用掘进开拓人生 以科技书写未来—— 记中国煤炭科工集团首席科学家王虹

□ 本刊记者 朱晓莉 于小川

王虹是《当代矿工》杂志的老朋友，早在2005年，《当代矿工》杂志的老前辈就采访过他。当年风华正茂的青年科学家，如今已经成为中国煤炭科工集团首席科学家，在全国乃至世界煤炭科技领域享有盛誉。

按照约定好的时间，《当代矿工》杂志记者时隔16年再次采访了王虹。敲开王虹办公室的房门，迎接记者的是一双明亮的眼睛和一脸暖暖的笑容。王虹温文尔雅，说话娓娓道来，极具说服力，让记者感受到了老一辈煤炭科学家渊博的学识和严谨细致、实事求是的治学态度。

从一片空白到技术突破

王虹出生在被誉为“太湖之滨”的美丽城市无锡。小时候，家里生火用的都是煤球，因为煤炭太缺乏了，煤球中被添加了太多的杂质，所以经常冒出浓烟，很难被引燃，当时的王虹很不理解。在恢复高考之前，王虹在一家炼钢厂当工人。当时，文化大革命刚结束，百废待兴，王虹深刻体会到了工人的艰辛，繁重的体力劳动和频发的安全事故让他思虑良久。

1978年秋天，中国迎来了科学的春天，给青年人带来的最大喜讯就是恢复高考。由于有读高中时打下的扎实基本功，王虹顺利考上了中国矿业学院机械设计专业。“我就想看看煤炭到底是怎么开采出来的？这里面需要什么科技？”王虹笑着说。大学4年，王虹勤奋好学，刻苦钻研，这对他后来近40年的科研工作产生了极大的影响。

在矿院学习期间，王虹就意识到，掘进在煤矿采、掘、机、运、通中，是最危险的一个环节。“在综采工作面，有进风巷、回风巷、气眼，这边堵了，还可以从那边出来，但是在掘进工作面就不行了。掘进是在独头巷道作业，如果巷道塌方了，人员很难撤离，所以矿工称之为‘包饺子’。掘进还有一个最大的问题，就是存在大量粉尘，每年患矽肺病的有一半以上是来自掘进工作面的工人。”王虹强调：“掘进虽然危险，但也是最关键的，是采煤的‘先行基础工程’，没有掘进，再好的综采设备也没法安装到工作面，所以说掘进是真真正正的幕后英雄。”因为热爱，在学校，王虹就将专业方向选定为掘进工程技术。

1982年从中国矿业学院毕业后，王虹被分配到了煤炭科学研究总院太原分院。在当时我国的煤炭开采领域，综掘技术发展严重滞后于综采技术，大型掘进机长期依赖国外进口。由于我国煤矿地质条件复杂，国外的设计理论又不适合国内掘进机的研发。20世纪80年代以来，采用国外经验公式设计的掘进机，普遍存在非常严重的截齿磨损严重、齿座前裂、排屑困难等问题。问题既是挑战，更是机遇。作为第一批优秀大学生，王虹赶上了好时代，被任命为“八五”期间重点科技攻关项目“重型悬臂式掘进机研制”课题组副组长，之后又成了组长。

“学习非常重要。当时院里有一批非常优秀的老专家，我跟着他们学到了很多宝贵经验。”王虹说，“不过要想把团队管理好，最重要的还是要有担当。作为团队带头人，首先要有身先士卒的决心和勇气，不怕脏不怕累，绝不能投机取巧。”

正如他所言，在牵头组建国内第一个重型掘进机研发团队之后，王虹便投入到日夜攻关的艰难岁月中。那时，国内掘进机研发处于刚刚起步阶段，所有资料都是空白，国外的试验方法与检验标准也处于严格保密状态，这使王虹与团队的技术攻关陷入了一穷二白的状态。

“设计必须要有自己的理论体系，如果只是‘依葫芦画瓢’，设计出来的只能是个‘山寨版’。”没有可供参考的资料，他们便根据试验来建立自己的标准体系，通过不断设计、试验的过程找出规律。在开展大量试验研究之后，他带领团队构建了截齿转角、仰角、倒角、打击角、单刀力、截线间距6个截割能力主控参数的力学模型，揭示了高效低比能耗岩石截割机理，首次建立岩石截割单刀力计算方法，提高了破岩能力。之后，他带领团队又开发出三螺旋线截齿布局的抛物线截割滚筒，通过自主研发的齿座自动定位系统保证了齿尖定位精度，优化了截割块度，滚筒寿命提高了1倍，截割比能耗降低1/3。

