团队简介

宁夏天地奔牛实业集团有限公司（简称天地奔牛）工作面智能输送装备创新团队成立于2011 年，依托于中国煤炭科工集团有限公司的央企平台，团队在刮板输送装备的智能化技术、产品研发、制造领域具有显著优势。团队共19 人，其中高级工程师10 人，享受国务院政府特殊津贴2 人，专业涵盖机械工程、电气工程、控制工程、软件开发及制造工艺等多个学科。

团队依托天地奔牛承担建设的国家级企业技术中心、博士后科研工作站、国家煤矿智能开采与岩层控制全国重点实验室——智能运输实验室、煤矿综采输送设备智能制造技术国家地方联合工程实验室、宁夏煤矿综采输送设备重点实验室，以及宁夏智能刮板输送装备创新联合体、井工输送装备工程技术研究中心等创新平台，通过多学科交叉合作，开展关键技术攻关，形成系列核心科研成果，且多项核心技术及装备行业领先。

团队始终以实现刮板输送装备智能化为目标，围绕基础理论研究、智能化技术及产品研发、装备设计制造和智能运维等核心任务展开工作。近3 年，团队成员主持、承担或参与20 余项省部级及以上项目，授权60 余件专利，多项科技成果通过鉴定和成果登记。团队持续引领煤炭输送装备智能化发展方向，为我国能源安全与煤炭资源高效、绿色、智能开采保驾护航。

创新无止境 智能化研发攻关之路

团队由天地奔牛首席专家担任负责人，统一协调管理，下设装备智能化技术、产品数字化研发、设备智能运维、智能制造等多个攻关小组，以重点项目为载体，系统推进工作面智能刮板输送装备的研发，推动相关技术的创新与应用。

刮板输送机用2 000 kW自诊断行星减速器、超长工作面智能刮板输送装备等创新成果实现产业化应用，相关技术指标达到国际领先水平。多项科技成果入选首台套，其中4 台/套设备入选《宁夏回族自治区首台（套） 重大技术装备推广应用目录（2024 年版）》。在煤矿生产智能化变革的道路上，团队作为行业先锋，率先推进刮板输送装备由机械化向智能化的转型，践行了技术飞跃也是团队勇于创新、攻坚克难的奋斗史。

2014年研发出世界首套智能控制刮板输送机

经过多年的技术积累，团队逐步攻克了链条自动张紧、变频调速、功率平衡等系列关键技术难题。2014 年团队成功研制出世界首套智能控制刮板输送机，并在国家能源集团宁夏煤业有限责任公司梅花井煤矿成功应用，得到中央电视台《新闻联播》栏目等多家主流媒体关注与报道，入选了国家第四批制造业单项冠军产品，列入了工信部发布的《2015年首台（套） 重大技术装备推广应用指导目录》，先后获得2015 年度宁夏回族自治区科学技术进步一等奖、2016 年度中国煤炭工业协会科学技术一等奖等，世界首套智能控制刮板输送机如图1 所示。

图1　世界首套智能控制刮板输送机

2016年研制出世界首套“N00工法”刮板输送机

2016 年，团队成功攻关研制出世界首台“N00工法”刮板输送机，并于同年9 月在陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司投入使用。该技术为全球首创，集成了机尾巷收煤、工作面装煤和运煤等多种功能，进一步优化了链条自动张紧和变频驱动智能控制技术，实现了一机多用，填补了行业内的技术空白，该技术成功应用标志着我国煤矿开采技术迈入了国际领先行列，为全球煤炭工业提供了崭新的解决方案，世界首套“N00工法”刮板输送如图2 所示。

图2　世界首套“N00 工法”刮板输送机

2018年研制出年产1 500 万t 智能高效输送装备

煤矿生产的规模不断扩张，输送系统的自动化需求也日益迫切。2018 年，团队攻坚克难成功为陕西小保当矿业有限公司研发了最高日产达6 万t、年产超过1 500 万t 的智能高效输送装备，将特厚煤层综采工作面产量由原来年产1 200 万t 提高至1 500 万t，显著提高了国内特厚煤层资源回收率、工作面单产水平。

1 500 万t 智能高效输送装备集成了多个智能化系统，最关键创新是设备健康管理系统，可实时监测输送设备的运行状况，建立了数据分析反馈机制，捕捉设备潜在故障迹象，帮助操作人员提前采取预防性维护措施，降低了设备因故障导致非计划停机风险；引入了实时煤量监测系统、断链监测系统、输送带自移机尾及转载机自移电液控制系统等智能化技术，减少了人工操作复杂性，提升了设备的协同作业能力和作业效率。1 500 万t 智能高效输送的智能管理系统如图3所示。

