自2020年國家八部委聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》以來，全國煤礦智能化建設(shè)進入快速發(fā)展階段，行業(yè)管理部門、產(chǎn)煤省區(qū)、協(xié)會和煤炭生產(chǎn)企業(yè)不斷凝聚共識，推進煤礦智能化建設(shè)機制保障；行業(yè)內(nèi)外產(chǎn)學(xué)研用單位協(xié)同攻關(guān)，加快煤礦智能化技術(shù)與裝備研發(fā)，發(fā)揮技術(shù)裝備核心支撐作用，建成了一批技術(shù)先進、引領(lǐng)性強的智能化示范煤礦，減人增安提質(zhì)增效目標(biāo)取得實質(zhì)性進展，煤炭企業(yè)職工福祉進一步提升，煤炭對我國能源安全的“壓艙石”作用進一步發(fā)揮。截至2024年6月，全國已累計建成智能化采煤工作面2201個、掘進工作面2269個，智能化產(chǎn)能占比達45.9%，建設(shè)綜合成效顯著，在井工煤礦、露天煤礦、選煤廠等不同場景，形成了多種可供行業(yè)借鑒的模式。2024年，國家能源局和國家礦山安全監(jiān)察局又印發(fā)了《進一步加快煤礦智能化建設(shè)促進煤炭高質(zhì)量發(fā)展的通知》等指導(dǎo)文件，對進一步推進煤礦智能化高質(zhì)量建設(shè)提出要求。

文章來源：《智能礦山》2025年第1期“特約綜述”專欄

第一作者：王國法，中國工程院院士，博士生導(dǎo)師，中國煤炭科工集團首席科學(xué)家，煤礦智能化工作委員會主任，主要從事煤礦智能化系統(tǒng)工程研究工作，系統(tǒng)地提出了煤礦智能化理論、分類分級發(fā)展理念、發(fā)展目標(biāo)、技術(shù)路徑與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。

通訊作者：富佳興，國家能源局、國家礦山安全監(jiān)察局煤礦智能化專家，注冊國家一級建造師，現(xiàn)任煤炭科學(xué)研究總院智能化協(xié)同中心主任、中國煤炭科工集團智能化委員會辦公室主任、中國煤科與國家能源集團煤礦智能化協(xié)同創(chuàng)新中心辦公室負責(zé)人，主要從事煤礦智能化機械工藝及智能運輸系統(tǒng)研究工作。E-mail：303711908@qq.com。

作者單位：中國煤炭科工集團有限公司

引用格式：王國法，富佳興，王忠鑫.煤礦智能化重要進展與高質(zhì)量發(fā)展方向[J].智能礦山，2025，1(1)：1-12.

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近5年來，一部分基礎(chǔ)條件較好的煤礦先行開展煤礦智能化建設(shè)，一批智能化煤礦建設(shè)達到了中級智能化水平，形成了一批可推廣、可復(fù)制的技術(shù)裝備、建設(shè)模式和經(jīng)驗，為全國全面推進煤礦智能化建設(shè)提供了典型引領(lǐng)和示范樣板。煤礦智能化建設(shè)給企業(yè)帶來的實際好處如下：

（1）智能化建設(shè)先進煤礦比較優(yōu)勢全面呈現(xiàn)，綜合效率效益優(yōu)勢明顯，社會形象刷新，跨界融合不斷深化。

（2）安全管控水平顯著提升，管理效能大幅度提高，安全和高效綜合效益顯著，企業(yè)可以省心放心。

（3）固定和危險苦累作業(yè)崗位人員大幅度減少，職工工作條件顯著改善，幸福感增強，職業(yè)吸引力提高。

（4）復(fù)雜條件煤礦通過智能化賦能，解決了很多難以解決的難題，安全生產(chǎn)有了保障。

但從全局范圍來看，仍面臨著煤礦智能化建設(shè)進展不平衡、部分關(guān)鍵核心技術(shù)未取得根本性突破、常態(tài)化運行難度大等一系列亟待解決的問題，亟需進一步凝聚共識、錨定方向、加大力度、協(xié)同攻關(guān)，提升常態(tài)化運行實效，由快速發(fā)展向高質(zhì)量發(fā)展邁進。為此，中國煤炭科工集團發(fā)揮各主導(dǎo)專業(yè)技術(shù)優(yōu)勢，總結(jié)梳理了井工煤礦十大系統(tǒng)+露天煤礦+選煤廠等12大系統(tǒng)的12×100項技術(shù)難題，為煤礦智能化向新階段、更高質(zhì)量發(fā)展提出基本方向。

