煤矿智能化( 初级阶段) 研究与实践.pdf

第 ４７ 卷第 ８ 期煤 炭 科 学 技 术Ｖｏｌ􀆱 ４７ Ｎｏ􀆱 ８ ２０１９ 年８ 月Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＡｕｇ.２０１９ 特约综述 王国法１９６０ꎬ山东文登人ꎬ中国工程院院土ꎬ煤炭开采技术与装备专家ꎬ研究 员ꎬ博士生导师ꎮ １９８２ 年 １ 月毕业于山东工学院现山东大学机械系ꎬ１９８５ 年东北工 学院现东北大学研究生毕业ꎮ 现任中国煤炭科工集团有限公司首席科学家ꎬ煤炭 科学技术杂志主编ꎬ天地科技股份有限公司开采设计事业部总工程师ꎮ 兼任中国煤 炭工业协会支护专业委员会专家委员会副主任、采场支护专家组组长ꎬ中国煤炭工业 技术委员会委员ꎬ国家安全生产专家委员会成员ꎬ国家应急管理部煤矿智能化开采技 术创新中心技术委员会主任ꎮ 王国法院士是我国煤炭高效综采技术与装备体系的主要开拓者之一ꎬ煤矿智能化 的科技领军者ꎬ创新提出了液压支架与围岩“强度耦合、刚度耦合、稳定性耦合”的“三耦合”原理和设计方法ꎻ 创立了综采配套、液压支架和煤矿智能化系统的理论、设计方法和标准体系ꎻ主持设计研发了薄煤层自动化综 采、中厚煤层智能化综采、厚煤层大采高综采、大倾角综采、特厚煤层综放等系列首台套综采成套技术与装 备ꎬ推动了煤炭开采技术装备变革ꎬ为煤炭工业发展做出了贡献ꎮ 王国法院士被评为全国劳动模范、中央企业劳动模范、国家新世纪百千万人才工程煤炭行业专业技术拔尖 人才、国家有突出贡献中青年专家、中央直接掌握联系的高级专家ꎮ 荣获国务院政府特殊津贴１９９３ 年、全国 杰出工程师奖、孙越崎能源大奖ꎮ 荣获国家科技进步一等奖 １ 项ꎬ二等奖 ４ 项、三等奖 １ 项ꎬ省部级科技进步奖 ３０ 余项ꎮ 出版专著 ６ 部ꎬ发表论文 １００ 余篇ꎬ以第一发明人发明专利 ２０ 余项ꎮ 移动扫码阅读 王国法ꎬ刘 峰ꎬ孟祥军ꎬ等.煤矿智能化初级阶段研究与实践[Ｊ].煤炭科学技术ꎬ２０１９ꎬ４７８１－３５.ｄｏｉ １０􀆱 １３１９９/ ｊ􀆱 ｃｎｋｉ􀆱 ｃｓｔ􀆱 ２０１９􀆱 ０８􀆱 ００１ ＷＡＮＧ ＧｕｏｆａꎬＬＩＵ ＦｅｎｇꎬＭＥＮＧ Ｘｉａｎｇｊｕｎꎬｅｔ ａｌ.Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｏｎ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｉｍａｒｙ ｓｔａｇｅ[Ｊ]􀆱 Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１９ꎬ４７８１－３５.ｄｏｉ１０􀆱 １３１９９/ ｊ􀆱 ｃｎｋｉ􀆱 ｃｓｔ􀆱 ２０１９􀆱 ０８􀆱 ００１ 煤矿智能化初级阶段研究与实践 王国法１ꎬ２ꎬ刘 峰３ꎬ４ꎬ孟祥军５ꎬ范京道６ꎬ吴群英７ꎬ任怀伟１ꎬ２ꎬ庞义辉１ꎬ２ꎬ徐亚军１ꎬ２ꎬ赵国瑞１ꎬ２ꎬ张德生１ꎬ２ꎬ 曹现刚８ꎬ杜毅博１ꎬ２ꎬ张金虎１ꎬ２ꎬ陈洪月９ꎬ马 英１ꎬ２ꎬ张 坤９ １.天地科技股份有限公司 开采设计事业部ꎬ北京 １０００１３ꎻ２.煤炭科学研究总院 开采研究分院ꎬ北京 １０００１３ꎻ３.中国煤炭工业协会ꎬ北京 １０００１３ꎻ ４.中国煤炭学会ꎬ北京 １０００１３ꎻ５.兖矿集团有限公司ꎬ 山东 邹城 ２７３５００ꎻ６.陕西煤业化工集团有限责任公司ꎬ陕西 西安 ７１００６５ꎻ ７.陕西陕煤陕北矿业有限公司ꎬ陕西 神木 ７１９３０１ꎻ８.西安科技大学ꎬ陕西 西安 ７１００５４ꎻ９.辽宁工程技术大学ꎬ辽宁 阜新 １２３０００ 摘 要煤炭是我国能源的基石ꎬ是可以实现清洁高效利用的最经济、安全的能源ꎬ煤矿智能化是实现 煤炭工业高质量发展的核心技术支撑ꎮ 系统阐述我国煤炭工业发展历程ꎬ分析煤矿综合机械化、自动 化、智能化的发展过程与现状ꎬ列举了部分典型成功案例ꎮ 详细阐述煤矿智能化的发展理念、特征、技 术路径与阶段目标ꎬ分析煤矿智能化基础理论与关键技术研究现状ꎬ从数据采集与应用标准、装备群 智能协同控制、健康状态诊断与维护等方面ꎬ分析了实现煤矿智能化开采需要解决的 ３ 个关键基础理 论难题ꎮ 从感知层、传输层、平台层和应用层等方面ꎬ分析了智能化煤矿的主体系统架构ꎬ研究了煤矿 智能化建设的主要技术路径ꎮ 针对不同煤层赋存条件工作面智能化开采的技术要求ꎬ提出了薄及中 厚煤层智能化无人开采模式、大采高工作面智能耦合人工协同高效开采模式、综放工作面智能化操控 与人工干预辅助放煤模式、复杂条件机械化＋智能化开采模式等 ４ 种开采模式ꎬ研究了不同开采模式 的核心关键技术与实施效果ꎮ 介绍了我国煤矿掘进技术与装备发展现状ꎬ分析了制约巷道实现快速 收稿日期２０１９－０７－０５ꎻ责任编辑赵 瑞 基金项目国家重点研发计划资助项目２０１７ＹＦＣ０６０３００５ꎬ２０１７ＹＦＣ０８０４３０５ꎻ国家自然科学基金重点资助项目５１８３４００６ 作者简介王国法１９６０ꎬ男ꎬ山东文登人ꎬ中国工程院院士ꎬ首席科学家ꎬ博士生导师ꎮ Ｅ－ｍａｉｌｗａｎｇｇｕｏｆａ＠ ｔｄｋｃｓｊ.ｃｏｍ １ 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 第 ４７ 卷第 ８ 期煤 炭 科 学 技 术Ｖｏｌ􀆱 ４７ Ｎｏ􀆱 ８ ２０１９ 年８ 月Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＡｕｇ.２０１９ 掘进的关键难题ꎬ提出了智能快速掘进的研发方向及技术路径ꎮ 提出了我国煤矿智能化发展的基本 原则ꎬ分析不同地域条件煤矿智能化发展模式及评价标准ꎬ提出新建矿井智能化建设路径ꎬ以及现有 生产矿井进行智能化改造的主要任务ꎬ从法规体系、财税政策、人才培养等方面提出了保障煤矿智能 化建设顺利实施的政策建议ꎮ 关键词煤矿智能化ꎻ智能开采ꎻ智能掘进ꎻ系统架构ꎻ智能化开采模式ꎻ智能矿山 中图分类号ＴＤ６７ 文献标志码Ａ 文章编号０２５３－２３３６２０１９０８－０００１－３５ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｏｎ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｉｍａｒｙ ｓｔａｇｅ ＷＡＮＧ Ｇｕｏｆａ１ꎬ２ꎬＬＩＵ Ｆｅｎｇ３ꎬ４ꎬＭＥＮＧ Ｘｉａｎｇｊｕｎ５ꎬＦＡＮ Ｊｉｎｇｄａｏ６ꎬＷＵ Ｑｕｎｙｉｎｇ７ꎬＲＥＮ Ｈｕａｉｗｅｉ１ꎬ２ꎬＰＡＮＧ Ｙｉｈｕｉ１ꎬ２ꎬ ＸＵ Ｙａｊｕｎ１ꎬ２ꎬＺＨＡＯ Ｇｕｏｒｕｉ１ꎬ２ꎬＺＨＡＮＧ Ｄｅｓｈｅｎｇ１ꎬ２ꎬＣＡＯ Ｘｉａｎｇａｎｇ８ꎬＤＵ Ｙｉｂｏ１ꎬ２ꎬ ＺＨＡＮＧ Ｊｉｎｈｕ１ꎬ２ꎬＣＨＥＮ Ｈｏｎｇｙｕｅ９ꎬＭＡ Ｙｉｎｇ１ꎬ２ꎬＺＨＡＮＧ Ｋｕｎ９ １.Ｃｏａｌ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔꎬ Ｔｉａｎｄｉ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ.ꎬＬｔｄꎬ Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００１３ꎬ Ｃｈｉｎａꎻ ２. Ｃｏａｌ Ｍｉｎｉｎｇ ＢｒａｎｃｈꎬＣｈｉｎａ Ｃｏａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅꎬ Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００１３ꎬＣｈｉｎａꎻ３. Ｃｈｉｎａ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏａｌ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎꎬ Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００１３ꎬ Ｃｈｉｎａꎻ ４. Ｃｈｉｎａ Ｃｏａｌ ＳｏｃｉｅｔｙꎬＢｅｉｊｉｎｇ １０００１３ꎬＣｈｉｎａꎻ ５.Ｙａｎｋｕａｎｇ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ.ꎬ Ｌｔｄ.ꎬ Ｚｏｕｃｈｅｎｇ ２７３５００ꎬ Ｃｈｉｎａꎻ ６. Ｓｈａｎｘｉ Ｃｏａｌ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ.ꎬ Ｌｔｄ.ꎬｘｉ’ａｎ ７１００６５ꎬ Ｃｈｉｎａꎻ ７.Ｓｈａｎｘｉ Ｃｏａｌ Ｎｏｒｔｈ Ｍｉｎｉｎｇ Ｃｏ.ꎬ Ｌｔｄ.ꎬＳｈｅｎｍｕ ７１９３０１ꎬ Ｃｈｉｎａꎻ８.Ｘｉ’ａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ Ｘｉ’ａｎ ７１００５４ꎬ Ｃｈｉｎａꎻ ９.Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ Ｆｕｘｉｎ １２３０００ꎬ Ｃｈｉｎａ ＡｂｓｔｒａｃｔＣｏａｌ ｉｓ ｔｈｅ ｃｏｒｎｅｒｓｔｏｎｅ ｏｆ Ｃｈｉｎａ’ｓ ｅｎｅｒｇｙꎬ ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｅｃｏｎｏ ｍｉｃａｌ ａｎｄ ｓａｆｅ ｅｎｅｒｇｙ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｃｌｅａｎｌｙ ａｎｄ ｅｆｆｉ￣ ｃｉｅｎｔｌｙ. Ｔｈｅ ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｉｓ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｓｕｐｐｏｒｔ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｑｕａｌｉｔｙ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｃｏａｌ ｉｎｄｕｓｔｒｙ. Ｔｈｉｓ ｐａ￣ ｐｅｒ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ ｅｘｐｏｕｎｄｓ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｃｏｕｒｓｅ ｏｆ Ｃｈｉｎａ′ｓ ｃｏａｌ ｉｎｄｕｓｔｒｙꎬ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｐｒｅｓｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｍｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎꎬ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌｉｚａｔｉｏｎꎬ ａｎｄ ｅｎｕｍｅｒａｔｅｓ ｓｏｍｅ ｔｙｐｉｃａｌ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌ ｃａｓｅｓ. Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐ￣ ｍｅｎｔ ｃｏｎｃｅｐｔꎬ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓꎬ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐａｔｈ ａｎｄ ｓｔａｇｅ ｇｏａｌｓ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ. Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｂａｓｉｃ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ. Ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｋｅｙ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌｉｚｅｄ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔａｎｄａｒｄꎬ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｇｒｏｕｐ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌꎬ ｈｅａｌｔｈ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ａｎｄ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅꎬ ｅｔｃ. Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｐｅｒｃｅｐｔｉｏｎ ｌａｙｅｒꎬ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌａｙｅｒꎬ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｌａｙｅｒ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ. Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐａｔｈ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ. Ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｍｉｎｉｎｇ ｍｏｄｅｓꎬ ｓｕｃｈ ａｓ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｕｎｍａｎｎｅｄ ｍｉｎｉｎｇ ｍｏｄｅ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｉｎ ａｎｄ ｍｅｄｉｕｍ ｃｏａｌ ｓｅａｍｓꎬ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ａｎｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｍａｎ－ｍａｃｈｉｎｅ ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ ｐａｔｒｏｌ ｍｏｄｅ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆａｃｅ ｗｉｔｈ ｌａｒｇｅ ｍｉｎｉｎｇ ｈｅｉｇｈｔꎬ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｎｕａｌ ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎ ｃｏａｌ ｃａｖｉｎｇ ｍｏｄｅ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｆｕｌｌｙ ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ ｃａｖｉｎｇ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆａｃｅ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｍｉｎｉｎｇ ｍｏｄｅ ｆｏｒ ｃｏａｌ ｓｅａｍ ｗｉｔｈ ｃｏｍｐｌｅｘ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓꎬ ｗｅｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｏ ａｄｏｐｔ ｔｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏａｌ ｓｅａｍｓ. Ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｉｎｉｎｇ ｍｏｄｅｓ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ. Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｔａ￣ ｔｕｓ ｏｆ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｈｉｎａ’ｓ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇꎬ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｔｈａｔ ｒｅｓｔｒｉｃｔ ｔｈｅ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｒａｐｉｄ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇꎬ ａｎｄ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐａｔｈ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ａｎｄ ｒａｐｉｄ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ. Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｃｏａｌ ｍｉｎｅｓ ｉｎ ｏｕｒ ｃｏｕｎｔｒｙꎬ ａｎａｌｙｚｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｍｏｄｅ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｓｔａｎｄａｒｄ ｏｆ ｃｏａｌ ｍｉｎｅｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｅｇｉｏｎａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓꎬ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐａｔｈ ｏｆ ｎｅｗ ｍｉｎｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｔａｓｋｓ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａ￣ ｔｉｏｎ ｏｆ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｍｉｎｅｓ. Ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｌａｗｓ ａｎｄ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓꎬ ｆｉｓｃａｌ ａｎｄ ｔａｘ ｐｏｌｉｃｉｅｓꎬ ａｎｄ ｐｅｒｓｏｎｎｅｌ ｔｒａｉｎｉｎｇꎬ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｓｏｍｅ ｐｏｌｉｃｙ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｓｍｏｏｔｈ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏａｌ ｍｉｎｅｓ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔꎻ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍｉｎｉｎｇꎻ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇꎻ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅꎻ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍｉｎｉｎｇ ｍｏｄｅꎻｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍｉｎｅ 目录 ０ 前言２􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻 １ 我国煤矿综合机械化、自动化和智能化发展现状 ３􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻 １.１ 我国煤矿综合机械化发展历程 １.２ 液压支架电液控制系统发展历程 １.３ 高可靠性煤机装备发展历程 １.４ 高可靠性煤机装备发展历程 １.５ 中厚煤层智能化开采实践 １.６ 大采高和超大采高智能化开采实践 １.７ 特厚煤层智能化综采放顶煤开采实践 ２ 煤矿智能化定义及发展原则、目录和任务 ８􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻 ２.１ 煤矿智能化相关术语定义 ２.２ 煤矿智能化发展原则与目标 ２.３ 煤矿智能化发展的主要任务 ３ 煤矿智能化基础理论研究１１􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻 ３.１ 煤矿智能化基础理论研究难点 ３.２ 基于智能感知的数字煤矿智慧逻辑模型 ３.３ 智慧逻辑模型框架下的开采系统智能化 控制 ３.４ 开采系统健康状态评价、寿命预测与维护 ２ 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 王国法等煤矿智能化初级阶段研究与实践２０１９ 年第 ８ 期 决策 ４ 智能化煤矿顶层设计与关键技术１４􀆻􀆻􀆻 ４.１ 智能化煤矿总体架构 ４.２ 煤矿智能系统组成 ４.３ 智能系统关键技术与实现路径 ４.４ 煤矿机器人 ４.５ 技术短板与工程难题 ５ 煤矿智能化开采模式与技术路径１９􀆻􀆻􀆻 ５.１ 薄及中厚煤层智能化无人开采模式 ５.２ 大采高工作面智能耦合人工协同高效开采 模式 ５.３ 综放工作面智能化操控与人工干预辅助放 煤模式 ５.４ 复杂条件机械化＋智能化开采模式 ６ 煤矿智能快速掘进关键技术与模式２４􀆻􀆻 ６.１ 煤矿智能掘进装备关键技术与研发进展 ６.２ 巷道快速支护技术研发现状 ６.３ 锚钻装备与支护关键技术 ６.４ 快速掘进装备总体配套技术与工艺研发 进展 ６.５ 智能化快速掘进技术 ７ 煤矿智能化发展问题思考与政策建议２９􀆻 ７.１ 条件多样性与区域不平衡相关问题的思考 ７.２ 政策建议 ８ 结 语３０􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻 参考文献３０􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻􀆻 ０ 引 言 能源是人类生存与经济发展的物质基础ꎬ化石 能源在世界一次能源消费占比约为 ８６％ꎬ是世界主 要的一次能源ꎮ 其中ꎬ石油占比约为 ３３.１％ꎬ煤炭占 比约为２８.９％ꎬ天然气占比约为２４％[１]ꎮ 近年来ꎬ非 化石能源得到快速发展ꎬ但能源占比仍然较低ꎬ约 为 １４％ꎮ 煤炭是我国一次能源中最经济、可靠的资源ꎬ且 可以通过科技进步实现煤炭资源的清洁高效利用ꎮ 长期以来ꎬ煤炭产量与消费量分别占我国一次能源 生产和消费总量的 ７０％和 ６０％以上ꎬ２０１８ 年其占比 首次下降至 ６９.１％和 ５９.０％[２－４]ꎮ 目前ꎬ清洁高效燃 煤发电技术取得重要进展[５－６]ꎬ超超临界发电、循 环流化床ＣＦＢ发电、整体煤气化联合循环ＩＧＣＣ 发电等均可以实现有害气体的近零排放ꎬ煤炭清洁 转化技术、高效燃煤锅炉等污染物控制也取得了重 要突破ꎬ为煤炭清洁高效利用提供了有效技术支撑ꎮ 基于世界能源格局和我国富煤、贫油、少气的能源资 源禀赋ꎬ可以断定ꎬ在相当长时间内ꎬ煤炭仍将在世 界一次能源消费中占有较大比例ꎬ仍将是我国的主 体基础能源ꎮ 通过科技进步实现煤炭安全、高效、智 能、绿色开采和清洁高效利用是我国煤炭工业高质 量发展的方向ꎮ 改革开放 ４０ 多年来[７－８]ꎬ我国煤炭工业全面发 展以综合机械化为标志的现代开采技术ꎬ经过多年 的持续科研攻关与创新实践ꎬ我国井工煤矿实现了 由炮采、普采、高档普采到综合机械化开采、自动化 开采的跨越ꎬ并在煤层赋存条件较优越的矿区探索 实践了智能化、无人化开采技术ꎮ 与 ２０ 世纪 ７０ 年 代中期相比ꎬ我国原煤产量由 ４.８２ 亿 ｔ 增至 ３６.８ 亿 ｔꎬ峰值达到 ３８.７ 亿 ｔꎬ煤矿百万吨死亡率由 ９.９８ 降 低至 ０.０９３ꎬ煤矿数量由 ８ 万多处缩减至约 ５ ８００ 处[５]ꎬ建设了 １４ 个大型煤炭基地ꎬ创新研发了适用 于不同煤层赋存条件的国产成套高端综采技术与装 备ꎬ形成了具有我国煤炭资源赋存特色的开采理论、 技术与装备体系ꎬ实现了煤炭资源的安全、高效、高 回采率开采ꎬ为我国经济社会的快速发展提供了稳 定的能源保障ꎮ 我国煤炭以井工开采为主ꎬ经过多年发展ꎬ我国 煤炭综采技术与装备已经从依赖进口到基本全部实 现国产化ꎮ 煤矿智能化开采是综合机械化开采、自 动化开采的深入创新与发展ꎬ是煤炭生产方式变革 的新阶段ꎬ将有效支撑我国煤炭工业高质量发 展[９]ꎮ 国家安全生产监督管理总局提出的“机械化 换人、自动化减人”科技强安专项行动ꎬ将煤炭智能 化开采列为重点研究方向ꎬ国家能源技术创新行动 计划２０１６２０３０ 年将煤矿智能化开采作为重点 研发任务ꎬ明确提出 ２０３０ 年重点煤矿区基本实现工 作面无人化开采ꎮ 为了适应煤矿智能化发展要求ꎬ 国家科技部将“煤矿智能开采安全技术与装备研 发”、“煤矿千米深井围岩控制及智能开采技术”列 