歷時5年,攻克百余項技術難題,世界首套鉆錨一體化智能快掘成套裝備研發成功。
這套裝備可提高巷道掘進速度20%,降低工人勞動強度80%以上,大幅減少了巷道掘進工作面惡劣環境下的作業人員、大幅提升了巷道掘進支護作業安全性。作為我國高水平科技自立自強的代表,這項技術入選北京市國際首創產品目錄、國家能源局第三批能源領域首臺套重大技術裝備,并與C919大飛機、第三艘航母“福建艦”等一起被評為“央企十大國之重器”。
作為鉆錨一體化錨桿支護系統研發的核心骨干,中國煤科開采研究院數智鉆錨業務部部長羅超參與研發的科研成果,變革了傳統錨桿支護工藝,在行業內首次實現了錨桿的自動打設,單根錨桿自動施工時間不超過3分鐘,效率提升1倍以上,顯著降低了錨桿支護勞動強度,提升了煤巷支護的自動化程度,支撐智能快掘成套技術與裝備取得成功。這項成果先后在國家能源、中煤、陜煤、延長礦業、蒙發等我國大型煤炭企業推廣應用,有力推動了我國煤巷支護技術的發展和進步,創造了顯著的社會與經濟效益。

結緣煤炭開采技術研發
羅超入選中國科協第九屆青年人才托舉工程,獲聘為中國巖石力學與工程學會礦山掘進與支護專委會委員。他主持國家自然科學基金青年基金1項,主持國家科技重大專項、國家重點研發計劃子課題3項,參與國家重點研發計劃、國家自然基金等縱向課題6項,主持或參與中國煤科、開采研究院重點項目6項;獲2024年陜西省科技進步一等獎、國務院國資委第四屆中央企業熠星創新創意大賽一等獎、第3屆全國煤炭青年五四獎章、中國職業安全健康協會科學技術獎一等獎1項、世界機器人大會機器人技術挑戰賽一等獎1項,國際會議最佳論文獎3項、清華大學優秀碩士學位論文1次、中國煤炭科工集團科技成果獎特等獎2次、一等獎1次。發表論文20余篇,第一作者論文10余篇,申請發明專利160余件,授權發明專利90件。

這些成績的取得并非一日之功,看看羅超的求學經歷可見一斑。他本科4 年在北京航空航天大學機械工程及自動化學院度過,所攻讀的專業方向是飛行器制造工程,碩士階段進入清華大學清華大學機械工程系張文增教授團隊,跟隨這位機器人技術及自動化專家攻關擬人機器人的手臂抓取難題;碩士期間,選拔進入清華-亞琛工大聯合培養雙碩士學位項目,赴德國學習1年,在德國期間,他用半年時間修完了1年的全部課程,剩下的半年時間,進入德國企業開展實習。德國將魯爾區的百年煤礦改造成了旅游景點,供大眾了解煤炭的開采過程,魯爾區煤礦的參觀給了他極大的興趣投身煤炭事業。
在就業過程中,他認識到煤炭是我國的主體能源,為國民經濟社會發展提供了能源保障,投身煤炭事業也是當代青年服務國家重大戰略的選擇之一。在煤炭開采過程中,還有很多技術難題尚待攻關,雖然我國的煤礦開采工藝很多已達世界先進水平,但快速智能掘進與支護方面卻存在很大的短板與問題,在康院士和姜鵬飛主任深入淺出地指導之下,他認識到用科技為解決煤礦開采過程中的實際問題,才是從事工程技術研究的根本意義。就此,結緣煤炭開采技術研發,堅定了他投身快速掘進支護技術研發的決心。

