薄煤層煤礦“活”了!

穿上黑色膠靴，換上藍(lán)色工作服，頭戴安全帽，礦燈和自救器別在腰間，全副武裝后，被包裹得嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)的記者，先后換乘平巷人車(chē)、“猴車(chē)”(礦山架空乘人裝置)，穿梭在錯(cuò)綜復(fù)雜的巷道中，向井下垂直深度242米處的楊村煤礦4703薄煤層智能綜采工作面挺進(jìn)。

楊村煤礦屬山東能源集團(tuán)兗礦能源，是中國(guó)薄煤層智能化采煤工作面的代表煤礦之一。

“攜手華為、天瑪智控等先進(jìn)企業(yè)，山東能源集團(tuán)先行先試開(kāi)展薄煤層智能無(wú)人開(kāi)采探索實(shí)踐，推廣應(yīng)用‘數(shù)智無(wú)人控制’技術(shù)裝備，楊村、濱湖薄煤層工作面均實(shí)現(xiàn)正常生產(chǎn)條件下面內(nèi)常態(tài)化無(wú)人作業(yè)。”山東能源集團(tuán)黨委常委、副總經(jīng)理劉健介紹。

“呆滯”煤礦煥發(fā)新機(jī)

“可以看到，當(dāng)前第364刀顯示，它的最大偏差已經(jīng)觸發(fā)了系統(tǒng)的指令，隨即通過(guò)第365刀，開(kāi)始調(diào)整工作面的直線度。當(dāng)?shù)?65刀割完后，通過(guò)第366刀驗(yàn)證我們的找直效果。如果366刀偏差值依然超過(guò)我們?cè)O(shè)定的誤差范圍，慣導(dǎo)系統(tǒng)就會(huì)重復(fù)下達(dá)找直指令。”來(lái)自山東能源云鼎科技的現(xiàn)場(chǎng)工作人員介紹。

因產(chǎn)能小、煤質(zhì)差、用人多、效率低，擁有近40年歷史的楊村煤礦一度經(jīng)營(yíng)困難，2015年曾被列入擬關(guān)閉礦井行列。然而，伴隨智能化技術(shù)裝備的成功應(yīng)用，依托數(shù)字孿生輔助控制系統(tǒng)、盤(pán)古礦山大模型AI服務(wù)平臺(tái)、煤礦GIS公共服務(wù)平臺(tái)、綜采工作面國(guó)產(chǎn)慣導(dǎo)應(yīng)用、班組協(xié)同交互通訊系統(tǒng)、規(guī)劃截割等先進(jìn)技術(shù)，楊村煤礦實(shí)現(xiàn)了正常條件下工作面內(nèi)無(wú)人作業(yè)，達(dá)到年產(chǎn)100萬(wàn)噸水平。

從人工開(kāi)采、機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人、信息化少人，再到如今的智能化無(wú)人，楊村煤礦薄煤層開(kāi)采歷經(jīng)五代發(fā)展，完成了三次飛躍，楊村煤礦“活”了。

長(zhǎng)期以來(lái)，薄煤層開(kāi)采受限于作業(yè)空間小、勞動(dòng)強(qiáng)度大、勞動(dòng)用工多、產(chǎn)能釋放受限等原因，導(dǎo)致礦井經(jīng)濟(jì)效益差，普遍作為“呆滯”資源被封存甚至遺棄。不過(guò)，伴隨開(kāi)采年限的增加，采面由“厚”轉(zhuǎn)“薄”逐漸成為井工煤礦的必經(jīng)之路。

記者從全國(guó)煤礦薄煤層智能開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)交流現(xiàn)場(chǎng)會(huì)上獲悉，當(dāng)前，山東能源云鼎科技薄煤層無(wú)人化開(kāi)采取得突破，“工藝裝備智能協(xié)同”助力開(kāi)采管控模式發(fā)生轉(zhuǎn)變。煤炭生產(chǎn)企業(yè)聯(lián)合科研院所、高等學(xué)校開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)，從“裝備形式”到“配套方式”再到“工藝模式”逐步升級(jí)，全國(guó)范圍內(nèi)建成了一批薄與較薄煤層智能綜采工作面。

來(lái)自地層深處的變革

在我國(guó)，1.3米以下的薄煤層約占保有儲(chǔ)量的20%左右，尤其是四川、重慶、湖南、湖北等地區(qū)，薄煤層占保有儲(chǔ)量50%以上。2米以下煤層受地質(zhì)條件和空間的制約，開(kāi)采難度大，生產(chǎn)效率低。

