煤礦智能化建設：全面推進 重點突破

煤礦智能化建設已成爲行業内一項具有高度共識、頗具市場活力、企業積極擁護的創新型工(gōng)作(zuò)。剛剛過去(qù)的2021年(nián)，煤炭企事(shì)業單位智能化建設不斷“提速、加碼”。目前，煤礦智能化建設取得(de)了哪些重大(dà)進展，仍有哪些難題待解，下一步如(rú)何突破？本報記者近期進行了采訪、梳理(lǐ)。

全面推進，重點煤企

智能化建設成效顯著

據國家能源局日(rì)前舉辦的新聞發布會消息，初步統計，全國有近400處煤礦正在開展智能化建設，總投資規模超過1000億元，已完成投資約470億元，建成智能化采掘工(gōng)作(zuò)面687個。“少人(rén)巡視，無人(rén)操作(zuò)”智能采煤工(gōng)作(zuò)面邁向常态化應用，減人(rén)增安提效的效果日(rì)益顯現，智能化煤礦在去(qù)冬今春煤炭安全增産增供中發揮了重要作(zuò)用。

在生(shēng)産煤礦總計4000多處的情況下，正在推進智能化建設的煤礦有近400處，占到了約十分(fēn)之一。而在這近400處煤礦中，大(dà)型企業、大(dà)型煤礦的智能化建設起到了良好的示範作(zuò)用。

國家能源集團煤炭與運輸産業管理(lǐ)部副主任尤文順介紹，國家能源集團已掌握5類智能采煤、5類智能掘進、3類卡車無人(rén)駕駛、5類機器人(rén)等關鍵核心技術，應用機器人(rén)200餘台（套），替代800餘名操作(zuò)人(rén)員；已建成智能化采煤工(gōng)作(zuò)面41處，智能掘進工(gōng)作(zuò)面25處、智能選煤廠41處。

中煤能源集團建成220餘個智能化輔助生(shēng)産系統，自(zì)主研發的智能井筒巡檢機器人(rén)、智能噴漿機器人(rén)等在王家嶺煤礦等8處煤礦應用。

晉能控股集團已建成43個井下無人(rén)值守變電所、10個無人(rén)值守水泵房(fáng)，20部帶式輸送機實現了集中控制，5處煤礦應用了智能巡檢或撿矸機器人(rén)。

山(shān)東能源集團投入63億元實施智能化建設，建成133個智能化采掘工(gōng)作(zuò)面、24個5G+智能礦山(shān)應用場景，9處首批國家級智能化示範礦井具備驗收條件(jiàn)。金雞灘煤礦建成國内一流的智能化綜放(fàng)工(gōng)作(zuò)面，日(rì)産煤炭5萬噸以上，而單班人(rén)數隻有80人(rén)左右，采煤工(gōng)作(zuò)面隻有5人(rén)。

陝煤集團所屬煤礦13類792個生(shēng)産輔助系統全面實現智能集控，自(zì)動化控制率達到100%，累計完成巡檢機器人(rén)、選矸機器人(rén)、管路(lù)拆卸安裝和氣體移動監測機器人(rén)等不同類型機器人(rén)的應用實踐。

露天煤礦是我國煤炭生(shēng)産體系的重要組成部分(fēn)。在井工(gōng)煤礦加快(kuài)智能化建設的同時，2021年(nián)露天煤礦的智能化建設也明顯提速。

目前，我國露天煤礦總計約450餘處，總産能近10萬噸/年(nián)。據了解，我國約有95%的露天煤礦采用單鬥—卡車工(gōng)藝。在露天煤礦的生(shēng)産成本中，卡車運輸環節約占60%；卡車運輸環節占勞動定員的45%左右，占用了大(dà)量的人(rén)力。從安全的角度來看(kàn)，我國露天煤礦的卡車運輸環節事(shì)故起數占總事(shì)故起數的60%以上。因此，目前露天煤礦智能化建設一般圍繞礦用卡車開展，比如(rú)礦用卡車無人(rén)駕駛等。

中煤集團将“東露天礦智能化建設關鍵技術與工(gōng)程示範”列爲重大(dà)科(kē)技專項進行重點攻關。2021年(nián)以來，中煤集團加大(dà)力度推進礦用卡車無人(rén)駕駛編組研究。2021年(nián)11月，中煤集團在平朔東露天煤礦采用國内領先的智能感知系統、深度融合激光(guāng)雷達、毫米波雷達、北鬥定位等多種感知技術，對複雜環境機群設備的三維高精定位、系統仿真及測試、礦山(shān)決策指揮系統、作(zuò)業設備感知以及智能控制技術進行深入研究，實現了車鏟對位、自(zì)主導航、自(zì)主卸載、主動避障、複雜路(lù)況無人(rén)駕駛以及指定區域精準卸載等。