10余年的日夜攻关，终于取得了巨大成功——我国首台EBJ-160重型臂式掘进机诞生了。在王虹的带领下，团队解决了重型掘进机适应狭长空间的小体积大功率传动技术难题，同体积掘进机装机功率提高60%。在同煤马脊梁矿岩石硬度f8.8～10.9、岩石比例52%、平均断面15平方米的条件下，月进尺从80米提高到280米，创国内同类条件掘进进尺新纪录。1999年，“EBJ-160重型臂式掘进机”项目获得了该年度国家科技进步奖二等奖。

第一个重大项目就让王虹站上了国家奖的平台，除了喜悦，他想到的是肩上的担子更重了。“对我来说，这个项目最大的收获是知道了掘进机是一个需要终身研究的课题。研究越深入，越感觉前面的路还很长。”

从克隆山寨到自主创新

王虹认为，要想真正改变我国综掘技术与装备长期落后的局面，只有通过持续不断的创新才能实现。

20世纪末，在EBJ-160重型悬臂式掘进机刚研发成功之后，王虹又马不停蹄地带领团队投入到下一个更大的课题——研发EBJ-120TP型掘进机。

此时，国内已引进了26种各先进国家生产的掘进机，有些掘进机在一些功能方面具有明显优势，但在其他方面又有明显不足，普遍存在截割硬度低、功率小、可靠性差等问题。基于前期EBJ-160型掘进机10余年的攻关经验，王虹意识到，此时已是集大成掘进机的诞生时机。

作为煤炭开采的关键装备，掘进机的核心作用就是截割岩石。在研发掘进机的过程中，其所携带的齿间单刀力的设计至关重要，单刀力越大切割岩石的能力也就越大。

在多方探索之后，针对硬岩截割对截齿高强度针焊的要求，王虹带领团队研发了“三高”大直径合金齿尖，首次开发了真空炉钎焊淬火连续工艺，提高了截齿综合机械性能，截齿消耗降低了65%。针对截割头破岩能力低的问题，他提出了基于高可靠性焊接强度的小直径滚筒大单刀力设计方法，单刀力提高30%以上。

针对截割岩石产生的火花和粉尘问题，他们研发了高可靠性内喷雾旋转水封浮动装置，水封寿命提高4倍，保证了作业环境和安全。针对传统蟹爪装运机构故障率奇高的问题，他们研究成功大扭矩液压直驱机构，装运故障基本消除，使得整机故障率下降36%，在国内外掘进机上全面应用。针对掘进机不能大坡度作业的问题，他们研发了油气悬挂自适应支撑机构及行走减速器内置高可靠性制动器，实现了17°坡度正常作业……

2000年初，国内首台高普适性EBJ-120TP型掘进机终于研发成功，其截割岩性和断面适应性显著提高，在平煤集团投入运行，月进尺从平均195米提高到400米以上，达到了国内外同类机型最好水平。王虹说：“EBJ-120TP是唯一一台以拼音字母结尾的掘进机型号，T是代表太原分院，P则代表了平顶山矿务局。”同时，该掘进机还创造了单一型号掘进机应用1500台的世界纪录，推动了掘进机全面国产化，实现了我国巷道掘进从炮掘到综掘的飞跃。

不仅如此，EBJ-120TP型掘进机诞生之后，还以同类进口设备三分之一的价格迅速占领国内外市场。由于性能更强、价格更低，带动国际掘进机价格不断下滑。而在国产取代进口的同时，EBJ-120TP型掘进机还同时实现了掘进装备“走出去”，为提升我国装备制造能力作出了重要贡献。

2004年，“EBJ-120TP型掘进机的研制与应用”项目获得了年度国家科技进步奖二等奖。短短几年时间，王虹团队再一次创造了奇迹。

“EBJ-120TP型掘进机到现在还在生产，相信在很长一段时间内，它的世界纪录都将继续保存下去。”王虹介绍说。对于EBJ-120TP型掘进机而言，研发工作已告一段落，但对王虹团队来说，创新永无止境。

