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深耕掘进 谱写智能化新篇章 ——中国煤科太原研究院刘国鹏副研究员

2024-01-08 15:55:08  来源:智能矿山杂志  作者:--
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带领团队取得的业绩成果与贡献

业绩成果

刘国鹏自2008 年4 月参加工作以来,一直在科研第一线从事掘进机及成套装备自动化、智能化控制相关技术及产品开发工作,具有较高的业务水平,创造性地解决了重大关键科学技术问题,取得了具有较高学术价值和重要经济效益的成果,能分析本专业国内外发展趋势,根据行业现状和专业发展提出本专业研究方向。

近年来,刘国鹏立足工作岗位,守正笃实,久久为功,深耕掘进装备智能化控制系统相关技术,长期追踪国家及各省智能掘进发展动态,规划技术攻关方向及产品研发计划,带领课题组攻克了掘进机及成套装备自动截割、协同控制等技术,为智能化掘进机及成套装备的成功应用做出了重要贡献。他牵头设计的掘进智能化控制系统落地国家能源投资集团有限责任公司、中国中煤能源集团有限公司、河南能源集团有限公司、山东能源集团有限公司、陕西煤业化工集团有限责任公司等全国各大矿区,在大量工程实践的基础上,快速迭代优化系统设计,完成了掘进机及成套装备智能化控制系统设计全流程标准化方案,为产业化发展奠定基础,在行业内起到了引领示范作用。

主要贡献

刘国鹏专业基础理论扎实,善于发现、接受和应用新知识、新技术,注重国内外科技前沿理论的学习,对国内外新技术新科技有较高的知识敏锐性,熟悉机械、液压、电气、自动控制等多学科交叉知识。他在产品研发过程中积极应用新技术、新方法并注重试验验证,负责研发的掘进装备智能化控制系统涉及智能感知、电液控制、定位定向、自动控制算法、网络通信、智能控制等多个专业领域。在技术研发过程中,刘国鹏创新性提出了掘进机断面自动截割成形截割机构协同控制方法、掘进机巷道空间下自主行走轨迹控制方法以及掘进机截割、装料和行走机构协同自动控制方法,相关技术已经批量化应用于太原研究院掘进机单机及其成套装备,为智能掘进技术进步和解决行业技术难题做出了贡献。

煤矿智能化关键技术攻关经历

兖矿能源鲍店煤矿智能掘进项目关键技术

兖矿能源集团股份有限公司鲍店煤矿(简称鲍店煤矿) 掘进机远程记忆截割系统突破了悬臂式掘进机远程自动截割关键技术,实现了掘进工况监控与故障诊断、截割头位姿监测、远程集中控制、截割机构自动控制、行走协同自动控制、自动截割和运输系统协同控制等功能,为太原研究院掘进智能化控制系统推广应用奠定了坚实的基础。鲍店煤矿智能掘进技术的应用实践在央视新闻进行了专题报道。

掘进机远程记忆截割系统主要性能指标为:①悬臂相对机身俯仰角、偏航角动态测量误差±0.02°;②自动截割模式下履带行进距离测量精度±60 mm;③自动截割断面成形误差±15 cm。

掘进机远程记忆截割系统有效解决了悬臂式掘进机自动化控制关键“卡点”问题:①掘进工作面截割全工序一键自动控制;②掘进机截割升降、回转和伸缩机构同步自动控制,实现截割断面一次成形;③行走机构协同自动控制,实现自主行走。

鲍店煤矿智能掘进技术攻关经历与故事

刘国鹏作为项目负责人,深知该项目是太原研究院进军兖矿能源集团股份有限公司智能掘进市场的重点项目,其中关键技术的突破及成功应用对于太原研究院和行业发展都具有重要意义。他始终抱着必胜的决心和精益求精的态度,力求把该项目打造成示范性工程。项目在整个实施过程中包括前期的调研设计、关键技术的攻关验证、现场的试验调试等各个阶段,每个阶段无不充满着艰辛与挑战。在系统研发期间,他不忘初心,敢拼勇闯,带头加班加点攻克关键技术;在车间调试期间,带领课题组夜以继日的加班调试、改进、再试验;在矿上工业性试验期间,每天下井跟班调试试验,始终以昂扬的斗志,不畏艰险的实际行动保证着项目的成功实施应用。