图3　1 500 万t智能高效输送的智能管理系统

2019年突破8.8 m 特厚煤层智能综采设备

在面对特厚煤层和高产量矿井时，传统设备运输能力已经达到极限。2019 年，团队为国能神东煤炭上湾煤矿研制了8.8 m特厚煤层一次采全高、年产2 000 万t 的智能综采煤炭输送装备。在设备的研制过程中，引入了基于负载跟随控制的链条自动张紧系统，使得刮板输送机可应对极端条件下高负荷运行。该系统的成功应用，实现了1 900 万t 以上出煤量，刮板输送机的链轮轴组未进行大修，达到了国际领先水平，年产2 000 万t 智能综采煤炭输送设备如图4 所示，基于负载跟随控制的链条自动张紧系统如图5 所示。

图4　年产2 000 万t智能综采煤炭输送设备

图5　基于负载跟随控制的链条自动张紧系统

2020 年成功研制国内首台2 000 kW 数字化刮板输送机用减速器

减速器作为煤矿开采核心装备中刮板输送机的关键部件，是电动机与链轮轴组之间独立的封闭齿轮传动装置，其使用性能、使用寿命和数字化、智能化水平决定了刮板输送机的整机性能。

2020 年初，团队自主研发的超重型刮板输送机用2 000 kW数字化行星齿轮减速器，集减速器运行数据提取、分析、故障预警、寿命预估于一体的集成化紧凑型行星齿轮减速器，实现了减速器从机械化向数字化、智能化迈进，在关键核心技术上完全拥有自主知识产权，推动了煤矿智能化核心装备国产化进程。2 000 kW减速器已在山东李楼煤业有限公司、山东新巨龙能源有限责任公司成功应用。超重型刮板输送机用2 000 kW数字化行星齿轮减速器如图6 所示。

图6　超重型刮板输送机用2 000 kW数字化行星齿轮减速器

2022 年成功运行450 m 超长工作面智能刮板输送装备

2022 年，团队为陕西小保当矿业有限公司研发了SGZ1100/4800 超长工作面智能刮板输送装备。该套设备采用多电机分时段驱动、多参数功率协同控制、精准调速和远程运维监控等智能监控技术，具备高可靠性、低损耗、易维护的特点，满足高效超长工作面开采需求。设备投入使用后，取得了最高日产5.2 万t、月产连续超100 万t 的优异成绩，充分展示了超长工作面成套装备的优越运输能力，450 m超长工作面智能刮板输送装备如图7 所示。

图7　450 m超长工作面智能刮板输送装备

2023年10 m 超大采高智能刮板输送装备再创新高

面对更大采高需求，团队在技术研发方面不断创新、不断探索、不断发展。2023 年，团队为陕西陕煤曹家滩矿业有限公司研制了SGZ1600/6000 超大采高

工作面成套智能刮板输送装备，成功突破了10 m特厚煤层综采工作面输送装备的技术瓶颈，突破最高月产136.3 万t 的纪录。该套装备具备大运量重载启动、链条张力动态敏捷调节等功能，通过多源数据融合技术和神经网络算法实现链条张力的预测和状态监控，确保设备在各种复杂工况下的平稳运行。系列智能化技术的应用提升了设备稳定性和寿命，也让煤矿综采生产迈向了全新高度，10 m大采高智能刮板输送装备如图8所示。

图8　10 m超大采高智能刮板输送装备

2023年薄煤层加长工作面刮板输送装备投产应用

针对薄煤层开采效率低、产量占比不高的现状，团队积极开展各类创新攻关研究，先后突破采煤机过煤空间受限、浮煤回收困难等关键技术问题，研制出具有大过煤空间、快推移速度、高智能水平的薄煤层加长工作面刮板输送机SGZ800/2×700，设计长度350 m。

薄煤层加长工作面刮板输送首台套装备在兖矿能源集团股份有限公司杨村煤矿4703 综采工作面投入应用，连续月产达9 万t 以上，具备年产百万吨运输能力，成为薄煤层行业智能化开采标杆。后续同类设备在枣庄矿业（集团）有限责任公司滨湖煤矿等投产应用。该装备的研制成功，提高薄煤层生产能力，煤层加长工作面智能刮板输送装备如图9所示。