多年来，王虹带领团队开展了多项创新研究，主要包括：EM1A-30型掘进机研制，完善EBJ-160型掘进机履带可靠性研究，重型采掘锚机组前期研究，提高硬岩截割头可切割性和耐磨性研究，国家“七五”科技攻关项目EBJ-110型半煤岩掘进机，国家“八五”攻关项目EBH-132型掘进机，提高AM50型掘进机电气系统主要元部件可靠性研究，山西省经济结构调整“1311规划”重点高新技术项目短壁机械化开采关键设备，科技部项目大功率重型刮板输送机、转载机、破碎机开发研究，国家发改委国家十大重大装备研制项目年产600万吨大采高综采成套技术与装备等。

30余年来，由王虹团队开发的掘进技术装备已在全国42个矿区成功应用，累计销售超过3000台，推动了掘进技术装备水平不断进步，使煤矿掘进效率和安全保障程度大幅提升。从2000年到2020年，我国综掘机械化程度从12.8%提高到65%，掘进速度提高3倍以上，掘进作业人员减少60%以上，相关产品在取代进口装备的同时，实现了掘进装备“走出去”，先后出口到印度、澳大利亚、俄罗斯等国家，提高了掘进装备的全球市场占有率，支撑我国成为掘进机研发制造大国，全球90%以上的掘进机由国外制造转变为中国制造。王虹团队的研究成果引领了世界掘进技术装备的发展，实现了掘进技术的跨越，为推动我国掘进装备从单一到成套、从机械化到智能化发挥了不可替代的作用。

“一次成功不难，难的是不断突破、不断创新。”王虹用实际行动向国内外证明了中国团队的自主创新实力！

从一路跟随到并跑领跑

我国经济快速发展的背后，隐藏着能源过度消耗的现实。当今世界，积极发展可再生能源已成为世界各国的战略共识。尽管如此，作为一个“富煤少气贫油”的国家，煤炭工业仍然占据我国能源的绝对主导地位。

王虹介绍说：“为了实现可持续发展，近年来我国已不断调整能源使用战略，出台了多项可再生能源鼓励政策。尽管如此，煤炭的使用仍然超过一半，石油、天然气只占据了百分之十几，可再生能源同样如此，中国的能源安全离不开煤炭。”在这样的现状下，煤炭高效绿色开采更显得至关重要。

“这些年我一直在提倡智能制造。在我看来，煤矿是最需要实现智能化的领域。”王虹说。在他的想象中，未来的智慧矿山应该是“井下无人、井上无煤”的场景。所谓“井下无人”就是矿井下再不需要矿工操作，所有的任务都由机器人完成，这样一来就再也不用担心矿工的安全了；而“井上无煤”即煤炭开采实现全流程封闭化，最大程度解决煤炭的污染问题，真正实现煤矿高效绿色安全开采。

在这一目标的驱动下，王虹带领团队在煤矿智能化领域开始了持续创新。为解决掘进机问世后掘进和支护不能平行作业的“卡脖子”问题，在突破掘进机单机的基础上，他们首次提出掘支运时空转换模式和不同围岩条件临时支护方式，在保证空顶区域安全的前提下实现掘锚平行作业，并首创了掘支运“三位一体”快速掘进模式，提高了掘进效率，保障了矿井采掘接续和安全高效生产。

以“井下无人”为目标，他们开发的以掘锚机为龙头的快速成巷核心装备，首次将掘锚机组、智能锚护机器人、柔性运输系统、跨骑式转载机、机载式除尘装置用于快速掘进系统，平行作业时间由不足25%提高到75%；开发的掘锚机组超前临时支护系统，将空顶距由1.2米减至0.4米，为安全掘进提供了保障；发明的首台锚杆作业机器人，可根据煤岩特性动态调整扭矩，实现锚护连续安全作业，锚护人员减少50%以上。

