创造智慧动能 引领能源变革——兖矿集团采掘智能化建设卓有成效

文/孟祥军

（责任编辑：邵冰锋）

矿井智能化技术的研究和应用，是煤炭工业科技进步的前沿课题，也是煤炭企业安全高效发展的主攻方向。八部委联合印发的《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，为煤矿智能化建设指明了方向，对煤炭工业的高质量发展具有里程碑式的意义。

兖矿集团作为中国唯一一家拥有境内外四地上市平台的特大型煤炭企业，认真落实“机械化换人、自动化减人”的部署要求，以理念创新、科技创新、管理创新为驱动，以经济效益、社会效益、生态效益协同提高为目标，大力实施“科技兴企、创新驱动”战略，坚持“以人为本、安全发展”的理念，立足“装备智能化”和“少人、无人化”安全生产的目标任务，着力推进煤炭安全高效开采技术和装备优化升级，加快建设全球一流矿业集团和绿色能源服务商。

一、树立标杆，始终走在采掘智能化建设的前列

兖矿集团经过40多年的发展，逐步在国内外建成山东、山西、新疆、陕蒙、贵州、澳大利亚六大煤炭生产基地，共33对生产和在建矿井。在采掘机械化、自动化、信息化、智能化技术方面，兖矿集团始终保持国内先进水平。

在智能化采煤方面，本世纪初，兖矿集团以先进综放技术为依托，在兴隆庄煤矿首次将电液控制系统应用于放顶煤工作面，并发明了适宜自动化开采的两柱掩护式放顶煤液压支架，实现了综放自动化开采技术的重大突破。同期，两柱掩护式放顶煤液压支架专利成功转让德国DBT公司，并在澳大利亚得到应用，开创了煤炭开采技术向世界先进采矿国家输出的先例。2014—2017年，国内首次引进澳联邦科学院以惯性导航系统为核心的LASC技术，形成一整套集工作面自动找直、通讯、视频、检测、控制于一体的国产智能化综采装备，在转龙湾煤矿3～4米煤层综采工作面成功应用，荣获2018年中国煤炭工业科学技术一等奖。

在智能化掘进方面，自上世纪70年代末，兖矿集团在国内率先应用成套机械化掘进装备，较早实现了掘进的机械化作业；1999年，引进美国久益公司的连续采煤机在南屯煤矿进行房柱开采；2005年，引进奥钢联ABM20S型掘锚一体机，在鲍店煤矿投入使用，积累了早期应用先进掘进装备及工艺的经验；2006年以来，兖矿集团持续进行掘进装备技术的探索与实践，推广应用连续采煤机和掘锚一体机等高效掘进装备，2016年起在金鸡滩煤矿使用连续采煤机，配套四臂锚杆钻车、梭车、给料破碎机等设备，进行煤巷双巷掘进，月进尺始终保持在2000米水平，2018年在鄂尔多斯能化公司石拉乌素、营盘壕煤矿使用山特维克MB670型掘锚一体机，为掘进工作面后续装备提升积累了有益经验。

二、制定标准，确立采掘智能化建设发展目标

兖矿集团秉持高屋建瓴的战略思考，牢固树立“有人巡视、无人值守”“智能化监控、可视化操作、远程化控制、信息化互动”和“装备升级、减人提效”的理念，加强顶层设计，科学谋划煤矿采掘智能化建设，制定《煤矿智能采煤工作面技术规范》《煤矿智能掘进工作面技术规范》；建成了基于大数据平台的营销共享平台，完成了基于北斗导航的信息技术研究应用，成功开发出高精度移动指挥调度系统、北斗天地公共位置服务平台以及北斗高精度定位终端等一系列新产品；按照“安全、绿色、智能、高效”的原则，先后制定了“四型”矿井建设及集团公司智能开采发展规划，实行装备换人、技术换人、管理换人；分类推进矿井限员管理，提出了“155、277、388”的智能矿山建设目标：一类矿井实现每班下井人数不超过100人，采煤和掘进工作面不超过5人；二类矿井实现每班下井人数不超过200人，采煤和掘进工作面不超过7人；三类矿井实现每班下井人数不超过300人，采煤和掘进工作面不超过8人。

