《智能矿山》2023年煤矿智能化重大进展成果特刊

煤矿智能化建设在中国取得了显著的进展，为煤炭工业的数字化转型和高质量发展提供了重要支撑。通过推动智能化建设，煤矿行业实现了深部煤炭资源的高效开发、无人化智能开采、安全风险隐患的智能防控、运行与维护管理标准体系等方面的突破。这些进展不仅提升了生产效率，也极大地改善了工作环境和安全保障能力。

《智能矿山》杂志策划出版的“2023年煤矿智能化重大进展成果特刊”展示了煤矿智能化建设的新成果和创新实践，向读者传递了这些成功经验和技术进步。这些成果的分享将有助于推动更多煤矿参与智能化建设，并在未来取得更多突破和进步。

煤矿智能化建设的不断推进，将为整个行业的可持续发展和现代化转型提供有力支持，也为未来的煤炭生产带来更多可能性和机遇。

行业视野: 智能化
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刊首语

作者(Author)：智能矿山

摘要：岁月更替,华章日新。煤矿智能化建设理念更加深入人心,智能化建设成效显溑,建成一批各具特色的智能化示范煤矿,一批实现常态化运行的智能化采煤工作面,涌现出一批风华正茂、专业水平精湛的智能化人才,为未来更多煤矿智能化建设提供了路径、方法、技术、装备和人才支撑。创新不息、变革永恒。正是在这一群拥抱变革、奋勇争先的煤矿人的共同努力下,煤矿智能化建设取得了一系列新的重大进展,推动煤炭工业数字化转型、智能化升级、高质量发展。深部煤炭资源高效开发数字化和智能化关键技术装备,支撑我国深部煤炭资源安全、高效、智能、绿色开采。10米超大采高智能化综采成套技术装备突破当前一次开采高度极限,引领我国煤机装备、开采技术迈上更高台阶。煤矿无人化智能开采技术装备实现采煤工作面内无人常态化运行。综采工作面装备快速精准推移与超前联动控制技术,提升了工作面核心装备控制精度,有效支撑了采煤工作面装备协同控制与自动运行。煤矿辅助作业机器人技术与集群应用有效减少了井下现场作业人员,减轻了一线工人劳动强度。煤矿安全风险隐患综合一体化智能防控技术装备实现了AI赋能的安全风险隐患超前防控,有效提升了煤矿安全保障能力。智能化煤矿运行与维护管理标准体系填补了煤矿智能系统运维标准缺失的空白,为智能化煤矿常态化运行提供了支撑。大海则特大型煤矿全矿井智能化建设形成了复杂条件特大型矿井智能化煤矿建设和运行管控模式,为同类条件智能化煤矿建设提供了示范。基于透明化地质保障系统的煤矿智能管控平台以透明化地测保障和时空信息智能分析为基础,探索了矿井多系统协同管控新路径。5G射频电磁波瓦斯引燃机理与功率安全阈值研究揭示了射频电磁能瓦斯引燃机制,提出了新的大功率射频电磁能防爆评估方案,为突破IEC标准限制提供了依据。基于全景视频拼接的自适应截割智能化工作面无人开采技术综合应用5G通信、数字孪生、沉浸式全景视频拼接、工作面矿鸿系统、巡检机器人等技术,实现了综采工作面少人常态化智能开采。为宣传推广我国煤矿智能化建设取得的新进展和新成果,推动我国煤矿智能化建设进程,《智能矿山》杂志策划出版了“2023年煤矿智能化重大进展成果特刊”,刊登代表新时代煤矿人创造性实践和智慧结晶的11项智能化建设成果,以飨读者。

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智能矿山

2024年第03期

81

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深部煤炭数智化高效开采成套技术与工程应用

作者(Author)：李伟

摘要：煤炭是我国主体能源和重要工业原料,在当前一次能源生产和消费中占比67.4%和56.2%。随着浅部煤炭资源日趋减少,尤其是华东、华北地区浅部煤炭已近枯竭,中西部鄂尔多斯盆地浅部煤炭资源储量也快速下降,以深部厚煤层为主的资源禀赋决定了其安全高效开采在国家能源安全中的重大战略需求。综采一次采全高是深部厚煤层最佳开采方式,受原有开采技术局限,6~10 m厚煤层只能采用“分层”或“掏芯”开采,即使采用国外最先进装备,其最大采高也无法突破5.5 m,造成25%以上的资源浪费,难以支撑深部煤炭高效开采和保供需求,亟待以数字化和智能化为支撑实现深部煤炭高效开采成套技术的重大创新,但仍存在四大难题:①地下开采非结构性受限空间复杂,一般工业数智化理论和技术难以适用;②深部厚煤层综采易造成强矿压和围岩失稳无法支护,导致开采效率难以提高;③国内外没有能够可靠运行的深部厚煤层工作面成套装备;④国内外没有深部煤炭数智化高效开采成套技术集成工程应用的先例。针对上述难题,山东能源集团有限公司联合天地科技股份有限公司、北京天玛智控科技股份有限公司等产学研用多家单位联合攻关,依托兖矿能源集团股份有限公司王国法院士工作站,经过10 年攻关,进行了深部煤炭数智化高效开采成套技术创新,并成功在国内外应用。煤炭开采数智化基础与煤矿智能化技术体系深部煤炭开采系统复杂,同步运行上百个子系统。一般工业数字化模型、理论基础、海量多元异构数据处理方法和技术标准不适用于井下开采;环境-装备-工艺协调运行机制不清晰,矿山大模型涉及场景复杂,要素繁多,非结构化和不确定性大,国内外均无应用先例,无法满足复杂巨系统的智能控制要求。