自2021年開始，《智能礦山》《煤炭科學(xué)技術(shù)》雜志在行業(yè)專家和領(lǐng)導(dǎo)的支持下，每年組織開展年度煤礦智能化重大進展征集遴選與發(fā)布活動，呈現(xiàn)和推廣了一批煤礦智能化典型工程和先進成果。筆者綜合煤礦智能化重大進展，提出煤礦智能化高質(zhì)量發(fā)展方向的新認(rèn)識。

煤礦智能化典型工程示范成效

1.1 井工煤礦智能化建設(shè)新進展

（1）薄煤層智能化開采進展

煤礦智能化重大進展征集和交流案例顯示，山東能源集團楊村煤礦針對薄煤層工作面工人員跟機作業(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、運得出、護得住”3個關(guān)鍵點，形成以“矮機身、大功率、高效能、智能化”為特點的第五代薄煤層裝備配套體系。以“高感知、高聯(lián)動、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45min，單班割煤6刀以上；遠程截割率近100%，自動跟機移架率達99%，年產(chǎn)達到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

（2）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態(tài)破斷規(guī)律與超高煤壁失穩(wěn)破壞機理、強礦壓覆巖結(jié)構(gòu)應(yīng)力調(diào)控機理、超高與超長綜采裝備群動態(tài)響應(yīng)及高效智能協(xié)同作業(yè)機制等科學(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展

2016年，兗礦能源集團金雞灘煤礦突破了開采極限，在世界上首次成功實現(xiàn)了8.2m超大采高開采，創(chuàng)造了厚煤層開采各項指標(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)和實踐基礎(chǔ)。

2024年，陜煤集團曹家灘煤礦122104工作面10m超大采高一次采全高智能開采取得新進展。研發(fā)了ZYA29000/45/100D型“雙層伸縮梁+三級護幫板”結(jié)構(gòu)的高強度液壓支架；研制了整機高穩(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；研發(fā)了復(fù)合框架中部槽重型刮板輸送機、慢變動力特性刮板機啟動方法及配套控制方法；搭建了工作面“采?支?運”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)定運行，聯(lián)合天地科技股份有限公司等單位設(shè)計研發(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、SGZ1100/3×1600型刮板輸送機、SZZ1350/700型轉(zhuǎn)載機等。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。

（3）智能高效掘進建設(shè)進展

（a）在半煤巖巷智能快速掘進建設(shè)方面

掘進效率不斷提升，2024年濟寧能源發(fā)展集團有限公司朱家峁煤礦建設(shè)了以重型掘錨一體機為龍頭的“煤海蛟龍”快速掘進工作面，在巷道掘進高度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)造了月進尺916m的紀(jì)錄，掘進效率達到原來的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尺43m、月進尺1050m的紀(jì)錄。以重型掘錨一體機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)少人高效智能掘進方面

兗礦能源集團興隆莊煤礦達到最好水平，應(yīng)用基于“雙慣導(dǎo)+全站儀”的組合模式，實現(xiàn)了掘進機在巷道坐標(biāo)系統(tǒng)中的定位。通過位于掘進機后方的遠程定位裝置，實時測量定位掘進機的三維坐標(biāo)，結(jié)合掘進機自身姿態(tài)、截割部運動狀態(tài)，確定截割部的三維坐標(biāo)。根據(jù)巷道設(shè)計的參數(shù)，確定掘進機以及截割部與待掘巷道的相對位置關(guān)系。在掘進機實時定位系統(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)自主控制掘進機完成掘進動作流程。能夠根據(jù)掘進機空間位置變化和巖壁硬度變化，實時糾正截割部軌跡并調(diào)整截割部運動速度。通過三維可視化技術(shù)的交互系統(tǒng)，實時展示掘進機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)機長壓短抽通風(fēng)除塵。經(jīng)測定，工作面真實除塵率達95%以上，作業(yè)環(huán)境明顯改善。

（4）智能地質(zhì)保障建設(shè)進展

煤礦透明地質(zhì)技術(shù)是煤礦智能化的基礎(chǔ)保障，利用精細探測技術(shù)獲取地質(zhì)信息，以大數(shù)據(jù)和云計算支持，借助3D動態(tài)建模、人工智能和專家診斷等相關(guān)技術(shù)，實現(xiàn)地質(zhì)、工程和環(huán)境信息的精細描述、動態(tài)表征和分布式發(fā)布，能夠為智能采掘提供精準(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)條件動態(tài)探測、三維地質(zhì)模型動態(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，實現(xiàn)多煤層開采智能地質(zhì)預(yù)報。本次示范建設(shè)取得了多項成效：

（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)育和動態(tài)的應(yīng)力變化進行動態(tài)監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，實時優(yōu)化、動態(tài)刷新采掘工作面三維地質(zhì)模型，實現(xiàn)了采掘工作面地質(zhì)透明化。

