智煤洞察

《智煤洞察》欄目，將不定期推出《智能礦山》雜志創(chuàng)刊以來，具有前瞻性和實(shí)用性的過刊文章，提煉要點(diǎn)，重溫技術(shù)創(chuàng)新理念，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用新視角；對比發(fā)展現(xiàn)狀，分析行業(yè)進(jìn)步軌跡，挖掘更深層次的內(nèi)涵，以期激發(fā)靈感，為未來發(fā)展指明方向。

王國法院士在《煤礦智能化重要進(jìn)展與高質(zhì)量發(fā)展方向》中總結(jié)了近年來井工煤礦智能化典型工程示范成效，發(fā)表于《智能礦山》2025年第1期。

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薄煤層智能化開采進(jìn)展

煤礦智能化重大進(jìn)展征集和交流案例顯示，山東能源集團(tuán)楊村煤礦針對薄煤層工作面工人員跟機(jī)作業(yè)困難、生產(chǎn)效率低、截割精度不足等問題，開展了技術(shù)創(chuàng)新與工程實(shí)踐。楊村煤礦核定生產(chǎn)能力1.15Mt/a，主采煤層平均厚度1.15m，煤層中普遍含有不同厚度的堅(jiān)硬夾矸和硫化鐵結(jié)合體，常揭露斷層、二合頂?shù)鹊刭|(zhì)構(gòu)造，直接頂普氏系數(shù)f=8~10的石灰?guī)r，底板是鋁質(zhì)泥巖，巖質(zhì)較軟，f≈1.5，遇水易膨脹。面對復(fù)雜的賦存條件，楊村煤礦開展綜采設(shè)備與地質(zhì)條件的適應(yīng)性研究，圍繞“割得快、運(yùn)得出、護(hù)得住”3個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，形成以“矮機(jī)身、大功率、高效能、智能化”為特點(diǎn)的第五代薄煤層裝備配套體系。以“高感知、高聯(lián)動(dòng)、高預(yù)警、高效能”為原則，融合應(yīng)用了數(shù)字孿生輔助控制系統(tǒng)、煤礦大模型AI服務(wù)平臺、煤礦GIS公共服務(wù)平臺、綜采工作面國產(chǎn)慣導(dǎo)、班組協(xié)同交互通信系統(tǒng)、多參量耦合模型規(guī)劃截割等六大創(chuàng)新技術(shù)。實(shí)現(xiàn)工作面內(nèi)無人作業(yè)，開創(chuàng)了“地面規(guī)劃采煤、裝備自動(dòng)執(zhí)行、面內(nèi)少人無人化作業(yè)”。智能化綜采工作面生產(chǎn)期間減員75%以上，人工工效提升6倍；單刀割煤用時(shí)45min，單班割煤6刀以上；遠(yuǎn)程截割率近100%，自動(dòng)跟機(jī)移架率達(dá)99%，年產(chǎn)達(dá)到100萬t水平。楊村煤礦多參量耦合截割模型的規(guī)劃截割操作界面如圖1所示。

圖1 楊村煤礦多參量耦合規(guī)劃截割操作界面

超高、超長工作面高效開采創(chuàng)新水平

超高與超長工作面是煤炭智能高效開采的重要攻關(guān)方向，隨著超大開采空間全覆巖三維動(dòng)態(tài)破斷規(guī)律與超高煤壁失穩(wěn)破壞機(jī)理、強(qiáng)礦壓覆巖結(jié)構(gòu)應(yīng)力調(diào)控機(jī)理、超高與超長綜采裝備群動(dòng)態(tài)響應(yīng)及高效智能協(xié)同作業(yè)機(jī)制等科學(xué)問題的不斷解決，超高與超長工作面智能化建設(shè)得到了快速發(fā)展。

（a）超高工作面智能高效開采進(jìn)展

2016年，兗礦能源集團(tuán)金雞灘煤礦突破了開采極限，在世界上首次成功實(shí)現(xiàn)了8.2m超大采高開采，創(chuàng)造了厚煤層開采各項(xiàng)指標(biāo)世界紀(jì)錄。2018年，國能神東煤炭上灣煤礦成功使用8.8m液壓支架超大采高開采，為8m以上超大采高奠定了技術(shù)和實(shí)踐基礎(chǔ)。

2024年，陜煤集團(tuán)曹家灘煤礦122104工作面10m超大采高一次采全高智能開采取得新進(jìn)展。研發(fā)了ZYA29000/45/100D型“雙層伸縮梁+三級護(hù)幫板”結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度液壓支架；研制了整機(jī)高穩(wěn)定性、大仰角長搖臂三腔分區(qū)潤滑冷卻的MG1200/3350—GWD型智能化采煤機(jī)；研發(fā)了復(fù)合框架中部槽重型刮板輸送機(jī)、慢變動(dòng)力特性刮板機(jī)啟動(dòng)方法及配套控制方法；搭建了工作面“采?支?運(yùn)”一體化智能協(xié)同作業(yè)控制系統(tǒng)及多源系統(tǒng)集成與數(shù)據(jù)融合分析平臺。曹家灘煤礦10m超大采高智能化工作面成套裝備如圖2所示。

