盤(pán)活“老礦”，薄煤層智能開(kāi)采進(jìn)行時(shí)

薄煤層煤礦“活”了!

穿上黑色膠靴，換上藍色工作服，頭戴安全帽，礦燈和自救器別在腰間，全副武裝后，被包裹得嚴嚴實(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)，穿梭在錯綜復雜的巷道中，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兗礦能源，是中國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，推廣應用‘數智無(wú)人控制’技術(shù)裝備，楊村、濱湖薄煤層工作面均實(shí)現正常生產(chǎn)條件下面內常態(tài)化無(wú)人作業(yè)。”山東能源集團黨委常委、副總經(jīng)理劉健介紹。

“呆滯”煤礦煥發(fā)新機

“可以看到，當前第364刀顯示，它的最大偏差已經(jīng)觸發(fā)了系統的指令，隨即通過(guò)第365刀，開(kāi)始調整工作面的直線(xiàn)度。當第365刀割完后，通過(guò)第366刀驗證我們的找直效果。如果366刀偏差值依然超過(guò)我們設定的誤差范圍，慣導系統就會(huì )重復下達找直指令。”來(lái)自山東能源云鼎科技的現場(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)裝備的成功應用，依托數字孿生輔助控制系統、盤(pán)古礦山大模型AI服務(wù)平臺、煤礦GIS公共服務(wù)平臺、綜采工作面國產(chǎn)慣導應用、班組協(xié)同交互通訊系統、規劃截割等先進(jìn)技術(shù)，楊村煤礦實(shí)現了正常條件下工作面內無(wú)人作業(yè)，達到年產(chǎn)100萬(wàn)噸水平。

從人工開(kāi)采、機械化換人、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(cháng)期以來(lái)，薄煤層開(kāi)采受限于作業(yè)空間小、勞動(dòng)強度大、勞動(dòng)用工多、產(chǎn)能釋放受限等原因，導致礦井經(jīng)濟效益差，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“薄”逐漸成為井工煤礦的必經(jīng)之路。

記者從全國煤礦薄煤層智能開(kāi)采經(jīng)驗交流現場(chǎng)會(huì )上獲悉，當前，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，全國范圍內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，1.3米以下的薄煤層約占保有儲量的20%左右，尤其是四川、重慶、湖南、湖北等地區，薄煤層占保有儲量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”。

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

面對薄煤層采煤工作面存在活動(dòng)空間小、跟機作業(yè)難、勞動(dòng)強度大、生產(chǎn)效率低等短板，濱湖煤礦先后克服了空間設計、地面遠控、實(shí)時(shí)感知等多項技術(shù)難題，變革了傳統的采煤機記憶截割+自動(dòng)跟機移架技術(shù)，應用全新的規劃截割技術(shù)，實(shí)現了采煤機支架的靈活調度控制。

據介紹，楊村煤礦、濱湖煤礦薄煤層智能化工作面建成運行以來(lái)，僅需2人遠程操控，自動(dòng)跟機移架率99%，遠程截割率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，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量2.6億噸，占比29%。

“山東能源集團通過(guò)攻關(guān)薄煤層智能開(kāi)采，讓勞動(dòng)強度大、產(chǎn)能效率低、經(jīng)濟效益差、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)現了勞動(dòng)收入與經(jīng)濟效益同步增長(cháng)。”中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì )副會(huì )長(cháng)、中國煤炭學(xué)會(huì )理事長(cháng)劉峰評價(jià)。

薄煤層無(wú)人化進(jìn)行時(shí)

在神東煤炭集團錦界煤礦31302工作面，一名煤機司機干預頂滾筒升降，底滾筒全程自動(dòng)割煤。通過(guò)連續3個(gè)月數據對比，日均產(chǎn)量與單刀割煤時(shí)長(cháng)基本持平，開(kāi)機率提升7.7%，超負荷明顯下降，煤機速度最大可達到14m/min，可常態(tài)化運行。

據國家能源神東煤炭集團黨委委員、副總經(jīng)理賀海濤介紹，從2008年開(kāi)始，神東煤炭針對設備控制權限不開(kāi)放的問(wèn)題，從單機自動(dòng)化水平提升，逐步轉變思路，探索出單機智能化提升、上位機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處高級智能化綜采工作面將建成，人工就地平均干預率將降低至15%。”賀海濤說(shuō)。

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

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

中國中煤能源集團也全方位推進(jìn)薄煤層智能化開(kāi)采。在內蒙古納林河礦區納林河二號礦3-1上煤層，建成1.9米煤厚智能化工作面，自動(dòng)化率達96%，生產(chǎn)班由12人減為3人。截至目前，中煤集團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，中煤集團薄及較薄煤層工作面將全部實(shí)現智能化開(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)現全覆蓋。

淮河能源控股集團現有11對生產(chǎn)礦井，核定產(chǎn)能7790萬(wàn)噸，其中淮南礦區面臨薄煤層開(kāi)采難題。

據淮河能源控股集團黨委委員、副總經(jīng)理李志紅介紹，在薄煤層煤機國產(chǎn)化替代上，淮河能源研發(fā)了矮機身、高過(guò)煤量、高可靠搖臂的國產(chǎn)采煤機。

繪機器人采煤藍圖

李志紅認為，薄煤層開(kāi)采是保護層開(kāi)采，是礦井擴增存量、延緩向深部開(kāi)采速度、延長(cháng)礦井服務(wù)年限、提高資源回收率、實(shí)現安全綠色發(fā)展的關(guān)鍵。

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

中國工程院院士、中國煤科首席科學(xué)家王國法認為，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)無(wú)人化工作面年產(chǎn)400萬(wàn)噸四大開(kāi)采目標。

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

中國工程院院士葛世榮認為，煤礦將走向生產(chǎn)系統常態(tài)智能化，機器人化采礦未來(lái)可期。其中，薄煤層機器人化開(kāi)采系統結構，將由礦山工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)+機器人化系統+數字孿生平臺構成。

“到2026年，全國煤礦智能化產(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”中實(shí)現“順勢轉型”，成為這場(chǎng)煤炭工業(yè)領(lǐng)域重大變革的全新命題。

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

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

“應通過(guò)數字技術(shù)賦能、智能技術(shù)變革，實(shí)現煤炭生產(chǎn)各類(lèi)災害的精準定量防控，轉變社會(huì )公眾對煤礦開(kāi)采屬于‘高危行業(yè)’的固有印象。要聚焦降低勞動(dòng)強度，加快智能單兵、外骨骼輔助等智能裝備研發(fā)應用，釋放先進(jìn)生產(chǎn)力效能。”劉峰建議。

最新數據顯示，截至5月底，全國現有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臺無(wú)人駕駛車(chē)輛在35處露天煤礦推廣應用，1.3萬(wàn)個(gè)固定崗位實(shí)現了無(wú)人值守。

通過(guò)大力推動(dòng)煤礦智能化建設，2016年以來(lái)，全國煤礦井下作業(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平均水平。