智能设备促进薄煤层高效开采

本文转自：人民日报中央厨房-能言善道工作室

杨沐岩

日前，在中国煤炭工业协会举办的全国煤矿薄煤层智能开采经验交流现场会上，《中国能源报》记者了解到，我国已探明的薄煤层可采储量约为61.5亿吨，占煤炭总可采储量的20.4%。同时，薄煤层开采也受到空间小、效率低、经济效益低等多重难题制约。

近年来，智能化为薄煤层开采困境提供破局之道。煤炭生产企业联合科研院所、高等院校开展技术攻关，成功研发应用先进采煤装备，建成一批薄煤层智能综采工作面。伴随工业物联网、人工智能和数字孪生等技术不断完善，薄煤层智能化开采迎来新机遇。

储量大、开采难

中国煤炭工业协会副会长刘峰指出：“目前，我国1.3米以下的薄煤层约占保有储量的20%，尤其是四川、重庆、湖南、湖北等地区，薄煤层占保有储量50%以上。”

在山东能源集团杨村煤矿，记者看到该矿薄煤层采煤工作面仅有约一人高，刮板运输机、液压支架和线缆占据巷道大量空间，可通行区域十分有限。杨村煤矿工作人员向记者表示，该矿工作面的最低处甚至不足一米，人员需要爬行通过，在如此狭窄的空间内进行人工开采，不仅劳动强度大，产能也难以提升。

中国工程院院士王国法表示，在我国各矿区探明资源中，84.2%的矿区有1.3米以下薄煤层分布。多数矿区薄煤层煤质好，其中一部分已经成为煤矿主采煤层。薄煤层还可作为高瓦斯、冲击地压中厚煤层的解放层开采，并解决下部厚煤层开采压茬问题。目前，薄煤层开采产能和经济效益较低，主要原因在于技术装备不足。

王国法指出，薄煤层工作面受地质影响较大，工况多变，常规开采工艺无法支持复杂条件下连续高效开采。同时，大功率装备往往体积较大，工作面有限的空间严重制约开采装备性能。此外，煤层条件变化下的智能开采能力不足、通讯控制联络复杂、设备维护检修困难也是阻碍薄煤层高效开采的难题。

智能设备应用有成效

“近年来，一批具有智能感知决策、自主集群控制、安全状态管理的智能化、高端化、成套化采煤装备成功研发应用。”刘峰表示，采煤机方面，研发出0.9米极薄煤层采煤机，解决了薄煤层煤机高度和过煤空间问题；液压支架方面，攻克了薄煤层液压支架板式顶梁和超大伸缩比立柱等关键技术，解决了薄煤层开采支护难题。

在杨村煤矿智能化薄煤层采煤工作面，记者看到，工作人员通过键盘输入指令，远处工作面的采煤机传出启动声响，屏幕中数字孪生采煤机同步运转，实时影像显示支架自动跟机。工作人员介绍，采煤机根据算法自动找直，确保高效开采。同时，人工智能自动识别皮带异物、人员摔倒，排除安全隐患。目前，该工作面已实现正常生产条件下面内常态化无人作业，同时效率和安全双提升。

山东能源集团党委常委、副总经理刘健表示，长期以来，薄煤层开采受限于作业空间小、劳动强度大、产能释放受限等原因，矿井经济效益差。该集团杨村煤矿、滨湖煤矿一度经营困难，2015年曾被列入拟关闭矿井，但随着智能化技术装备的成功应用，上述两座煤矿均已具备单面年产100万吨以上生产能力。目前，两座煤矿均已实现盈利，每年仅提高煤质一项即可创效2100万元。

持续攻克技术难关

刘峰表示，近年来，煤炭生产企业联合科研院所、高等学校开展技术攻关，从“装备形式”到“配套方式”再到“工艺模式”逐步升级，建成了一批薄与较薄煤层智能综采工作面。除杨村煤矿外，国家能源榆家梁煤矿创新实践“采煤工艺编辑+截割模板”远程操控模式，实现了较薄煤层综采工作面常态化无人生产；淮河能源朱集东煤矿在“大采深、高瓦斯、高地压、高地温”地质条件下，实现了薄煤层智能化高产高效开采；四川嘉阳煤矿创新地面单人简约规划截割、工作面全视频安全巡检生产模式。

“未来，矿山还将基于工业物联网，构建掘进、开采和运输等机器人化系统，并通过数字孪生平台对整个系统进行统筹监管。”中国工程院院士葛世荣指出，“具身机器人是当下人工智能领域的一大热点，智能体能够对环境进行感知，借此修正执行的动作。这一能力也是智能化采煤设备所需要的。”

但如何让开采设备准确识别煤岩、感知顶板压力和截割状态仍是难题。葛世荣表示，煤岩识别是开采设备的导航系统，有了煤岩识别，智能开采设备才能实现自适应截割和优化截割。

据了解，目前，多家煤炭生产企业正加紧煤岩识别关键技术攻关。中煤集团持续研发精准感知、精确定位、规划割煤等关键核心技术，推进面内常态化无人操作的高级智能化采煤工作面建设。淮河能源正联合相关厂家及科研院所持续探索透明地质技术的应用和精准规划截割。