团队简介
中国煤炭科工集团煤矿井下智能钻探技术创新团队(以下简称团队)，隶属于中煤科工集团重 庆研究院有限公司(以下简称重庆研究院)。 团队通过承担智能钻进领域的重大专项、重点研发计 划等重大项目凝聚而成，重点攻克煤矿井下智能钻进装备研发、智能钻进技术及钻探工艺开发等 难题，是中国煤炭科工集团在煤矿安全领域前沿技术的代表，肩负着引领智能钻探行业发展的重任。
团队负责人辛德忠，任中国煤炭科工集团首席科学家，第四届煤炭工业技术委员会委员，煤矿 机械与维修制造专家委员会委员；核心成员王清峰任中国煤炭科工集团首席科学家、中国煤炭学 会钻探工程委员会委员。团队成员学科布局合理，硕士及以上学历占比90%；发表学术论文60 余 篇，其中SCI/Ei 检索 12 篇；授权发明专利28 项，获中国专利优秀奖 1 项，省部级及全国行业协会一 等奖 1 项、二等奖 4 项。2017 年获重庆市科委批准成立“重庆市矿山智能钻探工程技术研究中 心”；2020 年入选重庆英才创新创业示范团队，2022 年入选中国煤炭科工集团科技创新团队，获 “2022年度全国煤矿智能化卓越团队”荣誉称号。
团队研发历程
2011 年 ，团队依托“十一五”国家重大专项项 目“地面控制井下瓦斯抽采钻机钻进技术与装备”， 实现了地面远距离控制井下钻机，控制距离大于20km；
2015 年 ，团队依托 “十二五”国家重大专项项目 “地面远距离自动控制技术与装备”，实现了地面控 制井下自动钻机和实现自动打钻 、 自动移机及锚固 等功能 。2016 年 ，基于国家重大专项的研究成果， 团队攻克难关 ，成功研发了煤矿用智能钻机 ，该智能钻机首创了全自动上下钻杆 、无线遥控操作 、全自动钻进、数据自动记录及智能防卡钻等关键技术。同年，全国首台 ZYWL-4000SY 智能钻机在淮南谢桥煤矿成功应用。
2016 年 11 月 16 日至 18 日 ， 由重庆研究院主办 、 淮南矿业集团协办的国内首次“智能化钻机技术” 交流会在淮南召开 。来自平煤神马集团 、神华神东 煤炭集团 、河南神火煤业集团 、淮北矿业集团 、郑 州煤炭工业集团 、中煤新集 、新疆焦煤 、阳煤集团 等 21 家单位 72 位专家、领导参会 。为保证智能钻机 正常运行 ，应对突发情况 ，辛德忠同志带领技术人 员驻守井下现场 ，最终“智能化钻机技术”交流会 取得圆满成功 ，智能钻机赢得了大家的一致好评 。 团队主要成员及获奖情况如图 1— 图 3 所示。
团队在此研究和应用基础之上 ，开发了多系列、 多型号的智能钻机产品 ，包括 ZYWL-Y/ZYWL-SY 通用型智能钻机和 ZYWL-Y/ZYWL-SY 全方位型智能钻机 。 目前 ，智能钻机已形成较完善的技术体系与产业化布局 ， 已在淮南 、淮北 、皖北 、平煤 、郑 煤 、兖煤 、鹤壁 、神东等 30 多个煤矿推广应用 ，减 人提效效果显著 ，并在淮南等矿区创新了 3 台一组 的集群模式 ，实现单班 4 人运行 3 台钻机 ，人均效率 较单机提高近 1 倍 ，有力保障了煤矿井下减人提效 的目的 。煤矿用智能钻机如图 4 所示。
图 1 团队负责人辛德忠(左一)指导研发人员现场调试钻机
图 2 团队主要成员王清峰同志作专题报告
图 3 团队获得 2022 年全国煤矿智能化卓越团队
2019 年1月，原国家煤矿安全监察局，公布了《煤矿机器人重点研发目录》，将防突 、探水 、防冲钻孔机器人纳入了研发目录 。2020 年 ，团队基于智能钻机的研究成果 ，以无人化为目标 ，突破自适应 钻进 、 自主定位 、自主导航 、自主路径规划等关键 技术 ，研发了集智能钻进 、 自主移机锚固于一体的 煤矿井下钻孔机器人 ，为井下无人化钻探奠定了装 备与技术支撑。
图 4 煤矿用智能钻机
目前 ，煤矿井下钻孔机器人已在河南平宝煤业 有限公司首山一矿和四川华蓥山煤业股份有限公司 绿水洞煤矿示范应用 ，现场应用效果良好 ，减少钻 孔施工人员 50% ，提高综合钻进效率 60% 以上 ，实 现了钻孔施工的无人化 。该成果经科技部规划司遴 选 ，受邀参加了“十三五”国家科技创新成就展， 为煤矿机器人的推广应用奠定了坚实基础 。煤矿井下钻孔机器人如图 5 所示。
图 5 煤矿井下钻孔机器人
团队建设思路
团队按照智能钻进支撑技术划分为智能装备、电控技术 、钻探工艺等研究方向，依托重庆研究院 完善的科研体系开展工作。重庆研究院科技发展部定期组织项目汇报、阶段总结、学术会议等制度化方式交流 ，重庆研究院在科研经费 、试验设备 、辅助人员配套等方面给予团队充分的保障 ，为项目负责人及团队成员创造了良好的工作和科研环境。
