浅谈山东煤矿采掘智能化建设

晁文鹏 杨传印

（山东煤矿安全监察局，山东 济南 250031）

山东能源龙矿集团龙郓煤业有限公司“10·20”重大冲击地压事故发生后，中央领导、应急管理部、国家煤矿安监局及山东省委省政府都作出重要指示批示，对煤矿安全提出更高要求，为智能化建设指明方向。随即，山东开展了以“电液集控、记忆切割与物联网等先进技术相结合”的智能化建设行动，实施“少人则安、无人则安”，实现减人、提效、保安全。

1 当前形势

（1）智能化是山东煤矿安全发展的必然要求

目前，山东在册煤矿106处，深度普遍较大，采深最大曾达1518m。瓦斯、水害、冲击地压、高温热害等日益严重，探灾、防灾、治灾作业风险陡然增高。山东煤矿大都是老矿，井下作业战线长、环节多，作业地点人员密集，安全风险点多面广，安全管控难度大。通过应用智能装备，避免人与灾害“短兵相接”，大幅降低风险，确保煤矿安全发展。

（2）智能化是山东煤矿生存发展的必然要求

山东有冲击地压矿井41处，占全省总数的40%，产能8000多万吨，占全省产能的60%。龙郓煤业 “10·20”重大冲击地压事故后，党中央提出了“加快灾害隐患突出矿井淘汰关闭”的要求，若山东再发生冲击地压大事故，41处矿井将面临关闭，后果不堪设想。这不仅对山东省煤炭工业产生致命打击，还对山东能源供应产生巨大威胁，更重要的是直接关乎20万井下煤矿工人、50万煤炭行业职工生活就业和社会稳定。通过智能化建设，来提升防灾、治灾和抗灾能力，遏制冲击地压事故，是山东煤矿“生死存亡”的必然要求。

（3）智能化是确保职工队伍稳定的必要手段

煤矿主要是井下作业，环境差，风险高。受人口结构变化、人口红利消失、就业观念转变等因素影响，煤矿“用工荒”、“招工难”、“留人难”现象日益凸显。目前，井下一线员工平均年龄在40周岁以上，年轻人宁肯少挣钱也不愿到井下多拿钱。通过智能化建设，提升煤矿机械化、自动化、智能化水平，用机器把职工从危险岗位上替换下来，从繁重的体力劳动中解放出来，从恶劣的作业环境中解脱出来，让职工安全工作、体面劳动、健康退休，才能招来人、留住人。

（4）智能化是山东煤炭工业高质量发展的战略选择

通过智能化实现煤矿生产的“机器换人”，推动矿井向安全、高效、清洁、绿色转型，改变拼人力、拼体力、拼工时的落后现状，实现转型升级。智能化建设推进煤炭生产方式和发展模式深层次变革，是山东煤炭工业高质量发展的必由之路，是山东煤炭工业应对安全挑战的战略选择。

（5）煤矿企业实践探索为智能化奠定技术基础

山东煤矿经过3年“机械化换人、自动化减人”科技强安专项行动建设，大型矿井采掘机械化程度达100%，全省煤矿平均采煤机械化程度达92.1%，掘进机械化装载程度达96.3%。滨湖煤矿、翟镇煤矿、王楼煤矿已于2018年各自建成了智能化采煤工作面，形成了“工作面自动控制为主、远程干预控制为辅”的采煤生产模式，现场人员由26人减少至9人，为山东煤矿智能化建设提供了有效示范，奠定了技术基础。

（6）政府部门明确要求为智能化奠定了政策基础

王书坚副省长提出打好“山东煤矿生存保卫战”总要求，山东煤矿安监局与山东省能源局联合印发《关于加快推进冲击地压矿井智能化工作的通知》，布置了“冲击地压矿井采掘工作面必须在2019年底前实现智能化”等具体任务，省科技厅、省财政厅也相继出台相关文件鼓励支持智能化建设。政府各部门积极作为奠定了政策基础。

（7）煤矿企业认识转变为智能化奠定了思想基础

山东煤矿监管监察部门通过召开动员会、座谈会等宣传引导，各矿业集团、大部分煤矿对实施智能化建设已形成共识，统一了思想，从开始的抵触情绪转变到积极主动推进，尤其是各省属煤矿企业及煤矿领导认识到智能化建设是大势所趋，是打赢煤矿“生存保卫战”的关键。

2 建设进展

截至目前，山东已建成84个智能化采掘面（采煤面54处、掘进面30处），其中冲击地压矿井智能化采煤面29处、远程可控掘进面27处。通过大力推进智能化建设，成效显著。

（1）采煤智能化建设取得技术突破，成效明显

采煤面实现了液压支架自动跟机、采煤机记忆截割、运输供电供液等设备远程集中控制操作、工作面自动找直及可视化和按时序自动放煤等功能。按技术方式不同分成两类，一类是LASC惯导技术，如鲍店煤矿7302综放工作面；另一类是支架电液控与人工辅助校正相结合，如唐口矿6308综放工作面、新巨龙矿8301综放工作面等。

