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一、总体情况 2018年，自动化、智能化采煤技术与应用出现蓬勃发展之势。 国家重点研发计划项目《煤矿智能开采安全技术与装备研发》稳步推进；国家重点研发计划项目《千万吨级特厚煤层智能化综放开采关键技术及示范》立项并启动，两个相关示范工作面相继进入联合试运转并有序推进；中国中煤能源集团有限公司成立中煤装备研究院（下设智能化开采技术研究所），中煤能源集团批复山西中煤华晋能源有限责任公司《综采放顶煤智能化开采技术研究》项目实施方案，开始进行智能综放技术研究；GB∕T 51272-2018《煤炭工业智能化矿井设计标准》自9月1日起正式实施；智慧矿山物联网开放平台（RED-IOT®）研发成功并应用；贵州发耳、贵州众一、神东榆家梁等薄煤层智能综采工作面相继投入生产；神东8.8m超大采高综采工作面顺利投产，山东能源枣矿集团付村煤矿6m大采高综采工作面顺利投产，黄陵二号煤矿416大采高智能综采工作面顺利回采完毕并进入418大采高智能综采工作面；我国建成145个智能化采煤工作面；同煤集团同忻矿“千万吨级综放工作面关键技术及示范工程”项目荣获中国煤炭工业协会科学技术一等奖；神华宁煤矿区开始大规模应用LASC技术，兖矿集团北斗天地等单位开始研制基于国产惯性导航系统的综采工作面自动找直技术；煤炭信息研究院组建“煤矿机器人协同推进中心”，专门协调推进煤矿机器人研发应用，服务煤矿安全基础建设和煤矿本质安全水平提升；国家煤监局公布《煤矿机器人重点研发目录》，第一次明确提出，聚焦关键岗位、危险岗位，重点研发应用掘进、采煤、运输、安控和救援五大类、38种煤矿机器人；随着各大煤矿集团对智能化开采的重视，各大煤矿集团进入智能化综采应用的高潮。
二、学术进展 领域内相关学者、院士等围绕智慧煤矿、智能开采等议题，发表了许多重要的研究成果。 1.王国法院士等发表《智慧煤矿2025情景目标和发展路径》论文。基于数字矿山技术发展现状，结合生产系统智慧化特征及要求，给出了智慧矿山概念及内涵：将物联网、云计算、大数据、人工智能、自动控制、移动互联网、机器人化装备等与现代矿山开发技术融合，形成矿山感知、互联、分析、自学习、预测、决策、控制的完整智能系统；到2025年，实现煤矿单个系统智能化向多系统智慧化方向发展，建立智慧生产、智慧安全及智慧保障系统的基本运行框架，初步形成空间数字化、信息集成化、设备互联化、虚实一体化和控制网络化的智慧煤矿第二阶段目标。实现矿井开拓、采掘、运通、洗选、安全保障、生态保护、生产管理等全过程智能化运行。 2.王国法院士等发表论文《煤炭智能化综采技术创新实践与发展展望》。在简述国内外自动化、智能化综采技术发展过程基础上，提出了智能化综采的概念与内涵，介绍了近10年来在智能化综采技术和装备方面的创新实践，包括：黄陵一矿1.4~2.2m较薄煤层工作面有人巡视、无人操作的智能化开采；金鸡滩煤矿8.2m超大采高工作面智能化开采以及特厚煤层智能化综放开采技术。上述实践表明：在地质条件简单的煤层中基本能够实现人工远程干预的智能开采模式，复杂地质条件下仍存在技术瓶颈，有限无人化是智能化开采的切实发展目标。展望了综采智能化发展的重点方向，指出了智慧煤矿是智能化开采发展升级的趋势。 3.王国法院士等发表论文《煤炭智能化开采关键技术创新进展与展望》。全面总结了薄煤层和较薄煤层智能化开采、厚煤层大采高和超大采高智能化开采、特厚煤层综放开采智能化技术的创新与实践，分析了存在的不足；提出了综采装备适应围岩活动及环境动态变化所需攻克的采煤机智能调高控制、液压支架群组与围岩的智能耦合自适应控制、工作面直线度智能控制、基于系统多信息融合的协同控制、超前支护及辅助作业的智能化控制５项关键技术，为将智能开采由目前的初级阶段升级为自学习、自决策、自修正的高级阶段奠定技术基础；对煤炭行业近期、中期和远期提出了智能化、有限无人化和流态化的技术发展方向和目标，展望了可能的发展路径及需要突破的关键技术和发展方向。 