在一個(gè)年產(chǎn)煤炭量超過1000萬噸的工作面,，掘進(jìn)一條6000米的巷道需要多長時(shí)間,？答案是4個(gè)月。位于毛烏素沙漠腹地的陜煤集團(tuán)曹家灘煤礦,，借助先進(jìn)的智能掘進(jìn)裝備,，一天可掘進(jìn)巷道55至65米，有力保障了采煤工作的開展,。日前,，記者來到曹家灘煤礦生產(chǎn)一線一探究竟。上午10時(shí)許,，換上橙黃色工作服,，記者乘坐特制防爆車進(jìn)入礦區(qū)井下，約半小時(shí)后，到達(dá)地下300米深的工作面,。只見煤巷中,，一臺(tái)100多米長的掘進(jìn)裝備正旋轉(zhuǎn)著滾筒破開煤層，一邊向前掘進(jìn),，一邊支護(hù)巷道,。“這臺(tái)大家伙是我國自主研制的全球首套鉆錨一體化智能快速掘進(jìn)成套裝備，我們是第一家采用的煤礦,。”曹家灘煤礦掘進(jìn)三隊(duì)隊(duì)長張虎向記者介紹,。
采煤，首先需要掘進(jìn)巷道,。煤礦運(yùn)輸,、通風(fēng)、行人等有了必要通道,，接著才能開采煤炭,。這套裝備有何不同？張虎大步登上臺(tái)階,，領(lǐng)著記者走到了鉆錨裝置前,。“只要按一下，錨桿就會(huì)自動(dòng)打入煤層,，不到3分鐘就能打上一根,。”他指著操作按鈕說。打入錨桿為的是支護(hù)煤層,。煤巷埋深常達(dá)幾百米,，掘進(jìn)時(shí)想要確保兩側(cè)煤幫和上方巖層不塌方，有效的支護(hù)至關(guān)重要,。拿起一根錨桿,，一旁的中國煤炭科工集團(tuán)（以下簡稱“中國煤科”）工程師王子越說起了“一鍵打錨桿”的高效：傳統(tǒng)的支護(hù)作業(yè)，先要用鉆桿打出鉆孔,，卸下鉆桿后,，再將錨桿打入鉆孔中，然后加固和支護(hù)圍巖,。打鉆桿,、裝錨桿輪番上陣，一次要6道工序,。而采用鉆錨一體化自動(dòng)支護(hù)方法,，鉆桿即錨桿，6道工序變1道,，革新了巷道支護(hù)工藝,。張虎接過話茬：“過去,，支護(hù)作業(yè)需要兩個(gè)人配合，一個(gè)班次10多個(gè)人下井,，一個(gè)人打鉆桿,，另一個(gè)打錨桿，耗時(shí)長不說,，作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度也比較大,，如今工作效率高了，作業(yè)強(qiáng)度大幅降低,。”順著礦燈，記者看到,，煤幫上整齊均勻排列著打入的錨桿,，牢牢支撐住這個(gè)地下300米的開闊巷道。
鉆錨一體化智能快速掘進(jìn)技術(shù)裝備,，簡化了支護(hù)流程,，提升了巷道支護(hù)速度。該技術(shù)裝備研發(fā)項(xiàng)目執(zhí)行負(fù)責(zé)人,、中國煤科首席科學(xué)家姜鵬飛介紹,，傳統(tǒng)綜掘機(jī)掘進(jìn)一個(gè)月只能掘進(jìn)200米左右，如今每月能掘進(jìn)1500米以上,。巷道掘進(jìn)提速為何重要,？“因?yàn)樗梢云平饷旱V采掘失衡難題。”中國煤科科技委主任,、中國工程院院士康紅普解釋,，“我國90%以上的煤礦為井工礦，而井下開采必須先掘巷道,。如今,，采煤工作面自動(dòng)化、智能化程度較高,，相比之下,，巷道掘進(jìn)拖了后腿，成為煤炭行業(yè)安全,、可持續(xù)發(fā)展的瓶頸,。”“曹家灘煤礦井下地質(zhì)條件相對(duì)簡單，我們希望用3到5年時(shí)間,，改造完善技術(shù)裝備,，讓它應(yīng)用到復(fù)雜地質(zhì)條件中去，在更多礦區(qū),、更大范圍解決巷道掘進(jìn)‘卡脖子’問題,。”康紅普說,。
跟著中國煤科首席科學(xué)家張金虎，記者又來到曹家灘10米超大采高智能綜采工作面,。抬頭仰望,，煤壁比3層樓還高。機(jī)器轟鳴,，采煤機(jī)舉起兩個(gè)直徑4.8米的截割滾筒旋轉(zhuǎn),，滾滾“烏金”從煤壁傾瀉而下，再通過刮板輸送機(jī),、皮帶機(jī)等源源不斷地被送往地面煤倉.
