专访中国煤科沈阳设计研究院总经理王忠鑫：深耕煤炭露天开采 以科技创新推动工艺装备自主可控和生产智能化

文章来源：《智能矿山》2024年第6期“人物专访”专栏

点击文末左下角“阅读原文”，免费下载阅读pdf全文

关注微信公众号，了解更多矿山智能化建设进展

自强不息，知行合一。王忠鑫靠着这种意志品质考入东北大学并以优异的成绩被保送本校攻读硕士研究生。2009年，王忠鑫毕业后就开始从事采矿设计工作并积极投身于科技创新，面对我国露天煤矿（半）连续开采工艺技术尚属空白、成套装备长期被国外垄断等“国之大者”，他勇挑重担、善于创新，逐步从一名工程师成长为行业专家，从一名跟随者成长为行业学术带头人和产业链建设的推动者，在露天煤矿绿色开采、矿山智能化建设、重大装备研制等领域积极探索并取得重大成果，为推动我国露天煤矿高质量发展做出了积极贡献。

王忠鑫带领团队瞄准我国露天煤矿，实现绿色智能开采所急需的连续、半连续智能开采工艺关键技术，集中力量攻关轮斗挖掘机、大坡度大运量带式输送机、移动式破碎站以及排土机等成套装备，力争研制出适应我国露天煤矿开采技术条件的“大国重器”。

王忠鑫在新疆戈壁露天煤矿现场工作

（1）研发了我国首套无人化连续开采工艺系统，研制了国内首台大切割力紧凑型轮斗挖掘机成套装备。自主研发的紧凑型轮斗挖掘机，可适应抗压强度在35 MPa以下煤层、软岩及松散地层的开采，且无需松动爆破，连续工艺系统可以实现无人化开采，关键技术指标普遍达到或超过了国际先进指标。

（2）研发了露天矿自移式大坡度带式输送机，解决了露天矿深部煤炭连续运输及带式输送机卡车运输道路交叉、制约内排等问题。大坡度带式输送机最大输送能力3 500 t/h，最大角度45°，整机可远程操控、自主走行、自动对中、机器人群维检，具备防碰撞、防倾覆、防火灾等全面安全保障功能。

（3）研发了大型半移动破碎站半连续开采工艺系统核心装备，实现了剥离能力3000万m³/a成套装备的国产化替代和自主可控。自主研发了露天矿半固定破碎站、大运量排土机等装备，适用于煤和表土剥离的开采，具备无动力抑尘系统、无人值守智能化控制系统、料仓干雾抑尘系统等配套设施，关键技术指标达到国际先进水平。

露天矿开采工艺成套装备及系统谱系演化

2021年，主导了我国首套露天开采连续工艺系统成套装备的研制和示范工程项目“国能宝日希勒高寒地区露天矿轮斗连续采煤示范工程项目”，该示范工程将于2024年底建设完成，是我国露天采煤工艺技术的一次革命性探索。

我国露天矿轮斗连续开采工艺系统成套装备（首台套）示范工程

王忠鑫及其团队坚持“一矿一策”原则，首次提出了符合我国露天煤矿特点的智能化建设理论体系，以矿山企业实际需求为导向，以矿山智能化现状及资金承受能力为基础，以工艺及装备为核心，为行业提供了露天矿智能化建设的整体解决方案；开发了智能综合管控平台、人员−车辆安全生产指挥平台、设计施工一体化平台、BIM设计数字化交付平台等17类产品，其中“露天矿智能采剥作业链全环节协同运行关键技术研究与应用”成果被中国煤炭工业协会鉴定达到国际领先水平，为我国露天煤矿向高效、智能方向发展奠定了基础。

矿山全业务链条智能运行思路示意图

2022年，王忠鑫带领团队以“露天煤矿设计−生产−运维全生命周期一体化管控系统”参加了由国务院国资委主办的首届国企数字场景创新专业赛，该成果实现了矿山各生产时期计划数据及施工成果基于同一三维模型的数字化移交与信息化展现，最终从3200多个参赛作品中脱颖而出，斩获三等奖的好成绩。

2019年至今，王忠鑫主持起草了我国煤矿智能化发展的《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》《煤矿智能化建设指南》《智能化示范矿山验收管理办法》等10余项国家部委文件中露天矿部分，并在权威媒体上解读。其本人也入选了国家能源局第一批煤矿智能化专家，面向全行业公益性提出了《智能化露天煤矿一体化解决方案》，并受邀做了数十次技术报告，是我国露天煤矿智能化建设的排头兵和引领者。

露天煤矿智能化团队所获部分荣誉

2023年，王忠鑫带领团队主持建设完成了我国第一座拥有3种生产工艺的露天煤矿智能化建设工程“新疆疆纳矿业有限公司兴盛露天煤矿整体智能化建设总承包”项目，矿山到达了智能化中级建设水平，得到了新疆自治区政府和哈密市政府以及同行业的高度认可和评价，被评为新疆自治区和哈密市智能化示范煤矿，对我国露天煤矿智能化发展起到了一定的引领作用。

