在地下千米深處，煤海翻涌。一臺(tái)100多米長(zhǎng)的“鋼鐵巨龍”自主完成掘進(jìn)、支護(hù)、運(yùn)輸全流程作業(yè)，全程僅需6人輔助操控。與此同時(shí)，在煤礦智能綜掘與綠色開采裝備山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室里，科研人員正緊盯屏幕，通過(guò)三維可視化平臺(tái)，實(shí)時(shí)查看煤礦井下設(shè)備的掘進(jìn)進(jìn)度、設(shè)備狀態(tài)及周邊環(huán)境數(shù)據(jù)。

煤炭行業(yè)作為支撐國(guó)家能源安全發(fā)展的重要行業(yè)，長(zhǎng)期面臨著安全風(fēng)險(xiǎn)高、生產(chǎn)效率低、環(huán)境影響大等痛點(diǎn)。煤礦智能綜掘與綠色開采裝備山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室正試圖通過(guò)技術(shù)攻關(guān)解決煤炭行業(yè)發(fā)展難題，為行業(yè)高質(zhì)量轉(zhuǎn)型注入關(guān)鍵動(dòng)能。

日前，記者走進(jìn)這家高端煤機(jī)裝備領(lǐng)域的高水平科技創(chuàng)新平臺(tái)，近距離感受實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)新脈動(dòng)。

圍繞產(chǎn)業(yè)需求攻關(guān)

科研與應(yīng)用脫節(jié)，一度是制約煤機(jī)裝備技術(shù)落地、行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的瓶頸。而煤礦智能綜掘與綠色開采裝備山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以全鏈條創(chuàng)新布局精準(zhǔn)破解這一痛點(diǎn)，讓科研成果真正扎根產(chǎn)業(yè)一線。

在中國(guó)煤炭科工集團(tuán)太原研究院有限公司生產(chǎn)車間里，一排排組裝下線的煤礦用無(wú)軌膠輪車靜待安全檢測(cè)，不久后便會(huì)發(fā)往全國(guó)各地煤礦井下。這款產(chǎn)品的順利量產(chǎn)，離不開實(shí)驗(yàn)室“頂天立地”發(fā)展定位的持續(xù)指引。

“‘頂天’是錨定國(guó)家能源安全戰(zhàn)略，‘立地’是扎根煤炭產(chǎn)業(yè)一線，解決實(shí)際生產(chǎn)中的技術(shù)難題。”煤礦智能綜掘與綠色開采裝備山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任金江介紹，這一發(fā)展定位讓實(shí)驗(yàn)室的科研工作始終圍繞產(chǎn)業(yè)需求展開。

煤礦智能綜掘與綠色開采裝備山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室由中國(guó)煤炭科工集團(tuán)太原研究院有限公司牽頭，聯(lián)合企業(yè)、高校共建，三方分工明確、高效聯(lián)動(dòng)：研究院主導(dǎo)總體策劃與平臺(tái)運(yùn)營(yíng)，企業(yè)專注成果轉(zhuǎn)化與產(chǎn)業(yè)化落地，高校則提供堅(jiān)實(shí)的理論支撐。

“我們構(gòu)建了人員互派、項(xiàng)目共擔(dān)、成果快轉(zhuǎn)的聯(lián)動(dòng)機(jī)制，打通了‘需求—研發(fā)—轉(zhuǎn)化—應(yīng)用’的創(chuàng)新閉環(huán)，讓科研周期縮短40%以上。”金江介紹，依托“科研院所+制造企業(yè)+高校”的創(chuàng)新聯(lián)合體優(yōu)勢(shì)，實(shí)驗(yàn)室從源頭就緊扣一線需求，讓前沿探索與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用同頻共振，確?？蒲胁慌芷?、成果快落地。自2016年授牌以來(lái)，實(shí)驗(yàn)室已產(chǎn)出30余項(xiàng)重大成果，發(fā)明專利超300件，成果轉(zhuǎn)化周期縮短1/3。