团队对成员进行梯队式培养 ，逐步形成“负责 人-带头人-技术骨干”的人才培养路线 ，坚持以负 责人为中心 、带头人为支点 、骨干成员为生力军、 其他成员为后备军的培养原则 ，促使带头人具备省 部级重点或国家级项目课题负责人的水平 ， 以及骨 干成员具备省部级一般或集团项目负责人的水平， 以此打造年龄梯度 、职称结构合理的高质量人才 队伍。
团队建立了自有管理与考核制度 。在自立项目、 横向课题等研究中 ， 团队成员作为负责人带领其他 科研人员开展研究 ；在重大专项 、重点研发计划以 及集团重点项目等申报与研究中 ， 由团队负责人统 揽全局 ，根据具体内容搭配学科组成项目组 ，逐级 分解任务并落实到人 。项目管理实行定期检查 、重 大事项报批 、研究内容保密 、质量追踪 、痕迹化管 理等办法。
团队定期实施线上微课和线下讲座并行教学培训，加大青年人才的培养力度，对钻机技术人员、售后服务人员、矿方客户实施以点带面的全方位培训，行业受益人群累计数万人次。智能钻机专题培训如图 6 所示。
图 6 智能钻机专题培训
团队工作成效
碎软煤层智能钻进技术及装备
自 2016 年开始 ，淮南矿业 (集团) 有限责任公司 (以下简称淮南矿业集团) 逐步使用团队研发的 智能钻机进行瓦斯抽放钻孔 ，先后在谢桥煤矿 、张 集北矿 、顾桥南矿 、潘集二矿等多个矿区建成了多 条智能钻机作业线 ，主要进行穿层钻孔作业。
为满足淮南矿业集团碎软煤层气治理实现“四 化”、减人提效的需求，重庆研究院与淮南矿业集团 煤业分公司，自 2020 年 10 月开始进行技术交流，双方后期交流多达 10 余次 ，最终形成智能钻机碎软煤 层钻孔实施方案。
顺层长钻孔瓦斯抽放技术是治理瓦斯最有效的 方式之一 ，但在碎软突出煤层中施工顺层长钻孔， 成孔率低 、难度大 ，属于行业技术难题 。在双方领 导的组织协调下 ，重庆研究院与淮南矿业集团地质 勘探工程分公司抽调精锐力量 ，共同组建试验攻关 小组。
2021 年 5 月20 日 ，攻关小组开始对碎软煤层钻 孔用智能钻机进行地面调试 ，拆解运输和井下调试， 并于 6 月 1 日在谢桥煤矿 21316 运输巷进行顺层钻孔 施工 。初期拟定了 90m 保底目标， 以及 105 m 的奋 斗目标。攻关小组克服井下高温 、闷热 、多尘等恶劣环境，于 6 月25 日对第 12 个孔进行施工时，实现进尺 91m，完成初步目标；于 6 月28 日 ，进行第 15 个孔的钻孔作业时 ，取得突破性进展 ，实现单孔成 孔深度 126 m ，创造了国内自动化施工碎软煤层气 抽采钻孔新纪录。
在试验成功的基础上 ，攻关小组随后连续成功施工数十个 90m 以上的顺层钻孔 。碎软突出煤层顺 层钻孔的成功，代表重庆研究院智能钻进技术及装备的 水平迈上新台阶。碎软煤层顺层自动钻孔如图 7 所示。
图 7 碎软煤层顺层自动钻孔
智能可视化打钻系统
为加快智能化煤矿建设步伐 ， 陕煤集团黄陵矿 业有限公司一号煤矿 (以下简称黄陵一号矿) 按照 “健全体系、完善功能、改造升级、确保一流”的总 体思路 ，于 2021 年引进了重庆研究院 ZYWL-4000Y智能钻机 ，组建了智能可视化打钻系统 (图 8)。
智能可视化打钻系统主要由智能钻机 、可视化 监控系统 、远程智能控制系统组成 。利用该系统可 通过地面远控站操控井下智能钻机 ，远程监控智能 钻机的状态参数 。智能钻机贴合黄陵煤矿 “AI+ NOSA”的智能风险管控理念 ，且具有鲜明的“三 高一短”特点 ：作业效率高 、智能化水平高 、作业 安全性高 ，辅助作业时间有效缩短。
相比黄陵一号矿原来使用的普通钻机 ，智能钻机具有自动上下钻杆、一键全自动钻孔、无线遥控、姿态自动调节 、智能防卡钻 、数据自动采集与储存 等功能 。 由 2 台智能钻机配合施钻形成钻机作业线， 施工人员由 6 人减少至 3 人 ，降低了劳动强度 ，提高 了现场作业安全 。对于采掘一线 ，智能钻机与智能 化掘进装备相结合 ，强强联手 ，是推进“智能矿井、 智慧矿区”建设的重要举措。
(c) 钻机实时参数与视频监控系统
图 8 智能可视化打钻系统
团队工作展望
智能钻进已成为煤矿安全领域亟需的关键技术， 以智能钻进技术替代人工经验操控钻机，对于保障煤矿安全生产，提高煤矿钻探装备智能化水平具有重要意义。
未来 ， 团队将持续加强与科研院所、知名高校、 示范企业开展机器人技术 、钻探智能设计 、物联网 通信等方面合作 ，积极寻求与澳大利亚 、德国等工 业发达国家的科研机构开展合作 ，进一步打造“行 业科技领军者-专业学科带头人-科研骨干”的人才队伍 ，合理构建“产学研用”一体化平台。
此外，团队将围绕煤矿井下智能定向钻进、自 动开孔定位、钻孔轨迹自适应控制、钻机故障智能 预警及诊断、智能钻机集群控制、智能钻机配套系 统等方面开展科学研究工作，助力煤矿智能化高质 量发展。