为“十三五”国家重点研发计划ꎬ对智能开采技术与 装备进行重点攻关ꎮ 近 １０ 年来ꎬ通过对智能化开采技术与装备的创 新研发ꎬ突破了多项关键核心技术ꎬ在薄和较薄煤层 智能化综采、大采高和超大采高智能化综采、特厚煤 层智能化综放开采技术与装备等方面取得了重要成 果ꎬ在黄陵、陕北、山东等矿区一些矿井实现了自动 化、少人化开采[１０－１１]ꎬ为全面推进煤矿智能化发展 积累了宝贵的经验ꎮ 目前ꎬ煤矿智能化建设的新高潮正在全国兴起ꎬ ３ 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et ２０１９ 年第 ８ 期煤 炭 科 学 技 术第 ４７ 卷 企业的积极性空前高涨ꎬ但是我国煤矿智能化发展 尚处于初级阶段ꎬ存在发展理念不清晰、研发滞后于 企业发展需求、智能化建设技术标准与规范缺失、技 术装备保障不足、研发平台不健全、高端人才匮乏等 问题[１２]ꎬ亟需通过不断地进行理论、技术与装备创 新ꎬ推动我国煤炭工业快速发展ꎮ 在此背景下ꎬ笔者分析了我国煤矿智能化技术 与装备发展现状ꎬ系统阐述了煤矿智能化的定义、技 术内涵、发展原则及发展目标ꎬ提出了煤矿智能化发 展过程中需要解决的基础理论难题和关键技术ꎬ研 究了煤矿智能化发展的总体架构与实施技术路径ꎬ 探讨了中国煤矿智能化发展战略ꎮ １ 我国煤矿综合机械化、自动化和智能化发 展现状 １.１ 我国煤矿综合机械化发展历程 ２０ 世纪 ７０８０ 年代ꎬ我国进行了大规模综采 装备引进ꎬ推动了由人工采煤、炮采、普采到综采的 技术革命ꎬ成为中国煤炭工业发展史上具有里程碑 意义的重大事件[１３]ꎮ 通过消化吸收国外的综采装 备ꎬ逐步开展国产综采技术与装备的研发ꎬ基于大量 现场实测与试验研究ꎬ探索揭示了综采工作面围岩 控制理论、液压支架与围岩耦合作用关系、液压支架 设计方法等ꎬ研发了适应不同煤层赋存条件的多种 类型综采液压支架ꎬ并于 １９８４ 年颁布了我国第一部 液压支架标准ꎬＭＴ ８６１９８４液压支架型式试验规 范ꎬ标志着我国综采技术与装备研发初具雏形ꎮ １９８５２０００ 年期间[１４]ꎬ我国综采技术与装备 进入从消化吸收到自主研发的阶段ꎬ针对我国不同 矿区复杂煤层赋存条件ꎬ研发了适用于薄煤层、中厚 煤层、厚及特厚煤层的综采放技术与装备ꎬ并针 对大倾角、急倾斜等煤层条件ꎬ开发了大倾角液压支 架、分层铺网液压支架等特殊类型的液压支架ꎬ逐步 形成了综采液压支架设计理论方法体系ꎬ制定了液 压支架和其他综采装备技术标准ꎬ初步实现了普通 液压支架、采煤机、运输设备等的国产化制造ꎮ 针对 我国分布广泛的特厚煤层赋存条件ꎬ开发了低位高 效综采放顶煤液压支架与综放技术ꎬ实现了厚及特 厚煤层的安全、高效、高回采率开发ꎮ 在此期间ꎬ国外发达采煤国家研发了以高可靠 性、大功率综采装备为基础的高效集约化综采模式ꎬ 采用高可靠性、强力液压支架ꎬ大功率采煤机ꎬ重型 刮板输送机等ꎬ大幅提高了综采工作面的产量与效 率ꎮ 受制于薄弱的工业制造基础ꎬ我国综采装备制 造技术、设备参数、检验标准等ꎬ均远落后于发达国 家ꎮ 从 １９９５ 年起ꎬ神东矿区通过大量引进国外高端 综采成套设备ꎬ实现了工作面的高产高效开采ꎮ 由 于国产装备与进口装备在生产能力、可靠性等方面 存在显著差距ꎬ导致德国 ＤＢＴ、美国 ＪＯＹ 等国外煤 机企业长期垄断我国高端综采装备市场ꎮ 为了扭转我国高端煤机装备长期依赖进口的局 面ꎬ天地科技股份有限公司开采设计事业部与山西 晋城无烟煤矿业集团合作率先开展国产高端液压支 架的研发ꎬ于 ２００３ 年成功研制了首套支撑高度为 ５. ５ ｍ 大采高电液控制系统液压支架ＺＹ８６４０/２５.５/ ５５ꎬ实现了工作面日产 ３ 万 ｔꎮ ２００４ 年起ꎬ由煤炭 科学研究总院牵头ꎬ全国骨干煤炭科研单位、装备制 造企业、煤炭生产企业采用产学研相结合的方式ꎬ进 行了“厚煤层高效综采关键技术与成套装备”、“年 产 ６００ 万 ｔ 综采成套装备研制”等项目的联合攻关ꎬ 在充分消化吸收国外高端综采技术与装备的基础 上ꎬ针对我国特殊的煤层赋存条件ꎬ研发了多种系列 的大采高综采放高端液压支架及配套装备ꎬ建立 和完善了综采液压支架技术标准体系ꎬ彻底改变了 我国高端综采成套装备长期依赖进口的局面ꎮ ２００８ 年以来ꎬ针对我国西部矿区坚硬厚及特厚 煤层赋存条件ꎬ进行了超大采高综采放技术与装 备的研发ꎮ 中国煤炭科工集团相关院所与大同煤矿 集团等单位合作完成了“十一五”国家科技支撑计 划重点项目“特厚煤层大采高综放开采成套技术与 装备研发”ꎬ解决了大同塔山煤矿 １４２０ ｍ 高效综 放开采难题ꎻ与山西西山晋兴能源有限责任公司合 作完成了“十一五”国家科技支撑计划课题“年产千 万吨大采高综采技术与装备研制”ꎬ成功研制了 ＺＹ１２０００/２８/６４ 型超大采高液压支架ꎬ并在斜沟煤 矿成功应用ꎬ实现了工作面最大采高突破 ６ ｍꎬ年生 产能力突破１ ０００万 ｔꎮ ２００９ 年ꎬ依托中央国有资本 经营预算重大技术创新及产业化项目“７ ｍ 超大采 高综采成套技术与装备研发”ꎬ研制了世界首套 ７.０ ｍ 以上的超大采高液压支架及成套装备ꎬ并在陕煤 集团红柳林煤矿和国家能源投资集团国神公司三道 沟煤矿等成功应用ꎮ ２０１４ 年ꎬ针对金鸡滩煤矿坚硬 厚煤层条件ꎬ首次研发了最大支撑高度 ８.