采煤工作面為何要提高到10米,？張金虎告訴記者，10米左右的特厚煤層是我國煤炭保供的重要資源,。以往采煤一次開采,，最大只能到達(dá)8米多。為了盡可能采完特厚煤層,，煤炭人只能通過多次分層開采或放頂煤開采,。但這種方式在一次開采后，余下的煤層開采難度大,，開采成本高,。用放頂煤工藝開采，又存在頂部石頭混雜進(jìn)來影響煤質(zhì)的問題,。“提升煤炭開采效益,，需要更大采高、更智能的煤炭開采技術(shù)與裝備,。”張金虎說,。
2023年11月，在曹家灘煤礦,，世界首創(chuàng)10米超大采高智能綜采工作面及配套設(shè)備重載試運(yùn)轉(zhuǎn)成功,，并采出第一刀煤，我國煤炭一次采全高跨入10米大關(guān),。
“有了這臺(tái)‘采煤利器’,，我們單個(gè)工作面煤炭年產(chǎn)量能從現(xiàn)在的1300萬噸提高到2000萬噸以上，產(chǎn)能提升50％以上,，煤炭資源回收率提高10%以上,。”曹家灘礦業(yè)有限公司副總經(jīng)理韓存地說。然而,，在地下300米挖出10米高的超大空間,，采煤工作面上覆巖層和煤壁面臨著巨大的壓力。“8米以上,，采高提高哪怕10厘米,，巖層和煤壁控制難度都會(huì)急劇提升,。”張金虎說，10米超大采高國內(nèi)外都沒人做過,，科研人員闖入煤炭開采裝備設(shè)計(jì),、研發(fā)的“無人區(qū)”，在煤礦支護(hù),、采煤,、運(yùn)輸裝備等方面，突破了一個(gè)個(gè)難題,。
采煤工作面上,，記者看到，100多臺(tái)液壓支架牢牢撐起了工作面的頂板,，伸展的護(hù)臂頂住了前方的煤壁,。這里每個(gè)液壓支架重達(dá)120噸，具有約2900噸的支護(hù)能力,。從8米多到10米，提升的不僅僅是1米多的支護(hù)高度,，更帶動(dòng)了煤炭開采裝備基礎(chǔ)材料,、加工設(shè)備、技術(shù)工藝,、認(rèn)知理念等全方位躍升,。

煤炭采掘裝備創(chuàng)新，是一次制造向“智造”升級(jí)的探索,。
走進(jìn)曹家灘煤礦安全生產(chǎn)指揮中心,，大屏幕上，礦井采,、掘,、機(jī)、運(yùn)等各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的運(yùn)行情況清晰可見,。“即便沒有下井,，我也能對(duì)井下的動(dòng)態(tài)了如指掌。”韓存地向記者介紹曹家灘煤礦的管控平臺(tái)：點(diǎn)擊“支護(hù)質(zhì)量智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”,，可見每一個(gè)支架的推進(jìn)速度,、壓力等信息；再看“人員精確定位系統(tǒng)”,，井下工作總?cè)藬?shù),，每位工人的位置、狀態(tài)等信息一目了然,。韓存地告訴記者,，工作面上裝有裝備傳感器上萬個(gè),、攝像頭1000多個(gè)，10米超大采高智能綜采成套技術(shù)與裝備擁有復(fù)雜的智慧“大腦”,。智能技術(shù)賦能,，該工作面具備了在線監(jiān)測(cè)、一鍵啟動(dòng),、遠(yuǎn)程控制及記憶割煤,、煤流量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等功能。
隨著掘進(jìn)深入,，巷道會(huì)出現(xiàn)變形,，如何監(jiān)測(cè)？科研人員在硬件,、軟件兩方面齊發(fā)力,，開發(fā)出“耳聰目明”的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。掘進(jìn)時(shí),，裝備能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圍巖變形情況,，幫助后期掘進(jìn)工作面動(dòng)態(tài)調(diào)整支護(hù)參數(shù)。得益于裝備的自動(dòng)化,、智能化,，以往皮帶班一次下井要20多人，現(xiàn)在只需要5到6人就能完成作業(yè),。“出炭不出炭,，就看電機(jī)轉(zhuǎn)不轉(zhuǎn)。我們?cè)桨l(fā)認(rèn)識(shí)到,，智能綜采技術(shù)與裝備的性能和水平,，是決定現(xiàn)代化煤礦生產(chǎn)效能的關(guān)鍵因素。”韓存地說,。“應(yīng)用需求是技術(shù)進(jìn)步的重要推動(dòng)力,。”康紅普說，以10米超大采高智能綜采成套技術(shù)與裝備研發(fā)為例,，起初,，考慮到研發(fā)難度，科研人員把目標(biāo)定在9米,。曹家灘煤礦從生產(chǎn)需求出發(fā),，聯(lián)合論證了研發(fā)10米超大采高智能綜采成套技術(shù)與裝備的必要性。煤礦技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn),，破解了10米超大采高工作面液壓支架入井難問題,。從事煤炭開采技術(shù)裝備研發(fā)30多年，康紅普下過的礦井多得數(shù)不過來,。他告訴記者,，現(xiàn)代化的礦井告別低矮狹窄和臟,、亂、危險(xiǎn)等環(huán)境,，智能綜采技術(shù)與裝備發(fā)揮了重要的作用,。