图9　薄煤层加长工作面智能刮板输送装备

2024 年3 000 kW 刮板输送用减速器通过CMAC认证

为应对重载刮板输送机市场需要，团队研制了3 000 kW刮板输送机用减速器，为目前行业内最大减速器，机械效率达到97%，平稳油温为73 ℃，满足千万吨级高产高效矿井对刮板输送装备配套高可靠、高效率、数字化传动装置的需求，具有承载能力强，传动效率高，平衡油温低等特点。该减速器的成功研制，标志着天地奔牛在大功率刮板输送机用减速器领域的又一突破，实现了矿用传动核心技术的自主化，对提高煤矿运输效率，提升井工输送装备水平具有重要意义，3 000 kW刮板输送用减速器如图10 所示。

图10　3 000 kW刮板输送用减速器

突破无止境 难题破解与能效提升之路

解决超长工作面链条张力控制优化问题

在超长工作面中链条张紧滞后问题突出，过大或过小张力都会影响设备性能和安全生产。团队研发的自动伸缩机尾控制系统，利用传感器实时监测链条张力的多维数据，结合模糊逻辑控制技术和概率神经网络算法，自动调节链条张紧力，确保链条始终处于最佳工作状态，确保装备在高强度、长时间运行条件下仍能保持稳定运行，自动伸缩机尾系统如图11所示。

图11　自动伸缩机尾系统

进一步突破装备效率瓶颈

传统刮板输送装备协调各子系之间配合存在较大局限，未能充分发挥设备性能潜力，制约了装备效率提升。为了突破此类瓶颈问题，团队开发了基于多参数融合的智能控制系统。采用多参数输入与逻辑运算，结合神经网络算法和模糊控制技术，根据生产需求自动调整设备的运行参数，及时预判潜在的故障并进行调整，实现设备之间的高效协同作业，减少了人工操作的频次和复杂性，确保装备的最优实时控制，智能协同作业控制系统如图12所示。

图12 智能协同作业控制系统

智能化水平全面提升

为全面提升工作面输送装备的智能化水平，团队深入多个煤矿企业进行实地考察，通过与客户充分沟通，精准把握客户在实际生产过程中的核心需求与痛点。团队整合并补充了电子围栏、嵌入式工况监测装置以及刮板输送装备售后服务管理系统（SOS 系统） 等多项智能化产品，以推动行业技术升级。

输送装备危险区域专用电子围栏，可有效隔离危险区域，提升作业安全性，确保工作人员在进行操作时得到充分保护。

嵌入式工况监测装置比传统PLC工况监测产品体积小、质量小、算力强，适合煤矿井下使用，接入无线传感器实现对生产过程中各类数据的及时采集与传输，确保数据能够实时回馈至集控系统。嵌入式工况监测装置将逐步集成振动数据分析和减速器油质在线监测功能，全面监测设备健康状况，提前发现潜在故障隐患，保障设备稳定运行。

SOS 系统包含边缘端（矿端设备监测与运维系统）、云端平台（物联网远程运维服务数据平台）、用户端应用（设备运维服务移动端程序） 3 个层级产品。平台按照“云−边−端”一体化协同方式构建刮板输送装备运维与服务管理体系，为天地奔牛及煤矿用户提供综合远程管控服务。

成长无止境 人才赋能与卓越发展之路

团队逐渐形成以满足市场需求为主导，以引领行业进步为己任的团队文化和氛围，摸索出产、学、研、用一体化运行模式。根据成员学科分布，交叉形成装备智能化技术研发、核心零部件技术研究、装备智能制造、智能运维研发等攻关小组，由团队负责人统一领导并协调管理。

团队成员发扬传、帮、带的优良传统，重视培养团队合作精神，形成互相尊重、相互配合、充分共享的工作关系；同时充分发挥团队负责人及骨干成员在团队建设与发展中的核心带头作用，营造浓厚的技术创新氛围，培养出一批又一批青年核心科研人员。

展望未来，团队将始终致力于刮板输送装备可靠性及智能化技术的研发。通过持续创新，不断提升研发水平，从设备设计、制造、使用、维护，都做到高效、安全、可靠。团队希望能够在更多的煤矿中推广智能化解决方案，帮助更多企业实现转型升级，助力煤炭行业快速发展；同时期待与国内外同行加强交流与合作，共同探索煤矿智能化的新路径，为全球煤炭工业提供更加先进的技术支持和服务。

策划：李金松 编辑：宫在芹