（b）攻克了斷層類型多樣、斷層錯動及褶皺倒轉(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，實現(xiàn)了隱蔽致災(zāi)體的透明化表達，為地質(zhì)剖切、時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。

（5）智能安全監(jiān)控建設(shè)進展

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)時響應(yīng)速度慢、缺少智能化分析和控制聯(lián)動等突出問題，濟寧能源發(fā)展集團有限公司、河南神火集團有限公司、中煤華晉集團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，且具有較高的實時性和精度。構(gòu)建了礦井人?機?環(huán)全域視頻圖像特征檢測與識別典型場景庫和算法群，實現(xiàn)人員、機器、環(huán)境安全隱患的智能圖像分析和報警，響應(yīng)時間不大于10ms，開發(fā)泛聯(lián)兼容的礦井安全風(fēng)險感知與智能防控平臺，實現(xiàn)對煤礦各種安全隱患的有效分析和智能識別。濟寧能源發(fā)展集團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)險感知與智能防控平臺

1.2 選煤廠智能化建設(shè)進展

（1）選煤廠智能化建設(shè)面臨的技術(shù)難題

當(dāng)前階段智能洗選系統(tǒng)仍存在諸多建設(shè)難題，如在干法選煤中，?6mm以下粒級的動力煤分選效果不理想，缺少合適的解決方案；在跳汰分選系統(tǒng)中，跳汰機、風(fēng)、水等環(huán)節(jié)因素多、耦合性強、相互影響，難以建立精準(zhǔn)的模型，難以實現(xiàn)精準(zhǔn)控制；在浮選系統(tǒng)中，浮選精礦檢測設(shè)備精度不足，灰分?jǐn)?shù)據(jù)不易閉環(huán)控制，加藥系統(tǒng)智能控制和執(zhí)行系統(tǒng)尚不成熟等。

（2）李家壕選煤廠智能化建設(shè)實踐及成效

國能包頭能源有限責(zé)任公司與中煤科工集團北京華宇工程有限公司合作建設(shè)了李家壕選煤廠智能化綜合系統(tǒng)，對智能加介、智能密控、智能濃縮、智能加藥、智能壓濾、生產(chǎn)系統(tǒng)智能啟停、外來煤智能化無人值守、智能配倉配煤以及智能化安全保障系統(tǒng)等環(huán)節(jié)做了智能系統(tǒng)化探索，取得了階段性成效。其中，在智能密控方面，實現(xiàn)了根據(jù)原煤、產(chǎn)品煤質(zhì)量、洗選密度、桶位等參數(shù)，自動調(diào)節(jié)分選密度，重介質(zhì)密度控制誤差小于0.005kg/m3;在智能加介方面，實現(xiàn)了加介系統(tǒng)智能識別和介質(zhì)自動抓取，根據(jù)生產(chǎn)密度情況自動補充，洗選效率得到有效提升；在人員定位方面，首次將磁耘定位技術(shù)與選煤廠智能化建設(shè)結(jié)合應(yīng)用，實現(xiàn)了人員定位系統(tǒng)與選煤廠3D可視化完全對接；制定了選煤廠電氣設(shè)備啟停運行對地磁采集影響的措施，規(guī)避了人員動態(tài)穿過設(shè)備模型的普遍性問題，解決了不同樓層之間因磁場強度區(qū)分度不足而無法區(qū)分樓層豎向定位的行業(yè)共性問題；開發(fā)了智能監(jiān)控報警系統(tǒng)，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程中人員安全精準(zhǔn)預(yù)警，智能化減人增安提效效果顯著。李家壕選煤廠智能管控平臺人員磁耘定位呈現(xiàn)界面如圖4所示。