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2024年第03期

264

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10m超大采高智能化综采成套技术与装备

作者(Author)：雷亚军, 李增林, 韩存地, 李明忠

摘要：煤炭作为我国主体能源,其安全高效开采对保障我国能源安全具有重要战略意义。我国厚及特厚煤层占整体煤炭资源储量约 44%,是国家主要开采煤层。目前,8 m以下厚度的煤层,可通过一次采全高的方法基本实现高效高回收率开采,对于8 m以上厚度的煤层,受开采工艺及装备水平限制,广泛采用放顶煤工艺开采,在资源回收及开采效率等方面不及一次采全高,导致产能释放有限,资源浪费严重。因此,提高工作面采高可进一步提升8 m以上厚度煤层开采的资源回收率,释放先进产能,符合超大采高开采工艺特厚煤层开采的总体发展趋势。

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智能矿山

2024年第03期

233

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煤矿无人化智能开采控制技术装备与应用示范

作者(Author)：王峰, 刘清, 白正平, 薛国华

摘要：无人化智能采煤是煤炭行业贯彻落实国家“四个革命、一个合作”能源安全新战略与“以人民为中心”的发展思想的重要手段,也是提升煤矿工人安全感与幸福感,实现煤矿转型升级和高质量发展的必由之路。近年来,围绕煤矿无人化智能开采系统理论与技术开展了大量的研发与工程实践。2014年陕西陕煤黄陵矿业有限公司一号煤矿(简称黄陵一号煤矿) 以采煤机记忆截割,液压支架自动跟机以及可视化远程监控等技术为核心建成首个有人巡视、无人操作的“智能+可视化远程干预”采煤新模式,开创了我国煤矿智能化开采1.0 阶段;2016年兖矿能源鄂尔多斯公司转龙湾煤矿、国能宁煤红柳煤矿等通过引进澳大利亚联邦科学与研究组织的LASC技术,实现综采工作面直线度自动找直控制,在相对复杂的地质工作面实现了以“采煤机记忆截割+液压支架全工作面自动跟机+工作面自动找直”为核心技术特征的“2~3 人巡视,1 人远程调度指挥”的常态化生产模式,形成了我国煤矿智能化开采2.0 阶段;2018 年依托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”,开展基于“透明工作面”的智能化开采技术研究,国能神东煤炭榆家梁煤矿(简称神东榆家梁煤矿) 实现了基于工作面地质赋存精细化探测和采场开采条件智能感知构建透明自主开采模型的“1 人巡视、自主割煤”无人化智能开采模式,形成了我国煤矿智能化开采3.0 阶段。通过煤矿智能化开采的不断发展,从2010年至今我国智能化采煤工作面已建成超400 个,推动了煤矿采煤工作面少人化、自动化、智能化阶段性发展,一方面大幅减少了工作面作业人员,降低劳动强度,另一方面有效提升了工作面生产效率、安全生产水平。