２ ｍ 的超 大采高液压支架ＺＹ２１０００/３８/８２Ｄꎬ再次刷新了一 次采全高开采高度的世界纪录ꎮ 上述超高端成套技 术与装备的成功研发与应用ꎬ标志着我国综采技术 与装备已经由跟随国外发展ꎬ跨越至引领世界综采 技术发展的新阶段ꎮ １.２ 液压支架电液控制系统发展历程 液压系统是液压支架控制的核心ꎬ电液控制系 ４ 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 王国法等煤矿智能化初级阶段研究与实践２０１９ 年第 ８ 期 统为液压支架智能自适应控制奠定了基础ꎮ ２０ 世 纪 ７０ 年代ꎬ英国提出了液压支架电液控制系统的概 念ꎬ并于 １９８５ 年在井下成功应用了基于微处理机的 控制系统[１５]ꎮ 我国于 １９９１ 年研制出第一套电液控 制系统ꎬ并进行了井下工业性试验ꎬ受材料、技术、制 造工艺等多方面因素的影响ꎬ国产电液控制系统可 靠性无法满足生产要求ꎮ ２０００ 年起ꎬ煤炭科学研究总院开采所与德国 Ｍａｃｏ 公司合作成立了北京天地玛珂电液控制系统 有限公司以下简称天玛公司ꎬ合作研发液压支架 电液控制系统ꎬ在中国煤矿推广应用液压支架电液 控制技术ꎬ至 ２００８ 年ꎬ天玛公司研发了具有自主知 识产权的 ＳＡＣ 型电液控制系统ꎬ经过近 １０ 年的快 速发展ꎬ我国电液控制系统已经基本国产化ꎬ并广泛 推广应用ꎬ同时基于电液控制系统研发了综采工作 面自动化、智能化控制系统ꎬ初步实现了综采工作面 设备群的集中控制ꎮ １.３ 高可靠性煤机装备发展历程 高可靠性采掘装备是实现工作面自动化、智能 化开采的基本保障ꎮ ２０ 世纪 ８０ 年代末ꎬ德国、美国 等发达国家研发了直流电牵引采煤机ꎬ９０ 年代后期 发展为交流大功率采煤机ꎬ成为主流煤机ꎮ 我国在 引进国外先进采煤机的基础上ꎬ利用“八五”、“九 五”、“十五”科技攻关计划ꎬ研发了薄煤层矮机身采 煤机、中厚煤层采煤机、大倾角采煤机、大采高大功 率采煤机等系列采煤机ꎬ但采煤机可靠性长期落后 于国外先进产品ꎮ 进入“十一五”以来ꎬ国产大型煤机装备发展迅 猛ꎬ采煤机装机总功率突破 ２ ０００ ｋＷꎬ最大截割高 度突破 ６ ｍꎬ攻克了一系列制约煤机装备发展的技 术瓶颈ꎮ “十二五”和“十三五”期间ꎬ逐步建立了 采、掘、运、支成套装备及关键元部件的试验与检测 标准体系ꎬ成功研发了成套系列化国产煤机装备ꎬ采 煤机装机总功率达到近 ３ ０００ ｋＷꎬ截割功率达到 １ １５０ ｋＷꎬ截割高度突破 ８.０ ｍꎬ生产能力达到 ４ ５００ ｔ/ ｈꎻ研发了以 ＤＳＰ 处理器为核心、基于 ＣＡＮ－Ｂｕｓ 技 术的新一代分布嵌入式控制系统ꎬ实现了采煤机的 自动化控制ꎬ且随着控制技术、远程通信技术的不断 发展和日臻完善ꎬ逐步由单机自动化向智能化及综 采设备群智能联动控制方向发展ꎮ １.４ 薄煤层自动化、智能化开采实践 １峰峰集团薄煤层自动化开采实践ꎮ 峰峰矿 区薄煤层储量约占总储量的 ４０％ꎬ煤层赋存条件差 异较大ꎬ薛村矿 ３ 号煤层平均厚度为 ０.６ ｍꎮ 由于煤 层中含有硬夹矸ꎬ煤层厚度变化较大ꎬ传统液压支架 无法满足这种大伸缩比支护要求ꎬ采煤机也难以解 决矮机身与大功率的矛盾[１６]ꎮ 针对上述难题ꎬ研发了单进回液口双伸缩立柱ꎬ 提高了立柱的伸缩比ꎻ采用板式整体顶梁、双连杆与 双平衡千斤顶叠位布置等新结构ꎬ满足了薄煤层液 压支架的超大伸缩比要求ꎮ 采煤机采用变径叶片螺 旋式截割原理ꎬ多电动机平行布置、反装齿轨销排牵 引结构等ꎬ实现了采煤机对含硬夹矸薄煤层的高效 截割ꎮ 提出了薄煤层工作面在巷道进行集中控制 有人值守ꎬ工作面无人操作的全自动化开采模 式ꎬ采用采煤机记忆截割、工作面低照度高分辨率视 频跟踪等技术ꎬ实现了工作面煤层厚度的自适应截 割ꎬ如图 １ 所示ꎬ薛村煤矿开采煤层厚度为 ０.６１.３ ｍꎬ实现了工作面月产 １１.８ 万 ｔꎬ年产达到 １００ 万 ｔꎮ 图 １ 薄煤层自动化开采 Ｆｉｇ.１ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ ｍｉｎｉｎｇ ｏｆ ｔｈｉｎ ｃｏａｌ ｓｅａｍｓ ２黄陵一号煤矿薄及较薄煤层智能化开采实 践ꎮ 黄陵一号煤矿主采 ２ 号煤层ꎬ煤层平均厚度 ２.２ ｍꎬ煤层倾角一般小于 ５ꎬ采用一次采全高开采技 术ꎮ ２０１３２０１４ 年ꎬ针对黄陵一号煤矿较薄煤层赋 存条件ꎬ进行了智能化开采技术与装备的研发与工 程示范ꎬ在 １００１ 工作面配套采用 ＺＹ６８００/１１.５/２４ 型液压支架、ＭＧ４００/９２５－ＡＷＤ 型采煤机、ＳＧＺ８００/ １０５０ 型刮板输送机和智能供液系统ꎬ通过采用液压 支架初撑力自动补偿系统ꎬ提高了液压支架对围岩 的适应性ꎻ通过优化采煤机的记忆截割功能ꎬ提高了 采煤机的截割控制精度ꎻ刮板输送机采用变频软启 动ꎬ提高了对瞬时煤量变化的适应性ꎻ优化布置了云 台高清摄像仪ꎬ提高了对工作面工作状态的高清无 盲点监测ꎻ超前液压支架采用远程遥控技术ꎬ降低了 两端头超前支护的作业强度ꎬ实现了综采工作面与 巷道超前支护的自动化协同作业[１７]ꎮ 在工作面巷 道设置监控中心图 ２ꎬ并将数据上传至地面调度 中心ꎬ实现了在工作面巷道监控中心、地面调度中心对 工作面设备的集中监控ꎬ成为第一个实现了常态化“有 人巡视、无人值守”的智能化开采示范矿井ꎬ为全国推 进煤矿智能化开采提供了很好的示范样板ꎮ ３登茂通煤矿薄煤层智能化开采实践ꎮ 山西 省薄煤层储量约占总储量的 １９.