“神舟”揽月、“蛟龙”下海，是我国取得的重大科技成就。深度超过1000米的地下深部空间，是各类矿藏的“百宝箱”，同样有着巨大的开发潜力。日前，由中信重工机械股份有限公司牵头实施的“超深井大型提升装备设计制造及安全运行的基础研究”项目，被科技部批准为国家973计划项目（国家重点基础研究项目），中信重工教授级高级工程师邹声勇被聘为国家973计划项目首席科学家，改写了我省没有企业牵头实施国家973计划项目的历史。

    将促进我国深部资源开发利用

    国家973计划项目，是对国家的发展和科学技术的进步具有全局性和带动性作用、需要国家大力组织和实施的重大基础性研究项目。中信重工的“超深井大型提升装备设计制造及安全运行的基础研究”项目，旨在解决我国在深部资源开发利用战略过程中遇到的技术难题。

    广阔的地下深部空间，蕴藏着丰富的矿产资源。以煤炭资源为例，我国煤炭总产量80%以上来自井下开采，目前大多数煤井都是深度不超过800米的浅井。然而，我国埋藏深度在1000米至2000米的煤炭资源约占总储量的53%，如果能够加以开发利用，将有效解决我国煤炭人均资源短缺、勘探水平不高、开采利用率较低的问题。

    近年，在煤炭开采中，我国开始了千米深井的建设。此外，“十二五”期间，千万吨级金属矿山的开发和建设也已启动，开采深度大多超过1200米，部分超过1800米。然而，随着开采深度的增加，遇到的技术“短板”日益凸显。邹声勇介绍，深度超过1000米的矿井属于超深矿井，其关键装备为超深矿井大型提升装备。但是，我国还未开展对超深井提升装备的研究，产品设计及制造领域仍是空白，制约了我国深部资源开发利用战略的实施。因此，对超深井提升装备关键基础技术的研究亟待开展。

    项目研发需突破三大技术瓶颈

    邹声勇介绍，深部资源开采过程就像电梯运行，是利用钢绳把货物从低处运送到高处的过程。然而，无论是载重量、运输环境，还是运送高度和速度，两者都不在同一层次。

    “运行较快的电梯，运行速度也就每秒6米，载重量多在1.5吨左右。但超深矿井提升装备的提升速度要达到每秒18米，载重量要在数十吨甚至百吨以上，这就对机械的精密度和稳定度提出了更高的要求。”邹声勇说，在研发过程中，需要解决三大技术难题：如何牵引、如何稳定牵引和如何安全牵引。

    首先，井深的增加，需要更长、更粗的钢绳来拉动矿物，这意味着绳重大幅增加，可运输的矿物重量也就相应减少。因此，项目中的一个课题就是研究通过增加钢绳数和牵引点来降低绳重。

    此外，为了保证设备投用后能产生经济效益，必须采用高速度和高有效载荷方式牵引，目前我国浅井提升装备的最高提升速度为每秒14米，而1500米深井提升装备的理想提升速度应大于每秒18米、终端载荷大于240吨，只有这样才能产生可观效益。高速重载运行时带来的冲击力、振动力巨大，对提升装备平稳运行带来巨大挑战。

    有了基础设计和控制系统，还需要精密的监测系统，确保系统安全运行。“地下几千米的深处，环境远比地上恶劣，如果出现问题不能有效识别和应对，就可能造成生产安全事故，这就需要建立失稳机制与状态识别系统，来确保安全生产。”邹声勇说。

    或将打开超百亿元市场

    邹声勇介绍，中信重工生产提升装备已有50年的历史，目前在提升机领域的国内市场占有率在80%以上，为我国的矿山机械行业提供了许多重大关键设备。该项目经费概算3000万元，其中申请国家资助1500万元，自筹1500万元，项目执行期为5年。在中信重工牵头下，合作单位中南大学、重庆大学、中国矿业大学将共同承担相关研发任务。

    预计经过5年的研发，项目将突破超深矿井大型提升装备重负载、高速度、高运行安全性等关键技术，在超深矿井大型提升装备设计等方面取得原创性成果，形成我国自主的超深矿井大型提升装备设计理论，使我国超深矿井大型提升装备技术研究达到国际先进水平。同时，研究成果的转化将使我国具有超深矿井大型提升装备的设计制造能力，培养一批从事大型提升装备研究、设计与制造的学术带头人、研究骨干和工程技术专家。

    邹声勇说，未来3年至5年，我国金属、煤炭矿山将兴建深度超过1000米深井30个，这些工程在5年至8年预计需要超深矿井大型提升装备60台套以上，市场规模超过120亿元，将使我国成为超深矿井大型提升装备需求量最大的国家之一。若项目研发成功，不仅将填补我国又一重大科技空白，还有利于中信重工抢占市场高地，进一步巩固和提升中信重工在矿山机械行业的龙头地位。本报记者 张锐鑫 通讯员 张炜