长期专注于矿山高效运输理论与技术研究,致力于解决矿山高效运输难题,为我国矿山运输装备实现从“普快”到“高铁”时代的跨越,从跟随到引领的转变做出了突出贡献。

朱真才,1965年出生,安徽怀宁人,博士,中国矿业大学教授、博士生导师,现任矿山智能采掘装备省部共建协同创新中心主任,教育部矿山大型机电装备可靠性创新团队负责人,矿山智能采掘装备学科创新引智基地负责人,中国工程机械学会副理事长、矿山机械分会理事长。他长期专注于矿山高效运输理论与技术研究,致力于解决矿山高效运输难题,保障矿山安全生产,甘为一名“运输兵”,为我国矿山运输装备实现从“普快”到“高铁”时代的跨越,从跟随到引领的转变做出了突出贡献。

朱真才从中国矿业大学毕业留校任教,倾心专注教学科研。三十一年来,他坚持立德树人,辛勤工作在教学科研第一线,为国育才,为国家矿山机械领域培养了大批高级工程技术人才。

他致力开展矿山运输实践应用研究,他的足迹留在了祖国各地许许多多的矿山中。一些设备,他赤膊上阵亲自调试;一些难题,他身先士卒带头解决;积累了丰富的现场实践经验,推动了矿山运输技术的不断进步。

他深入开展矿山高效运输装备关键技术研究,取得了丰硕的成果。作为负责人主持国家重点研发计划项目1项、国家973计划课题1项、国家863计划项目1项、国家自然基金重点项目1项;第一发明人授权美国、德国、俄罗斯等国外发明专利62件、中国发明专利52件;发表论文被SCI/EI收录180余篇;获国家技术发明二等奖2项(排名1、2)、国家科技进步二等奖2项(排名1)、江苏省科学技术一等奖4项(排名1)、教育部科技进步一等奖2项(排名1、2);获政府特殊津贴、新世纪百千万人才工程国家级人选、全国优秀科技工作者、中国青年科技奖、何梁何利科学与技术创新奖、杰出工程师奖等荣誉。

 

立志改变矿山运输状况

运输难,难在矿井,矿井开采的历史就是矿井运输的革新史。

将地上的人员、设备、物料运输到千米地下工作面,将地下工作面开采出来的矿物(矿石、煤炭)安全高效运送到地上,对于一座煤矿来说,矿井运输系统是矿井生产的“血管”和“命脉”。矿井运输从人力背筐、拉筐开始,经人推矿车、畜力拉车逐步发展到实现各种机械化和自动化。运输能力、运输安全性以及运行效率直接影响矿井生产能力、效率和安全可靠性。

朱真才的家乡安徽怀宁,金属矿、非金属矿、能源矿产等矿藏丰富,上世纪六七十年代,身边人力背筐、畜力拉车等低水平运输随处可见,不仅效率低下,而且安全事故时有发生,工人更是苦不堪言。那时候起,“实现矿井运输自动化,工程技术报效祖国”的种子已经悄然种在他的心底,慢慢地孕育着,时刻准备着萌发。

1989年,朱真才大学毕业后,毅然决然选择了矿山运输这一“难啃的骨头”,乃至后来的硕士、博士、博士后学习均与这一方向密切相关,咬定青山不放松,把如何实现超深、高速、大载荷提升以及大功率、高运量、长运距运输,作为自己科研的目标,孜孜以求,如今他在矿井运输领域已取得了卓然成效。

 

矿井提升装备安全保障系统理论开创90年代前,我国提升机设计主要参考前苏联设计规范,过卷过放保护采用木质楔形罐道、罐笼装卸载采用摇台搭接,提升容器高速过卷断绳坠落恶性事故时有发生。

工人的安全就是科研工作者最大的责任,国家的需要是科研工作者最大的使命。

安全大于天。为了彻底解决矿井提升过卷过放恶性事故,朱真才决定从理论层面彻底解决提升冲击的问题,着力实现“从0到1”的突破。经过多年的深入研究,他系统地建立了矿井提升冲击动力学理论,这一理论揭示了提升容器过卷、过放时冲击动力学特性,为提升机立体式安全保护系统研制奠定了理论基础。

