装备的能力，解决了我国煤矿发展的岩巷施工瓶颈问题，是我国煤矿采掘装备发展一个重要的里程碑。”

记者了解到，该产品成功下线应用煤矿巷道的工程掘进，引领了世界煤矿岩巷掘进工程进入新的时代，具备了安全、高效、智能、环保等特点。同时QMJ4260全断面煤巷高效掘进机的工业设计也是其一大亮点，据设计总监任国光介绍：“在设计理念上，我们从功能创新、使用创新和形态创新出发，利用工业设计理论与方法、产品形态美学、感性工学、品牌推广等手段，采用形式追随功能的设计理念、虚实结合的设计手法，流动又富有变化，形成无重力无限延伸的设计表现。打破传统掘进机外观冰冷的固有形象，赋予产品运动的节奏和韵律，打造崭新的产品视觉形象，满足功能、审美、使用操作、维修、人机交互等要求，并考虑合理的制造成本。塑造科技领先、工艺精湛、安全可靠的产品品质，帮助企业走向国际化，提升企业核心竞争力，重塑行业标准，再造产业标杆。”

目前，集全断面切割、连续掘进、无线遥控、自动定位、快速装运及调车六大核心科技于一体的全断面掘进机，属国内首创，居于国际先进水平，并具有完全自主知识产权，荣获多项发明专利，在真正意义上实现了从中国制造到中国创造，也填补了国际国内相关领域的空白。与同类成果先进性水平比較，突破了盾构机全断面成型而无法连续作业的难题，采用全断面连续截割、巷道一次成型技术，双刀盘加横滚筒的独特设计实现矩形断面一次成型掘进断面25平方米，掘进速度每分钟0.3米，运输能力突破每小时1500吨。与现有掘进设备相比，1台QMJ4260全断面煤巷高效掘进机和80人组成的班组相当于12台普通掘进机和500人组成的班组。全断面煤巷高效掘进机不仅可以提高掘进效率、有效解决采掘失衡问题、大幅提升煤炭产量，还可以减少井下掘进队伍、降低操作工人的劳动强度、提高巷道质量和操纵的安全性。掘进速度是现有掘进效率的两到三倍，改变传统掘进工艺，实现煤巷快速掘进、远距离遥控作业，是煤矿掘进生产方式的又一次技术跨越。

全断面煤巷高效掘进机的成功应用，也引发了全社会的广泛关注。这不仅是煤矿掘进生产工艺的一次技术跨越，为我国井下大型智能开采作业奠定了坚实的基础;同时也为煤巷快速掘进的远距离遥控作业提升了显著效率，使煤矿井下作业更加“安全、绿色、智能”，全力打造“行业内新旧动能转换标杆”，加快智慧矿山建设。使井下掘进施工向着高效、快速、安全的方向健康发展。在替代进口、节省外汇的同时，还可进一步提高煤炭产量，为推进我国煤炭工业建设发展再添动力。