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2024年第03期

280

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煤矿综采工作面装备快速精准推移与超前联动控制技术

作者(Author)：马英, 张德生, 任怀伟, 谭震, 杜毅博, 周杰, 韩哲, 赵叔吉, 文治国

摘要：采煤是煤矿生产的核心环节,经过近年来煤矿装备高端化发展,尤其是智能化建设的大力推进,我国采煤工作面开采技术快速发展,液压支架自动跟机移架、采煤机记忆截割、工作面视频监控、综采自动化集中控制、智能化集成供液等技术在条件较好的工作面广泛应用,初步实现了工作面智能化开采。然而,与国外先进开采水平相比,在开采效能方面尚存较大差距。由于采煤机(进口) 割煤速度快,液压支架跟机速度慢,导致存在丢架现象。为解决上述问题,笔者研究开发了敏捷供液系统,实现采煤机与液压支架的快速跟机移架。当前惯导定位技术实现了工作面直线度检测,但推移千斤顶无法精准到位且故障率高,难以实现液压支架与刮板输送机的协同推进;虽然,目前综采工作面自动化程度较高,但超前液压支架的自动化程度低,难以实现减人目标,且无法实现自动协同推进。针对上述长期困扰行业的难题,笔者通过对采煤工作面快速精准推移、超前支架与工作面液压支架的超前联动技术和装备进行攻关,设计研发了煤矿综采工作面快速精准推移与超前联动控制技术,提升了工作面协同度和开采效率,全面提高了现有工作面推进效率和技术装备水平,降低了吨煤能耗,提高了煤炭资源开采效率,对实现煤炭资源的智能、高效、绿色开采具有推动作用。煤矿综采工作面快速精准推移与超前联动控制技术成果在陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司(简称柠条塔煤矿) S1204工作面全面应用,显著提高了工作面跟机移架速度、直线度管理水平和超前支架推进自动化水平。

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智能矿山

2024年第03期

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煤矿辅助作业机器人技术与集群应用

作者(Author)：王雷, 王新铭, 闫敬旺, 张德生

摘要：当前,在全国200 余万名煤矿从业人员中,从事采煤、掘进、运输、安控等危险、繁重岗位的工作人员占比60%以上,煤炭行业是目前最迫切需要开展机器人替人的高危行业。受限于煤矿井下环境复杂、作业环境恶劣,煤矿机器人的研发应用是特种机器人领域技术难度最大的种类之一。国家安全生产监督管理局于2019 年1 月2 日研究制定公布了2019 年第1 号公告,要求大力研发应用煤矿机器人,并公布了《煤矿机器人重点研发目录》(简称《目录》),《目录》列出了针对采煤、掘进、运输、安控、救援等5 类共38 种煤矿井下机器人。近年来,国家发展和改革委员会、工业和信息化部等多次出台相关政策,要求大力发展煤矿机器人产品研究,实现对煤矿及重点非煤矿山关键地点、重点部位、重大风险的实时监测、智能化作业。矿山领域的特种机器人作为煤矿智能化核心装备,是国家智能化战略重心,也是我国“机器人+”应用的重点方向,未来发展潜力大、市场前景广阔。但总体来看,当前煤矿机器人还面临诸多技术瓶颈亟待攻关,其自主化、智能化水平还相对较低,同时还面临着不同种类作业机器人发展水平不平衡、不充分的问题,需要通过科技创新,加快提升煤矿机器人整体研发和应用水平。

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智能矿山

2024年第03期

229

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煤矿安全风险隐患综合一体化智能防控关键技术与装备

作者(Author)：李爽, 王鹏飞, 程德强, 黄伟, 周志群, 薛国华, 梁旭, 高金波, 吴长俊

摘要：煤炭在我国能源消费占比中始终保持主导地位,在实现“双碳”目标、构建国家新型能源体系中,将长期担负着能源稳定“压舱石”和结构调节作用,是关乎我国可持续发展的重要支撑。随着煤矿智能化建设的推进,一系列智能装备的成功研制与应用改变了煤矿生产与安全防控模式,由割裂式安全防控转变为嵌入式协同防控成为行业发展的必然趋势。如何创新煤矿安全风险隐患排查新模式和新技术,构建适应智能化生产方式的安全管控新机制成为当前行业发展的共性问题和主要现实需求。陕西陕煤黄陵矿业有限公司(简称黄陵矿业)与中国矿业大学李爽教授团队等开展联合攻关,构建了煤矿安全风险隐患综合一体化智能防控机制,并完成了系列核心技术创新及示范性成果的转化与工程应用。该成果的实践应用,大幅节省了矿井安全治理费用,煤矿安全保障水平明显提高,增强了员工获得感、幸福感、安全感,助力煤矿企业实现高质量发展与高安全水平。

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智能矿山

2024年第03期

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智能化井工煤矿运行与维护管理标准框架

作者(Author)：郭佐宁, 牛虎明, 习晓, 薛忠新

摘要：智能化煤矿运行与维护管理是保障井上、井下智能化系统常态化运行的关键,针对智能化系统运维管理标准体系缺失的现状,笔者系统分析了我国智能化煤矿运行与维护管理现状及存在的问题,基于智能化煤矿建设与运行要求,将煤矿智能化系统装备运维管理划分为共性基础、信息网络平台、智能控制系统与装备、运维保障四大类,制定了煤矿智能化系统运维管理标准整体框架,构建了智能化煤矿运维组织架构,并系统阐述了智能化煤矿信息基础设施、地质保障系统、智能掘进系统、智能采煤系统、智能通风系统、智能防灭火系统等的运维范围与要求,为建设“四化一库”的运维管理体系奠定了基础。

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智能矿山

2024年第03期

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