一場(chǎng)來(lái)自地層深處的變革，有望改變這一“囧狀”。

在山東濟(jì)寧，距離楊村煤礦60公里外的棗礦集團(tuán)濱湖煤礦，31606工作面同樣實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化。記者獲悉，31606工作面面長(zhǎng)175米-260米，走向長(zhǎng)度1470米，煤厚1.3米，可采儲(chǔ)量57萬(wàn)噸。

面對(duì)薄煤層采煤工作面存在活動(dòng)空間小、跟機(jī)作業(yè)難、勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低等短板，濱湖煤礦先后克服了空間設(shè)計(jì)、地面遠(yuǎn)控、實(shí)時(shí)感知等多項(xiàng)技術(shù)難題，變革了傳統(tǒng)的采煤機(jī)記憶截割+自動(dòng)跟機(jī)移架技術(shù)，應(yīng)用全新的規(guī)劃截割技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)支架的靈活調(diào)度控制。

據(jù)介紹，楊村煤礦、濱湖煤礦薄煤層智能化工作面建成運(yùn)行以來(lái)，僅需2人遠(yuǎn)程操控，自動(dòng)跟機(jī)移架率99%，遠(yuǎn)程截割率100%，有效提高了煤炭資源回收率，而這僅僅是個(gè)縮影。

在其所屬的山東能源集團(tuán)，共有75處生產(chǎn)煤礦，擁有2米以下薄煤層的煤礦32處，占比42.6%。32處煤礦薄煤層剩余有效可采儲(chǔ)量2.6億噸，占比29%。

“山東能源集團(tuán)通過(guò)攻關(guān)薄煤層智能開(kāi)采，讓勞動(dòng)強(qiáng)度大、產(chǎn)能效率低、經(jīng)濟(jì)效益差、瀕臨關(guān)閉退出的煤礦成功‘提效增產(chǎn)、提質(zhì)增盈’，并讓礦工‘輕松采煤、體面勞動(dòng)’，實(shí)現(xiàn)了勞動(dòng)收入與經(jīng)濟(jì)效益同步增長(zhǎng)。”中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)、中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)劉峰評(píng)價(jià)。

薄煤層無(wú)人化進(jìn)行時(shí)

在神東煤炭集團(tuán)錦界煤礦31302工作面，一名煤機(jī)司機(jī)干預(yù)頂滾筒升降，底滾筒全程自動(dòng)割煤。通過(guò)連續(xù)3個(gè)月數(shù)據(jù)對(duì)比，日均產(chǎn)量與單刀割煤時(shí)長(zhǎng)基本持平，開(kāi)機(jī)率提升7.7%，超負(fù)荷明顯下降，煤機(jī)速度最大可達(dá)到14m/min，可常態(tài)化運(yùn)行。

據(jù)國(guó)家能源神東煤炭集團(tuán)黨委委員、副總經(jīng)理賀海濤介紹，從2008年開(kāi)始，神東煤炭針對(duì)設(shè)備控制權(quán)限不開(kāi)放的問(wèn)題，從單機(jī)自動(dòng)化水平提升，逐步轉(zhuǎn)變思路，探索出單機(jī)智能化提升、上位機(jī)集中控制的智能化模式，走出了一條較薄煤層無(wú)人化路徑。

到2025年，神東煤炭集團(tuán)29處綜采工作面平均綜合自動(dòng)化率將提升至90%，7處高級(jí)智能化綜采工作面將建成，人工就地平均干預(yù)率將降低至15%。”賀海濤說(shuō)。

在中國(guó)煤炭科工集團(tuán)各礦區(qū)探明的資源中，84.2%的礦區(qū)有薄煤層分布。這些薄煤層多采用機(jī)械化或自動(dòng)化開(kāi)采，但產(chǎn)能和經(jīng)濟(jì)效益較低。

據(jù)中國(guó)煤炭科工集團(tuán)首席科學(xué)家、天瑪智控副總經(jīng)理李明忠介紹，中國(guó)煤科為解決巷道大斷面與煤層厚度較薄的矛盾，研制了低矮機(jī)型的轉(zhuǎn)載機(jī)，降低巷道掘進(jìn)斷面。

中國(guó)中煤能源集團(tuán)也全方位推進(jìn)薄煤層智能化開(kāi)采。在內(nèi)蒙古納林河礦區(qū)納林河二號(hào)礦3-1上煤層，建成1.9米煤厚智能化工作面，自動(dòng)化率達(dá)96%，生產(chǎn)班由12人減為3人。截至目前，中煤集團(tuán)已建成薄及較薄煤層智能化工作面13個(gè)，智能化采煤工作面占比87%。

馬世志透露，到2024年底，中煤集團(tuán)薄及較薄煤層工作面將全部實(shí)現(xiàn)智能化開(kāi)采。2026年底前，薄及較薄煤層工作面無(wú)人化開(kāi)采將實(shí)現(xiàn)全覆蓋。

