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採煤機技術發展歷程(四)——連續採煤機
論文概要
在採煤機發展過程中，以履帶式掘進機為基礎演變出一種橫軸銑削滾筒的連續採煤機，成為機動性強、截割斷面大的煤層切削機器。連續採煤機發源於井下採煤，陸續拓展出截齒滾筒、鏟齒輪鬥切削裝載一體化挖掘機，被成功用於露天礦層掘採、海底礦脈開採、路面維修銑刨等領域。連續採煤機類似於履帶行走機器人，具有自主導控機器人（Autonomous Guided Robot, AGR）的發展潛力，需要突破導航及場景感知技術及智能控制方法，以提高連續採煤機的自主運行能力。
作者簡介
葛世榮(1963-)，男，漢族，浙江天台人，教授，中國礦業大學(北京) 校長，黨委副書記，從事智能採礦裝備、摩擦可靠性工程研究。俄羅斯工程院外籍院士。主持完成了國家「973 計劃」項目「深部危險煤層無人採掘裝備關鍵基礎研究」，發明了基於煤層地質信息融合的採煤機自動定位、糾偏及控制方法。主持國家自然科學基金重點項目「煤礦井下無人化綜採機組的智能感知與協同控制基礎研究」，探索井下無人駕駛採煤機的自主定位及調控新原理和新技術。曾獲國家技術發明二等獎2項和國家科技進步二等獎1項、三等獎1項。並且曾獲得「國家傑出青年科學基金」 資助，榮獲「中國青年科技獎」「國家有突出貢獻的中青年技術專家」「全國優秀科技工作者」「何梁何利基金科技進步獎」「世界能源論壇技術創新獎」「孫越崎能源科技大獎」。2020年5月30日，榮獲全國「第二屆創新爭先獎」。E-mail: gesr＠cumtb.edu.cn。
主要內容
首先，闡述了連續採煤機的概念及廣泛用途。對行走機構與銑削滾筒進行不同組合，可以構建側置滾筒採煤機和前置滾筒採煤機的４種構型，連續採煤機（以下簡稱「連採機」）採用前置橫滾筒構型，具有機身短、行走靈活、銑削寬度大等優點，是一種把截割、裝載、轉運、移動行走、噴霧降塵融於一體的高度機械化開採設備，既可以用於煤層短壁開採，也能在煤層掘進巷道，更能作為露天採礦機、路面銑刨機、海底採礦機使用。
第二，詳細挖掘了國內外連採機的發展歷程。國外的連採機製造商經歷了從分散到集中的過程，目前已聚集到日本小松採礦公司 (含兼併的美國久益公司機型)、美國卡特彼勒公司(含兼併的德國採礦技術公司、比塞洛斯公司機型)和瑞典山特維克公司(含兼併的奧鋼聯公司機型)。小松採礦公司收購的久益公司是連採機創始者，它已在全球銷售1530餘臺連採機。我國大同礦務局和西山礦務局於1979年和1983年從美國引進了連採機，到1995年，我國引進了美國４家公司的23臺連採機。2007年，中煤科工集團太原分公司研製出EML340型連採機，是我國自主研發的首臺連採機，隨後三一集團、湖南長沙鐵建重工集團、江蘇徐工集團、黑龍江佳木斯煤礦機械公司陸續自主研發了不同型號功能的連採機。
第三，總結了輪鬥式和滾筒式露天連採機的發展歷程。輪鬥式連續採礦機開發和應用較早，滾筒式連續採礦機是近30年開始普遍採用的新機型。
第四，介紹了國內外連採機在其他領域的拓展應用。主要包括路面銑刨機、路面開溝機、海底開溝機、深海採礦機、月球採礦車等的國內外應用情況。
最後，筆者認為，連續採煤機更接近於履帶行走式採煤機器人，具有自主導控機器人（Autonomous Guided Robot, AGR）的發展潛力，但還需突破以下關鍵技術：（1）建立機器視覺、磁感定位、雷射掃描多傳感器融合導航及場景感知技術，形成自行走採煤機器人導航方法；（2）研發新型機械臂(滾筒懸臂)結構，包括大功率高負載的機電一體化驅動，低速重載調速技術、靈巧型機械臂等；（3）自行走採煤機器人智能控制方法，包括自主定向、自主糾偏、自主避障、自主診斷等控制能力。
主要圖表
圖２ 久益公司早期的連續採煤機
圖４ 井下運行的首臺奧鋼聯公司ABM20連採機
圖９ 中煤科工集團太原分公司EML340連採機
圖15 Bagger288輪鬥採礦機
圖17 露天連採機3種滾筒布置形式
圖20 威猛T1225型露天連採機
圖25 世界第１臺路面冷銑刨機
圖28 英國CBT800鏈鋸式海底開溝機
圖30 中國鯤龍500海底集礦車
圖31 美國NASA研製的月球採礦車
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