2024年，中国煤炭工业协会组织召开了《智能化示范煤矿验收评分方法（露天矿部分）》修订研讨会，该评分方法由王忠鑫团队主编，致力于加大先进适用技术装备的推广应用、加强智能化系统的常态化应用，通过提升评分方法的科学性和可操作、增加评分办法的智能化建设引导作用，进一步深入推进煤矿智能化建设。

王忠鑫带领团队先后承担了20余座国家级智能化示范矿山、内蒙古自治区首批示范矿山、新疆维吾尔自治区智能化示范矿山的建设任务。目前还在承担7座露天煤矿和选煤厂的智能化建设任务，力求打造国内智能化矿山新高地。

露天开采的自身特点决定了露天矿开采过程中及闭坑以后必然伴随产生一系列的环境与生态问题，例如：露天矿采掘场与排土场等对土地的挖损或压占、对地表水的污染或破坏、对地下水流场平衡的改变或破坏、对大气环境的污染以及产生的噪声污染等。随着露天矿规模的不断扩大、社会化外包模式的不断推广、降本增效压力的逐渐增大，这些外部因素在一定程度上加剧了露天矿开采过程中生态与环境问题的显现程度。鉴于此，王忠鑫及其团队基于“绿色开采”的基本理念，建立了基于露天矿生态环境、节能减排、安全高效3个方面的全生命周期开采扰动效应评价理论及绿色开采技术体系。

露天开采对外部环境的主要扰动因素为能源消耗、安全事故、生态破坏等，针对煤田开发与生态建设协同发展存在的评价内容多、对象差异大、指标设计难等问题，首次提出了露天开采与外部环境动态耦合作用的“开采扰动指数（SMDI）”，系统研究了开采扰动效应全周期显现规律、双向可逆性特征、环境损伤与开采扰动正效应补偿机制，构建了涵盖高效、安全、生态保护3个方面23个评价指标的露天矿全生命周期开采扰动效应评价指标体系，创建了开采扰动效应综合评价模型，确定了各评价等级开采扰动指数区间划分标准，形成了完整的量化评价理论。

露天矿开采外部效应示意

建立了超长工作面协同开采技术及邻帮运输系统参数动态优化方法，开发了露天煤矿多基坑、多组破碎站交替周期移设技术，提出了相邻露天煤矿设备协调配置理念与方法，构建了露天煤矿开拓运输系统优化数学模型，研究了“搭桥−拆桥”方案及优化调整机制，研发了相邻露天矿排土空间协同利用优化决策技术，解决了相邻露天煤矿协调开采面临的3大工程技术难题：①采矿权约束下相邻端帮压覆资源无法开采，资源损失量巨大；②回收压煤与安全高效运输相矛盾，开采条件随时空动态变化，相邻端帮运输系统建立难；③两矿剥、采、排工程时空发展演化规律影响因素多、情景预测难，开采要素配置难以实现全局最优。实现了相邻露天煤矿安全、绿色、高效、高资源回收率开采的总体目标。

黑岱沟露天矿与哈尔乌素露天矿绿色、协调开采航拍

基于以上研究成果，王忠鑫带领团队主持设计实现了黑岱沟与哈尔乌素2座产能合计6700万t/a的相邻露天矿的协调开采新模式，每年为神华准格尔能源有限责任公司释放压覆资源7 260万t，剥采比降低0.97m³/t，减少二次剥离量496万m³/a，每年约1亿m³的剥离物，运距缩短了1.1 km，实现了两矿资源量、设备、空间、时间、数据等资源的最优配置和综合利用，经济效益十分显著。该成果将绿色发展理念贯穿于矿产资源规划设计、开发利用与生态重建全过程，提升了矿山发展的质量和效益，具有国际先进性、国内首创性，中国煤炭工业协会组织专家进行成果鉴定，该成果达到国际领先水平。

在我国智能化矿山建设的背景下，传统二维设计及交付手段已不能满足矿山智能化建设的业务要求。王忠鑫带领团队针对露天矿工程生产环节多、工程动态发展、全生命周期管理业务复杂、数据体量庞大等特点，将 BIM 技术引入露天矿工程领域，研究了其在露天矿工程中的应用，形成了露天矿工程BIM协同设计与数字化交付关键技术与平台，为露天煤矿建设三维透明矿山提供了全新的技术手段。