圖4 李家壕選煤廠管控平臺人員磁耘定位呈現(xiàn)界面

1.3 露天礦智能化建設(shè)進展

（1）露天礦智能化現(xiàn)狀

2024年，我國露天煤礦產(chǎn)量達到全國煤炭產(chǎn)量的近25%，露天開采相對于井工開采，因具有安全性高、勞動生產(chǎn)率高、資源回收率高、開采成本低、基建速度快等特點，未來產(chǎn)能比重將進一步提升，且更有條件開展智能化升級建設(shè)，但相比于井工煤礦露天礦智能化推進速度、范圍、深度仍存在一定差距。從開采工藝上看，連續(xù)、半連續(xù)開采工藝技術(shù)是我國露天開采的重要趨勢，特別是近年來國家能源集團寶日希勒露天礦與中國煤科沈陽設(shè)計研究院等聯(lián)合攻關(guān)，開展了大切割力緊湊型輪斗挖掘機及成套開采裝備的研制，有力推進了全連續(xù)開采裝備的國產(chǎn)化。但我國露天煤礦應(yīng)用（半）連續(xù)開采工藝的數(shù)量尚不足70套，承擔(dān)的采剝工程量占比不足10%。仍有90%的露天煤礦生產(chǎn)能力為千萬噸以下，且以“單斗?卡車”間斷工藝為主，該工藝體系龐大，根據(jù)中國煤科沈陽設(shè)計研究院等機構(gòu)的統(tǒng)計，全國露天煤礦有6000余臺挖掘機、30000臺以上卡車、3000余臺鉆機及超過20000臺各類輔助設(shè)備在露天采場進行采剝作業(yè)，從業(yè)司機人數(shù)高達15萬人，采剝工效僅為國際先進水平的62%，卡車運輸成本約占露天礦生產(chǎn)總成本的60%，用工占比約占全礦勞動定員的50%。因此，在發(fā)展全連續(xù)智能化開采工藝技術(shù)裝備體系的同時，全面打造間斷工藝智能化亦是當(dāng)務(wù)之急。近年來，國家電力投資集團有限公司、新疆天池能源有限責(zé)任公司、華能伊敏煤電有限責(zé)任公司、國能新疆準(zhǔn)東能源有限責(zé)任公司等露天礦在間斷工藝智能化方向取得了積極進展。

（2）大規(guī)模無人駕駛示范工程

新疆天池能源南露天礦與易控智駕科技有限公司等企業(yè)開展了礦用卡車無人駕駛技術(shù)研究與應(yīng)用實踐，建成世界最大規(guī)模無人駕駛示范基地，重點攻克了礦山時空數(shù)據(jù)融合實時態(tài)勢感知的大規(guī)模調(diào)度算法、復(fù)雜礦區(qū)場景下車路云多源融合感知及智能化識別技術(shù)、采運排多智能體協(xié)同管控技術(shù)；研制了新型礦用無人駕駛自卸車核心裝備以及通感算控一體化高可靠協(xié)同作業(yè)智能終端，實現(xiàn)了單礦 243臺無人駕駛礦用卡車常態(tài)化運行，并實現(xiàn)了24臺無人駕駛采煤車和90臺人工駕駛車輛常態(tài)化混行作業(yè)。從2024年煤礦智能化重大進展發(fā)布會活動中了解到，截至2024年11月，新疆天池能源南露天礦的無人駕駛運輸里程達到1386.1萬km，運輸172.7萬車，運輸方量達到7021萬m。危險繁重的寬體車司機崗位無人化替代率超過80%，生產(chǎn)作業(yè)區(qū)現(xiàn)場人員減少超過80%，有效推動了露天礦山作業(yè)“少人化、無人化”，重大安全風(fēng)險防范能力和礦山本質(zhì)安全水平顯著提升。

國家能源集團準(zhǔn)東露天煤礦實現(xiàn)了單礦100臺以上大規(guī)模應(yīng)用，此外，國家電投集團霍林河南露天煤礦、新疆能源石頭梅一號露天煤礦、國家能源集團黑岱溝露天煤礦等多家露天煤礦實現(xiàn)了無人駕駛運輸常態(tài)化運行。

煤礦智能化裝備研發(fā)新進展

2.1 智能掘進裝備

掘進裝備能力是煤礦智能化建設(shè)的卡脖子環(huán)節(jié)，我國掘進裝備自主研發(fā)起步較晚，至21世紀(jì)初才具備掘進裝備完全自主研發(fā)和制造能力。在巷道割煤、裝煤、運煤、支護、通風(fēng)、除塵等巷道掘進工藝中，將割煤和支護工序由原來的串行變?yōu)椴⑿惺强焖倬蜻M系統(tǒng)的核心目標(biāo)，提高割煤與支護工序的同步率是提高快掘效率的關(guān)鍵路徑。

隨著自主研發(fā)能力的不斷提升，目前已經(jīng)形成了分別以連采機和以掘錨（一體）機為龍頭的快掘成套裝備及全斷面硬巖快掘成套裝備，大幅度提高了掘進效率，但支護速度仍跟不上割煤速度，為緩解這一矛盾，主要依托“以空間換時間”的多維同步快掘工藝和“掘支同步、先疏后密”的分區(qū)支護方法。在提高支護效率上，河北景隆智能裝備股份有限公司（簡稱景隆智裝）率先研發(fā)了智能六臂掘錨機，以EBZ260M—6Z型智能六臂掘錨機為代表，將截割、裝運、行走、超前臨時支護、頂幫錨桿錨索支護集為一體，創(chuàng)新采用四頂兩幫六鉆機布置方式，鉆機直線移動實現(xiàn)快速尋孔，1人可同時控制2臺鉆機，顯著提高了支護效率；實現(xiàn)了一鍵自動展收支護系統(tǒng)、一鍵自動居中截割頭、一鍵自動鉆孔和錨固功能，簡化了工人操作過程，減少了輔助時間，有效提高了成巷效率；同時，裝備具備自動截割、記憶截割、UWB定位、環(huán)境監(jiān)測、工況場景監(jiān)控、激光定位、導(dǎo)航、視距無線遙控和遠程集控等多種功能，滿足智能化礦井要求。該裝備在晉能控股集團塔山煤礦、榆林神樹畔煤礦等現(xiàn)場使用中均取得了較好掘進進尺成績，實現(xiàn)了日進尺大于26m，月進尺大于650m，相比于傳統(tǒng)綜掘機，掘進效率提高40%~100%。景隆智裝EBZ260M—6Z型智能六臂掘錨機如圖5所示。

