薄煤层煤矿“活”了!

穿上黑色胶靴，换上蓝色工作服，头戴安全帽，矿灯和自救器别在腰间，6月18日上午，一阵全副武装后，被包裹的严严实实的记者，先后换乘平巷人车、“猴车”（矿山架空乘人装置），穿梭在错综复杂的巷道中，向井下垂直深度242米处的杨村煤矿4703薄煤层智能综采工作面挺进。

“可以看到，当前第364刀显示，它的最大偏差已经触发了系统的指令，随即通过第365刀，开始调整工作面的直线度。当第365刀割完后，通过第366刀验证我们的找直效果。如果366刀偏差值依然超过我们设定的误差范围，惯导系统就会重复下达找直指令。”来自山东能源云鼎科技的现场工作人员介绍。

记者获悉，通过手持终端，工作人员即可完成对工作面设备的控制，远程控制采煤机截割作业。应用规划截割技术，可对采煤机支架精准控制，进行整刀调整、多刀调整、超前调整，从而使采煤机截割更精准。规划截割系统同步调度控制液压支架，实现了工作面无人连续开采。

因产能小、煤质差、用人多、效率低，拥有近40年历史的杨村煤矿一度经营困难，2015年曾被列入拟关闭矿井行列。然而，伴随智能化技术装备的成功应用，依托数字孪生辅助控制系统、盘古矿山大模型AI服务平台、煤矿GIS公共服务平台、综采工作面国产惯导应用、班组协同交互通讯系统、规划截割等先进技术，杨村煤矿了实现正常条件下工作面内无人作业，达到年产100万吨水平。从人工开采、机械化换人、自动化减人、信息化少人，再到如今的智能化无人，杨村煤矿薄煤层开采历经五代发展，完成了三次飞跃。

“携手华为、天玛智控等先进企业，山东能源集团先行先试开展薄煤层智能无人开采探索实践，推广应用‘数智无人控制’技术装备，杨村、滨湖薄煤层工作面均实现正常生产条件下面内常态化无人作业。”山东能源集团党委常委、副总经理刘健介绍。
 

山东能源集团杨村煤矿薄煤层智能综采工作面参观现场
 

长期以来，薄煤层开采受限于作业空间小、劳动强度大、劳动用工多、产能释放受限等原因，导致矿井经济效益差，普遍作为“呆滞”资源被封存甚至遗弃。不过，伴随开采年限的增加，采面由“厚”转“薄”逐渐成为井工煤矿的必经之路。

记者从全国煤矿薄煤层智能开采经验交流现场会上获悉，当前薄煤层无人化开采取得突破，“工艺装备智能协同”助力开采管控模式发生转变。煤炭生产企业联合科研院所、高等学校开展技术攻关，从“装备形式”到“配套方式”再到“工艺模式”逐步升级，全国范围内建成了一批薄与较薄煤层智能综采工作面。

更多的薄煤层煤矿，正在新一轮智能化、数字化改造中，焕发新机。
来自地层深处的变革

在我国，1.3m以下的薄煤层约占保有储量的20%左右，尤其是四川、重庆、湖南、湖北等地区薄煤层占保有储量50%以上。2m以下煤层受地质条件和空间的制约，开采难度大，生产效率低。

一场来自地层深处的变革，有望改变这一“囧状”。

在山东济宁，距离杨村煤矿60公里外的枣矿集团滨湖煤矿，31606工作面同样实现了无人化。记者获悉，31606工作面面长175m-260米，走向长度1470m，煤厚1.3米，可采储量57万吨。面对薄煤层采煤工作面存在活动空间小、跟机作业难、劳动强度大、生产效率低等短板，滨湖煤矿先后克服了空间设计、地面远控、实时感知等多项技术难题，变革了传统的采煤机记忆截割+自动跟机移架技术，应用全新的规划截割技术，实现了采煤机支架的灵活调度控制。

在31606工作面“三机配套”（即采煤机、液压支架、刮板运输机）上，工作面选用MG550/1270-WD型采煤机，煤机功率由870KW提升至薄煤层矿井功率最大的1270KW，在含有硫化亚铁夹矸且断层多、起伏多、煤层薄的条件下，煤机截割速度由5m/min提速到8m/min。

液压支架上，选用了ZY6000/08/18D型液压支架，最小支撑高度0.8m，最大支撑高度1.8m，这是山东能源集团针对薄煤层采煤工作面自主研发设计制造的新型特异型支架。

刮板输送机的型号为SGZ800/2×525，应用了机头机尾反曲线、伸缩机尾、永磁半直驱、机尾收煤装置等先进技术，减少了三角煤工艺中扫煤环节，平均单刀割煤时间节省30分钟。