其他(tā)企業也在積極探索礦用卡車無人(rén)駕駛。國家能源集團準能公司黑(hēi)岱溝露天煤礦實現多台無人(rén)駕駛礦用卡車與電鏟多工(gōng)作(zuò)面同時編組運行作(zuò)業。寶日(rì)席勒露天煤礦完成極寒型複雜氣候環境露天煤礦無人(rén)駕駛卡車編組安全示範工(gōng)程評審和科(kē)技成果鑒定。國家電投集團白(bái)音華露天煤礦完成2個編組、12台無人(rén)駕駛寬體自(zì)卸車聯合試運轉。華能集團伊敏煤電公司實現無安全員情況下的有人(rén)駕駛車輛與無人(rén)駕駛車輛混編作(zuò)業。

除了礦用卡車無人(rén)駕駛，中煤平朔公司也在探索鑽機的無人(rén)值守。“以前一台鑽機1個班需要2名司機在現場，4個班就(jiù)需要8名司機。我們要實現遠程值守，将來職工(gōng)在調度室工(gōng)作(zuò)，1個人(rén)就(jiù)可(kě)控制三五台鑽機。”中煤平朔公司生(shēng)産技術管理(lǐ)中心主任陳再明介紹，中煤平朔公司的智能化探索基于生(shēng)産現場實際，看(kàn)着也許不那麽酷炫，但(dàn)可(kě)以實實在在地“改善職工(gōng)作(zuò)業環境”。

中煤平朔集團露天煤礦電鏟卡車聯合作(zuò)業

啃下“硬骨頭”，智能化建設場景更加豐富

從經濟效益和實際的角度，煤礦智能化建設一般從條件(jiàn)較好的采煤工(gōng)作(zuò)面開始。掘進、條件(jiàn)相(xiàng)對複雜工(gōng)作(zuò)面則是更難啃的“硬骨頭”。2021年(nián)的煤礦智能化建設，在這些“硬骨頭”方面也取得(de)了不少新進展。

掘進速度慢(màn)一直是影(yǐng)響礦井采掘接續的重要因素。掘進環境更加複雜，岩石更硬，智能化建設的難度也更大(dà)。

陝西煤業總經理(lǐ)王世斌介紹，從2018年(nián)起，陝煤集團就(jiù)着力突破掘進效率低、安全保障不足、勞動用工(gōng)多等難題。經過不懈努力，目前，陝煤集團累計建設應用了全斷面掘錨一體機、護盾式智能快(kuài)速掘進機器人(rén)、懸臂式掘錨護一體機、綜掘機+鑽錨平台等四大(dà)類快(kuài)掘系統50套。

全斷面掘錨一體機快(kuài)掘系統率先在榆北曹家灘煤礦研發應用，創造了日(rì)進尺91米、月進尺2020米的記錄。目前，該系統已在陝煤集團15處煤礦進行定制化推廣應用，均突破所在礦區進尺最高水平。

護盾式智能快(kuài)速掘進機器人(rén)系統在小保當一号煤礦應用以來，已完成1條6000米順槽掘進，在煤層夾矸厚度達1.8米的情況下，月進尺最高達1052米。

在條件(jiàn)複雜的關中和彬黃礦區，陝煤集團重點針對支護環節用時長、強度大(dà)、效率低等問題，研發形成了懸臂式掘錨護一體機和綜掘機+鑽錨平台兩類快(kuài)速掘進作(zuò)業模式，實現分(fēn)次、集中、高效支護作(zuò)業，相(xiàng)比常規掘進，效率可(kě)提高30%以上。

據了解，陝煤集團所屬36處生(shēng)産礦井的掘進工(gōng)作(zuò)面個數由283個減少至170個，綜合單進水平由252米/個/月提高至348米/個/月，單班作(zuò)業人(rén)數由15人(rén)至20人(rén)，減至8人(rén)至10人(rén)，掘進裝備水平和效率顯著提升。

淺埋深堅硬薄煤層智能開采關鍵技術與工(gōng)程示範也是我國2021年(nián)煤礦智能化重大(dà)進展之一。

陝西是目前我國煤炭主産區之一。而陝北地區煤田從0.5米的極薄煤層到10米以上的特厚煤層均有賦存。礦區的可(kě)采煤層有7層，其中1.3米以下薄煤層資源約占總儲量的20%，硬度爲f4左右。薄煤層空間有限，煤機功率受到限制，現有薄煤層裝備難以滿足礦區協調開采和生(shēng)産接續的需要。