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在鲍店煤矿驻矿的2 个多月里,刘国鹏始终秉承“功成必定有我”的信念,每天加班到凌晨2 点以后,坚持优化设计,完善系统功能,以时不我待的拼搏精神带领项目组攻克了掘进机自动截割、协同控制等技术,为智能化掘进机及成套装备成功应用做出了重要贡献。现场施工时,他每天奋战在煤灰、粉尘、高温、湿热的井下恶劣环境中,安装设备、接线、调试,亲力亲为,奋战一线。经过数个不舍昼夜、加班加点的调试和技术攻关,刘国鹏凭借着扎实的专业技术,不怕困难,永不服输的拼劲一次次解决排查问题,以验证自动截割、协同控制等关键技术,优化了自动截割算法及程序,实现了掘进机远程记忆截割系统中自动截割、行走系统和运输设备的协同控制以及远程集控等各项功能。

中煤华晋王家岭煤矿智能掘进项目关键技术

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中煤华晋集团有限公司王家岭煤矿(简称王家岭煤矿) 掘进机智能化控制系统突破了悬臂式掘进机截割智能变频调速控制技术和基于导航数据的自主行走控制技术。首次实现掘进机截割变频调速系统在井下常态化运行,可根据截割负载变化趋势自适应调整截割电机转速。所在巷道施工采用左右断面分步截割工艺,掘进机先开到巷道的左侧断面,完成截割后再移机到巷道的右侧断面进行截割。掘进机根据导航系统提供的位姿数据实现对掘进机姿态和航向的自动纠偏控制,在掘进机机身定位系统精度达到要求的情况下,掘进机具有自动行进截割、截割过程中自主纠偏控制和自动后退靠帮停机功能,为将来真正实现基于自主导航系统的掘进机全断面自动截割奠定了基础。王家岭煤矿智能掘进技术的应用实践荣获2019—2020 年度煤炭行业“两化”融合优秀项目。

掘进机智能化控制系统主要性能指标为:①截割变频调速给定频率自适应调节范围0~75 Hz;②机身相对巷道偏航角动态测量误差±0.05°,定位测量误差±10 mm;③自动截割模式下自主纠偏控制误差±50 mm。

王家岭煤矿智能掘进技术攻关经历与故事

刘国鹏是掘进机智能化控制系统的技术总负责人,负责技术可行性调研、系统规划设计、控制方案确定和系统调试。从硬件选型、通信协议编制到软件设计全程亲自参与,独立完成了主控制程序的编写、调试,并解决了设计、调试过程中包括系统通信网络规划、变频器干扰通信链路、截割变频调速自适应控制、截割牵引自适应控制、自动截割时悬臂自动控制和一键启停设备联动等关键技术难点。作为一名青年技术人员,他奋勇当先,在王家岭煤矿驻守3 个多月,从前期调研、中期试验到后期验收,全程参与。期间连续出差超过120 天,下井100次以上,单班下井最长时间超过24 h。

该项目在王家岭煤矿井下工业性试验期间,正赶上矿上全力保证生产进度的关键时期。矿方为保证该项目工业性试验的正常进行,决定在夜班进行智能化控制系统的安装、调试和技术验证。刘国鹏带领课题组迎难而上,克服夜班工作的时差和疲劳,发扬能打硬仗、连续作战的工作作风,不仅及时保质地解决了早班和中班生产班出现的电气问题,还提前完成了智能化控制系统的安装、调试和第一阶段工业性试验,得到了项目对接单位和矿方的一致认可,为太原研究院智能掘进系统在中煤集团推广应用奠定了基础。众所周知,技术理论从可行性到工程应用需要经历艰苦漫长的试验和技术迭代过程,基于导航数据的巷道自主行走和全断面自动截割是该项目的关键技术难点,也是行业的痛点。在刘国鹏的带领下,经过3 个月的井下连续攻关试验,终于取得重要突破。智能化控制系统试验掘进工作面于2022 年8 月顺利通过山西省智能化验收,达标山西省中级智能化掘进工作面建设要求。

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解决生产实践难题的过程、方法与效果

攻克重点技术难题 发挥带头作用

悬臂式掘进机是煤矿巷道施工最常见的掘进装备,如何实现掘进机的断面自动截割成形控制,一直是掘进机实现全自动化作业的技术难点,也是建设智能化掘进工作面的必然要求。刘国鹏作为技术负责人,发挥带头作用、攻克难点技术,深耕智能化技术的攻关工作。以解决行业“卡脖子”技术为目标,规划技术攻关方向及产品研发计划。同时作为一名党员,他坚守岗位、攻坚克难、争做岗位标兵,充分发挥党员带头模范作用。在研制试验过程中忠诚担当、勇立潮头、全力以赴,以实际行动诠释了“一名党员就是一面旗帜”,为推进技术攻关贡献力量。