圖5 EBZ260M—6Z型智能六臂掘錨機

2.2 智能綜采裝備

（1）國產(chǎn)化大流量乳化液泵站裝備新進展

乳化液泵站作為采煤工作面的液壓動力核心，為液壓支架提供源源不斷的高壓乳化液，其供液能力和可靠性是工作面采煤空間安全的基礎(chǔ)保障。在2016年以前，國內(nèi)自主生產(chǎn)的乳化液泵以“中小流量”為主，大流量乳化液泵站核心技術(shù)主要依賴進口。直至2016年，高端大流量集成供液系統(tǒng)開展國產(chǎn)化研發(fā)，2017年國內(nèi)首套自主研發(fā)的最大流量630L/min 40MPa乳化液泵下線投用。我國煤礦特厚煤層大采高工作面較多，存在對大流量乳化液泵站的剛性需求，北京天瑪智控科技股份有限公司于2024年成功研發(fā)了國內(nèi)首臺特大流量2000L/min 40MPa乳化液泵站，成為新一代世界最大流量高端乳化液泵站，首次實現(xiàn)了高壓超大流量七柱塞驅(qū)動，超長跨距的七拐六支撐曲軸交替工作，有效降低了工作液輸出端的流量波動。對千萬噸級大采高綜采工作面供液、超遠距離智能供液等場景，可實現(xiàn)一泵替代多泵，為工作面設(shè)備列車減重減負，進一步提升了供液效率，滿足煤礦智能化建設(shè)所需高質(zhì)高效供液和設(shè)備的集中管理需求。2000L/min、40MPa乳化液泵站如圖6所示。

圖6 2000L/min 40MPa乳化液泵站

（2）大采高智能綜放成套技術(shù)裝備新進展

榆林神樹畔煤礦7.2m超大采高綜放工作面，以“多采少放”工藝創(chuàng)新，突破了“三機”生產(chǎn)能力和可靠性的技術(shù)瓶頸。其中，中煤科工集團上海有限公司研制的MG1100/2950—GWD型超大功率高效智能采煤機與綜放超高液壓支架、綜放大功率永磁半直驅(qū)智能刮板輸送機成功配套，該機型研制了1100kW高效高可靠截割系統(tǒng)，201mm超大節(jié)距行走系統(tǒng)，采用自制的直徑3500mm高端滾筒；配套開發(fā)了智能截割系統(tǒng)和采煤機健康管理系統(tǒng)，大幅提升了采煤機的生產(chǎn)能力和智能化水平，實現(xiàn)了工作面年產(chǎn)1000萬t的能力，提升特厚煤層綜放工作面資源回收率10%以上。

2.3 長距離智能鉆機

針對煤礦井下大直徑超長定向鉆孔施工的智能 化建設(shè)需求，中國煤科西安研究院研制了ZDY25000 LDK型履帶式大功率自動定向鉆機，運用于井下超前探測、精準(zhǔn)地質(zhì)探查和災(zāi)害防治，為“以孔代巷”采動卸壓瓦斯抽采和盤區(qū)瓦斯區(qū)域預(yù)抽提供了裝備保障。ZDY25000LDK型履帶式大功率自動定向鉆機額定扭矩25000N·m，給進/起拔力達350kN，使煤層鉆進效率提高25%，巖層鉆進效率提高32%，能夠配套隨鉆多參數(shù)測量儀器，在鉆進過程中實時動態(tài)監(jiān)測，隨鉆識別地層變化并精確調(diào)控鉆孔軌跡，減少分支孔數(shù)量，實現(xiàn)沿目標(biāo)地層長距離延伸及精確中靶，配套實時監(jiān)測系統(tǒng)與地面遠程信息交互平臺實現(xiàn)多維度多場景同頻互動，使鉆探全過程實現(xiàn)信息化，并為透明工作面構(gòu)建提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。該裝備在國能神東煤炭保德煤礦“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”無人化井工煤礦關(guān)鍵技術(shù)研究與示范工程建設(shè)中升級應(yīng)用，與BLY800/12液壓泵車等軟硬件結(jié)合，構(gòu)建了長距離智能鉆探機器人系統(tǒng)，為保德煤礦透明地質(zhì)保障系統(tǒng)的建設(shè)提供了有效支撐。ZDY25000LDK型履帶式大功率自動定向鉆機如圖7所示。

