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中国煤科重庆研究院:煤矿井下智能钻探技术创新团队——煤矿安全开采的“守护者”

来源:华体会登录页面    发布时间:2024-01-04 19:58:42

  原标题:中国煤科重庆研究院:煤矿井下智能钻探技术创新团队——煤矿安全开采的“守护者”

  中国煤炭科工集团煤矿井下智能钻探技术创新团队(以下简称团队),隶属于中煤科工集团重庆研究院有限公司(以下简称重庆研究院)。团队通过承担智能钻进领域的重大专项、重点研发计划等重点项目凝聚而成,重点攻克煤矿井下智能钻进装备研发、智能钻进技术及钻探工艺开发等难题,是中国煤炭科工集团在煤矿安全领域前沿技术的代表,肩负着引领智能钻探行业发展的重任。

  团队负责人辛德忠,任中国煤炭科工集团首席科学家,第四届煤炭工业技术委员会委员,煤矿机械与维修制造专家委员会委员;核心成员王清峰任中国煤炭科工集团首席科学家、中国煤炭学会钻探工程委员会委员。小组成员学科布局合理,硕士及以上学历占比90%;发表学术论文60余篇,其中SCI/Ei检索12篇;授权发明专利28项,获中国专利优秀奖1项,省部级及全国行业协会一等奖 1 项、二等奖 4 项。2017 年获重庆市科委批准成立“重庆市矿山智能钻探工程技术研究中心”;2020年入选重庆英才创新创业示范团队,2022年入选中国煤炭科工集团科学技术创新团队,获“2022年度全国煤矿智能化卓越团队”荣誉称号。

  2011年,团队依托“十一五”国家重大专项项目“地面控制井下瓦斯抽采钻机钻进技术与装备”,实现了地面远距离控制井下钻机,控制距离大于20 km;2015年,团队依托“十二五”国家重大专项项目“地面远距离自动控制技术与装备”,实现了地面控制井下自动钻机和实现自动打钻、自动移机及锚固等功能。2016年,基于国家重大专项的研究成果,团队攻克难关,成功研发了煤矿用智能钻机,该智能钻机首创了全自动上下钻杆、无线遥控操作、全自动钻进、数据自动记录及智能防卡钻等关键技术。同年,全国首台ZYWL-4000SY 智能钻机在淮南谢桥煤矿成功应用。

  2016年11月16日至18日,由重庆研究院主办、淮南矿业集团协办的国内首次“智能化钻机技术”交流会在淮南召开。来自平煤神马集团、神华神东煤炭集团、河南神火煤业集团、淮北矿业集团、郑州煤炭工业集团、中煤新集、新疆焦煤、阳煤集团等21家单位72位专家、领导参会。为保证智能钻机正常运行,应对突发情况,辛德忠同志带领技术人员驻守井下现场,最终“智能化钻机技术”交流会取得圆满成功,智能钻机赢得了大家的一致好评。团队主要成员及获奖情况如图1—图3所示。

  团队在此研究和应用基础之上,开发了多系列、多型号的智能钻机产品,包括 ZYWL-Y/ZYWL-SY通用型智能钻机和ZYWL-Y/ZYWL-SY全方位型智能钻机。目前,智能钻机已形成较完善的技术体系与产业化布局,已在淮南、淮北、皖北、平煤、郑煤、兖煤、鹤壁、神东等30多个煤矿推广应用,减人提效效果非常明显,并在淮南等矿区创新了3台一组的集群模式,实现单班4人运行3台钻机,人均效率较单机提高近1倍,有力保障了煤矿井下减人提效的目的。煤矿用智能钻机如图4所示。

  2019年1月,原国家煤矿安全监察局,公布了《煤矿机器人重点研发目录》,将防突、探水、防冲钻孔机器人纳入了研发目录。2020年,团队基于智能钻机的研究成果,以无人化为目标,突破自适应钻进、自主定位、自主导航、自主路径规划等关键技术,研发了集智能钻进、自主移机锚固于一体的煤矿井下钻孔机器人,为井下无人化钻探奠定了装备与技术支撑。

  目前,煤矿井下钻孔机器人已在河南平宝煤业有限公司首山一矿和四川华蓥山煤业股份有限公司绿水洞煤矿示范应用,现场应用效果良好,减少钻孔实施工程人员50%,提高综合钻进效率60%以上,实现了钻孔施工的无人化。该成果经科技部规划司遴选,受邀参加了“十三五”国家科学技术创新成就展,为煤矿机器人的推广应用奠定了坚实基础。煤矿井下钻孔机器人如图5所示。

  团队按照智能钻进支撑技术划分为智能装备、电控技术、钻探工艺等研究方向,依托重庆研究院完善的科研体系开展工作。重庆研究院科技发展部定期组织项目汇报、阶段总结、学术会议等制度化方式交流,重庆研究院在科研经费、试验设备、辅助人员配套等方面给予团队充分的保障,为项目负责人及小组成员创造了良好的工作和科研环境。

