12月的黑龍江雙鴨山寒風凜冽，雙陽煤礦千米井下作業不停：0.8米高的極薄煤層工作面裡，一台短矮機身採煤機正精准地“啃噬”煤層。

它的“觸角”實時捕捉地質數據，經5G信號以毫秒級速度傳至地面調度中心，液壓支架隨之智能推移。地面調度室裡，技術人員輕點鼠標，井下全景同步呈現。這是如今極薄煤層智能開採的日常，而3年前，這裡還是“連轉身都困難”的艱苦作業區。

我國薄煤層儲量佔總儲量的20%，產量卻隻佔煤炭總產量的10%左右。厚度小於1.3米的薄煤層，尤其是0.7—1.0米極薄煤層，因開採難度極大，長期“沉睡”，但其中蘊含的“工業精粉”——被譽為煤炭“稀土”的焦煤，是鋼鐵企業不可或缺的重要原料。

2021年，由黑龍江科技大學牽頭的研發團隊，在千米井下打響極薄煤層“夾縫掘金”智能開採攻堅戰。

煤機“瘦身戰”

“薄煤層採煤，最難解的就是‘小空間’和‘大功率’這倆‘死對頭’。”在黑龍江科技大學實驗室，吳衛東教授一語道破關鍵矛盾。

煤層越薄，煤體通常越硬韌。採兩米多厚的煤層，隻需200千瓦總功率﹔可極薄煤層開採，裝機功率達500—900千瓦。

“作業空間就那麼點兒，設備高了會被卡住，厚了擋煤流，薄了又扛不住大功率。”吳衛東向科技日報記者解釋，“這就是橫在我們面前的第一道坎。”

為了讓設備既“力大無窮”，又“身形纖薄”，團隊開啟了一場與尺寸的“毫米級拉鋸戰”。

“別人設計設備按厘米算，我們是按毫米摳。”課題組成員張丹教授笑著回憶，“就為降低設備17毫米的高度，我們跟採煤機、電液控及其他有關廠家開了無數次會，逐個部件協商優化。”

“瘦身戰”的關鍵在材料與結構革新。此前機身用500、550型號材質，強度不足只能靠增厚彌補。“我們換成650型號高強度材質，剛度和耐磨性大幅提升，承載力上去了，才敢在尺寸上‘做減法’。”吳衛東說。團隊還在細節上精打細算：底板加厚4毫米、中板增加5毫米，看似“加法”，實則是“優化術”——借結構重構，既提升設備壽命，又壓縮整體高度。

最讓團隊絞盡腦汁的，是傳動結構與電壓系統的突破。“傳統傳動結構一裝，設備高度直接破800毫米，薄煤層根本沒法用。”吳衛東指著模型兩側的動力裝置說，“我們大膽把牽引動力移到巷道兩側，就像拉爬犁似的牽引設備移動，既省出中間空間，又避免了變頻諧波干擾通信。”

為進一步壓縮電機體積，團隊決定將電壓從1140伏升壓至3300伏，這意味著所有電氣元件都要重新布局。光接線柱爬電安全距離，團隊就擺出幾十個方案，仿真模擬了無數次。力學計算、強度校核，每個細節都不敢放過，整整三四個月，他們終於把設備高度從630毫米壓到588毫米，還硬生生多擠出20多毫米的過機空間。

2022年10月，當第一台樣機下井測試時，看著它靈活地在極薄煤層中穿梭，老礦工們圍著機器轉了三圈，伸手摸了又摸，由衷贊嘆：“這‘矮個精英’，比我們彎腰採煤利索5倍！”

數據顯示，極薄煤層開採效率從原來的每月1.5萬—2萬噸提升至4萬—5萬噸，而作業人員從20人左右減至5—6人。

布設“順風耳”

採煤機“瘦身”后，新難題接踵而至。極薄煤層工作面空間狹小，電磁干擾強，常規5G設備根本無法部署。“就像在火柴盒裡裝基站，既要小巧玲瓏，又要信號滿滿。”負責通信技術攻關的黑龍江科技大學教授楊慶江打了個比方。