圖7 ZDY25000LDK型履帶式大功率自動定向鉆機

2.4 輔助作業(yè)機器人

當(dāng)前我國煤礦機器人主要以巡檢類為主，輔助作業(yè)機器人尚處于起步階段。在煤礦井下搬運機器人研制方面，中國煤科機器人公司攻克了長巷道大尺寸空間的機器人地圖構(gòu)建與運控規(guī)劃技術(shù)、復(fù)雜工況下作業(yè)目標(biāo)位姿精準(zhǔn)測量技術(shù)、重負荷高靈敏度防爆液壓柔性機械臂技術(shù)以及重載作業(yè)移動平臺一體化技術(shù)，實現(xiàn)了井下搬運機器人的工業(yè)化應(yīng)用。主要技術(shù)指標(biāo)中，長巷道三維重建與機器人精準(zhǔn)定位雙向位移誤差≤±10cm，角度誤差≤15°;目標(biāo)物識別準(zhǔn)確率≥90%；重載機械臂控制的瞬態(tài)響應(yīng)時間<1s，作業(yè)精度≤±20mm；履帶同步控制糾偏時間≤2s。初步解決了回風(fēng)巷等物料和零配件頻繁搬運引發(fā)的勞動強度大、危險系數(shù)高、作業(yè)效率低的難題。煤礦井下搬運機器人如圖8所示。

圖8 煤礦井下搬運機器人

2.5 智能分選技術(shù)裝備

當(dāng)前煤炭分選智能化建設(shè)仍存在重信息基礎(chǔ)設(shè)施，輕工藝匹配；重子系統(tǒng)升級，輕全系統(tǒng)融合；重濕法工藝，輕干法工藝等問題，特別是褐煤等低階煤入選率低，尚不足50%，考慮到褐煤儲量約占全國煤炭儲量的13%，亟需依托智能化建設(shè)提高入選率。

中煤科工集團北京華宇工程有限公司和國家能源集團勝利一號露天礦依托兩集團聯(lián)合設(shè)立的煤礦智能化協(xié)同創(chuàng)新平臺，開展了技術(shù)裝備攻關(guān)與應(yīng)用實踐，形成了露天煤礦坑下移動式智能干法分選系統(tǒng)及成套裝備。研發(fā)應(yīng)用了適用于露天礦采坑下環(huán)境的智能干選裝備，實現(xiàn)了針對高灰分、高水分褐煤的有效分選；率先在露天礦坑下探索采用“吊車+集裝箱”移動方式解決智能干選設(shè)備移動的問題；首次建成千萬噸級的風(fēng)選廠。建立錫林浩特區(qū)域勝利煤田的煤質(zhì)射線輻射特征數(shù)據(jù)集；為解決褐煤清潔高效利用，針對高寒、干旱地區(qū)露天煤礦褐煤開采難點，創(chuàng)新設(shè)計了坑下移動式智能干法選煤系統(tǒng)，采用智能干選有效代替人工選采，成功實現(xiàn)了褐煤資源有效回收。此外，選采過程中產(chǎn)生的矸石可直接回填坑下，實現(xiàn)了“采選排一體化”，為促進我國干法選煤在低階褐煤分選領(lǐng)域應(yīng)用提供了可參考的技術(shù)裝備方案。

2.6 露天礦技術(shù)裝備

（1）露天礦純電動無人礦用卡車研制應(yīng)用

華能煤電伊敏露天礦聯(lián)合徐州徐工重型車輛有限公司等有關(guān)企業(yè)、高等院校，設(shè)計并應(yīng)用了取消駕駛室的純電動無人駕駛礦用卡車和高可靠智能車控系統(tǒng)，實現(xiàn)了純電礦用卡車的國內(nèi)外噸位最大、運行速度最快、地圖更新頻率最快。礦用卡車載重達85t，重載運行速度達32km/h，地圖更新頻率1h；應(yīng)用“車?云?網(wǎng)”協(xié)同技術(shù)，研發(fā)了具備全天候作業(yè)能力的感知、規(guī)控、調(diào)度系統(tǒng)；采用“光伏綠電?智能充換電站?無人換電礦用卡車”實現(xiàn)運輸作業(yè)零碳排放；具備電池低溫預(yù)熱系統(tǒng)，突破?40℃環(huán)境約束。在裝備應(yīng)用可靠性方面，伊敏露天礦依托該技術(shù)裝備，智能運輸系統(tǒng)經(jīng)過了三班四季作業(yè)，經(jīng)歷了高溫、嚴(yán)寒以及高強度運行測試，作業(yè)成功率100%，日均有效作業(yè)時間20h以上。截至2024年11月，運輸28852車，運輸總方量達113萬m3。為行業(yè)解決露天礦用卡車運輸用人多、成本高、安全風(fēng)險大等問題提供了新范式。