淮河能源控股集團(tuán)現(xiàn)有11對(duì)生產(chǎn)礦井，核定產(chǎn)能7790萬(wàn)噸，其中淮南礦區(qū)面臨薄煤層開(kāi)采難題。

據(jù)淮河能源控股集團(tuán)黨委委員、副總經(jīng)理李志紅介紹，在薄煤層煤機(jī)國(guó)產(chǎn)化替代上，淮河能源研發(fā)了矮機(jī)身、高過(guò)煤量、高可靠搖臂的國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)。

繪機(jī)器人采煤藍(lán)圖

李志紅認(rèn)為，薄煤層開(kāi)采是保護(hù)層開(kāi)采，是礦井?dāng)U增存量、延緩向深部開(kāi)采速度、延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限、提高資源回收率、實(shí)現(xiàn)安全綠色發(fā)展的關(guān)鍵。

薄煤層無(wú)人化高效智能開(kāi)采意義深遠(yuǎn)，其目標(biāo)與實(shí)現(xiàn)路徑是什么?

中國(guó)工程院院士、中國(guó)煤科首席科學(xué)家王國(guó)法認(rèn)為，薄煤層無(wú)人化高效智能開(kāi)采，主要包括0.8-0.95米采高無(wú)人化工作面年產(chǎn)100萬(wàn)噸，0.95-1.1米采高無(wú)人化工作面年產(chǎn)100萬(wàn)噸-150萬(wàn)噸，1.1-1.3米采高無(wú)人化工作面年產(chǎn)150萬(wàn)噸-200萬(wàn)噸，1.3-1.6米采高(陜北鄂爾多斯礦區(qū))無(wú)人化工作面年產(chǎn)400萬(wàn)噸四大開(kāi)采目標(biāo)。

“薄煤層無(wú)人化高效智能開(kāi)采，將由‘可視遠(yuǎn)程干預(yù)模式’向‘智能自適應(yīng)模式’邁進(jìn)。”王國(guó)法說(shuō)。

中國(guó)工程院院士葛世榮認(rèn)為，煤礦將走向生產(chǎn)系統(tǒng)常態(tài)智能化，機(jī)器人化采礦未來(lái)可期。其中，薄煤層機(jī)器人化開(kāi)采系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，將由礦山工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)+機(jī)器人化系統(tǒng)+數(shù)字孿生平臺(tái)構(gòu)成。

“到2026年，全國(guó)煤礦智能化產(chǎn)能占比不低于60%，智能化工作面常態(tài)化運(yùn)行率不低于80%。”葛世榮說(shuō)。

科技時(shí)代，讓采礦這一職業(yè)在煤礦“智能升級(jí)”中實(shí)現(xiàn)“順勢(shì)轉(zhuǎn)型”，成為這場(chǎng)煤炭工業(yè)領(lǐng)域重大變革的全新命題。

李志紅認(rèn)為，薄煤層工作面智能化建設(shè)有利于改善作業(yè)環(huán)境，將“操作工”變?yōu)?ldquo;巡檢工”，將“貼身戰(zhàn)術(shù)”變成“遠(yuǎn)程干預(yù)”，提高安全系數(shù)和職工的幸福系數(shù)。

劉峰則坦言：“智能化建設(shè)不是讓礦工‘大規(guī)模失業(yè)’，而是要讓礦工和企業(yè)在擁抱科技中一起變得更強(qiáng)。”

“應(yīng)通過(guò)數(shù)字技術(shù)賦能、智能技術(shù)變革，實(shí)現(xiàn)煤炭生產(chǎn)各類災(zāi)害的精準(zhǔn)定量防控，轉(zhuǎn)變社會(huì)公眾對(duì)煤礦開(kāi)采屬于‘高危行業(yè)’的固有印象。要聚焦降低勞動(dòng)強(qiáng)度，加快智能單兵、外骨骼輔助等智能裝備研發(fā)應(yīng)用，釋放先進(jìn)生產(chǎn)力效能。”劉峰建議。

最新數(shù)據(jù)顯示，截至5月底，全國(guó)現(xiàn)有1549個(gè)智能化采掘工作面(采煤工作面866個(gè)，掘進(jìn)工作面683個(gè))，有智能化工作面的煤礦823處，415臺(tái)無(wú)人駕駛車(chē)輛在35處露天煤礦推廣應(yīng)用，1.3萬(wàn)個(gè)固定崗位實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守。

通過(guò)大力推動(dòng)煤礦智能化建設(shè)，2016年以來(lái)，全國(guó)煤礦井下作業(yè)人員減少37萬(wàn)人，智能化礦井杜絕了較大以上安全生產(chǎn)事故，百萬(wàn)噸死亡率大幅低于全國(guó)平均水平。