而在“井上无煤”阶段，为提高快速掘进系统的复杂地质条件适应性，他们提出了“柔性运输+锚杆锚索多排多臂同时作业+协同控制”快掘系统配套方式，实现了掘支运智能化协同作业，月进尺显著提高；开发了辅助运输系统，实现车辆智能调度，保证了掘进作业快速稳定推进，大大减轻了掘进工人的劳动强度，减少辅助运输人员50%以上；发明了机载式除尘装置，工作面总粉尘浓度降低98%以上，呼吸性粉尘浓度降低95%以上，作业环境显著改善。

2006年，王虹带领团队完成的“CMM25-4型四臂锚杆钻车”项目获得了山西省科技进步奖一等奖；2009年，“年产600万吨大采高综采成套技术与装备”项目又获国家科技进步奖二等奖。在王虹的带领下，团队一次次破解世界级难题，研发的大断面快速掘进系统在神东矿区最高月进尺达3088米，创造了新的世界纪录，并成功推广到黄陵矿业、陕能汇森等大型煤炭企业。2019年度，“掘支运一体化快速掘进关键技术与装备”获煤炭工业科技进步奖特等奖。

40年来，从研发我国首个大型综合掘进试验台开始，王虹带领团队真正实现了我国综合掘进机从跟跑、并跑到领跑的飞跃。如今，世界领先早已不是王虹团队的目标，中国的采掘装备已经站在了全球装备的制高点，他们已将目标瞄准国外市场，要将中国装备推向全球！

从权威专家到园丁伯乐

国家科技创新力的根本在于人。人才是第一资源，尤其是青年人才，是一个单位的希望，关系到企业的发展。“个人的力量总是有限的，科研事业需要更多年轻人传承。”多年来，为了培养更多优秀青年科技人才持续创新，王虹不断探索实践，努力为青年科技人才创造更多施展才华的舞台。

对于青年科研人员的成长，王虹有三点期待：一是要勤于思考，敢于质疑，积极创新。“敢于提出不同意见，不管是对年轻人自己还是项目而言，都非常重要。”在王虹看来，向领导提出不同意见之前，本人一定经过了一番思想斗争。“能提出问题，即使不成熟，也说明你的思考到达了一个新的阶段。”他一直鼓励青年科技人才要敢想敢问，勇于挑战权威。二是要有强烈的责任感。“搞科研工作要有责任心，要敢于负责任，敢于承担责任。要脚踏实地，不能忘了我们煤炭人‘特别能吃苦、特别能奉献、特别能战斗’的精神，要把这些精神用到科研工作中，让矿工工作的环境更舒服。”三是要有数字化转型意识。煤矿智能化建设是一个多学科交叉融合的复杂问题，涉及多系统、多学科、多专业、多领域、多工种的相互匹配融合。“以前的老工人都会‘敲帮问顶’，现在需要我们把老工人的经验都放到传感器里面，通过计算机来自动分析，把当年通过鲜血和汗水换来的教训转换为数字信息。”王虹说。

王虹总是鼓励年轻人勇担重任，在实际工作中提高综合素质，并积极为他们创造平台。在他的影响下，团队一批又一批年轻人迅速成长起来，成为我国煤矿采掘领域的中流砥柱。

为了打破思维定势，获得创新助力，在王虹的倡导下，中国煤炭科工集团对科技人才分设了四个层次，分别为院士、一级首席科学家、二级首席科学家、三级首席科学家，同时成立了中央研究院，其组织机构主要包括建设关键共性技术研究机构、新兴产业技术研究机构、海外研发机构3类研发机构和1类功能性资源与服务中心，共同为煤炭行业科技创新服务。

为了进一步加强科研工作者的创新能力，王虹还积极鼓励和发展跨专业、跨区域、跨单位的学术交流、科技交流、人才交流，公费选派12名青年科研学者赴德国进行为期1年的访学；与澳大利亚联邦科学与工业研究院建立了长期合作关系，在导航系统、硬岩截割方面展开合作；定期开展“煤炭开采技术发展高峰论坛”……

巷道掘进作为煤矿安全高效开采的核心环节，需要更多人才进行技术传承。昨天的世界纪录只能停留在书页上，只有持续不断的创新才能始终保持领先。中国煤炭人的终极目标也从不是争夺第一，而是通过科技进步为人类服务。智慧矿山的目标还没实现，他们奋斗的路依然很长。

王虹接受本刊记者采访