（2）掘进智能化进行积极探索，进展顺利

冲击地压矿井实现了掘进工作面远程操控切割，新型掘锚运一体化掘进机和TBM盾构机作业线已开始运行。TBM盾构机作业线集掘进、出矸、支护、除尘、通风于一体，高度机械化、自动化，不仅有效解决了粉尘难题，掘进效率还提升了5～10倍。

山东煤矿智能化建设呈现三个特点：①由原来职工现场操作转变为自动化远程控制、人工干预操作，作业人员远离危险区域，提高了煤矿安全生产系数。②放煤、跟机移架、记忆割煤等功能自动化，有效降低了现场作业人员劳动强度。③工作面作业人员少，减人效果明显。鲍店煤矿7302综放工作面仅用7人，新巨龙煤矿8301综放工作面用9人，与传统开采相比人员减幅达60%以上。

3 存在问题

从建设情况来看，当前智能化建设面临七个方面的突出问题，具体是：

（1）缺乏统一技术标准系统平台

智能化建设是一个多系统、多层次、多技术、多专业、多领域、多工种相互交织关联、相互匹配融合复杂的系统工程，国家层面有关智能化建设规范标准仅在《智慧矿山信息系统通用技术规范》和《煤炭工业智能化矿井设计标准》中提到，内容不明确，可操作性不强，而煤炭行业领域内又缺乏统一系统平台。建设中，智能化子系统之间各自为政，生产厂家参差不齐，技术协议、通讯接口不统一，技术相互保密，信息不能共享，从而造成各子系统数据的介入、集成、处理、传输出现困难，阻碍了智能化建设。

（2）当前智能化技术适应性有待提高

煤层厚度稳定、倾角小、构造简单等客观条件比较好的煤矿企业，智能化建设比较成功，但现场也离不开人员监控、微调、干预。开采深度大、矿压高、断层多、构造复杂的矿井，当前智能化技术难以适应，需要煤矿结合实际与厂商联合研发适合的智能化技术装备。

（3）部分关键技术还没有得到有效解决

如煤机精确定位和工作面自动找直、煤岩识别等关键技术还没有解决，掘进切割受粉尘和喷雾影响不能有效远程控制；数字地质模型的建立和能够准确判断断层等地质构造等方面的技术有待突破；煤矸量控制难度大，容易出现误操作造成设备故障。这些技术制约了智能化使用效果。

（4）建设投入成本高，资金压力大

智能化建设涉及设备多、系统多，在正常设备投入基础上，还要投入智能化控制系统费用，总投入比较大。如某煤矿6308综放面仅更换了167副支架及电液控、采煤机、刮板机和实施智能化集成就投入了1.3亿元，另外，后期维护费用也比较高。由于系统复杂，所需的设备、传感器、摄像仪、缆线等种类多、数量大，在井下恶劣的工作环境中容易损坏，智能化系统配件价格比较高，维修费用较高。初期安装和日常维护投入多，导致建设投入成本比较高，尤其对地方国有煤矿来讲负担较重。

（5）人才队伍素质满足不了需求，培训周期长

智能化采掘工作面是对现有炮采、综采、炮掘、综掘等传统工艺的颠覆，智能化采掘设备涉及机、电、液、通信、控制等多个专业，现场需要多专多能的高素质人员。这些高素质人员培训周期长、培养慢，跟不上智能化建设应用需求。比如唐口煤矿选拔14名高学历高技能人员组建智能工作面大学生班组到设备厂家、煤矿采面进行了一个多月的现场学习，才能为该矿6308智能化工作面安装、运行奠定基础。而对于市县属煤矿，由于现有开采工艺原因，对智能化缺乏直观认识，管理人员缺乏理论知识，智能化操作维护人才严重匮乏。这些因素严重制约了智能化建设与应用。

（6）个别煤矿存在建用脱节、建用两张皮

采掘智能化是对传统采掘工艺的革命，从操作层面上讲，是由原来的就地人工操作支架变成远程计算机键盘操作。受思想认识、地质条件、人员素质、工作习惯等因素的影响，个别煤矿智能采掘工作面的建设和应用脱节，仅在外来检查和参观时进行智能化演示，而正常生产时还是人工操作，不能坚持正常使用。除上述原因外，还有的智能化设备不适应煤矿实际，常要人工微调，耽误时间，影响产量。这就需要在使用中发现问题，改进完善，需要以用促练、以用促建。

（7）个别煤矿认识不足，存在畏难情绪

有的煤矿没有认识到智能化与安全生产的关系，没有意识到智能化是煤炭行业的发展趋势，思想依然守旧，不想进行智能化建设。有的煤矿看到智能化建设对人员素质和资金投入要求那么高，出现了畏难情绪。有的煤矿认为智能化就是无人、智能、自动，难度大，不易实现，人为拔高难度，不敢建。还有的想看别人如何干，干成了再跟着学，存在“停一停、等一等”的等待观望思想。这些情况也阻碍了智能化建设，减缓了建设进度。

