团队专访 ┃ 中煤装备公司煤矿智能采掘技术创新团队：煤矿智能化践行者

文章来源：《智能矿山》2024年第7期“团队专访”专栏

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煤矿智能采掘技术创新团队在煤矿智能化方面虽然取得了一定的成就，但探索的过程也充满了艰辛。2010年，中国中煤能源集团有限公司（简称中国中煤）首次提出“无人则安”理念，开展重大科技项目攻关，“薄煤层采煤机自动化成套技术与装备”和“刨煤机自动化成套技术与装备”项目分别从采煤机、刨煤机2种类型设备的自动化控制技术开展攻关。鉴于当时国内还没有能够实现综采工作面全工艺段自动化开采的成功应用案例，团队在详细分析国内外关于自动化开采的相关技术资料和应用案例的基础上，就如何实现机头尾三角区自动化开采和远程实时监控进行了深入研究，提出了基于象限的自动化开采工艺、采煤机精确定位和视频自动跟机切换实时监控的方案，组织开发了采煤机记忆截割、全工作面自动跟机动作等控制系统。当时因国内在采煤机姿态精确定位、记忆截割和全过程的自动化开采等方面技术尚处于起步阶段，团队组织在中煤北京煤矿机械有限责任公司进行了系统地面调试。期间，团队成员对问题的分析方式和处理方式都从各自研究领域提出不同看法，坚持己见、不肯让步。经过70余天的努力和实践的摸索验证，终于将问题逐一解决，整个团队人员也看到了胜利的希望。

但设备在井下运行时，新的问题又被暴露出来，给技术团队浇了一盆冷水。由于受到井下环境、设备振动和电磁扰动等影响，采煤机采高监测精度不足、记忆截割程序不稳定、成套设备协同控制精度不足和信号传输不稳定等问题相继显现。

为解决这些问题，使各项自动化功能稳定运行，团队人员在井下一待就是24h，针对每个问题，不断查找问题并尝试各种方法进行解决。通过2个多月的反复研究和探索，各个问题逐一得到解决，各项功能终于达到预期设计功能，该工作面成为国内第1个实现综采工作面采煤过程中各设备全工艺段自动化运行的自动化工作面，为后来国内智能化控制模式和控制方法奠定了基础，为推动国内综采工作面的自动化、智能化发展做出了积极贡献。

团队在2010年刚成立时成员不足10人，但“小”团队却拥有着“大”能量，通过不懈努力，团队为煤炭行业科技创新交出了一份满意答卷，获得了业内的高度认可。在接下来几年内分别获得了“煤炭工业科技创新先进企业”“中国能源装备十大自主创新企业”“引领能源高质量发展十大科技装备企业”等荣誉。但随着煤矿智能化科技攻关的深入开展，技术骨干人员欠缺成了限制团队持续保持创新引领地位的突出问题。

2018年，为进一步提升团队在煤矿智能化技术研发方面的创新能力和综合竞争力，经中国中煤批准，在已有煤矿智能开采创新工作室的基础上成立中煤装备研究院，下设五所一部，包括成套技术所、智能开采所、自动化研究所、新产品研究所、清洁利用研究所、综合业务部。同时配套特聘人才津贴，打破薪资限制，设立科技成果奖励和智能化项目执行奖励，激发研发人员科技创新热情。在一系列举措下，团队很快发展壮大到27人，其中博士3人、硕士11人、本科13人，平均年龄38岁。随着队伍的壮大，团队煤矿智能化技术创新也进入了快速发展阶段。

2020年，国家八部委联合发布了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，煤矿智能化建设进一步加快，以减人少人、智能高效绿色为最终目标的常态化智能开采愈发重要。团队在前期煤矿综采自动化、集中控制等技术基础上，锚定煤矿采掘成套设备、智能化集成和监测监控3个重点方向，树立“顶层设计、底层支撑、上下一体、内外协同”的科技创新理念，以“国家能源煤矿采掘机械装备研发（实验）中心”“国家能源煤矿掘进、运输技术装备评定中心”、博士后科研工作站等各级科技平台为创新载体，以“四层三平台”为整体技术架构（图1），以国家级、集团级等各重点科技项目为抓手，集中攻关成套设备集中控制系统、空间精确定位、数字孪生和协同控制等行业关键核心技术，着力打造智能化开采常态化应用技术体系。

图1 “四层三平台”技术架构示意

团队虽然在自动化开采方面取得了突破，但核心的控制技术仍掌握在外国人手里。为了更好地应用这项技术，团队在实施过几个自动化项目后，开始消化吸收国外先进控制技术，进行自主研发。期间，团队成员不计个人得失，主动放弃假期和休息时间，一直努力攻关，经常为了一项功能实现，尝试不同的控制技术，以获得最佳的效果。无论是白天还是黑夜，当技术灵感来临时，团队成员都会将灵感进行完整的尝试，怕错过最好的思路，耽误研发的进程。经过团队全体成员近1年的拼搏，中国中煤第1套智能化集中控制系统研制成功（图2），并在国家“973”计划和“中国中煤重大科技项目”上获得成功应用，系统的整体性能稳定、功能齐全，得到行业专家一致认可，摆脱了国外的垄断，填补了国内在该领域的空白，一套系统就能够为企业节省资金500余万元。