三、稳步推进，采掘智能化建设取得新突破

按照国家煤监局“一优三减”和“四化”建设要求，兖矿集团坚持把采掘智能化建设作为厚植煤炭产业发展优势、应对变革挑战、赢得发展先机的重要战略部署，找准自动化、信息化、智能化的主攻方向，采掘智能化建设取得新突破。

1.国内矿井采掘智能化建设取得崭新成就

兖矿集团2019年累计投入10.02亿元，建成19个智能采煤工作面和15个智能掘进工作面。采煤方面，本部冲击地压工作面全部实现智能开采；掘进方面，井下在用44台掘进机全部完成遥控截割改造。

在智能采煤建设方面，根据不同的煤层地质条件，优化生产布局，提出了智能化综放系统的总体架构，先后建成鲍店、赵楼煤矿等一批可常态化运行的一类智能综放工作面。研发了液压支架智能时序放煤、采煤机记忆截割、输送系统联动运行等关键技术和装置，探索三角煤自动截割工艺，实现了由常规“端部斜切进刀”向“两端割全刀、中部割半刀”截割新工艺的转变。完善了端部成套支护系统的智能化控制，减少了两端头作业的影响时间，提高了回采效率。建设了“地面总监控调度—顺槽区域控制层—子系统”三级控制体系，实测自动跟机率及记忆截割率均达到90%以上，自动找直曲线纵向偏差小于0.2米，直接参与工作面生产作业人员由16人减至7人，工作面日产始终维持在2万吨以上高产高效水平。建成首个7米超大采高一类智能综放工作面—金鸡滩煤矿117工作面，在实现智能开采的同时达到年产2000万吨高产高效水平，开创了世界特厚硬煤智能化开采历史的先河。

在智能掘进建设方面，建成鲍店煤矿7304胶顺、石拉乌素北部集运巷等4个智能掘锚工作面，掘锚工作面月进尺达到670米以上水平，单进提高2倍以上；建成金鸡滩102胶辅顺槽智能连采工作面，月进尺达到1700米以上水平，在国内处于领先地位。济三煤矿18301新增胶顺智能综掘工作面，实现了综掘机远程遥控截割、带式输送机可视化集中控制、大块煤矸破碎、转载点无人值守等功能，工作面迎头200米范围内作业人员由12人减至7人。

在矿井基础建设方面，兖矿集团在下属的兴隆庄、东滩、天池等矿井已全部建成万兆环网，通过5G、大数据中心等一系列重点项目和信息产业的布局，形成全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的智能控制系统，不断推进自动化、信息化、智能化“三化”能力提升，为“安全、绿色、智能、高效”四型矿井建设提供了强力支撑。

2.海外矿井采掘智能化建设走在世界前列

澳大利亚澳斯达煤矿依靠先进可靠的自动化控制系统，应用采煤机惯性导航、滚筒防碰撞联动控制、工作面底板水平/高程控制、工作面设备自动端面对准以及远程可视化控制等技术，首次实现工作面内无人智能开采。莫拉本煤矿智能采煤工作面单班作业人员6～7人，达到日进尺20米，年产800万吨水平；应用掘锚一体机，单班作业人员5～6人，达到月进尺1400米水平。

3.优化开采布局，探索矿井巷道布置新模式

结合矿井灾害类型和建设进展，持续优化调整煤矿开采布局，根据不同煤矿埋深、煤层厚度、倾角、上覆岩层岩性、瓦斯、断层等情况，揭示了工作面周围沿倾向和走向内外应力场分布规律，提出了上覆岩层存在“即时加载带、延时加载带和静载带”的载荷三带理论，揭示了不同矿井在矿压特征及应力场分布等方面的本质差别，大力推广回采巷道与相邻工作面顺槽小煤柱、无煤柱、负煤柱护巷技术，实行一矿一策、分类管理、分区管控的矿井生产布局方案，形成了不同种类、不同强度的巷道支护模式，杜绝了相邻矿井因开拓布局不合理造成的开采事故，为保障矿井智能化生产奠定了基础。

