2018年中国煤炭综采自动化发展综述

2018年中国煤炭综采自动化发展综述

一、总体情况

2018年，自动化、智能化采煤技术与应用出现蓬勃发展之势。

国家重点研发计划项目《煤矿智能开采安全技术与装备研发》稳步推进；国家重点研发计划项目《千万吨级特厚煤层智能化综放开采关键技术及示范》立项并启动，两个相关示范工作面相继进入联合试运转并有序推进；中国中煤能源集团有限公司成立中煤装备研究院（下设智能化开采技术研究所），中煤能源集团批复山西中煤华晋能源有限责任公司《综采放顶煤智能化开采技术研究》项目实施方案，开始进行智能综放技术研究；GB∕T 51272-2018《煤炭工业智能化矿井设计标准》自9月1日起正式实施；智慧矿山物联网开放平台（RED-IOT®）研发成功并应用；贵州发耳、贵州众一、神东榆家梁等薄煤层智能综采工作面相继投入生产；神东8.8m超大采高综采工作面顺利投产，山东能源枣矿集团付村煤矿6m大采高综采工作面顺利投产，黄陵二号煤矿416大采高智能综采工作面顺利回采完毕并进入418大采高智能综采工作面；我国建成145个智能化采煤工作面；同煤集团同忻矿“千万吨级综放工作面关键技术及示范工程”项目荣获中国煤炭工业协会科学技术一等奖；神华宁煤矿区开始大规模应用LASC技术，兖矿集团北斗天地等单位开始研制基于国产惯性导航系统的综采工作面自动找直技术；煤炭信息研究院组建“煤矿机器人协同推进中心”，专门协调推进煤矿机器人研发应用，服务煤矿安全基础建设和煤矿本质安全水平提升；国家煤监局公布《煤矿机器人重点研发目录》，第一次明确提出，聚焦关键岗位、危险岗位，重点研发应用掘进、采煤、运输、安控和救援五大类、38种煤矿机器人；随着各大煤矿集团对智能化开采的重视，各大煤矿集团进入智能化综采应用的高潮。

二、学术进展

领域内相关学者、院士等围绕智慧煤矿、智能开采等议题，发表了许多重要的研究成果。

1.王国法院士等发表《智慧煤矿2025情景目标和发展路径》论文。基于数字矿山技术发展现状，结合生产系统智慧化特征及要求，给出了智慧矿山概念及内涵：将物联网、云计算、大数据、人工智能、自动控制、移动互联网、机器人化装备等与现代矿山开发技术融合，形成矿山感知、互联、分析、自学习、预测、决策、控制的完整智能系统；到2025年，实现煤矿单个系统智能化向多系统智慧化方向发展，建立智慧生产、智慧安全及智慧保障系统的基本运行框架，初步形成空间数字化、信息集成化、设备互联化、虚实一体化和控制网络化的智慧煤矿第二阶段目标。实现矿井开拓、采掘、运通、洗选、安全保障、生态保护、生产管理等全过程智能化运行。

2.王国法院士等发表论文《煤炭智能化综采技术创新实践与发展展望》。在简述国内外自动化、智能化综采技术发展过程基础上，提出了智能化综采的概念与内涵，介绍了近10年来在智能化综采技术和装备方面的创新实践，包括：黄陵一矿1.4~2.2m较薄煤层工作面有人巡视、无人操作的智能化开采；金鸡滩煤矿8.2m超大采高工作面智能化开采以及特厚煤层智能化综放开采技术。上述实践表明：在地质条件简单的煤层中基本能够实现人工远程干预的智能开采模式，复杂地质条件下仍存在技术瓶颈，有限无人化是智能化开采的切实发展目标。展望了综采智能化发展的重点方向，指出了智慧煤矿是智能化开采发展升级的趋势。

3.王国法院士等发表论文《煤炭智能化开采关键技术创新进展与展望》。全面总结了薄煤层和较薄煤层智能化开采、厚煤层大采高和超大采高智能化开采、特厚煤层综放开采智能化技术的创新与实践，分析了存在的不足；提出了综采装备适应围岩活动及环境动态变化所需攻克的采煤机智能调高控制、液压支架群组与围岩的智能耦合自适应控制、工作面直线度智能控制、基于系统多信息融合的协同控制、超前支护及辅助作业的智能化控制５项关键技术，为将智能开采由目前的初级阶段升级为自学习、自决策、自修正的高级阶段奠定技术基础；对煤炭行业近期、中期和远期提出了智能化、有限无人化和流态化的技术发展方向和目标，展望了可能的发展路径及需要突破的关键技术和发展方向。

4.康红普院士、王国法院士等发表论文《煤矿千米深井围岩控制及智能开采技术构想》。在分析煤矿千米深井围岩控制及智能开采技术现状和问题的基础上，

围绕安全、高效开采这一主题，综合考虑巷道和采煤工作面相互影响，以合理加大工作面长度，实现生产集约化，降低掘进率、提高煤炭回收率为思路，提出要解决的关键科学问题与技术构想。关键科学问题有4个：千米深井巷道围岩大变形机理；巷道围岩支护―改性―卸压协同控制原理；350m超长工作面应力与覆岩结构演化机理；超长工作面多信息融合智能开采模式，为千米深井围岩控制及智能开采提供理论基础。针对千米深井巷道围岩高应力、强采动的特点，提出巷道支护―改性―卸压“三位一体”协同控制技术，实现高预应力、高强度、高冲击韧性锚杆主动支护，高压劈裂注浆主动改性及水力压裂主动卸压的“三主动”协同作用，解决千米深井巷道围岩控制难题。针对千米深井超长工作面开采过程中覆岩分区破断、矿压动态迁移的特点，以围岩控制为核心，研发液压支架抗冲击技术，开发超长工作面多信息融合的液压支架自适应群组协同控制技术与装备，并系统集成采煤机等其他工作面设备，最终形成千米深井超长工作面智能开采成套技术体系，为深部煤炭资源安全、高效、高回收率开采提供理论与技术保障。

5.范京道发表论文《大采高工作面智能化综采关键技术研究》。针对陕西陕煤黄陵矿业有限公司二号煤矿实际情况，分析了大采高工作面智能化综采存在的片帮精准控制难、底软拉架难及装备可靠性、感知精准度、协同性差等技术难题；选用可视化远程干预型技术路线来实现大采高综采工作面智能常态化开采；重点研究了高效采煤工艺、防片帮控制技术、底软智能控制技术和顶板破碎智能控制技术。通过采煤工艺革新，三角煤截割效率提高了30%；在煤壁发生片帮的不同阶段采用不同的控制手段，实现了护帮板精准控制；通过液压支架多次降架模拟人工操作的方式完成底板软弱条件下的智能化处理，解决了架前堆煤问题；通过液压支架超前拉架的方式完成工作面顶板破碎条件下的智能化处理，确保顶板破碎区域可以智能开采。二号煤矿实践表明，采用智能化综采技术后，实现了以工作面设备智能运行为主、现场干预控制为辅的智能化生产模式，以及井下7人作业、地面2人监控的“7+2”作业模式，达到了减员提效的目的。

6.牛剑峰发表《综采工作面装备机器人化技术研究》论文。介绍了智能机器人技术及其结构体系，提出了综采群组机器人协同作业的技术思路，构建了综采装备机器人化的设计方案。通过液压支架推移控制和工作面直线度控制，详细描