駐扎現場攻克技術難題
快速掘進支護是煤炭行業共性難題。我國巷道掘進與支護技術明顯落后于采煤技術,與回采工作面相比,巷道成巷速度慢,機械化、自動化水平低,采掘接續緊張。而支護是制約快速成巷的“卡脖子”環節,支護用時占成巷60%以上,用人也占60%以上,而傳統錨桿支護工藝繁多,包含6道工序,難以實現自動化。
2019年入職以來,羅超作為骨干投身于快速掘進支護新材料、新技術、新裝備的研發工作。快速掘進技術研究,行業內都沒有成熟的研發方案與技術路線,為此,他花了接近半年時間,跟隨團隊一起白天下井、晚上趕火車,深入全國各個礦區幾十個礦井,探訪了各類設備 制造廠家與材料生產廠家,全面調研了快速掘進與支護技術現狀和存在的問題。
之后,在調研基礎上提出多個新的解決方案,在經歷8個總體方案被否定的失敗后,經過數百次次討論和試驗,終于形成了以支護為核心的總體方案,隨即他奔赴各機加工廠和工業性示范礦井,開展鉆錨一體化錨桿支護工藝、材料與施工裝備研發與試驗。
由于所在的團隊是行業內第一次嘗試新工藝、新技術,試驗初期各類問題頻發,經常需要一天下井2次以上,每年駐扎現場開展試驗、改進優化材料、裝備超240天,每天跟工人同上同下,上井后工人能夠休息,他還要思考并協調第二天的工作、更新裝備設計圖紙。
2020年底,鉆錨一體化錨桿支護技術地面基本可以做到連續施工。2021年,持續開展井下工業性試驗,以提升裝備可靠性,他連續6個月跟工人同上同下,每天下井8小時,上來后繼續優化方案、搞試驗。逐步地,裝備可靠性逐步提升,駐扎現場,他負責研發的新工藝、新材料、終于迎來落地轉化。

解決煤巷掘進“卡脖子”難題
礦山煤炭開采作業場上,總有掘進機在地下幾百米的地方強力開鑿前行,其所過之處,通常會留下一條狹長、黢黑、通往煤層的礦井巷道,用以運礦、通風、排水、行人。這既是煤炭采集人員與地面往來的“生命通道”,也是整個煤炭開采作業中保證生產安全的關鍵著力點之一。
開掘后的巷道,需要及時采用巷道支護技術來保持巷道暢通和圍巖穩定,以保障井下人員生命安全。而羅超主要從事的就是煤巷快速掘進與支護技術裝備研發工作,是致力于解決煤巷快速掘進的“卡脖子”難題。
2023年,具有完全自主知識產權、專利合作條約(PCT)和中國專利92件的鉆錨一體化自動支護系統驚艷了整個行業。如今智能化煤礦掘進工作面,不僅告別了過去的肩挑手抬、人海戰術,實現了掘進、支護、運輸平行作業,還首次在國內外實現了鉆錨一體化智能支護,這當中的關鍵設備,正是由羅超作為核心骨干參與研發的“鉆錨一體化自動化支護技術與裝備”。
從錨桿材料到錨固劑,再到整個的施工設備,都是羅超及其背后團隊從零開始構想、研發,其間灌注了無數人的心血與精耕的日日夜夜。在研發近3年的時間里,羅超和團隊也曾無數次碰壁。最終,他們靠著不服輸的精神,研發出國內首款鉆錨一體化錨桿、國內首款泵注式(灌注式)錨固劑及施工裝備。

它解決了多項技術難題:不僅可將傳統鉆孔、卸鉆桿、安裝錨固劑、安裝錨桿、攪拌、預緊的6道工序減為1道,其新型鉆頭還可自動避開金屬網,錨固力大于200kN、預緊力矩超過300N·m、破斷載荷達266.1kN,使施工效率提升了1倍以上,初步達成了錨桿施工無人化的職業理想,被廣泛譽為施工系統的“心臟”。
如今,每當問到羅超如何看待取得的榮譽?他的回答是,那更像是一種鼓舞和鞭策。未來他有決心以更大的勇氣攻克研發道路上的難題,為推動煤炭行業技術進步貢獻力量。
責任編輯: 江曉蓓