“原来矿井里的防过卷过放保护装置大多是木质楔形罐道,在稳定性上有一些欠缺。”朱真才瞄准这一弱点,发明了结构紧凑、性能稳定的多盘式摩擦缓冲器,防过卷过放保护的功效大大提升。

朱真才更加注重从系统上解决容器高速过卷断绳坠落恶性事故,“我们在井架-井口-井底,设置弹性防撞梁防坠托罐装置、多盘式摩擦缓冲装置以及弹性承接装置,这也是在国内外首次构建了提升机立体式安全保护系统。”这一系统杜绝了提升机带电拖动高速过卷恶性事故地发生。他研制出可转动和滑动的二自由度缓冲逆止器,达到防坠托罐目的;研制出罐笼弹性承接装置替代原有摇台,提高了装卸载效率(淮北矿业集团公司岱河矿达34%)。

他关于提升机立体式安全保护系统的研究成果在全国600多台提升机上应用,为《煤矿安全规程》有关过卷防坠条款的实施提供了可靠技术保障。“矿井提升机的补偿制动技术及相关安全装备”获2001年国家技术发明二等奖。

 

大型提升机可靠传动与制动原创关键技术发明者

随着矿山开采技术的不断进步,矿井正在向深部、大型、高效方向发展。对于深部开采的矿井提升,大型箕斗装载后大型提升机输送能力至关重要。

上世纪90年代中期以前,大型提升机(滚筒Φ4.5m以上)被德国SIEMAG、瑞典ABB公司技术垄断,国产提升机年提升能力持续小于300万吨。根本原因是我国还没有突破提升机大功率传动、重型高速重载下可靠制动等关键技术,无法满足大型矿井提升载荷大、速度快、工况复杂等要求。“很长一段时间,摩擦轮(卷筒)直径4.5m以上提升机、载重30t以上箕斗等大型提升机完全依赖进口。”朱真才说。

“我们必须要突破‘卡脖子’技术,拥有我们自己原创的关键技术,这样才能在生产中摆脱对进口的依赖。”说干就干,从1996年开始,他研究的重点定位在大型提升机最核心的传动与制动技术研发上。

好风凭借力。2003年,朱真才和国内大型提升机领军企业—中信重工机械股份有限公司达成合作研究意向,主攻大功率传动与可靠制动等关键技术研究。

功夫不负有心人。2007年,朱真才和他的团队研发的传动滚筒衬垫摩擦因数由过去0.2增大到0.28,提高了40%,替代了德国进口衬垫K25;研究了提升机载荷与主轴、滚筒应力场关联特性,发明了主轴与滚筒应力无线监测技术,为大型提升机核心传动装置的设计提供技术支撑。

“我们还研究了高速重载制动失效机理,发现了制动闸瓦摩擦突变现象,研制的无石棉闸瓦摩擦因数达0.55~0.60,超过《煤矿安全规程》要求的闸瓦摩擦因数0.30~0.35,提高了70%。”他欣慰地说。

此外,他和团队还研发了制动器制动性能检测装置,实现对制动力矩、减速度、闸瓦间隙、空动时间与贴闸压力等5个性能参数在线检测,为《煤矿安全规程》(2004版)第431条款的实施提供了技术保障。

近10年来,中信重工机械股份有限公司采用该技术生产的大型提升机在国内市场占有率达90%,“大型矿山提升装备关键技术及应用”获2010年国家科技进步二等奖。

 

矿山大吨位提升容器技术瓶颈突破者

提升容器(箕斗、罐笼)是提升系统的关键装备,主要用于输送煤炭、人员、设备和物料。

然而,在2007年之前,箕斗单次载重≤30t,无法满足千万吨级矿井的提煤要求;罐笼装载空间(长×宽×高)≤5m×2.5m×3.5m,无法使体积较大的液压支架和采煤机等大型设备整体下井,不得不采取拆开分批运输到井下进行再组装的方式,大大降低了运输效率和设备可靠性;大吨位提升容器成为国家千万吨级矿井建设和生产的技术瓶颈。