“為進(jìn)一步提升創(chuàng)新效能，我們凝練出硬巖截割、智能綜掘等5個(gè)核心研究方向，并深度融合大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)，主動(dòng)響應(yīng)‘智能+’改革號(hào)召。”金江補(bǔ)充說(shuō)，實(shí)驗(yàn)室還通過(guò)“三個(gè)集中”策略激活創(chuàng)新動(dòng)能：機(jī)制集中方面，推行“企業(yè)出題、政府立題、社會(huì)協(xié)同破題”模式，使攻關(guān)方向精準(zhǔn)對(duì)接產(chǎn)業(yè)痛點(diǎn);資源集中方面，推動(dòng)平臺(tái)共享，有效避免重復(fù)建設(shè)，顯著提升資源利用效率;人才集中方面，打造全鏈條人才梯隊(duì)，為創(chuàng)新發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)支撐。

打造煤礦開采重器

在實(shí)驗(yàn)室成果展示區(qū)，實(shí)驗(yàn)室智能綜掘方向帶頭人、研究員馬凱指著展臺(tái)上的裝備模型，自豪地介紹：“這是‘煤海蛟龍’，我們代表性的成果之一。”這款掘支運(yùn)一體化快速掘進(jìn)系統(tǒng)，開創(chuàng)了全新的“三位一體”作業(yè)模式，掘進(jìn)效率較傳統(tǒng)掘進(jìn)方式提升3倍以上，作業(yè)人員減少60%，改變了傳統(tǒng)“人海戰(zhàn)術(shù)”的作業(yè)方式。“煤海蛟龍”曾入選煤炭科學(xué)技術(shù)重大進(jìn)展，獲評(píng)“十大國(guó)之重器”，是我國(guó)煤礦掘進(jìn)技術(shù)從“跟跑”向“領(lǐng)跑”跨越的標(biāo)志性成果。

“煤海蛟龍”的研發(fā)，源于對(duì)行業(yè)痛點(diǎn)的精準(zhǔn)洞察，更離不開科研團(tuán)隊(duì)近十年的持續(xù)攻堅(jiān)。“掘支矛盾”“狹小空間重載集成”“復(fù)雜地質(zhì)自適應(yīng)”三大世界級(jí)難題，曾長(zhǎng)期制約行業(yè)發(fā)展。

“我們首創(chuàng)‘掘—支—運(yùn)’平行作業(yè)工藝，將單循環(huán)支護(hù)時(shí)間從90分鐘壓縮至20分鐘;在狹小巷道里集成龐大設(shè)備群，建立動(dòng)態(tài)耦合模型，讓系統(tǒng)能在復(fù)雜地質(zhì)條件下穩(wěn)定運(yùn)行。”馬凱介紹，如今“煤海蛟龍”已歷經(jīng)4代技術(shù)迭代，關(guān)鍵部件自主可控，徹底擺脫了進(jìn)口依賴。最新4.0版本在安全性能上全面升級(jí)，具備超前感知、遠(yuǎn)程無(wú)人操控等優(yōu)勢(shì)，真正筑牢了本質(zhì)安全的防線。

“目前它已在全國(guó)10個(gè)重點(diǎn)產(chǎn)煤省得到應(yīng)用，在國(guó)能大柳塔煤礦創(chuàng)下3088米的單月進(jìn)尺世界紀(jì)錄，在新疆三軟煤層也刷新了當(dāng)?shù)鼐蜻M(jìn)紀(jì)錄，成為煤炭穩(wěn)產(chǎn)保供的核心‘利器’。”馬凱說(shuō)。