理论与实际相结合 始终扎根一线

为解决掘进机自动截割关键难点问题,刘国鹏一直扎根掘进现场,以咬定青山不放松的执着精神带领项目组攻克了掘进机自动截割、协同控制等技术难点。通过持续跟踪不同工况下掘进机工作模式,经过反复的验证与仿真,设计并优化了自动截割的算法模型,并创造性地提出了记忆截割实施方案,提供了多种轨迹的自动截割方案,融合自主行走,实现了悬臂式掘进机的自动截割、记忆截割、轨迹截割,并进行了直观的可视化三维显示,给智能掘进添上了浓墨重彩的一笔。

注重技术细节 推进技术攻关

为攻克断面截割成形控制技术,刘国鹏每天加班到深夜12 点以后,坚持优化系统设计,完善系统功能。针对产品研制与生产过程,注重技术细节,进行严密复查,检查每一项可能对难点技术产生影响的环节,从而保证难点技术攻关成功。最终,刘国鹏带领团队完成掘进机自动截割、自主行走、断面自动截割成形控制等系统的设计和实际应用,保证该技术取得了阶段性成功,同时相关技术已经批量化应用于太原研究院掘进机单机及其成套装备,并推广应用到全国各大煤矿集团,为智能掘进技术进步做出了重要贡献,在行业内起到了引领示范作用。

人才管理与培养

团队介绍和建设思路

刘国鹏带领的技术团队由4 名技术指导专家和10 名技术研究人员组成。技术指导专家中1 人为国家能源局煤矿智能化专家,1 人为山西省煤矿智能化专家,1 人为太原研究院专家,1 人为博士研究生学历且担任集团公司技术专家委员会委员。技术研究人员中硕士、本科学历分别为8 人和2 人,其中副研究员2 人,高级工程师1 人,助理研究员3 人,研究实习员4 人。

刘国鹏自2015 年担任技术带头人以来,始终结合国家政策和行业技术发展,分别从系统和总体的角度去规划掘进装备自动化、智能化技术的研究方向和产品设计方法,为团队明确了技术攻关方向及产品研发计划。在工作过程中,始终坚持发挥“头雁效应”,带头发扬勇于担当、攻坚克难的工作作风,带领技术团队持续攻关智能感知、记忆截割、自动截割、协同控制、网络通信、远程集中控制等掘进机及成套装备自动化、智能化控制相关技术。同时结合团队每个成员的专业背景和特长,通过传帮带的形式指导每个人提升技术视野,沉淀技术素养,形成理论联系实际的工作方法,让团队在服从大局、分工协作、奋勇争先的工作氛围中充分发挥集体智慧进行技术创新。

人才管理与培养经验

参加工作以来,刘国鹏一直非常注重自我能力的提升,先后主持或参加完成了50 余项科研项目,其中国家、省部级以上科研项目20 余项,其他项目40 多项。他深厚的行业背景、扎实的理论基础、丰富的科研创新经历、敏锐的技术视野、常年扎根一线的工作经验以及较强的学习能力都为其带领技术团队进行技术创新奠定了坚实的基础。

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自从2015 年担任技术带头人开始,尤其注重培养年轻人并凝练技术团队。要求团队的每个成员始终都要秉承“功成不必在我,功成必定有我”的信念进行技术创新,带出了充满斗志、攻坚克难和业务能力突出的技术团队,2 名技术人员晋升为副高级职称,3 名技术人员晋升为中级职称,多名年轻技术人员已经成长为技术骨干,具备了独立承担科研项目的能力并积累了处理现场复杂问题的经验,在太原研究院为其他员工树立了榜样。

自参加工作以来,刘国鹏在平凡的工作岗位上始终如一,严谨求实,勤奋刻苦,兢兢业业,认真圆满地完成了各项工作任务。多年来,他一直在科研一线从事掘进机及成套装备自动化、智能化控制相关技术及产品开发工作。作为掘进装备电气自动化系统的项目负责人,他更多地从系统和总体的角度去规划掘进装备电气产品的研究设计方向。创新性地提出了标准化电控系统设计思路,并建立了机械图纸库、电气图纸库和程序库。自标准化掘进机电控系统批量化应用后,有效提高了掘进机电气产品的技术水平及可靠性。

近年来,刘国鹏持续深耕掘进装备智能化控制技术,长期追踪国家及各省智能掘进发展动态,规划技术攻关方向及产品研发计划,创新性地提出了悬臂式掘进机全断面截割轨迹示教方法、记忆截割、自主行走轨迹控制方法及自动截割控制方法等,带领课题组攻克了掘进机及成套装备关键技术,为智能化掘进机及成套装备成功应用做出了重要贡献。牵头设计的掘进智能化控制系统落地全国各大矿区,在大量工程实践的基础上,快速迭代优化系统设计,并完成掘进机及成套装备智能化控制系统设计全流程标准化方案,为产业化发展奠定基础,在行业内起到了引领示范作用。


助理编辑:李雅楠

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