２％ꎬ阳煤集团在永 ５ 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et ２０１９ 年第 ８ 期煤 炭 科 学 技 术第 ４７ 卷 图 ２ 工作面巷道监控中心 Ｆｉｇ.２ Ｒｏａｄｗａｙ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｃｅｎｔｅｒ ｉｎ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆａｃｅ 兴、新大地、石港、登茂通等矿井均赋存有大量薄煤 层ꎬ由于缺乏高效的薄煤层智能化开采技术与装备ꎬ 导致薄煤层开采效率低、经济效益差ꎬ部分矿井对薄 煤层进行弃采ꎬ导致大量煤炭资源浪费ꎮ 为解决薄煤层开采难题ꎬ２０１６２０１８ 年实施了 山西省重点科技创新项目“薄煤层智能化综采成套 装备研发”ꎬ以登茂通煤矿薄煤层赋存条件为基础ꎬ 通过创新薄煤层设备配套模式ꎬ优化工作面开采工 艺ꎬ实现了工作面端部留三角煤小截深双向高效截 割ꎬ有效降低了采煤机截割阻力ꎬ大幅提高了采煤机 截割速度提高 ４０％ꎬ改善了薄煤层工作面装煤效 果ꎮ 通过研发薄煤层成套装备可靠性监测预警及健 康管理系统ꎬ实现了薄煤层刮板输送机链条自动张 紧、液压支架支护质量的智能监测、基于“黑匣子” 的采煤机状态监测与故障诊断等ꎬ如图 ３ 所示ꎬ全面 增强了设备的可维护性ꎬ实现了综采装备的自动化 管理ꎮ 通过开发基于激光对位传感器的工作面直线 度控制系统ꎬ保证了工作面的直线度ꎮ 经现场试验ꎬ 相邻液压支架推进方向位置误差最大为 ３４ ｍｍꎬ最 小为 ２ ｍｍꎬ传感器及其控制功能稳定ꎬ满足了相邻 液压支架间距不超过 ５０ ｍｍ 的要求ꎮ 图 ３ 采煤机黑匣子在线监测系统 Ｆｉｇ.３ Ｏｎ－ｌｉｎｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｓｈｅａｒｅｒ ｂｌａｃｋ ｂｏｘ ２０１８ 年ꎬ登茂通煤矿进行了薄煤层智能化开采 井下工业性试验ꎬ实现了巷道集中控制、工作面无人 操作的智能开采ꎬ工作面每天割煤 １０ 刀ꎬ平均开采 厚度 １.４ ｍꎬ生产能力达到 ９２ 万 ｔ/ 年ꎮ ４滨湖煤矿薄煤层智能化开采实践ꎮ 滨湖煤 矿开采 １６ 号煤层ꎬ煤层平均厚度约为 １.３５ ｍꎬ煤质 坚硬ꎬ局部有黄铁矿结核ꎬ煤层倾角为 ３ ５ꎬ局部 存在断层、夹矸等ꎮ 工作面采用矮机身大功率截割采煤机ꎬ采煤机 截割高度控制在 １.３ ｍꎬ杜绝了割顶、破底现象ꎮ 通 过将液压支架监控数据、采煤机传感监测数据、视频 监测数据等上传至巷道监控中心ꎬ对监测数据进行 实时处理与展示ꎬ实现了工人在井下巷道监控中心 对工作面设备的操作ꎮ 工作面由原来的 ２ 名采煤机司机、６ 名支架工ꎬ 减少至 ２ 名巡视人员ꎬ实现了有人安全巡视、无人操 作作业ꎬ工作面回采工效达到 ４８ ｔ/ 工ꎮ ５张家峁煤矿坚硬薄煤层智能化综采装备研 发ꎮ 陕北地区蕴藏着丰富的侏罗纪优质煤炭资源ꎬ 以 ４ －３ 、４ －４ 煤层为主的薄煤层遍布各个矿区ꎬ约占总 储量的 ２０％ꎮ 张家峁煤矿 ４ －３ 号煤层厚度为 ０.１０ １.９０ ｍꎬ平均厚度 １.２８ ｍꎬ煤层完整性好、硬度大ꎬ普 氏系数 ｆ≥２.５３.０ꎬ传统配套方式及成套装备无法 满足高效开采要求ꎮ 为此ꎬ陕煤集团立项开展“陕北侏罗系硬煤薄 煤层智能化综采成套技术与装备研发”项目ꎬ针对 张家峁煤矿坚硬薄煤层开采难题ꎬ建立了薄煤层设 备高能积比时空协同模型ꎬ针对工作面－巷道布置 特点ꎬ研发了大落差柔性过渡系统ꎻ针对陕北侏罗纪 薄煤层群联合开采支架－围岩耦合关系特点ꎬ建立 了考虑工作面尺度效应的液压支架群组支护机理分 析模型ꎬ研发了高刚度超薄板式整体顶梁液压支架ꎬ 解决了超大伸缩比与高强度结构矛盾的难题ꎻ基于 薄煤层工作面设备高能积比时空协同模型ꎬ优化设 计了采煤机滚筒安装结构型式、挡煤板结构及机身 结构ꎬ研发了半悬机身、全悬截割系统的大功率薄煤 层采煤机ꎬ装机功率达到 １ ０５０ ｋＷꎬ满足 １.１ ｍ 坚硬 薄煤层的高效快速截割ꎻ通过进行刮板输送机减阻 技术研究ꎬ提高了薄煤层超长工作面的运行能力ꎬ降 低功耗和元部件损耗ꎬ研发了适应工作面－巷道大 落差的重叠侧卸技术ꎻ研发了刮板输送机煤流精准 测量技术ꎬ保障采煤机和刮板输送机采运协调运行ꎻ 开发了薄煤层三维多源信息真实数据驱动虚拟现实 可视化操控系统ꎬ成套技术和装备在张家峁煤矿进 行工程示范ꎬ生产能力达到 ２００ 万 ｔ/ ａꎮ １.５ 中厚煤层智能化开采实践 转龙湾煤矿主采 ２ －３ 号煤层ꎬ２３３０３ 工作面煤层 厚度为 ３.０８４.１１ ｍꎬ煤层倾角小于 ５ꎬ工作面长度 ３００ ｍꎬ采用综采一次采全厚开采方法ꎮ 为了提高工作面智能化开采水平及开采效率ꎬ研 发设计了中心距为 ２.０５ ｍ、型号为 ＺＹ１６０００/２３/４３ 的 ６ 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 王国法等煤矿智能化初级阶段研究与实践２０１９ 年第 ８ 期 强力液压支架ꎬ实现了对围岩的可靠支护与成组快速 推进ꎻ研发了高速高可靠性采煤机ꎬ重载牵引速度达 到 １７ ｍ/ ｍｉｎꎬ并与 ＬＡＳＣ 技术相融合ꎬ实