首页

煤矿智能化开采装备的技术分野：成套协同与超前探定向的工程验证

中国能源产业发展网发布时间：

2026-11-03 08:41

【中国能源产业发展网原创】【作者：陈远】

煤矿智能化开采装备的竞争，在2026年10月进入了一个新的阶段：比的不再是单机参数，而是成套装备在真实工作面能否协同跑通。三件事集中发生在同一个星期。10月22日，郑煤机联合蒙发集团研制的行业首套常水三伸缩智能成套装备在郑州通过出厂评议，次日即在郑煤机集团智能成套装备联测中心完成客户现场联调验收；10月25日，山西省首台套煤矿高抽巷专用全断面硬岩掘进机在晋城经开区下线；10月26日，中国煤炭科工集团重庆研究院自主研制的TBM机载超前探定向钻机在山西某矿完成安装调试，并顺利完成孔深超200米的超前探定向钻孔施工。三者分别落在支护、掘进与超前探测三个环节上，却共同指向同一个技术命题：井下工况与地面实验条件的差别，必须靠专门的工程设计来消化，而不是靠参数放大来硬扛。

常水介质支架：把腐蚀与污染从支护系统里挤出去

行业首套常水三伸缩智能成套装备的技术起点，是一个相当具体的现场难题：煤层厚薄交替、采高起伏大，传统开采方式面临资源回收与设备配置的双重挑战。厚煤层需要大伸缩比，薄煤层又要求支架迅速降架，两种截然相反的行程需求叠在同一台支架上，就要求立柱在三级伸缩过程中保持压强均衡。

郑煤机在2026年10月22日通过出厂评议的这套装备采用的专利等压平衡三伸缩立柱技术，可将三级缸下腔压强降低25%以上，直接破解了传统三伸缩立柱三级缸下腔超高压易爆缸的行业痛点。压强降低带来的不只是安全裕度，还有覆盖范围：支架全程适配厚薄煤层交替变化，实现一套顶两套的效果，显著减少设备轮换及搬家倒面工作量，资源回收率可提升15%至20%。同时，支架在全高度调节范围内保持额定工作阻力，并具备过载保护能力。

第二个技术主线是介质替换。传统液压支架使用乳化液，研发团队为装备注入了常水技术基因，目标是让矿井支护彻底告别传统乳化液的污染问题。难点在于常水介质的低润滑与腐蚀大这两个全行业技术难题，装备需要结合水质、温度及硫化氢气体等矿井条件做深度适配。最终方案是：常水接触面实现百分之百全防护，缸筒内壁采用不锈钢激光熔覆，密封难题经30000次常水介质低润滑、全行程偏载耐久试验验证，常水介质专用阀完成50000次寿命试验。

这两组试验次数的意义在于验证的性质。低润滑、全行程、偏载三个条件同时施加，对应的是支架在最不利行程位置承受最大偏心载荷的工况；而50000次寿命试验针对的是常水介质专用阀这个最容易被腐蚀失效的部件。支护系统一旦失效，代价不是停机而是垮落，因此这里的每一个数字都是用事故换来的。

成套协同：采、支、运、供液四条链路的重新编织

如果说等压平衡立柱解决的是单机难题，那么这套装备真正的技术含量在协同层。围绕采、支、运、供液各环节，装备融合了高阶智采系统、分布式电控、人工智能视觉感知与规划供液等技术，推动设备从单机智能向成套协同升级。这套系统依托的智采平台融合了规划截割、分布式电控系统、视觉感知、规划供液及液压智能监测，实现工况集中呈现、作业协同控制和风险语音预警。

分布式电液控系统的部署方式是其中一个容易被忽略的工程决断：采用厂内预装、井下快插的部署方式，安装时间缩短约90%。煤矿井下安装工作受限于空间、照明与安全条件，厂内预装意味着更多工序可以在有条件的车间完成，把井下作业时间压缩到装配与校验。对一个需要批量交付的成套装备而言，这决定了交付周期与人力成本能否与规模化生产匹配。

同一条部署逻辑还延伸到了线缆。方案采用无线传感器替代传统有线连接，减少近1000根线缆，有效降低安装维护工作量。一根线缆减少对应的是一个连接点的减少，而在井下环境里，每减少一个接点就少一个故障源和一处进水风险。智能遥控器续航超过16小时，支持规划开采一键启停、工况查看和语音对讲，这几个功能指向的是把采煤机与采煤机、采煤机与支架之间的操作关系交给系统去匹配。

输送与采掘装备本身也有可核的硬指标。配套刮板输送机在刮板链经过的所有区域全部采用全熔覆工艺，熔覆层硬度达HRC55至60，实际使用寿命提升50%以上，同时采用低矮高强度槽帮和拓扑优化设计，降低机面高度与设备自重，兼顾耐磨与节能。配套的采煤机采用长拉杆整体连接结构以提升抗冲击能力，冷却水道采用内腔整体式镀镍防腐工艺以保障长期稳定运行，并搭载机载智控盒子，集成语音播报、风险预警、截割轨迹自主优化等功能。

超前探定向：掘进与探测的工序解耦

同期落地的两项掘进装备突破，都指向同一个此前无法解决的工序矛盾。传统工艺普遍采用短掘短探模式，掘进与钻探工序交替开展，通常每掘进数十米就需要停机实施钻探作业，严重制约巷道掘进效率。