4 采取措施

（1）强化宣传，切实提高思想认识

山东煤矿安监局4月份召开了冲击地压矿井采掘智能化实施方案核查暨智能化建设动员会。会上强调，智能化是打好山东煤矿“生存保卫战”的关键科技手段，是贯彻落实全省煤矿安全生产工作会议精神的重要举措，要求各集团公司、煤矿企业提高政治站位，认清形势，统一思想，抓好智能化建设工作落实。同时，在门户网站开辟“冲击地压矿井采掘智能化”专栏加强引导、督促建设。为了指导建设，组织矿级领导、总工及相关技术人员和煤矿安全监察员共约1400人分12期对《山东省煤矿冲击地压防治办法》进行专题培训。该《防治办法》中明确了采掘智能化建设要求，解决了采掘智能化建设中一系列问题，具有很好的指导意义。另外，通过报纸、刊物等报道山东煤矿智能化开采工作的典型经验和成功做法，督促煤矿企业依靠科技提升保障能力和安全管理水平，进一步推进智能化建设。

（2）强化服务，推动技术装备研究

山东煤矿安监局与国家煤矿安监局联合举办了煤矿安全科技进山东活动，组织高校、科研院所和设备厂家等单位的煤矿智能化开采方面知名专家举办专题讲座进行现场指导和技术交流，组织全国知名厂家进行了智能化开采方面的科技成果及先进适用技术装备展示，鼓励煤矿企业、设备厂家和高校科研院所成立各种形式的煤矿智能化技术合作联盟和创新机构，开展联合攻关合作，致力于解决煤矿智能化关键技术问题，推动智能装备研究应用。

（3）强化引领，创建示范工程建设

山东煤矿安监局督促煤矿企业按《发改委关于加快煤矿智能化发展推动智慧煤矿建设的指导意见》实施智能化建设示范工程活动，对进入“100个智能化示范矿井”的煤矿企业按照国家政策给予产能提升和财政资金支持，让智能化示范矿井起到引领作用，同时，协助煤矿企业向山东省科技厅争取智能化科研项目立项，支持煤矿企业开展智能化设备研发试用，鼓励支持煤矿企业根据自身条件提出并制定智能化验收规范或标准，指导煤矿智能化建设标准化。目前，井下智能设备、机器人岗位代替等都已纳入国家中央预算内资金管理范围，山东煤矿安监局将积极争取国家资金及相关政策，优先支持煤矿申报中央预算内投资安全改造等重大灾害治理项目，加快推动山东煤矿装备升级改造，提升全省煤矿智能化装备水平。

（4）强化培训，加强人才队伍培养

煤矿智能化应用发展离不开人才支撑。山东煤矿安监局借助科技周活动组织专家讲座、经验交流会，加强对煤炭从业人员的自动化、信息化、智能化知识培训，支持矿业集团创新职业模式开辟智能装备工程师职业通道，提高待遇，畅通评优渠道，培养适应自动化、智能化生产的高端专业人才，督促煤矿企业强化现场培训，提高处理问题能力，引导煤矿企业与高校合作，实施校企联合培养，开展煤矿智能化专业教育，提高从业人员素质，为煤矿智能化建设提供技术人才支撑，同时，鼓励煤矿企业借鉴电力、石油等行业企业做法，加大对智能化人才的引进力度，为煤矿智能化建设应用提供人才保障。

（5）强化执法，推进智能化建设

煤矿是智能化建设的责任主体。要求各级煤矿安全监管监察部门强化监管监察责任，督促煤矿企业落实主体责任，推进智能化建设和应用。督促煤矿加强应急管理，强化各个环节的风险管控。在智能化建设中，新技术、新装备多，会遇到很多问题，会出现很多风险，督促煤矿强化安全措施，加强现场管理，确保建设安全。帮助煤矿协调解决智能化建设中存在的突出问题，持续推进属地煤矿加快智能化建设。组织召开片区推进会、示范矿井观摩会、座谈会等形式，推动工作落实。

5 总结展望

目前，山东煤矿企业都成立了专职机构，投入大量人力物力进行智能化建设，积极联合设备厂家或高校科研院所成立工作站、研究院等进行技术攻关，组建大学生智能队，设立智能装备工程师职务，实施全员理论技能实操培训，培养智能化建设运行维护专业人才。随着智能化工作面建成投用，山东煤矿采掘面高危岗位减员明显，全省将约减5000人，与传统开采相比减幅达60%以上。各矿业集团结合智能化建设情况也提出了自己劳动组织定员目标。枣矿集团提出“5788”目标（“5”指薄煤层智能化工作面单班出勤人数不超过5人，“7”指中厚煤层智能化工作面单班出勤人数不超过7人，“8”指中厚煤层自动化工作面单班出勤人数不超过8人；“8”指掘进工作面单班出勤人数不超过8人），兖矿集团公司提出了“155”、“277”、“388”目标，新矿集团提出了双9目标，临矿集团公司提出了双6目标等。

智能化建设前期投入虽大，但它不仅能够降低职工劳动强度，减少危险岗位人员，改善作业环境，还能提高安全生产系数和作业效率，大幅提升煤矿安全科技水平，实现煤矿高效安全生产，推进山东煤矿安全生产迈向新台阶，步入新时代。