“淺埋深堅硬薄煤層協調開采面臨着成套裝備小尺寸與大(dà)功率、大(dà)适應範圍和高可(kě)靠性要求之間的矛盾。”陝西有色金屬控股集團副總經理(lǐ)吳群英介紹。

針對這些問題，陝煤集團張家峁礦業公司、中國煤炭科(kē)工(gōng)集團開采研究院有限公司等就(jiù)淺埋深堅硬薄煤層智能開采關鍵技術與工(gōng)程示範進行聯合攻關。

項目首創堅硬薄煤層開采裝備群配套新模式與快(kuài)速開采新工(gōng)藝，機面高度由855毫米降低至739毫米，實現了堅硬薄煤層1.1米的最低采高，割煤速度最高達14米/分(fēn)；采用了采煤機半懸機身(shēn)、全懸截割部新結構，研發出高适應高可(kě)靠性薄煤層開采成套裝備；構建了基于地質建模、煤岩分(fēn)界、工(gōng)作(zuò)面調直和路(lù)徑規劃決策控制的堅硬薄煤層“預測—修正—執行”智能化開采技術路(lù)徑。

吳群英介紹，該項目實現了陝北侏羅紀1.1米至1.3米淺埋深堅硬薄煤層安全高效開采，生(shēng)産效率提高20%，工(gōng)作(zuò)面内無人(rén)操作(zuò)，最高日(rì)産能從不足700噸提升至超過3000噸，創造直接經濟效益9億元以上。該項目也獲得(de)2021年(nián)度中國煤炭工(gōng)業協會科(kē)學技術獎特等獎。

2021年(nián)，千米深井超長工(gōng)作(zuò)面智能化開采也取得(de)關鍵性突破。

中國煤炭科(kē)工(gōng)集團開采研究院科(kē)創中心副主任任懷偉介紹，煤礦千米深井高應力、強采動、大(dà)變形，開采效率低。千米深井超長工(gōng)作(zuò)面智能化開采研發項目在中煤集團新集公司口孜東煤礦首次實現了350米超長工(gōng)作(zuò)面6.5米以上大(dà)采高安全高效智能開采。該工(gōng)作(zuò)面每天割煤5刀至8刀，平均采高5.5米，最大(dà)采高6.5米，裝備監測監控可(kě)靠性、适應性和自(zì)動化水平顯著提高，推進期間工(gōng)作(zuò)面工(gōng)效提升了38.28%。

啃下一塊塊“硬骨頭”，我國煤礦智能化建設的應用場景也逐漸豐富起來。

安裝礦鴻操作(zuò)系統的巡檢機器人(rén)

打破數據孤島，建立标準體系

智能化建設是一項系統工(gōng)程，不僅體現在直接生(shēng)産上，也體現在大(dà)數據應用、系統集成上。

“智能化建設過程中面臨的數據規範、數據挖掘、數據孤島等瓶頸問題尚未根本解決。”中國煤炭科(kē)工(gōng)集團副總經理(lǐ)劉見中表示，企業内部數據繁多，外部數據難以打通，無法形成數據産業生(shēng)态。

爲推進新技術與煤炭工(gōng)業融合，2021年(nián)10月26日(rì)，煤炭行業“煤智雲”大(dà)數據中心建設項目啓動。該項目由中國煤炭工(gōng)業協會發起，中國煤炭科(kē)工(gōng)集團牽頭，聯合行業内外優勢資源共同打造。煤炭行業“煤智雲”大(dà)數據中心包含基礎設施層、平台支撐層、智能應用層、運營運維體系等六大(dà)模塊，圍繞煤礦和礦區生(shēng)産運營的采集、傳輸、存儲、建模、分(fēn)析、可(kě)視化等全過程的數據價值利用，旨在構建數據産業結構、建立行業标準體系、打通信息交互鏈條。

企業層面，2021年(nián)，國家能源集團攜手華爲公司推出礦鴻操作(zuò)系統。

“一台國産采煤機使用操作(zuò)系統3種、通信協議3種、芯片161種，全部爲進口。”國家能源集團神東煤炭公司副總經理(lǐ)賀海濤說，主控器、顯示器、交換機、保護器使用不同的操作(zuò)系統，不同的核心控制單元之間需要不同的通信協議，不同協議之間轉換耗時費力，嚴重制約煤礦智能化建設。

礦鴻操作(zuò)系統統一數據入口、統一協議與數據标準，成了不同設備之間、不同應用之間、不同操作(zuò)系統之間的“萬能語言”，爲後續數據應用與價值挖掘打下基礎。

