從井下採煤到監控中心採煤，煤炭跨入「無人開採」時代 |「砥礪奮進的五年·能源跨越之路」④

在陝煤化黃陵礦業一號煤礦地面指揮中心，採煤機司機劉錦和綜采支架工何厚水嫻熟地操縱著控制系統按鈕，而此時在井下400米的地方，大量煤炭資源已連續不斷地開採出來。這一在黃陵一礦看似再平常不過的場景，卻是全國幾代煤炭工人曾經夢寐以求的——煤炭開採終於實現了無人化。

煤炭開採業歷來是「高危行業」，在終年不見天日的井下，不僅黑暗潮濕，更「潛伏」著水、火、瓦斯、煤塵、頂板等自然災害，時刻威脅著煤礦工人的生命安全。21世紀以來，儘管煤礦百萬噸生產死亡率逐年下降，但要讓煤礦工人從這種惡劣的工作環境中解放出來，實現無人化開採才是真正的「治本之策」。

2015年4月，黃陵一礦自動化工作面率先達到了工作面內「有人巡視、無人操作」的常態化生產，實現了安全生產「零」事故，開創了綜采工作面采場無人化採煤的先河。同年5月19日，國家安監總局、國家煤監局組織了「全國煤礦自動化開採技術現場會」，在全國推廣黃陵一礦智能化無人開採技術等先進經驗。至此，採煤方法經歷了人力、炮采、普采和綜采，正向自動化、智能化方向發展，初步實現了無人化開採。

文丨武曉娟

能源報記者

全文約4200字 建議閱讀 8 分鐘

「無人化是世界煤炭開採技術發展的必然趨勢，也是當前實現煤炭行業安全高效生產的迫切需要，而目前也已走在世界煤炭無人化技術研究的前列。」煤炭科工集團董事長、煤炭科學研究總院院長王金華說。（王金華關於無人開採的更多精彩言論，請查看今日二條推送）

據記者了解，「十二五」期間，依託國家863計劃「煤炭智能化掘采技術與裝備」和國家發展改革委「煤炭綜采成套裝備智能系統」等重點專項支撐，煤炭科工集團、天地科技股份有限公司聯合平煤神馬集團、山西太重煤機、礦業大學等企業科研院所高校開展了自動化無人開採技術的研發工作，取得了開創性的成效。在此基礎上，神華、中煤、陝煤、同煤、陽煤、兗煤、晉煤、平煤、冀中能源、國投新集等大型煤炭企業也都開始進行探索與嘗試。煤炭科工集團天瑪公司（以下簡稱「天瑪公司」）的成套智能化無人開採技術率先在陝煤化集團黃陵礦業公司一號煤礦實現突破。

「早在公司成立之初就把智能無人化開採作為煤炭科工集團的重點研究和產業方向。」天瑪公司董事長張良說，「我們希望通過自動化設備代替工人進行煤礦現場開採，直接減少採煤工作面作業人員數量直至無人化，從而減少人員傷亡、保障安全、達到無人則安。真正讓一線採煤工人遠離危險、惡劣的工作環境，讓採煤變成一項安全、受人尊敬的體面工作。」

事實上，早在2008年，天瑪公司自主研製的SAC液壓支架電液控制系統應用於神華寧煤集團石溝驛煤礦，實現了第一套完全自主知識產權液壓支架電液控制系統首套應用，翻開了煤礦智能化開採國產化的篇章。SAC液壓支架電液控制系統的推廣應用，讓全國300多個綜采工作面用上自主創新的國貨精品，打破了國外長期壟斷，實現了對進口產品的替代。

2012年，為加大無人化開採研發力度，天瑪公司成立了無人化項目部，組建了以「綜采工作面無人化開採」為核心的80人專業研發團隊，並提出智能化無人開採「可視化遠程干預」和「智能自適應」兩步走的技術發展路線，拉開了「智能化無人開採」探索的序幕。

「2013年，我帶著智能化項目到黃陵一礦進行考察。在與礦上技術人員接洽交流的過程中，礦方有進一步改進工作麵條件的需求，該礦條件又好，我就琢磨著，我們應該可以更進一步合作，嘗試推進工作面無人化操作技術。」至今回想起來，智能無人化開採團隊項目部經理黃曾華還很激動，「有了這個想法我就有點按捺不住，2014年剛過完春節我就帶隊冒著大雪去了黃陵一礦，進行進一步的論證考察。」