4.康红普院士、王国法院士等发表论文《煤矿千米深井围岩控制及智能开采技术构想》。在分析煤矿千米深井围岩控制及智能开采技术现状和问题的基础上，围绕安全、高效开采这一主题，综合考虑巷道和采煤工作面相互影响，以合理加大工作面长度，实现生产集约化，降低掘进率、提高煤炭回收率为思路，提出要解决的关键科学问题与技术构想。关键科学问题有4个：千米深井巷道围岩大变形机理；巷道围岩支护―改性―卸压协同控制原理；350m超长工作面应力与覆岩结构演化机理；超长工作面多信息融合智能开采模式，为千米深井围岩控制及智能开采提供理论基础。 5.范京道发表论文《大采高工作面智能化综采关键技术研究》。针对陕西陕煤黄陵矿业有限公司二号煤矿实际情况，分析了大采高工作面智能化综采存在的片帮精准控制难、底软拉架难及装备可靠性、感知精准度、协同性差等技术难题；选用可视化远程干预型技术路线来实现大采高综采工作面智能常态化开采；重点研究了高效采煤工艺、防片帮控制技术、底软智能控制技术和顶板破碎智能控制技术。通过采煤工艺革新，三角煤截割效率提高了30%；在煤壁发生片帮的不同阶段采用不同的控制手段，实现了护帮板精准控制；通过液压支架多次降架模拟人工操作的方式完成底板软弱条件下的智能化处理，解决了架前堆煤问题；通过液压支架超前拉架的方式完成工作面顶板破碎条件下的智能化处理，确保顶板破碎区域可以智能开采。二号煤矿实践表明，采用智能化综采技术后，实现了以工作面设备智能运行为主、现场干预控制为辅的智能化生产模式，以及井下7人作业、地面2人监控的“7 2”作业模式，达到了减员提效的目的。 6.牛剑峰发表《综采工作面装备机器人化技术研究》论文。介绍了智能机器人技术及其结构体系，提出了综采群组机器人协同作业的技术思路，构建了综采装备机器人化的设计方案。通过液压支架推移控制和工作面直线度控制，详细描述了以局部精确控制、全局坐标定位的综采装备机器人化控制系统，提出了构建装备、工艺、生产等多维度构建神经网络系统，赋以综采机器人机器学习的能力，实现综采装备的智能化。 7.牛剑峰发表《综采放顶煤工作面自动放煤控制系统研究》论文。针对综采放顶煤工作面人工放煤方式生产效率低的问题，研究了一种自动放煤控制系统。在液压支架上安装声波传感器、振动传感器和灰分传感器，通过人工示范操作和机器学习记忆传感器信号，确定放煤过程结束时传感器信号特征波形，比对采集的振动感知信号、声音感知信号与特征信号的相似度；通过灰分传感器有效辨识采出顶煤的含矸率；根据相似度和含矸率作出预警或直接控制。该系统实现了以传感器感知控制为主、时间控制为保护值、地面调度室远程干预控制为辅的自动化放煤控制，提高了综采放顶煤工作面的自动化水平和生产效率。 8.张科学等发表《智能化无人开采系列关键技术之一——综采智能化工作面调斜控制技术研究》论文。为解决智能化无人开采关键难题之一的调斜控制问题，采用现场调研、力学分析和工业性试验相结合的方法，得到了工作面调斜控制的内在根本原因及外在诱发原因；阐明了综采工作面刮板输送机的力学行为，得出了刮板输送机发生上窜、下滑和不发生上窜或下滑的力学条件；指出了工作面调斜控制技术中的单向割煤、反向推移刮板输送机、加刀、减刀及加刀减刀联合控制技术原理；提出了综采智能化工作面基于实时推进度监测的调斜控制技术，实时监测运输巷推进度、回风巷推进度及伪斜角度，同时利用安装在机头和机尾的推进度测量装置进行自动对比分析，以达到对综采智能化工作面实时调斜的智能控制。现场工业性试验表明，基于实时推进度监测的工作面超宽带测距最大误差125．0mm，最小误差0，平均误差25．9mm，此误差范围内满足综采智能化工作面调斜控制技术的现场需要，可以进行精确的智能调斜控制。 9.高有进等发表《综采工作面智能化开采现状及发展展望》论文。简述了国内外综采工作面自动化、智能化开采技术发展历程及现状，重点介绍了综采工作面智能化开采的发展规划及目前的关键技术。