圖2 曹家灘煤礦10m超大采高智能化工作面成套裝備

（b）超長工作面智能高效開采進(jìn)展

美國、澳大利亞等國家煤層賦存條件簡單，近10年來，采煤工作面向400~450m超長發(fā)展。2023年，陜煤集團(tuán)小保當(dāng)二號煤礦建設(shè)了中厚煤層450m超長工作面，并持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，聯(lián)合天地科技股份有限公司等單位設(shè)計(jì)研發(fā)了450m超長工作面相關(guān)綜采裝備，包括ZY16000/17/32D型超大采高液壓支架、MG750/1950—WD型采煤機(jī)、SGZ1100/3×1600型刮板輸送機(jī)、SZZ1350/700型轉(zhuǎn)載機(jī)等。通過布置超長工作面，提升了綠色開采水平、產(chǎn)能和開采效率，降低了煤炭損失、采掘接替矛盾和開采成本。工作面自投產(chǎn)以來，全天最高割煤達(dá)19刀，最高日產(chǎn)突破4.5萬t，平均月產(chǎn)能91.278萬t，相比于國內(nèi)中厚煤層最高月產(chǎn)能提高了3～5倍以上。該項(xiàng)目突破了中厚煤層長期“以設(shè)備定開采工藝”的瓶頸，探索出自頂向下的中厚煤層高能積比集成配套模式，單位體積內(nèi)配置的裝機(jī)功率相比于目前常規(guī)中厚煤層工作面提高了50%以上，建設(shè)模式為類似條件礦井提供了解決方案參考。

智能高效掘進(jìn)建設(shè)進(jìn)展

（a）在半煤巖巷智能快速掘進(jìn)建設(shè)方面

掘進(jìn)效率不斷提升，2024年濟(jì)寧能源發(fā)展集團(tuán)有限公司朱家峁煤礦建設(shè)了以重型掘錨一體機(jī)為龍頭的“煤海蛟龍”快速掘進(jìn)工作面，在巷道掘進(jìn)高度3.3m、巖石厚度1.4~1.6m、f=7以上的半煤巖巷道環(huán)境下，創(chuàng)造了月進(jìn)尺916m的紀(jì)錄，掘進(jìn)效率達(dá)到原來的2倍以上，智能化水平持續(xù)提高。同年，在陜煤集團(tuán)檸條塔煤礦，通過技術(shù)創(chuàng)新和管理革新，建設(shè)的以“煤海蛟龍”為核心裝備的快掘工作面創(chuàng)造了半煤巖巷道最高日進(jìn)尺43m、月進(jìn)尺1050m的紀(jì)錄。以重型掘錨一體機(jī)為龍頭的快掘裝備應(yīng)用，為同類條件下煤礦大斷面半煤巖巷、堅(jiān)硬煤層巷、多斷層巷等難掘巷道提供了可參考的解決方案。

（b）在老礦區(qū)少人高效智能掘進(jìn)方面

兗礦能源集團(tuán)興隆莊煤礦達(dá)到最好水平，應(yīng)用基于“雙慣導(dǎo)+全站儀”的組合模式，實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)機(jī)在巷道坐標(biāo)系統(tǒng)中的定位。通過位于掘進(jìn)機(jī)后方的遠(yuǎn)程定位裝置，實(shí)時(shí)測量定位掘進(jìn)機(jī)的三維坐標(biāo)，結(jié)合掘進(jìn)機(jī)自身姿態(tài)、截割部運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，確定截割部的三維坐標(biāo)。根據(jù)巷道設(shè)計(jì)的參數(shù)，確定掘進(jìn)機(jī)以及截割部與待掘巷道的相對位置關(guān)系。在掘進(jìn)機(jī)實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，智能化控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件按照設(shè)定參數(shù)自主控制掘進(jìn)機(jī)完成掘進(jìn)動(dòng)作流程。能夠根據(jù)掘進(jìn)機(jī)空間位置變化和巖壁硬度變化，實(shí)時(shí)糾正截割部軌跡并調(diào)整截割部運(yùn)動(dòng)速度。通過三維可視化技術(shù)的交互系統(tǒng)，實(shí)時(shí)展示掘進(jìn)機(jī)和截割部的空間位置，及其與巷道之間的相對位置關(guān)系。通過調(diào)節(jié)變頻局部通風(fēng)機(jī)長壓短抽通風(fēng)除塵。經(jīng)測定，工作面真實(shí)除塵率達(dá)95%以上，作業(yè)環(huán)境明顯改善。