图2　智能化集中控制系统地面监控中心

随着智能化集中控制系统等成果获得成功应用，团队越发铆足干劲。通过模式创新、政策支持、科研攻关、示范应用等举措，突破了智能化工作面数据采集、成组设备集中控制、工作面成套设备自动调直、工作面数字孪生、设备全生命周期管理、人员安全主动防护、工作面设备上窜下滑控制等多项技术，实现了新技术、新产品开发的“0到1”。其中5G、数字孪生、主动安全防护系统等技术成果经鉴定达到了国际先进水平（图3）。

图3　掘进工作面数字孪生系统

近年来，团队在工作面运输机上窜下滑监控技术、工作面调直技术、人员精确定位等核心关键技术基础上，逐步构建了以采掘工作面集中控制系统为核心，以工作面调直控制系统、设备接近探测防护系统、三维地理信息系统等为支撑的设备群组协同控制体系，形成了具备设备防碰撞、人员主动防护、自动调直、AI识别、上窜下滑调整、设备故障预警及诊断和三维可视化等多种功能的智能开采技术体系，实现了煤矿地−边−端三级安全管控。

近年来，团队组织实施国家级重点研发项目7项、中国中煤重点科技项目11项、中煤装备公司重点科技项目82项、“双创”项目66项。通过科技项目攻关，团队在底层执行设备和智能感知方面，获得了“矿用隔爆兼本安型测距传感器”“矿用隔爆兼本质安全型陀螺仪”“矿用人员接近报警装置”等9项煤安认证产品，为智能化项目实施提供了基础产品和底层支撑；围绕智能化系统产品及技术，累计获得专利授权40余项、软件著作权30余项，采掘工作面智能化监测与控制技术等9项科技成果达到国际先进水平；累计获得省部级科技进步奖励24项，其中，“综采工作面高精度直线度检测装置”“千万吨级工作面高可靠性安全开采保障技术及装备”等成果荣获一等奖，“基于5G技术的智能化开采成套装备及控制技术”“基于数字孪生的采掘工作面智能化监测与控制技术”等成果荣获二等奖（图4），另获市级、集团级等各类奖项30余项；在2023年度煤炭行业科技工作会上，中煤装备公司获评“科技攻关突出贡献单位”（图5）。

图4 2022年度煤炭行业科技奖颁奖现场

图5　科技攻关突出贡献单位颁奖现场

团队在科技攻关的同时注重科技成果的示范应用及产业化，研发的智能采掘相关技术及产品，支撑了50余项煤矿智能化项目建设，总合同额超过10亿元，通过项目应用验证、孵化和推广，实现了科技成果应用上的从“1”到“n”，同时创造了显著的经济效益和社会效益。其中，中天合创能源有限责任公司门克庆煤矿、中国中煤能源集团姚桥煤矿顺利通过国家能源局首批智能化示范煤矿验收；蒙泰满来梁煤矿被评定为民营企业智能开采系统建设标杆；“大海则特大型爆矿全矿井智能化建设关键技术与应用”项目成果经中国煤炭工业协会专家组鉴定达到国际领先水平；中煤西北能源化工集团西北能源伊化矿、中煤新集能源股份有限公司刘庄煤矿、中国中煤能源集团姚桥煤矿智能化开采系统为煤矿增产保供做出了积极贡献，在央视朝闻天下、新闻频道、新华社、人民网、湖南卫视等权威媒体进行了报道。

在新技术新产品示范应用过程中，团队技术成员继续发扬不怕苦、不畏难的精神，深入一线，持续根据现场的实际使用情况解决相应的技术难题。为了让系统更好地适应蒙陕地区具有强冲击倾向性的实际现场工况，在“蒙陕地区复杂地质条件下冲击地压矿井智能开采技术研究及应用”项目实施过程中，团队成员每天坚持下井跟踪服务，直到系统稳定运行，被操作人员所熟悉，能够自主使用。系统正常运行后，最大开采速度达到15m/min，这一指标远超国内众多智能化开采工作面，项目的成功运行获得了验收专家组的一致认可，成为中国中煤第1套自我研发、自我设计、自我建设的智能化综采工作面（图6），为中国中煤在智能化开采领域的探索起到了积极引领作用。

图6　中天合创门克庆煤矿智能化控制中心

煤矿智能化建设任重而道远。现阶段煤机装备关键电气件及核心系统的国产化替代已经成为制约我国煤机装备控制系统乃至煤矿智能化自主能力提升的关键影响因素和安全因素。作为中国中煤煤矿采掘智能化科技攻关中坚力量，团队主动担当，联合清华大学、中国矿业大学等国内顶尖创新资源，携手华为技术有限公司、中国电子集团飞腾信息技术有限公司等企业，针对煤机装备关键原材料、电气件、核心控制器及控制系统国产化开展攻关，以期解决煤机装备核心控制器件及控制系统“卡脖子”问题。

道阻且长，行则将至。中煤装备公司煤矿智能采掘技术创新团队全体成员从未停止过科技创新的脚步，在探索煤矿智能化新技术、新方法上砥砺前行，用不懈的奋斗谱写青春最美的乐章。