  团队对成员进行梯队式培养,逐步形成“负责人-带头人-技术骨干”的人才教育培训路线,坚持以负责人为中心、带头人为支点、骨干成员为生力军、其他成员为后备军的培养原则,促使带头人具备省部级重点或国家级项目课题负责人的水平,以及骨干成员具备省部级一般或集团项目负责人的水平,以此打造年龄梯度、职称结构符合常理的高质量人才队伍。

  团队建立了自有管理与考核制度。在自立项目、横向课题等研究中,小组成员作为负责人带领其他科研人员开展研究;在重大专项、重点研发计划以及集团重点项目等申报与研究中,由团队负责人统揽全局,根据详细的细节内容搭配学科组成项目组,逐级分解任务并落实到人。项目管理实行按时进行检查、重大事项报批、研究内容保密、质量追踪、痕迹化管理等办法。

  团队定期实施线上微课和线下讲座并行教学培训,加大青年人才的培养力度,对钻机技术人员、售后服务人员、矿方客户实施以点带面的全方位培训,行业受益人群累计数万人次。智能钻机专题培训如图6所示。

  自2016年开始,淮南矿业(集团)有限责任公司(以下简称淮南矿业集团)逐步使用团队研发的智能钻机进行瓦斯抽放钻孔,先后在谢桥煤矿、张集北矿、顾桥南矿、潘集二矿等多个矿区建成了多条智能钻机作业线,主要进行穿层钻孔作业。

  为满足淮南矿业集团碎软煤层气治理实现“四化”、减人提效的需求,重庆研究院与淮南矿业集团煤业分公司,自2020年10月开始做技术交流,双方后期交流多达10余次,最终形成智能钻机碎软煤层钻孔实施方案。

  顺层长钻孔瓦斯抽放技术是治理瓦斯最有效的方式之一,但在碎软突出煤层中施工顺层长钻孔,成孔率低、难度大,属于行业技术难题。在双方领导的组织协调下,重庆研究院与淮南矿业集团地质勘探工程分公司抽调精锐力量,共同组建试验攻关小组。

  2021年5月20日,攻关小组开始对碎软煤层钻孔用智能钻机进行地面调试,拆解运输和井下调试,并于6月1日在谢桥煤矿21316运输巷进行顺层钻孔施工。初期拟定了90 m保底目标,以及105m的奋斗目标。攻关小组克服井下高温、闷热、多尘等恶劣环境,于6月25日对第12个孔进行实施工程时,实现进尺91 m,完成初步目标;于6月28日,进行第15个孔的钻孔作业时,取得突破性进展,实现单孔成孔深度126m,创造了国内自动化施工碎软煤层气抽采钻孔新纪录。

  在试验成功的基础上,攻关小组随后连续成功施工数十个90 m以上的顺层钻孔。碎软突出煤层顺层钻孔的成功,代表重庆研究院智能钻进技术及装备的水平迈上新台阶。碎软煤层顺层自动钻孔如图7所示。

  为加快智能化煤矿建设步伐,陕煤集团黄陵矿业有限公司一号煤矿(以下简称黄陵一号矿)按照“健全体系、完善功能、改造升级、确保一流”的总体思路,于2021年引进了重庆研究院ZYWL-4000Y智能钻机,组建了智能可视化打钻系统(图8)。

  智能可视化打钻系统主要由智能钻机、可视化监控系统、远程智能控制管理系统组成。利用该系统可通过地面远控站操控井下智能钻机,远程监控智能钻机的状态参数。智能钻机贴合黄陵煤矿“AI+NOSA”的智能风险管控理念,且具有鲜明的“三高一短”特点:作业效率高、智能化水平高、作业安全性高,辅助作业时间有效缩短。

  相比黄陵一号矿原来使用的普通钻机,智能钻机具有自动上下钻杆、一键全自动钻孔、无线遥控、姿态自动调节、智能防卡钻、数据自动采集与储存等功能。由2台智能钻机配合施钻形成钻机作业线人,降低了劳动强度,提高了现场作业安全。对于采掘一线,智能钻机与智能化掘进装备相结合,强强联手,是推进“智能矿井、智慧矿区”建设的重要举措。

  智能钻进已成为煤矿安全领域亟需的关键技术,以智能钻进技术替代人工经验操控钻机,对于保障煤矿安全生产,提高煤矿钻探装备智能化水平具备极其重大意义。

  未来,团队将持续加强与科研院所、知名高校、示范企业组织机器人技术、钻探智能设计、物联网通信等方面合作,积极寻求与澳大利亚、德国等工业发达国家的科研机构开展合作,进一步打造“行业科技领军者-专业学科带头人-科研骨干”的人才队伍,合理构建“产学研用”一体化平台。

  此外,团队将围绕煤矿井下智能定向钻进、自动开孔定位、钻孔轨迹自适应控制、钻机故障智能预警及诊断、智能钻机集群控制、智能钻机配套系统等方面开展科学研究工作,助力煤矿智能化高水平质量的发展。