摘要:葛世荣长期致力于煤矿机械化高效开采技术研究,为我国煤矿自动化采掘、高可靠性运输技术发展做出贡献。他提出从摩擦可靠性实现采运装备高效运行的学术思想,研制成功中国首套远程控制的采掘装备,构建了安全高效的井下运输系统,发明了矿井提升机的可靠性保障技术,在采掘自动化和高效运输等方面取得了系统的创新成果,并在全国煤矿推广应用,产生了显著的经济社会效益。
葛世荣,1963年4月生于浙江省天台县。矿山机械化专家。1983年本科毕业于黑龙江矿业学院。1989年研究生毕业于中国矿业大学,获得工学博士学位。此后留在中国矿业大学任教至今,历任讲师、副教授、教授。现任中国矿业大学校长,摩擦学与可靠性工程研究所所长。他荣获国家杰出青年科学基金资助,中国机械工程学会青年科技成就奖,中国青年科技奖,孙越崎基金会能源大奖,全国优秀科技工作者。被评为国家有突出贡献的中青年技术专家,做出突出贡献的中国博士学位获得者。入选百千万人才工程国家级人才。2012年当选俄罗斯工程院外籍院士。
他在煤矿机械化高效开采技术创新方面的主要贡献包括以下几个方面。
一、主持远程控制采掘技术攻关,实现井下采掘自动化作业
1)研究采煤机远程控制及状态监测技术。研发成功采煤机截割滚筒自动调高技术,采煤机精确定位及其与液压支架、刮板运输机的联动控制技术,综采工作面动态网络构建及数据可靠传输技术,以此制造出国内首台远程控制的采煤机,实现了综采机组远程监控的技术突破。深入研究增强采煤机抗磨可靠性的有效技术途径,提出磨损设计和磨损状态监测的新方法,研发出新型截齿、滑靴、刮板等耐磨材料,有效延长了采煤机的作业开机率。
2)研究掘进机远程控制及掘锚一体化技术。攻克了掘进机姿态控制、巷道自动成形截割、掘进定向纠偏、岩石识别避让等关键技术难题,以此制造出国内首台远程控制的掘进机,实现了井下掘进机的无人控制。创新设计掘进机超前临时支护装置,研制成功巷道掘进与煤岩支护并行作业的掘锚一体化装备,实现了煤岩截割、超前支护、钻孔、锚杆安装等工序的全过程机械化并行作业,结束了我国此类技术的进口依赖。
3)研究采掘工作面应急避险救援技术。研发成功双层圆筒结构救生舱、避难洞室安全门、生命维持系统、生存环境智能监控等关键技术,救生舱抗爆冲击力和真人舱内生存考核时间达到国内外最高安全指标,为全国煤矿的六大安全工程建设工程提供了示范技术。
这些技术已批量制造出自动化采煤机和掘进机,在煤矿应用之后实现了矿工远离危险区域的采掘作业,提高了综采开机率,加快了巷道掘进速度,减少了采掘作业工人。
二、攻克柔性摩擦传动控制技术,实现井下安全高效运输生产
1)研究井下钢丝绳连续牵引的安全直达运输系统。通过创新设计抛物线绳槽摩擦驱动轮,解决了多圈缠绕钢丝绳的摩擦牵引难题;研发液压张紧装置、变向压绳装置等新机构,解决了牵引钢丝绳在起伏、转弯轨道上的牵引导向难题。据此构建了双绳、可靠、强力、变向的远程摩擦牵引系统,替代了过去用6-12台绞车形成的接力、间断、低效的运输方式,满足了井下采掘工作面安全快捷运送材料、设备和人员的需求。
2)研究带式输送机的安全高效运输保障技术。研发基于摩擦盘之间油膜剪切力调控的多盘摩擦无级调速装置,实现带式输送机的无级变速启动,解决了长距离带式输送机的启动打滑和功率平衡问题。发明了包括液压绞车、张紧力监测、缓冲油缸的恒张力自动张紧装置,首创了液压绞车快速大伸缩量张紧与缓冲油缸瞬时小行程调节自动匹配的先进张紧技术,研制出具有国际先进水平的成套装备,满足了长运距带式输送机安全运行对张紧力的适时适量控制的要求。
上述技术在国内外煤矿800多个井下辅助运输系统和700多台大型带式输送机上应用,运输操作工人减少一半,运输效能提高三成,有效遏制了车辆脱轨、脱钩,输送带打滑、断带等生产事故。
三、创建摩擦可靠性理论及技术,保障矿井提升安全高效运行
1)提出摩擦提升机防滑可靠性设计方法,为避免摩擦提升滑绳事故发挥了重要作用。创新性地把可靠性理论引入摩擦传动设计,提出防滑可靠性计算模型,导出包含参数更多、计算精度更高的钢丝绳摩擦传动方程,建立摩擦提升机防滑计算的新方法,被同行专家评价为“取得该领域国内外领先的突破性进展”。基于该模型,首次提出摩擦提升当量摩擦系数定义及测定方法,并研制了专用测试装置,据此制定的衬垫摩擦系数测试标准被能源部颁布实施,解决了长期存在的摩擦提升许用摩擦系数测不准问题。
2)提出提升钢丝绳可靠性寿命设计方法,发展了提升钢丝绳安全设计理论。提出钢丝绳摩擦疲劳失效模型,发明钢丝绳微动磨损试验装置并开展系统性的试验研究,建立提升钢丝绳可靠性寿命预测方法,实现了钢丝绳安全设计由静强度核算向疲劳寿命预测的转变。
3)发明提升机补偿制动和过卷制动保护装备,有效保障提升机的安全可靠运行。发明具有在线状态监测、内置补偿功能的高可靠性制动器及新型智能液压站,形成防控提升过卷事故的制动器失效后备保护技术;发明具有防坠功能的摩擦缓冲装置,替代过去长期使用的木质缓冲罐道,形成更可靠的过卷缓冲保护技术。这些技术已应用于500多台矿井提升机;主持完成了汾西、鸡西集团全部提升机的可靠性改造工程,解决了矿井提升制约煤矿高效生产的问题。
葛世荣长期坚持科研教学一线,逐步成长为我国矿山机械的知名学者,担任中国煤炭工业协会、中国煤炭学会、中国工程机械学会等学术组织的重要职务。他与前德国总理施罗德先生发起创立了中德能源与矿区生态环境研究中心,被誉为中德两国科技合作的典范。他已培养出博士28名、硕士36名,其中1人获得全国百篇优秀博士论文提名奖,2人入选教育部新世纪创新人才;主持完成国家杰出青年科学基金、“863计划”等10多项重要科研项目;合作主编《煤矿总工程师技术手册》,成为国家加强煤矿技术管理的重要措施。他获得了国家和省部级二等奖以上科技奖励9项,其中国家技术发明二等奖2项、国家科技进步二等奖1项、国家科技进步三等奖1项;出版著作5部,发表论文200余篇;获得授权发明专利8项。