王国法院士：煤矿智能化开采新进展
自2000年铁法煤业集团小青矿引进刨煤机组建成国内首个自动化工作面以来，经过20 年发展，我国工作面智能化开采经历了跟跑、并跑、领跑3个发展阶段，形成了薄煤层和中厚煤层智能化无人操作,大采高煤层人-机-环智能耦合高效综采,综放工作面智能化操控与人工干预辅助放煤,复杂条件智能化+机械化4种智能化开采模式。
文章来源：王国法，徐亚军，张金虎，等.煤矿智能化开采新进展[J]. 煤炭科学技术, 2021, 49(1): 1-10.
智能化开采是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。 经过20多年发展，我国智能化开采形成了薄煤层和中厚煤层智能化无人操作，大采高煤层人-机-环智能耦合高效综采，综放工作面智能化操控与人工干预辅助放煤，复杂条件智能化+机械化4种智能化开采模式。 为了解决工作面综机装备智能决策难题，研发了工作面智能协同控制系统，实现采煤机自适应割煤与自主感知防碰撞，基于煤流量智能感知的采煤机、液压支架、刮板输送机等综采装备的协同联动，工作面综采装备与端头和超前支架的联动控制。上述研究成果在陕北侏罗纪1.1 m硬煤薄煤层、金鸡滩煤矿8 m超大采高综采、金鸡滩煤矿9 m以上硬煤特厚煤层综放开采进行应用，效果显著，实现了陕北侏罗纪1.1 m硬煤薄煤层高效智能化无人开采，8 m超大采高工作面人－机－环智能耦合高效综采，9 m以硬煤上特厚煤层超大采高智能化综放开采。
1 工作面智能化协同控制系统研发新进展
智能化开采的特点是工作面系统和装备具有智能感知、智能决策和智能控制3个智能化要素。我国智能化开采初级阶段的发展也与之相应经历了3个发展时期。
2014年黄陵煤矿实现了基于采煤机记忆截割、综采装备可视化远程干预的初步智能化开采，主要解决基于视频信息的智能感知问题。
2016年兖矿集团转龙湾煤矿采用LASC惯性导航装置实现工作面设备自动找直，主要解决工作面设备智能控制问题。
2018年，张家峁煤矿和巴拉素煤矿分别进行生产矿井智能化改造和新建矿井智能化煤矿顶层设计，通过建设矿井智能管控平台来解决智能决策缺失问题。
目前智能化开采3要素中，智能感知发展相对充分，智能控制也有一定程度发展，而智能决策发展则相对滞后。
2 陕北侏罗纪1.1m硬煤薄煤层高效智能化无人开采
薄煤层作业空间狭小，开采作业困难，工人进出工作面难度大，综采设备尺寸与功率的矛盾突出，智能化无人开采是实现薄煤层安全高效开采的唯一途径。由于陕北侏罗纪硬煤薄煤层采高小、煤层硬度高，现有综采机组与配套模式不能满足安全高效的要求，必须要研发新的机型与设备配套模式：
1）选用ZY9000/088/16型液压支架，支护强度0.73~0.82MPa，解决了薄煤层液压支架调高幅度有限的问题；
2）研发单孔固定立柱柱头的新型柱帽，充分压缩立柱柱头尺寸，确保液压支架最小高度得以实现，增大立柱伸缩比，提高液压支架开采范围；
3）发明了采煤机电缆拖拽装置（图12），通过牵引装置拖拽电缆夹在电缆槽中移动，有效解决了薄煤层工作面电缆叠层布置影响工作面最小采高难题；
4）研发了MG450/1050-WD薄煤层滚筒式采煤机（图13），装机功率1050kW，解决了薄煤层设备破煤难题，有效提高破煤效果；
5）进、回风巷采用反握销排卧底式布置方式（巷道高度2.6m，卧底量1.5m），工作面不设过渡架，机头、机尾电机设置可伸缩式底托架，解决了工作面机头、机尾电机布置难题（图13、图14）。
整套装备于2020年10月在张家峁煤矿薄煤层工作面投入运行，实现了1.1m薄煤层工作面智能化无人操作。
3 超大采高人-机-环智能耦合高效综采
为了解决超大采高工作面因采高增加带来的强动载矿压与煤壁片帮冒顶等问题，笔者提出了基于支架与围岩耦合的超大采高液压支架自适应控制技术（图15），研发了超大采高工作面人-机-环智能耦合高效综采模式，实现了超采高煤层安全高效开采。
基于采煤机行走位移检测、工作面仰俯角检测、调高油缸及摇臂角度监控等系统，解决了超大采高工作面采煤机机身三维空间位姿的全方位、高精度测量难题。在此基础上，开发了基于记忆割煤控制+人工干预+地质条件变化实时调整截割轨迹的控制策略，实现了采煤机高精度自动截割调控。根据运量负荷要求，开发了配置煤量自适应变频调速控制系统的槽宽1400mm、驱动功率3×1600kW的重型刮板输送机，提出了基于电流反馈的激光扫描煤量监测及智能调速方法，实现了重型装备的无级软启动、智能调速与采运协调；研制了槽宽1400mm的高强度自动伸缩机尾，实现了链条动态控制和自动张紧，提高了超大运量链条的可靠性；开发了落地式折叠机身的巷道可伸缩带式输送机，实现了工作面的连续快速推进。
4 硬煤特厚煤层超大采高智能化综放开采
针对以金鸡滩煤矿为代表的西部特厚硬煤综放开采存在顶煤冒放性差、采出率低的难题，研制了液压支架状态监控系统，实现了智能、精准、高效放煤。研发了具有自主知识产权的IMOSS惯性导航系统（图17），实现了工作面直线度动态调整。研制了总装机功率达14210kW的超大运量自适应智能化输送系统，发明了针对大块硬煤卸载、转载多级破碎输送系统。并在金鸡滩煤矿12-2上117工作面成功应用，建成了世界第1个7 m超大采高综放工作面。最高日产7.91万t，最高月产202.01万t，采出率达到了92.06%，单工作面具备年产2000万t的能力。
1）当前智能决策发展相对滞后，研发了工作面智能化协同控制系统，通过建立割煤、运煤、移架协同联动机制，实现采煤机、液压支架、刮板输送机协同联动、自动运行，达到智能决策效果。
2）研制了新型结构大功率、高刚度薄煤层液压支架、电缆夹拖拽装置和大功率半悬机身薄煤层滚筒式采煤机，满足了陕北侏罗纪1.1m 硬煤薄煤层高效智能化无人开采需要。
3）发明了工作面多应力场耦合围岩稳定性智能控制方法和3级分体式护帮装置，基于记忆割煤控制+人工干预+地质条件变化，实时调整截割轨迹的控制策略，解决了采煤机高精度自动截割调控难题，实现了金鸡滩煤矿超大采高工作面智能化开采。
4）研发了具有自主知识产权的 IMOSS 惯性导航系统，实现工作面直线度动态调控；研制了超大运量自适应智能化输送系统大块硬煤卸载、转载多级破碎输送系统，实现了金鸡滩煤矿硬煤特厚煤层超大采高智能化综放开采。
王国法，徐亚军，张金虎，等.煤矿智能化开采新进展[J]. 煤炭科学技术, 2021, 49(1): 1-10.
WANG Guofa, XU Yajun, ZHANG Jinhu, et al. Newdevelopment of intelligent mining in coalmines[J]. Coal Science and Technology,2021, 49(1) : 1-10.
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编辑整理：李金松