2021年至今，相关成果荣获煤炭行业BIM技术创新一等成果1项、“五小”技术创新一等成果1项和二等成果2项、东北三省年建设工程BIM技术应用三等奖1项。

搭建了基于统一信息模型分类与编码的露天矿三维协同设计体系，定制了设备模型库、标准元件库及模型等级库，实现了通用设备和标准元件的多用户共享及快捷调用；形成了模型参数化设计、智能P&ID二三维校验方法，解决了传统串行设计基础工作量大、重复劳动多、设计效率低等问题，实现了露天矿三维信息模型的快速、精细化构建；建立了露天矿工程三维协同设计流程体系，打破了多用户同时进行数据访问与存储时上下游专业间的消息界限，实现了各专业并行、协同工作。

“准格尔特大型露天矿区绿色开发关键技术研究及应用” 

项目成果鉴定与获奖证书

基于国内外通用的专业软件，构建不同赋存条件和地质构造露天矿的地质模型、采矿模型、开采优化模型，对矿床赋存形态和空间位置关系进行精细刻画和表征，实现了全生命周期剥采排工程的时空演化、动态管理及虚拟开采等功能。可为露天矿工程开采设计、生产和运维工作提供可靠的模型和数据支撑，为建设智能化露天矿山提供“高品质”的模型底座。

提出了以三维信息模型为基础的露天矿工程数字化交付方法，构建了不同软件间信息无损传递方法，确保了交付模型、文档、数据间的有效关联；研发了矿山工程电子交付平台，开发了模型、文档等数据上传与管理，模型轻量化浏览与三维可视化操作，关联检索、质量审核、综合报表等功能，实现了露天矿工程各阶段成果基于同一三维模型的数字化移交与信息化展现。胜利一号露天煤矿至胜利发电厂输煤系统BIM设计项目，精准的三维模型为各专业设计人员提供了直观且真实的项目资料，对提升建设工程设计质量起到了促进作用。同时为现场施工人员更准确、快速地施工提供了有力的依据。伊敏露天煤矿地面系统EPC项目，在三维设计阶段精准地计算了土建工程量，碰撞检查时查出各专业碰撞45处并对发生碰撞部位做出了修改，大幅提高了施工效率；在EPC项目物理实体交付的同时，也交付了数字孪生的三维信息模型，进一步结合矿山运维管理系统，可实现露天矿工程全生命周期动态管理。

BIM协同工作平台为智能化露天矿建设提供

通用模型信息与基础承载平台

伊敏露天矿三维模型与设计信息在“矿山工程电子交付平台”中展示

作为中国煤科沈阳设计研究院总经理，王忠鑫始终坚持“创新驱动”发展战略，提出了回归产品的研发理念和思路，优化调整公司组织机构和奖励激励机制，建立完善管理制度，创新活力动力显著增强；深入开展产品线规划与关键核心技术攻关，启动和实施符合行业发展需求、有显示度和行业影响力的研发项目30余项，为公司的高质量发展持续注入新动能。

中国煤科沈阳设计研究院在科技规划、科技大会等工作中多次强调，务必树立研发成果产品化思维，站在用户角度思考问题，摸清市场需求，了解用户痛点，通过创新创造和提升产品性能，做符合市场需求的产品，做具有持续转化能力的研发。

聚焦露天开采核心装备和智能开采领域，整合研发中心、三维数字中心、采矿设计所、机电设计所等部门，成立数字与智能产业中心，打造了集科技管理、技术研发、产品开发、产业发展、市场营销为一体的科技创新型生产团队。

形成了涵盖项目管理、人才管理、成果转化、奖励激励、业绩考核、知识产权等6个维度的科技管理制度体系；搭建了科技信息化平台，形成科技管理“一张图”，大幅提高了管理效率和效能。

采用“揭榜挂帅”“赛马”等机制，鼓励跨部门、多专业联合攻关；实施项目经理负责制，为科研人员放权赋权；建立科技奖励及成果转化激励机制，对获奖项目、授权专利等实施专项奖励，鼓励转化项目申请中长期激励，激发了创新活力和动力。

聚焦产业发展目标，开展产品线规划滚动编制工作，梳理形成公司重点产品线，确定了未来3年的重点任务、研发计划、任务分解及责任落实方案；知识产权布局实现了重点产品全覆盖，形成了科技创新的“总纲”。

“十四五”以来，中国煤科沈阳设计研究院转化科技成果17项，形成合同63项、科技收入约2亿元（相比“十三五”增长 67%）；登记软件著作权12项，实现了零的突破；申请专利133项、授权专利41项（相比“十三五”分别增长296%和240%），呈现快速上升态势；先后通过国家级高新技术企业、市级企业技术中心、省级企业技术中心认定，为提升公司竞争力起到了推动作用。

“创新是引领发展的第一动力，要加强知识、人才积累，不断突破难题、攀登高峰，国有企业要做落实新发展理念的排头兵、做创新驱动发展的排头兵、做实施国家重大战略的排头兵。”王忠鑫带领团队以实干践行初心使命，致力于打造露天煤矿全生命周期原创技术策源地，为煤炭行业高质量发展贡献力量。