（2）露天礦采剝作業(yè)鏈協(xié)同成套技術(shù)

我國露天礦采剝工效的整體水平僅為國際先進水平的62%，將單系統(tǒng)智能化“串珠成鏈”構(gòu)建全作業(yè)鏈智能化系統(tǒng)并實現(xiàn)常態(tài)化運行是露天礦智能化建設(shè)的基本方向，在硬件裝備迭代升級的同時，構(gòu)建巨系統(tǒng)協(xié)同體系是智能高效露天礦建設(shè)的重要一環(huán)。中國煤科沈陽設(shè)計研究院整合優(yōu)勢資源，歷時9年聯(lián)合攻關(guān)，開發(fā)了露天礦采剝作業(yè)鏈安全智能協(xié)同成套技術(shù)，該成套技術(shù)核心目標(biāo)是解決露天煤礦采剝作業(yè)鏈的安全智能高效協(xié)同問題，攻克了融合多源數(shù)據(jù)和實景的三維模型快速構(gòu)建更新、露天礦塊體模型大數(shù)據(jù)處理、基于DEM數(shù)據(jù)的短期采剝計劃編制、采剝設(shè)備遠程操控、基于證據(jù)理論的駕駛員疲勞檢測方法等多項行業(yè)技術(shù)難題；首次構(gòu)建了集三維測繪?地質(zhì)語義建模?地圖實時更新?模型動態(tài)重建于一體的空間智能技術(shù)體系；開發(fā)了露天礦運輸網(wǎng)絡(luò)動態(tài)規(guī)劃?開采計劃智能設(shè)計?作業(yè)任務(wù)自動生成?設(shè)備集群智能調(diào)度的采剝作業(yè)鏈貫通協(xié)同運行技術(shù)；全面優(yōu)化了勘探?測量?設(shè)計?挖掘?裝載?運輸?卸載?調(diào)度等作業(yè)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了露天礦長?中?短期計劃的動態(tài)生成和業(yè)務(wù)場景全面數(shù)字化與高效協(xié)同，采剝作業(yè)鏈安全智能協(xié)同運行模式如圖9所示。上述技術(shù)在內(nèi)蒙古平莊煤業(yè)（集團）有限責(zé)任公司、新疆疆納礦業(yè)有限公司及新疆廣匯實業(yè)投資（集團）有限責(zé)任公司等10余家礦山企業(yè)中得到應(yīng)用。

圖9 采剝作業(yè)鏈安全智能協(xié)同運行模式

煤礦智能化高質(zhì)量發(fā)展方向與保障

經(jīng)過多年的技術(shù)攻關(guān)和煤礦智能化建設(shè)，打造了諸多具有推廣價值的示范工程，一批重大技術(shù)裝備實現(xiàn)新突破，大量的科研和工程實踐也為下階段煤礦智能化縱深發(fā)展方向和所需保障提供了科學(xué)指引：實現(xiàn)煤礦智能化高質(zhì)量發(fā)展需要進一步夯實“基礎(chǔ)五化”，即信息感知數(shù)字化、數(shù)據(jù)模型多元化、系統(tǒng)設(shè)備可靠化、管控平臺一體化、工藝流程精細化；著力構(gòu)建技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系、聯(lián)合實驗平臺，因礦施策制定切實可行的建設(shè)方案、高效地建設(shè)運營組織、常態(tài)化運維，以及技術(shù)系統(tǒng)的不斷迭代；堅持“露?井?選”統(tǒng)籌攻關(guān)，即井工礦、露天礦、選煤廠智能化科技攻關(guān)統(tǒng)籌考慮，高精度高可靠傳感器、

關(guān)鍵部件、軟件算法和透明礦井技術(shù)等具有較強的共用和可借鑒性，避免割裂實施，造成重復(fù)開發(fā)和資源沖突；夯實“功能五化”，即開發(fā)利用綠色化、管理運維標(biāo)準(zhǔn)化、智能運行常態(tài)化、災(zāi)害防治精準(zhǔn)化、生產(chǎn)供給柔性化（煤礦智能化高質(zhì)量發(fā)展方向與保障邏輯關(guān)系如圖10所示）。在各類因素中，應(yīng)突出強化以下6個方面。