黃曾華回京后，將所有想法寫成方案向上彙報並得到迅速回饋，公司將該項目作為頭號重點項目，並得到黃陵公司的大力支持。隨後，天瑪公司的技術人員來到了現場，開始進行工程部署和現場定製化開發，尤其在可視化和控制系統方面進行攻關。

黃陵一礦監控中心

「技術設備不是一到礦上就能應用，各個礦井條件千差萬別，新技術裝備的應用在現場都有個磨合的過程。」黃曾華告訴記者。

據他介紹，無人化開採，首先要解決的是如何將在井下就地開採的採煤機轉移到監控中心，當技術條件達到在監控中心可以採煤的時候，問題來了——長期在井下採煤的一線工人還無法轉變在地面也能採煤的思想，第一次在監控中心試采，採煤工人兩手直哆嗦，遲遲不敢下手操作，並一再質疑：「這樣真的行嗎？」時任黃陵一礦機電礦長的徐建軍見狀鼓勵他：「真的可以，如果出了什麼問題，一切後果我來承擔，你放心操作。」這一刀切下去，讓大家興奮不已，意味著工作面無人操縱成為可能。

此後，黃陵一礦成功以順槽控制中心遠程干預的方式創造了連續3個工作循環采場無人的記錄。生產過程中，生產班操作人員由11人減少至3人，在採煤工作面支架支護區域實現了「無人化」操作。實現了第一次突破，給所有人以最大的鼓舞。

把操作台搬到地面

接著，嘗到甜頭的黃陵一礦提出，是不是可以把採煤機遠程干預操作台搬到地面呢？研究團隊又嘗試和黃陵一礦一起解決遠程割煤監控，一鍵啟動的難題。在此過程中發現，將採煤機遠程干預操作台挪到地面，沒有井下安全標準、防爆要求等的約束，實現無人化開採反而更順手。

黃陵一礦操作平台

2014年5月，從項目提出到應用到工作面，不到兩個月，首個智能化無人工作面在黃陵一礦誕生，該工作面首次實現了地面採煤常態化應用，建立了第一個「無人化採煤」工作面。

當年，由煤炭工業協會組織的現場評審專家組一致認為，該項目是煤炭開採從綜合機械化開採到無人化開採的轉折點，讓煤礦工人看到了實現「無人化採煤」的曙光，達到了國際領先水平。在煤炭開採行業首次以引領者的身份進入了一個以「智能化無人開採」為標誌的煤礦安全生產新時代。

時任國家安監總局副局長、國家安全生產應急救援指揮中心主任王德學一行深入1001工作面了解智能化無人開採技術后，高興地說：「黃陵礦業一號煤礦在水、火、瓦斯、煤塵、頂板『五害俱全』的情況下，實現綜采工作面無人化開採，讓人心靈感到震撼，這不僅是深入貫徹習近平總書記提出的紅線意識和紅線理論的具體表現，是一項創舉，一次採煤技術的歷史性跨越，更是一場煤礦開採根本性的革命，為煤炭事業的發展和安全生產事業的發展探索出了一條嶄新的道路，成為全國煤炭行業實施無人化開採技術的先行者，代表了煤炭事業的前進方向，可以稱之為『國煤一號』。」

智能化無人工作面的成功背後凝聚了煤礦科技人員眾多心血與智慧。在煤礦複雜的地質條件、惡劣的環境、各種次生災害下如何對數百台的綜采設備陣列實現智能化控制並非易事，需要不斷創新，「讀懂」煤礦。

工作人員正在操作

無人化開採技術研發過程中，涉及視頻、語音、井下通訊、數據傳輸、煤岩界面識別、採煤機位置檢測等多項技術，並需要在各項技術基礎上集成、創新。其中，「煤岩界面識別」是實現無人化開採的一項關鍵技術，國外嘗試了20多年至今沒有結果。國內的專業技術人員也曾試驗音頻、紅外、炭檢測等多項技術，均無突破性進展。