总结了郑煤机承担的付村６ｍ超大采高厚煤层和贵州众一薄煤层２个综采智能化示范项目的研发情况及关键技术。结合实施现状展望了综采工作面智能化还需突破的关键技术和重点发展方向。 10.谢嘉成等发表《综采工作面三机虚拟协同关键技术研究》论文。针对当前综采工作面虚拟仿真数字化设计程度低、虚拟模型不可控、协同配套运行不匹配不协调的问题，在虚拟现实引擎Unity3D下，对综采工作面三机虚拟协同关键技术进行研究。建立了全景综采虚拟现实场景，重点对三机虚拟模型构建与修补、刮板输送机虚拟弯曲、采煤机虚拟运行行走和采煤机与液压支架相互感知等关键技术进行研究。以端部斜切进刀双向割煤方式为例进行分析，发现原型系统可以非常生动形象且真实地再现综采工作面三机的动态配套关系、姿态和性能等运行状况，并可根据不同的工况对采煤机牵引速度与液压支架跟机距离进行规划。本技术提升了综采虚拟现实的数字化设计水平，可以为综采工作面规划、分析与决策提供足够技术支持。 11.刘恒硕士论文《无人智能化综采面安全状态评价研究》。通过工作面的监测数据和综合类指标综合评价工作面的安全状态，通过建立两个二级评价体系，即监测类评价体系和综合类评价体系，综合评价工作面的安全状态，基于评价结果提出相应的改善措施，保障煤矿的安全生产，提高煤矿的生产效率。选取五个监测数据作为监测类评价体系的安全评价指标，分别是瓦斯浓度、粉尘浓度、一氧化碳浓度、风量和温度，通过监测数据自身的变化规律以及各个参数之间的波动关联性综合分析工作面的安全状态。建立综合类评价体系，选取人、机、环、管四个方面的因素作为评价指标，综合两种评价体系的评价结果分析工作面安全状态。在监测类评价指标体系中，采用模糊Borda数分析法确定各指标的权重，量化评价指标的波动性和关联性。综合类评价体系利用模糊综合评价法对指标打分，采用层次分析法确定权重。应用建立的安全评价体系分析黄陵一号煤矿1001智能化无人综采工作面的安全状态，评价结果表明工作面的风量对其他评价指标的影响最大，温度评价指标影响最小。针对评价结果提出建议，即保障智能化无人综采工作面安全的根本要求是做好工作面的通风工作。 12.刘俊峰等发表论文《黄陵矿业中厚煤层智能化回采工艺适应性研究》。针对黄陵矿区智能化开采的现状，从智能化开采技术要求、传感器特性、可靠性要求出发，提出了区别人工开采的智能化开采回采工艺。并从破煤、装煤、运煤、支护、采空区处理等环节进行了智能化开采技术调整，使开采工艺更加适应智能化开采的要求。试验结果表明，自黄陵矿业一号井采用智能化开采以来，在1.4～2.2m煤层中，采用国产装备年产稳定在200万t，生产效率提高15%。 13.杜锋等发表论文《美国长壁工作面自动化开采技术发展现状及思考》。通过分析美国长壁开采现状，研究了美国长壁开采自动化装备的发展及存在的问题，并指出了未来长壁工作面开采发展方向．美国煤矿长壁开采在薄及中厚煤层开采中，通过不断改进自动化开采技术及工作面布置方式，实现了长壁工作面高产、高效、低死亡率的目的；美国长壁开采尚处于自动化开采阶段，成套的自动化装备在20世纪90年代中期研制完成；未来长壁工作面自动化发展将致力于进一步解决全自动化装备的可靠性及建立全方位的工作面实景图像反馈系统，保障工作面的安全高效生产，其自动化开采发展方向将以“全面自动化＋人工辅助”的模式为主。 14.侯刚发表论文《红柳林煤矿智能化无人值守系统的设计及应用》。为了充分满足工业化和信息化新技术建设新型现代化数字矿山的要求，对红柳林煤矿固定岗位有人值守进行了设计改造，涉及了红柳林煤矿井下中央变电所、南一盘区2号变电所、井下主排水泵房、压风机房2台螺杆式空气压风机等多处无人值守有人巡视设计改造，实现了固定岗位无人值守有人巡视智能化管理和应用，各系统应用效果良好。 15.杨成龙发表论文《构建煤矿安全绿色智能化生产新模式的探索研究》。提出了宁煤集团智慧化生产系统的发展路径：综采智能化生产以记忆截割 视频远程截割 视频煤岩识别进行技术融合，推进采煤机智能截割技术发展，达到工作面少人作业、无人作业；综掘智能化生产以掘支平行作业成套装备，配套使用永磁同步电机 变频器 基于机器视觉技术的智能调速胶带运输机，推进智能掘进技术发展；矿井辅助智能生产系统以自动化、数字化、智能化生产为目标，全面加快升级改造，实现“有人巡视，无人值守，远程监控”。在整体智慧矿山建设规划上分三步走，最终2030年全面建成智慧矿区。