近年來，隨著設(shè)計(jì),、生產(chǎn),、工藝等水平不斷提升，我國高端裝備及技術(shù)取得一系列重大突破,，為產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入了強(qiáng)勁動(dòng)能,。只需2秒鐘左右，脈沖激光束就能完成孔徑不到0.5毫米的微孔加工,。這是華工科技新研制的航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端關(guān)鍵零部件激光加工裝備所具備的能力,。
微孔加工有何價(jià)值？華工激光三維五軸產(chǎn)品線總工程師胡軍巍介紹,，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室工作時(shí),，溫度最高可達(dá)2000攝氏度左右，為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比,，防止零部件“熔化”,，需要激光加工極小直徑、特殊角度的氣膜孔,，做成冷卻空氣層進(jìn)行冷卻降溫。由于沒有完全掌握相關(guān)工藝,，這一度是制約我國航空發(fā)動(dòng)機(jī),、燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的瓶頸之一。根據(jù)熱端部件的特點(diǎn),，華工科技聯(lián)合華中科技大學(xué),、無錫乘風(fēng)等多家單位，突破一系列關(guān)鍵核心技術(shù),，研制出這臺(tái)激光加工裝備,，讓發(fā)動(dòng)機(jī)在快速降溫的同時(shí)，又能給關(guān)鍵部位穿上“保護(hù)衣”,，有效提升了我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵零部件加工水平,。
作為新型儲(chǔ)能技術(shù)，壓縮空氣儲(chǔ)能具有規(guī)模大,、壽命長,、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，其中,，壓縮機(jī)和膨脹機(jī)又是壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)中的關(guān)鍵核心技術(shù)裝備,。歷經(jīng)多年研發(fā),，中國科學(xué)院工程熱物理研究所團(tuán)隊(duì)攻克了一系列關(guān)鍵核心技術(shù)，研制出300兆瓦級(jí)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)壓縮機(jī)和多級(jí)寬負(fù)荷膨脹機(jī),，并實(shí)現(xiàn)落地應(yīng)用,。中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟理事長陳海生說：“裝備的突破，有助于引領(lǐng)先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù),，贏得儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展先機(jī),。”
高端裝備研發(fā)，往往涉及機(jī)械,、電子,、材料等多學(xué)科，單憑一家單位不容易完成,。近年來,，我國高端裝備創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)，驅(qū)動(dòng)力來自哪里,？康紅普認(rèn)為,，當(dāng)前，新一代信息技術(shù),、人工智能,、新材料等與生產(chǎn)制造正加速融合，為高端裝備的進(jìn)一步升級(jí)打開發(fā)展空間,。挺起制造業(yè)“脊梁”,，打開產(chǎn)業(yè)升級(jí)新空間。從改造提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)到培育壯大新興產(chǎn)業(yè),，再到推動(dòng)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系建設(shè),，高端裝備的支撐作用正不斷顯現(xiàn)。
（本文刊登于《人民日?qǐng)?bào)》2024年02月19日 第 19 版　記者喻思南）