中国煤炭科工集团重庆研究院在2026年10月26日披露的解法，是把定向钻进技术移植到TBM掘进超前探测施工中。该装备采用小型化、模块化高度集成设计，适配全断面硬岩掘进机有限安装空间，钻机直接固定于掘进机机身，井下组装高效便捷；支持多姿态定向钻孔作业，实现长距离钻孔受控精准钻进，有效解决传统钻机探测深度不足、钻孔轨迹易偏移的技术难题；降低掘探工序切换频次，大幅压缩掘进机停机等待时间，单次循环辅助作业时间较传统模式节约30%以上。

这里的30%以上是一个容易被误读的数字。它指的并非掘进速度提升30%以上，而是单次循环中用于辅助作业的时间节省，意味着同样的掘进循环里可以多出近三分之一的时长用于有效作业。在采掘接续紧张的高瓦斯矿井里，这直接对应着产能的释放节奏。

该装备在2026年10月26日的首次现场应用中完成孔深超200米的超前探定向钻孔施工，实现了该装备的首次现场应用。下一步，中国煤炭科工集团重庆研究院将持续推进TBM超前钻探技术迭代升级，推动机载超前探工艺向智能化定向精准探测转型。

掘进装备国产化：隧道方案为何搬不进煤矿

2026年10月25日下线的山西省首台套煤矿高抽巷专用全断面硬岩掘进机，把这个问题的边界划得很清楚。该装备由太原理工大学承担全部技术研发，是山西省科技重大专项的标志性成果；针对煤矿行业硬岩掘进效率低、瓦斯治理难度大、安全施工成本高等长期痛点开展联合攻关，集掘进、支护、出渣等功能于一体，采用全断面刀盘一次破岩成洞，可有效替代传统钻爆法。

中国工程院院士、太原理工大学学术委员会主任金智新在2026年10月25日的下线仪式致辞中把这件事的关键说得很直接：煤矿专用掘进装备创新绝非传统隧道装备的简单移植，必须立足井下特殊工况开展原创性、系统性攻关。这句话点破了这件事的难度所在。全断面掘进机在公众认知里是隧道掘进机，其工作条件是大口径、长距离、在几百米到几公里长的直筒里往前推；煤矿井下则完全是另一回事，巷道断面小得多，还要频繁转弯，顶板高度也矮。

太原理工大学山西省煤矿智能装备工程研究中心主任王宏伟在2026年10月25日的下线仪式技术介绍中给出了这台装备的三个关键指标，每一个都对准了隧道装备进不来的痛点：短主梁倒置式敞开结构，是针对煤矿井下小断面、小转弯、短空顶的特殊工况完成的技术重构；60米级小半径转弯与2.5米超短空顶距，是行业共性技术难题；探、掘、支、运一体化协同作业模式，则集成了超前钻探、随掘物探、机载永久支护与数字孪生管控等多项核心技术，掘进效率较传统工艺实现量级跃升。

中国煤炭学会理事长刘峰在2026年10月25日的下线仪式致辞中的判断更直接：这套装备实现了煤矿掘进从人海作业向智慧作业的跃迁。三个技术特征叠加起来，构成了一条与隧道装备完全不同的设计逻辑——在断面受限的空间里，先用结构短化换取机动性，再用多系统集成换取单工序的效率。

装备的国产化路径也在这一事件中同步推进。该机型定位为山西省煤矿高抽巷专用全断面硬岩掘进装备，其成功下线为申报山西省第二批能源领域首台套重大技术装备奠定了硬件基础与技术支撑。晋城经开区方面对此的定位表述是：首台套的突破是起点而非终点，装备的成功下线意味着该省在矿山硬岩专用掘进高端装备领域填补了空白。

验证标准只有一个：在真实工作面跑通成套协同

把三件事放在一起，可以给出一条明确判断：煤矿智能化装备的技术评价体系正在从参数表转向运行记录。常水三伸缩支架的意义不在于三级缸下腔压强降低25%这个数字本身，而在于它是否能在一个采高起伏剧烈的工作面上替代两套支架持续运行；机载超前探定向钻机的意义不在于孔深超200米，而在于是否真的把单次循环辅助作业时间压缩了30%以上；硬岩掘进装备的意义不在于替代钻爆法，而在于在2.5米空顶距与小半径转弯条件下能否保持连续作业。

这三个判断标准有一个共同的特征：都无法在实验室里完成，只能在井下取得。这也是2026年10月这批进展的共同价值——出厂评议、首次现场应用与客户联调验收三个环节在同一周内接连落地，意味着成套装备的验证正在从分体试验走向系统联调。

从行业层面看，剩余的硬约束仍然清楚。掘进装备的替代只发生在特定场景，不是全行业换装；超前探工艺的推进方向是向智能化定向精准探测转型，这一步尚未完成；常水介质的应用则受制于各矿井水质、温度与硫化氢条件的差异，需要按矿定制而非全国通用。三者的共同点在于，成套装备的复制推广条件比单机成熟得多，但比样机复杂得多，验证周期也长得多。判断这类装备产业价值的正确方式，是看它完成了多少轮井下运行周期的验证，而不是看它拿下了多少项首台套认定。

-本文参考资料来源于郑州煤矿机械集团股份有限公司、太原理工大学、晋城市人民政府、中国煤炭科工集团等企业与机构公开信息；中国煤炭工业协会等行业组织公开信息；中国能源新闻网等媒体报道。

来源：

作者：

陈远