三、专利情况 围绕综采自动化、智能化、煤矿机器人等领域，中国矿业大学、国家能源集团、中信重工开诚智能装备有限公司、北京天地玛珂电液控制系统有限公司等单位陆续申请众多相关专利。 1.中国矿业大学《一种煤矿皮带机自动巡检机器人》发明公开了一种煤矿皮带机自动巡检机器人，包括轨道式行走单元和机器人控制系统、机箱壳体、工字钢轨道、斜底座和立柱，所述轨道式行走单元和机器人控制系统安装在机箱壳体中并架设在工字钢轨道上，所述工字钢轨道底板的下表面两端分别设置有斜底座，所述一个斜底座连接立柱一，另一个斜底座连接立柱二，立柱一和立柱二长度不相等；所述轨道式行走单元包括驱动部分和导向部分，所述机器人控制系统包括可见光摄像机、红外摄像机、电控云台、拾音器、控制器、锂电池，所述可见光摄像机、红外摄像机、电控云台、拾音器、控制器分别与锂电池连接。 2.中国神华能源股份有限公司《煤矿综采工作面控制机器人、系统及运行方法》发明公开一种煤矿综采工作面控制机器人、系统及运行方法，煤矿综采工作面控制机器人包括：集中控制单元、分别设置在集中控制单元两侧的两自适应伸缩臂，每个自适应伸缩臂的前端与集中控制单元连接，每个自适应伸缩臂的末端设置有旋转关节臂，每个旋转关节臂上设置有自适应吸合装置；自适应吸合装置能够吸合或脱离设置在煤矿综采工作面上的停靠固定装置；自适应伸缩臂的末端设置有与集中控制单元顶部垂直的垂直旋转轴，旋转关节臂与自适应伸缩臂枢接，能够绕垂直旋转轴旋转。 5.中信重工开诚智能装备有限公司《一种防爆巡检机器人自动充电装置防爆结构》发明公开了一种防爆巡检机器人自动充电装置防爆结构，该防爆结构由机器人本体充电柱结构、机器人本体隔爆门结构、机器人本体防尘门结构、对接隔爆腔结构、充电桩防尘门结构、充电桩隔爆门结构和充电桩充电柱结构组成。机器人本体隔爆门结构和机器人本体防尘门结构安装在巡检机器人本体上，充电桩防尘门结构、充电桩隔爆门结构和充电桩充电柱结构安装在充电装置的充电桩上，通过对接隔爆腔结构，保证机器人充电柱与充电桩充电柱对接时的隔爆性能。 8.青岛天信电气有限公司《一种煤矿井下综合自动化系统》发明涉及煤矿自动化技术领域，尤其涉及一种煤矿井下综合自动化系统。所述煤矿井下综合自动化系统包括现场设备层，所述现场设备层包括传监测装置、传输设备、采矿设备、运输设备、照明设备、通风设备、温控设备、湿控设备，所述监测装置包括防火瓦斯检测器、一氧化碳监测器、顶板压力监测器、超声液位传感器及投入式液位传感器、与电机连接的电机电流传感器和电机转子温度传感器、与水泵连接的水泵轴承温度传感器和水泵出口压力传感器、与排水管连接的流量传感器、与电磁阀和电动闸阀连接的阀门开度传感器以及真空传感器。 四、结语 回望2018年，中国煤炭综采自动化出现了蓬勃发展的势头，煤炭企业的积极推广应用，为中国煤炭自动化开采水平提升注入了强劲的动力，相信在各方共同努力下，《能源技术革命创新行动计划（2017—2030年）》提出的“2030年重点煤矿区基本实现工作面无人化”的目标一定能够实现！ 小编点评： 2018年中国煤炭综采自动化出现了蓬勃发展的势头，学术研究成果显赫，专利发明不断涌现。煤炭企业的积极推广应用，为中国煤炭自动化开采水平提升注入了强劲的动力。本文从总体情况、学术进展、专利情况等三个方面对发展概况进行简要梳理。相信在各方共同努力下，“2030年重点煤矿区基本实现工作面无人化”的目标一定能够实现！ 来源于：智宏科信 |
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