智能地質(zhì)保障建設(shè)進(jìn)展

煤礦透明地質(zhì)技術(shù)是煤礦智能化的基礎(chǔ)保障，利用精細(xì)探測技術(shù)獲取地質(zhì)信息，以大數(shù)據(jù)和云計(jì)算支持，借助3D動(dòng)態(tài)建模、人工智能和專家診斷等相關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)、工程和環(huán)境信息的精細(xì)描述、動(dòng)態(tài)表征和分布式發(fā)布，能夠?yàn)橹悄懿删蛱峁┚珳?zhǔn)的地質(zhì)導(dǎo)航，為隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素的透明化分析評估提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。當(dāng)前我國透明地質(zhì)保障技術(shù)總體處于起步階段，面臨的地質(zhì)條件動(dòng)態(tài)探測、三維地質(zhì)模型動(dòng)態(tài)生成、地質(zhì)軟件和智能開采控制交互等諸多技術(shù)難題正在逐步攻克。

國家能源集團(tuán)烏海能源有限責(zé)任公司與中國煤科西安研究院等單位協(xié)同攻關(guān)，開展了烏海礦區(qū)透明地質(zhì)保障系統(tǒng)的研究與示范建設(shè)。示范工程以老石旦、五虎山、黃白茨、公烏素、利民5處礦井為依托，建立礦井三維地質(zhì)模型，在地質(zhì)模型基礎(chǔ)上構(gòu)建瓦斯、水文、火區(qū)地質(zhì)模型，實(shí)現(xiàn)多煤層開采智能地質(zhì)預(yù)報(bào)。本次示范建設(shè)取得了多項(xiàng)成效：

（a）基于隨采隨掘地震探測技術(shù)對采掘工作面范圍內(nèi)靜態(tài)的構(gòu)造發(fā)育和動(dòng)態(tài)的應(yīng)力變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，實(shí)時(shí)優(yōu)化、動(dòng)態(tài)刷新采掘工作面三維地質(zhì)模型，實(shí)現(xiàn)了采掘工作面地質(zhì)透明化。

（b）攻克了斷層類型多樣、斷層錯(cuò)動(dòng)及褶皺倒轉(zhuǎn)等復(fù)雜構(gòu)造地質(zhì)建模難題，構(gòu)建了礦井級高精度三維地質(zhì)模型，實(shí)現(xiàn)了隱蔽致災(zāi)體的透明化表達(dá)，為地質(zhì)剖切、時(shí)間域和空間域分析等地質(zhì)應(yīng)用提供模型支持。

（c）提出并構(gòu)建了“礦區(qū)?礦井?工作面”三級透明化地質(zhì)保障技術(shù)體系，建立了可“預(yù)測、預(yù)判、預(yù)警”的致災(zāi)因素綜合預(yù)警體系和采掘空間三維地質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)體系，形成了“礦井地質(zhì)?透明地質(zhì)保障系統(tǒng)?采掘生產(chǎn)”的平臺化、標(biāo)準(zhǔn)化、流程化作業(yè)模式，實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)保障由“輔助生產(chǎn)”向“指導(dǎo)生產(chǎn)”的轉(zhuǎn)變。

智能安全監(jiān)控建設(shè)進(jìn)展

面對目前煤礦井下復(fù)雜環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)圖像分辨率低、無法對各種異常狀態(tài)預(yù)警、事故突發(fā)時(shí)響應(yīng)速度慢、缺少智能化分析和控制聯(lián)動(dòng)等突出問題，濟(jì)寧能源發(fā)展集團(tuán)有限公司、河南神火集團(tuán)有限公司、中煤華晉集團(tuán)有限公司等煤炭企業(yè)，應(yīng)用基于AI視頻的礦井安全風(fēng)險(xiǎn)感知與智能防控系統(tǒng)，不斷提升煤礦智能安控能力。系統(tǒng)通過開發(fā)AI視頻分析與識別技術(shù)，使得在部分場景光照較暗、遮擋、視角變化和尺度變換等自然環(huán)境下，仍具有很好的識別穩(wěn)定性和魯棒性，且具有較高的實(shí)時(shí)性和精度。構(gòu)建了礦井人?機(jī)?環(huán)全域視頻圖像特征檢測與識別典型場景庫和算法群，實(shí)現(xiàn)人員、機(jī)器、環(huán)境安全隱患的智能圖像分析和報(bào)警，響應(yīng)時(shí)間不大于10ms，開發(fā)泛聯(lián)兼容的礦井安全風(fēng)險(xiǎn)感知與智能防控平臺，實(shí)現(xiàn)對煤礦各種安全隱患的有效分析和智能識別。濟(jì)寧能源發(fā)展集團(tuán)有限公司金橋煤礦泛聯(lián)兼容的基于AI視頻的礦井安全風(fēng)險(xiǎn)感知與智能防控平臺應(yīng)用界面如圖3所示。

圖3 基于AI視頻的礦井安全風(fēng)險(xiǎn)感知與智能防控平臺

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤炭科學(xué)研究總院期刊出版公司擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄7種、中文核心期刊9種、中國科技核心期刊11種、中國科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地，也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

《智能礦山》

Journal of Intelligent Mine

月刊CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139，聚焦礦山智能化領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用新進(jìn)展的綜合性技術(shù)刊物。

主編：王國法院士

投稿網(wǎng)址：www.chinamai.org.cn（期刊中心-作者投稿）

聯(lián)系人：李編輯 010-87986441

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