“除‘煤海蛟龍’外，實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的國(guó)內(nèi)首套邊幫開采成套裝備，實(shí)現(xiàn)了‘無(wú)人進(jìn)硐’開采，成功推動(dòng)邊幫壓煤從無(wú)法開采走向高效開采。”實(shí)驗(yàn)室綠色開采方向帶頭人、研究員張強(qiáng)告訴記者，這套裝備采硐深度達(dá)200米，偏移誤差小于±0.2米，回收率超85%，兼具安全、高效、綠色優(yōu)勢(shì)，與“煤海蛟龍”構(gòu)成實(shí)驗(yàn)室的兩大核心技術(shù)產(chǎn)品。

不僅如此，實(shí)驗(yàn)室在硬巖截割、機(jī)器人作業(yè)等方面也成果豐碩，其中EBH315Q型號(hào)硬巖掘進(jìn)裝備已達(dá)到國(guó)內(nèi)頂尖水平。“2024年，我們完成10項(xiàng)成果登記，獲得209件專利授權(quán)及申請(qǐng)，斬獲12項(xiàng)科技獎(jiǎng)勵(lì);成果應(yīng)用率超70%，推廣至20余個(gè)礦區(qū)，真正實(shí)現(xiàn)了科研成果的落地見效。”馬凱說(shuō)。

錨定綠色智能方向

科研之路從無(wú)坦途，創(chuàng)新征程更無(wú)止境。在已有的技術(shù)積淀之上，煤礦智能綜掘與綠色開采裝備山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室錨定綠色、智能兩大核心方向，持續(xù)攻堅(jiān)。

“綠色開采不是‘少采煤’，而是‘科學(xué)采煤、清潔采煤’。”實(shí)驗(yàn)室硬巖截割方向帶頭人、研究員陳明軍告訴記者，實(shí)驗(yàn)室的每一項(xiàng)綠色技術(shù)研發(fā)始終緊扣煤礦生產(chǎn)實(shí)際需求，目前實(shí)驗(yàn)室推廣的邊幫開采技術(shù)已在全國(guó)多個(gè)礦區(qū)廣泛應(yīng)用。同時(shí)，針對(duì)煤礦開采過(guò)程中出現(xiàn)的資源壓覆與環(huán)境擾動(dòng)問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)室科研團(tuán)隊(duì)將目標(biāo)瞄準(zhǔn)煤礦連采連充系統(tǒng)研發(fā)，希望能實(shí)現(xiàn)“采—裝—運(yùn)—支—充”高效平行作業(yè)，一邊采煤一邊充填，能有效控制頂板下沉、地表塌陷，保護(hù)地表生態(tài)、農(nóng)田、建筑物，顯著降低開采對(duì)環(huán)境的擾動(dòng)，推動(dòng)綠色礦山建設(shè)。

智能化升級(jí)，同樣是煤礦產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心方向。實(shí)驗(yàn)室機(jī)器人方向帶頭人、研究員索艷春向記者介紹，目前團(tuán)隊(duì)正集中力量研發(fā)井下設(shè)備智能調(diào)度系統(tǒng)，通過(guò)多傳感器融合技術(shù)，精準(zhǔn)感知井下環(huán)境和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài);同時(shí)，全力攻克設(shè)備自主避障、故障預(yù)警等核心技術(shù)，通過(guò)不斷優(yōu)化算法，提升設(shè)備的自適應(yīng)能力，進(jìn)一步降低井下作業(yè)的人工依賴，讓智能化技術(shù)真正扎根井下一線，惠及更多煤礦企業(yè)。

金江表示，面向未來(lái)，實(shí)驗(yàn)室將持續(xù)深化產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新，積極推動(dòng)科研成果向非煤礦山、水利隧道等領(lǐng)域拓展，努力成為煤機(jī)領(lǐng)域原創(chuàng)技術(shù)的“策源地”、科研成果轉(zhuǎn)化的“加速器”。

“我們將用實(shí)實(shí)在在的創(chuàng)新成果，為我國(guó)煤機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)‘山西智慧’，為國(guó)家能源安全筑牢堅(jiān)實(shí)屏障。”金江說(shuō)。