为此,国家《“十一五”重大技术装备研制和重大产业技术开发专项规划》提出要“重点研制年产千万吨级煤矿大型提升系统”,《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》提出“重点研究开发煤炭高效开采技术及配套装备”。

国家有需要,时代在召唤。朱真才瞄准这一现场生产的实际需求,与国内提升容器领军企业—徐州煤矿安全设备制造有限公司开展产学研合作研究。从2007年开始,他和团队成员深入企业、煤矿现场,研发了大吨位提升容器(箕斗、罐笼),攻克容器载重能力大、装载空间大、停车位置精准等关键技术,满足了年产千万吨级矿井高效运输能力的需求。他带领团队研制了窄长型薄壁箱形结构的大吨位箕斗,箕斗单次载重量由过去20吨提高到50吨,成为世界上最大吨位的箕斗。研制了局部刚性、整体柔性的大吨位罐笼,罐笼装载空间大(长×宽×高:8m×3.9m×11.7m),单次载重量由过去20吨提高到60吨,也是世界最大吨位的罐笼,满足了千万吨级矿井原煤和大型设备提升运输的需要,提高了矿井生产“命脉”的运输能力。

近10年来,徐州煤矿安全设备制造有限公司采用该技术生产的大型提升容器在国内市场占有率达80%。“年产千万吨级矿井大型提升容器及安全运行保障关键技术”获2015年国家技术发明二等奖。

 

长距离大运力带式输送机核心技术研发者

带式输送是煤炭、金属与非金属等矿山物料运输的主要方式。传统带式输送系统难以适应复杂地形下长距离大运力物料输送的要求,多采用接力运输方式,转载次数多、故障点多,安全事故频出,不能满足国家发展大型现代化矿山的战略需求。《国家重大技术装备研制和重大产业技术开发专项规划》(2005)明确提出:重点研制矿山长距离及大运力带式输送机。

长距离大运力带式输送系统运行工况和沿线环境复杂多变,对带式输送系统的可靠性提出了更高的要求,带式输送系统异常工况在线检测和故障预警等难题亟待解决。为切实服务国家战略,朱真才教授带领团队发明了带式输送机自动巡检系统,采用钢丝绳牵引驱动,并配置有噪声、温度等传感器的巡检仓,实现了对不同地形下带式输送系统上下坡、转弯等关键位置运行状态的在线无人巡检。

为了实现对带式输送系统故障的提前预警,基于多传感器信息融合与数据通讯等技术,朱真才发明了长距离带式输送系统故障检测装置,通过对永磁电机驱动系统、制动系统和中间传送段的状态监测,以及对堆料、过载、打滑、跑偏、纵向撕裂、横向断带等进行诊断,实现了由传统的事后故障处理方式到主动预警防控方式的根本性转变,有效避免了重大事故的发生。

带式输送系统长期运行存在断带事故隐患,长距离输送时断带事故的危害巨大。他发明了适应复杂环境下多种输送带运动状态的全断面断带保护装置,根据输送带横向波动规律设置固定在联体制动机架上的随动触发机构与闭锁微动力触发机构,在断带时利用张力减小信号以及预紧扭簧、配重作用力快速触发抓捕机构动作,并为带式输送系统主驱动装置提供停车信号,实现了上带与下带的全断面同步可靠抓捕,响应时间小于1s,避免了误动作和输送带抓捕撕裂等问题。核心问题和技术解决了,长距离大运力带式输送机的研制水到渠成。

近10年来,国内大型带式输送机制造商力博重工科技股份有限公司采用该技术生产的长距离大运力带式输送系统在国内外推广应用140多套,应用于多个国家重点建设的千万吨级矿井。该研究成果获2019年国家科技进步二等奖。

 

初心如磐,责任在肩。科学的追求永无止境,朱真才及其团队热情依旧,扎根祖国矿山,在科技创新的道路上永不停息地奔跑着,奋进着,以赤子之心谱写着矿山高效安全运输新华章。