2023年深秋的一天，井下礦燈光暈中，煤塵浮動，楊慶江團隊已經奮戰6個小時。他們帶到井下的通信方案又失敗了——天線體積雖已縮小，但在狹窄的空間內仍找不到合適的安裝方案。“必須再壓縮，否則無法固定安裝。”龍煤雙鴨山礦業有限責任公司機電副總工程師祝永濤語氣堅定。

“不行！再壓縮會影響信號穩定性。”哈爾濱工業大學教授李卓明反駁，手裡的圖紙被捏得發皺，“我們已經測試了8套方案，再改參數風險太大。”

爭論從下井就沒停，隊員臉上沾著煤污，爭得面紅耳赤不肯退讓。就在陷入僵局時，黑龍江科技大學教授劉付剛提出的建議讓大家眼前一亮：“用泄漏天線！既能縮小體積，又不影響信號。”眾人立刻動手對泄漏天線安裝方案進行設計與論証。

又過了4個小時，團隊終於就安裝方案達成一致，這才覺得飢腸轆轆。

靈感落地后，團隊將原本分散的多個設備整合為單一設備，體積大幅縮小、重量顯著減輕，以泄漏天線替代傳統天線，沿支架縫隙敷設，實現作業區信號均勻覆蓋。

近3個月的安裝調試后，井下傳來歡呼聲。測試數據顯示，極薄煤層工作面5G信號上下行速率、時延等關鍵技術指標均達《煤礦5G通信系統安全技術要求》的標准。這是國內首次實現5G在極薄煤層工作面的成功部署。

“現在井下實時場景、設備狀態，都能同步傳至地面，無任何延遲。”楊慶江指著調度中心大屏自豪地說，“極薄煤層工作面終於有了‘千裡眼’‘順風耳’，為遠程智能操控打牢基礎。”

煤層“做CT”

極薄煤層賦存（指極薄煤層在地層中的存在狀態和分布特征）極不穩定，頂底板起伏變化大，稍有不慎就會導致採煤機割到岩石，不僅易損壞設備，還可能引發頂板事故。“就像在刀尖上跳舞，每步都得精准定位。”負責地質建模的黑龍江科技大學教授劉永立告訴記者，構建高精度地質模型是智能開採的前提，也是最后一道難關。

地質探測的難點在於，0.7—1米高的空間內，技術人員只能匍匐前進。“每次下井都要背上10多斤重的探測儀器、自救器和礦燈，像壁虎一樣爬著探測。”劉永立卷起衣袖，手臂上還留著被岩石刮傷的疤痕。200米長的工作面，探測得在兩三個小時的窗口期內完成，大家都在與時間賽跑。

“探測時最怕的就是被卡，胸口貼著煤層，后背頂著頂板，動也動不了。”北京龍軟科技股份有限公司智能裝備技術研究院副院長李鑫超回憶，在井下，幾個人分工作業，溝通全靠喊和對講機。“左邊頂板有凹陷，注意避讓！”“前方5米煤層變厚！”喊聲穿透煤塵在巷道回蕩。每天探測完，大家滿身煤塵，隻剩牙齒是白的，靠聲音認人。

靠著日復一日地“爬行探測”，團隊積累了海量地質數據，並融合鑽探、物探數據，用計算機建模技術構建起精度達0.1米的極薄煤層三維地質模型。這套系統像給煤層做“CT”，斷層、煤層厚薄、頂底板起伏一目了然。

“這項技術徹底告別極薄煤層‘盲目開採’，實現‘精准開採’。”龍煤雙鴨山礦業有限責任公司副總工程師韓國平評價，“有了高精度模型，採煤機能提前規劃路徑、自動調整滾筒高度，不割岩石、護設備、提回收率、降風險。”

今年9月，黑龍江省首批“揭榜挂帥”科技攻關項目“極薄煤層智能開採關鍵技術攻關與示范”通過驗收。成套技術已在黑龍江、雲南、陝西等地推廣，極薄煤層開採效率提升200%，新增產能150多萬噸，煤礦企業新增營收超6億元，實現減人、提效、增安。

“如今我國極薄煤層智能開採技術達到了世界領先水平。”劉永立站在設備模型前，眼神明亮。千米井下，昔日“夾縫”已成“富礦”。

記者 朱 虹

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