圖10 煤礦智能化高質(zhì)量發(fā)展方向與保障邏輯框架

3.1 以常態(tài)化運行夯實建設(shè)成效

智能化建設(shè)不是交鑰匙工程，運行過程中加大數(shù)據(jù)積累，也是達到預(yù)期建設(shè)成效的必要組成部分。研究制定常態(tài)化運行的組織機制，研發(fā)機構(gòu)的運維支撐保障機制，避免因局部功能的不健全、部分探索性技術(shù)的不完善、裝備國產(chǎn)化替代的不成熟、新型操作管理模式的不適應(yīng)等因素而甩開或棄用，煤炭生產(chǎn)企業(yè)可與技術(shù)裝備研究機構(gòu)聯(lián)合組建常態(tài)化運行組織，探索“跨地服務(wù)+近地運維”保障模式和“生產(chǎn)+管理+設(shè)計+科研+裝備”全員參與的迭代升級機制。

3.2 協(xié)同攻克系統(tǒng)透明化技術(shù)

以透明地質(zhì)技術(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建瓦斯透明、礦井水透明、頂板透明等資源條件透明化呈現(xiàn)技術(shù)與數(shù)據(jù)驅(qū)動模式；依托千眼智測及數(shù)字孿生技術(shù)，構(gòu)建裝備透明、煤流透明、煤質(zhì)透明、選煤廠數(shù)質(zhì)量流透明及園區(qū)透明等透明化運行管控技術(shù)與智能執(zhí)行聯(lián)動。最終形成煤礦智能化透明技術(shù)體系，為智能化巨系統(tǒng)迭代升級提供直接有效的支撐。

3.3 智能化建設(shè)向復(fù)雜條件延伸

繼續(xù)堅持分類分級建設(shè)原則，建設(shè)一批高級智能化礦井，在前期條件較好的煤礦率先開展智能化建設(shè)經(jīng)驗基礎(chǔ)上，向復(fù)雜地質(zhì)條件延伸和邁進：打造薄煤層無人化智能開采成套技術(shù)裝備與示范工程，打造沖擊地壓及千米深井智能開采成套技術(shù)裝備與示范工程，完善形成適應(yīng)Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類等不同資源條件下“初級-中級-高級”煤礦智能化科學(xué)成熟模式和可全面推廣的建設(shè)范式。

3.4 強化露天煤礦智能化建設(shè)

發(fā)揮露天開采在資源回收率高、安全條件好、基建周期短等天然優(yōu)勢，由設(shè)計單位與礦山企業(yè)聯(lián)合牽頭，融合行業(yè)最先進可靠的技術(shù)力量，依托露天礦率先打造無人化煤礦。新建煤礦及具備條件的生產(chǎn)煤礦，重點實施突破連續(xù)化開采工藝；推進實施間斷工藝下大規(guī)模無人駕駛技術(shù)，鞏固采剝作業(yè)鏈全鏈條協(xié)同開采技術(shù)；通過技術(shù)創(chuàng)新賦能不同運營模式的效益提升，促進采剝外委工程的智能化建設(shè)覆蓋范圍提升。

3.5 標(biāo)準(zhǔn)融合與體系化建設(shè)

在2024年3月國家能源局發(fā)布的《煤礦智能化標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》框架下，在標(biāo)準(zhǔn)化管理機構(gòu)、行業(yè)協(xié)會、行業(yè)學(xué)會、行業(yè)聯(lián)盟等機構(gòu)統(tǒng)一協(xié)調(diào)和規(guī)劃下，以“跨行業(yè)-跨專業(yè)-跨組織-跨部門-跨區(qū)域”的方式，開展全專業(yè)、協(xié)同有序的智能化標(biāo)準(zhǔn)編制，有效規(guī)避標(biāo)準(zhǔn)煙窗、標(biāo)準(zhǔn)孤島和標(biāo)準(zhǔn)沖突，確保標(biāo)準(zhǔn)間相互支撐、兼容、協(xié)調(diào)、統(tǒng)一，避免矛盾、重復(fù)或交叉，加快完成第一代煤礦智能化成套標(biāo)準(zhǔn)，為煤礦智能化建設(shè)提供可靠依據(jù)。

3.6 智能化實驗條件協(xié)同建設(shè)

由安徽理工大學(xué)、中國煤炭科工集團和中國中煤能源集團共建的煤炭無人化開采數(shù)智技術(shù)全國重點實驗室為煤礦數(shù)智技術(shù)裝備基礎(chǔ)實驗研究提供了重要平臺；同時充分發(fā)揮企業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新中的主導(dǎo)作用，以許多先行先試先建智能化煤礦和裝備制造企業(yè)建設(shè)中試和工業(yè)性實驗基地，加快創(chuàng)新成果的驗證和轉(zhuǎn)化，為煤礦智能化高質(zhì)量建設(shè)提供可靠的技術(shù)裝備保障。

END

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

《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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