目前，礦鴻操作(zuò)系統已在神東煤炭集團4處礦廠、6個場景應用，适配20種設備、398個應用單元。

陳再明介紹，中煤平朔公司也在加快(kuài)建設露天煤礦信息化基礎系統，即“五個一”。包含地下、地面所有地理(lǐ)地質信息的一張圖，由5G、4G、光(guāng)纖等構成的互聯互通的一張網，可(kě)控制采剝、洗選、外運、裝車的一個生(shēng)産平台，一個安全監控平台以及包含所有數據的一朵雲。

标準體系建設是煤礦智能化建設的重要保障。中國煤炭工(gōng)業協會科(kē)技發展部副主任張建明介紹，2021年(nián)行業持續完善煤礦智能化标準體系，在智能化綜采工(gōng)作(zuò)面、煤礦5G通信、煤礦機器人(rén)、露天煤礦無人(rén)駕駛等方面啓動了标準制定工(gōng)作(zuò)，全年(nián)發布、立項煤礦智能化相(xiàng)關标準達100項，包括發布能源行業标準5項，立項能源行業标準14項，立項中國煤炭工(gōng)業協會團體标準22項，立項中國煤炭學會團體标準51項、中國煤炭加工(gōng)利用協會團體标準8項。

晉能控股煤業集團塔山(shān)煤礦與網格化安全管理(lǐ)模式雙向補充的礦山(shān)雲圖——智能決策平台

前路(lù)漫漫，關鍵核心技術仍需突破

全行業推進智能化建設的熱情高漲，取得(de)的成果豐碩，但(dàn)煤礦智能化建設仍處在初級階段，仍存在各種問題。

國家礦山(shān)安全監察局安全基礎司司長孫慶國認爲，目前煤礦智能化建設還存在三方面問題。一是關鍵核心技術仍需突破，比如(rú)煤岩識别、高可(kě)靠智能傳感器、支護自(zì)動化等技術。二是重大(dà)裝備研發生(shēng)産能力有待進一步提高，礦山(shān)裝備原始創新能力不足，特别是露天采礦使用的大(dà)型裝備不少依賴進口。三是标準、規範建設仍需推進，智能化設備接口不夠統一。

山(shān)東能源集團黨委書記、董事(shì)長李偉同樣表示，目前煤礦智能化建設的一些核心技術仍需突破，比如(rú)煤岩識别等。地面的智能化水平尚處于初級階段，相(xiàng)關技術要應用到井下，還需解決匹配、融合的問題。

對于下一步煤礦智能化建設，國家能源局煤炭司司長魯俊嶺表示，應重點抓好典型示範，複制推廣先進理(lǐ)念和有效經驗模式；強化創新，組織一批技術先進、經濟适用的高新技術裝備進行推廣應用；加強監督管理(lǐ)和協調聯動，共同做好煤礦智能化建設。

孫慶國建議，深化系統觀念，實現互聯互通；加強科(kē)技攻關，提高成套裝備的國産化水平和煤機裝備制造能力；加強數據标準化建設，形成标準體系；通過校(xiào)企聯合，加強智能化人(rén)才培養。

煤炭企業也充分(fēn)認識到智能化建設仍處于初級階段的現實，全力推進智能化建設。

劉見中介紹，爲推進煤炭行業“煤智雲”大(dà)數據中心建設，中國煤炭科(kē)工(gōng)集團牽頭成立了院士、首席科(kē)學家負責的專項工(gōng)作(zuò)組和建設運營團隊，計劃2年(nián)内完成建設任務，确保2023年(nián)上線運行。

尤文順表示，國家能源集團全力全域全速推進煤礦智能化建設，力争在2022年(nián)實現“五個100%”（采煤工(gōng)作(zuò)面100%智能化、掘進工(gōng)作(zuò)面100%智能化、選煤廠100%智能化、固定崗位100%無人(rén)值守、煤礦智能化技術以及建設100%覆蓋），2025年(nián)煤礦全部實現智能化，2035年(nián)建成神東、甯煤、準能3個智能礦區。

日(rì)前，國家能源集團印發文件(jiàn)，對在智能化建設中表現優異的煤礦按等級給予80萬元、100萬元以及120萬元的獎懲，将煤礦智能化完成情況與子分(fēn)公司績效挂鈎，嚴格考核，激發職工(gōng)智能化建設的熱情。

“展望2022年(nián)，對煤礦智能化的認識将更加統一，智能化煤礦系統架構更加清晰，煤礦數字化基礎進一步夯實，頂層數據治理(lǐ)結構進一步完善，數據采集與傳輸、數據存儲、數據服務、數據信息安全等進一步規範。”中國工(gōng)程院院士、中國煤炭科(kē)工(gōng)集團首席科(kē)學家王國法說。

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