四、深根固柢，采掘智能化建设取得有益经验

兖矿集团遵循智能化矿山建设规律，积极探索煤矿采掘智能化开采新路径，取得了有益的建设经验。

1.奠定基石，制定智能化矿井建设标准

兖矿集团认真研究把握国家和行业政策，充分了解国内外自动化采煤装备最新研发情况。组织相关人员到美国白橡树煤矿、坎伯兰煤矿和国内的黄陵矿区、滨湖煤矿等智能化先进矿井进行现场调研，重点选择部分矿井进行跟班写实，结合兖矿下属矿井的生产情况，制定采掘工作面智能分级分类标准，为智能化工作面标准和方案制定奠定了基础。

2.技术先行，提供智能化建设技术保障

与国内外上百家知名科研院所建立长期稳定的战略合作关系，柔性引进王国法院士研究团队，引进培养泰山产业领军人才2人、博士后2人，联合开展重大关键技术攻关。投资3300万元，筹建国内首家煤矿智能开采试验中心，搭建集智能开采关键技术与装备研发、测试、试验、培养于一体的综合性服务平台，为智能化采掘工作面及其标准体系建设提供系统配套、技术指导等服务。推进基于自主产权高精度惯导装置的IMOSS系统研制与应用，保证从惯性器件、系统集成到软件开发均实现国产化。

3.人才至上，提供智能化建设人才保障

面向矿井主要负责人、分管负责人、分管副总、采掘区（队）长、技术业务骨干，分批次分层次组织智能化开采技术、电液控系统基础与实操、采掘自动化控制技术等培训，并邀请兖煤澳洲先进智能化矿井从业人员进行经验介绍，累计培训各级管理人员27期、800余人次，确保人人懂工艺、懂原理、懂结构。

4.奖罚并举，提供智能化建设激励保障

制定详细的采掘工作面建设考核管理制度，充分发挥经济杠杆的激励作用。实行重奖重罚，对完成智能化矿山建设目标，建成全省全国示范点、实现限员管理“155、277、388”分类规划目标的矿井，给予不同程度的奖励；对于完成不好的矿井进行对等处罚，确保智能化建设的正常推进。

5.装备提升，提供智能化建设高端装备技术保障

先进可靠的高端装备技术是保证智能采掘工作面正常运行的必要条件。近年来，兖矿集团累计投入数十亿元进行高端煤机装备、智能控制技术的升级换代。同时，大力提升自身高端装备制造实力，打造高端液压支架制造基地，为矿井智能开采建设提供装备保障。在兖矿集团大数据战略和机电设备管理总体思路的指导下，建设智能机电设备运维管理平台，实现以设备资产为核心的全生命周期管理，提高采掘装备管理水平和投资效益。

6.赶超先进，与智能化建设先进矿井开展对标

充分发挥自身国际采矿企业的优势，将国内权属矿井与兖煤澳洲先进智能化矿井进行对标，详细对比分析找差距。结合国内矿井实际，精准定位，建立详细的对标标准及目标，并规划对标计划实施节点，确保目标顺利实现。

目前，我国智能开采尚处于初级阶段，《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》的下发，更加坚定了煤炭企业开展煤矿智能开采的信心。下一步，兖矿集团将重点围绕“四型”矿井建设目标，针对智能化矿井“探—掘—采—运”关键技术，逐步形成分区域、分类型的生产开拓布局新模式，开展矿井精细探测关键技术装备研究；研发掘进工作面智能遥控定位截割技术，持续提升掘进工作面自动化、智能化水平；研究矿井智能化安全生产模式，构建矿井智能化综合监测网络，研发基于大数据分析的重大灾害预警和安全生产运营管控平台，开展智能高效安全生产工程示范，实现“少人、无人则安”的智能生产模式。