面對「煤岩界面識別」等高難度技術短期難以攻破的實際境況，王金華提出兩步走戰略：第一步，採用視覺沉浸技術，把人的眼、耳感官延伸到工作面，在實現跟機自動化的基礎上遠程干預式的「無人化」採煤；第二步，在不間斷地對「煤岩界面識別」「自動找直」「防飄、防扎」等相關課題深入研究取得突破性成果后，實現完全智能化無人化採煤。

第一步戰略可以使採煤工人「身臨其境」監控採煤生產，實現在順槽監控中心對工作面設備進行遠程操控，當發現生產過程出現偏離，可及時進行人工遠程干預，從而達到工作面內無人開採的目的。在此模式下，實現了一定程度的無人化開採，但眾多人工開採不會遇到的問題相繼出現：採煤作業粉塵影響視頻效果、液壓支架自動移架直線度難以保證、綜采設備姿態控制和防碰撞等等一系列難題擺在了技術人員的眼前。

團隊科研人員長期深入煤礦井下一線作業現場、充分借鑒其他行業先進技術手段、與國內外一流的科研院所進行交流，在自動化開採向智能化無人開採的路上不斷披荊斬棘：他們將用於火箭導彈的高精度慣性導航系統引入煤礦井下，成功的實現了工作面直線度的檢測和智能控制；將納米塗層應用於攝像頭減少煤塵在鏡面的累積；通過紅外線熱成像儀對採煤機滾筒進行增強現實以消除粉塵的阻擋；使用多種位姿感測器融合檢測設備姿態並自主控制……

最終，「國產裝備智能化無人開採技術研究與工程實踐」項目獲得煤炭工業科學技術一等獎，「智能煤礦建設關鍵技術與示範工程」獲得國家科學技術進步獎二等獎，「煤炭綜采工作面智能化無人開採技術及裝備」獲得工業大獎表彰獎。短短五年時間，已申請煤礦智能化無人開採相關發明專利60餘項，其中獲得授權40餘項，形成了具有自主知識產權的煤礦智能化無人開採技術專利體系。

2015年5月，時任陝煤集團黃陵礦業公司董事長范京道在「全國煤礦自動化開採技術現場會」上介紹，一號煤礦智能化無人綜采工作面運行一年，生產原煤190萬噸，開機率97.3％，完全能夠滿足礦井正常生產需要。成本比國外同類設備降低一半以上的同時，每年可節約人工成本500萬－600萬元。

國家安監總局副局長、國家安全生產生產應急救援指揮中心孫華山在該會議上強調，要學習推廣黃陵一號煤礦智能化無人開採技術等先進經驗，發揮典型示範帶動作用，提升煤礦機械化、自動化、信息化和智能化「四化」水平，促進產煤地區和大型集團企業實現減礦、減面、減產、減人「四減」要求，推動更多煤礦實現「零死亡」目標，促進全國煤礦安全生產形勢持續穩定好轉。

為加快成果轉化及技術應用推廣，王金華帶領團隊針對煤礦各種複雜地質環境形成了不同「智能化無人開採技術」成套解決方案，並在神華集團、陝煤化集團、冀中能源、陽煤集團等15個礦區50多個綜采工作面進行了推廣應用。

在寧煤金鳳煤礦、棗礦濱湖煤礦等實現了薄煤層綜采工作面的智能化無人開採，在提升開採效率的同時將人員降到零，為薄煤層礦井提高效益，解決企業生存問題提供了一條有效途徑；在淄礦集團巴彥高勒煤礦、淮南張集煤礦、兗礦轉龍灣煤礦、陝煤紅柳林煤礦等複雜地質條件中厚或大采高工作面，實現智能化少人開採，減少工作面作業人員50%以上，有效降低了煤礦工人的勞動強度，改善了勞動環境，提高了煤礦安全生產水平。

2016年6月1日，國家發改委、國家能源局印發的《能源技術革命和創新行動計劃2016-2030》提出：「2030年實現智能化開採，重點煤礦區基本實現工作面無人化、順槽集中控制。」相信在科技不斷發展和國家政策強力支持下，從工作面局部無人開採到實現全工作面無人開採的那天，將加速到來。

End

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出品 | 能源報（ID：cnenergy）

責編 |盧奇秀

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