据悉，31606工作面无需人员跟机作业，采高不需要考虑人员作业因素，平均少割矸石0.1m，实现了“煤厚就是采高”，煤炭质量明显提升。

杨村煤矿、滨湖煤矿薄煤层智能化工作面建成运行以来，仅需2人远程操控，自动跟机移架率99%，远程截割率100%，有效提高了煤炭资源回收率，而这仅仅是个缩影。

在其隶属的山东能源集团，国内共有75处生产煤矿，拥有2米以下薄煤层的煤矿32处、占比42.6%；32处煤矿薄煤层剩余有效可采储量2.6亿吨、占比29%。

刘健介绍，六大技术创新的加持，助力山东能源集团实现薄煤层工作面常态化无人作业。

在工作面智能控制方面，应用数字孪生技术，为远程控制提供操作建议和控制指令；应用盘古矿山大模型AI服务平台，提高矿井风险防控能力和安全管理水平；应用煤矿GIS公共服务平台，打通多专业横向协同绘图壁垒；应用国产惯导自动找直技术，实现采煤工作面自动找直系统核心关键设备及技术国产化；应用班组协同交互通讯技术，解放双手，提高接收信息的准确性、行为安全性和工作效率；应用多参量耦合模型的规划截割开采技术，提升薄煤层开采效率，降低含矸量。

“山东能源集团通过攻关薄煤层智能开采，让劳动强度大、产能效率低、经济效益差、濒临关闭退出的煤矿成功‘提效增产、提质增盈’，并让矿工‘轻松采煤、体面劳动’，实现了劳动收入与经济效益同步增长，走出了‘以人民为中心’的煤矿高质量发展生动实践。”中国煤炭工业协会副会长、中国煤炭学会理事长刘峰评价。

在刘峰看来，革新煤矿生产方式，可提升矿工劳动价值。数字化、智能化正催生新时代煤矿崭新业态。智能采煤走向常态化运行，实现了从薄煤层、中厚煤层到厚煤层综采和综放工艺的全覆盖。

科技赋能走向“无人化”

不少头部煤炭企业，薄煤层无人化开采频频取得新突破。

在神东煤炭集团（以下简称“神东煤炭”）锦界煤矿31302工作面，一名煤机司机干预顶滚筒升降，底滚筒全程自动割煤。通过连续3个月数据对比，日均产量与单刀割煤时长基本持平，开机率提升7.7%，超负荷明显下降，煤机速度最大可达到14m/min，可常态化运行。

据国家能源神东煤炭集团党委委员、副总经理贺海涛介绍，从2008年开始，针对设备控制权限不开放的问题，从单机自动化水平提升，逐步转变思路，探索出单机智能化提升、上位机集中控制的智能化模式，神东煤炭走出了一条较薄煤层无人化路径。

“到2025年，神东煤炭集团29处综采工作面平均综合自动化率将提升至90%，7处高级智能化综采工作面将建成，人工就地平均干预率将降低至15%。”贺海涛透露。

在我国的可采煤层中，薄煤层占据了很大一部分。有关统计数据显示，84.2%的矿区均有薄煤层分布。这些薄煤层多采用机械化或自动化开采，但产能和经济效益较低。

据中国煤炭科工集团（以下简称“中国煤科”）首席科学家、天玛智控副总经理李明忠介绍，为解决巷道大断面与煤层厚度较薄的矛盾，中国煤科研制了低矮机型的转载机，降低巷道掘进断面；为解决设备大功率与小尺寸的矛盾，中国煤科优化传动布置方式，增大功率密度；为解决设备高适应性与小尺寸的矛盾，中国煤科争取机身高度最小化、装机功率最大化、牵引速度高速化、可靠运转常态化。

中国中煤能源集团（以下简称“中煤集团”）全方位推进薄煤层智能化开采。在内蒙古纳林河矿区纳林河二号矿3-1上煤层，建成1.9米煤厚智能化工作面，自动化率达96%，生产班由12人减为3人。在山西霍西矿区铁新煤矿、合盛煤矿、高家庄煤矿，这些1.3米以下煤厚工作面应用无线传感器，建成采煤机规划截割+支架自动跟机移架智能化工作面。在陕西子长矿区禾草沟煤矿，引进波兰黑龙等高采煤机，探索实现无人化开采新模式。截至目前，中煤集团已建成薄及较薄煤层智能化工作面13个，智能化采煤工作面占比87%。

“薄煤层采煤工作面平均长度提高到原来的两倍以上，平均单产水平提高了40%。2014年起，在唐山沟矿、南梁矿、山不拉矿、禾草沟矿、铁新矿5处工作面立项研究并实践，万吨掘进率降低40%以上，解决了采掘关系紧张问题。”中国中煤能源集团党委常委、副总经理马世志表示。

马世志透露，到2024年底，中煤集团薄及较薄煤层工作面将全部实现智能化开采；2026年底前，薄及较薄煤层工作面无人化开采将实现全覆盖。

淮河能源控股集团（以下简称“淮河能源”）现有11对生产矿井，核定产能7790万吨。其中，淮南矿区面临薄煤层开采难题。

据淮河能源控股集团党委委员、副总经理李志红介绍，在薄煤层煤机国产化替代上，淮河能源研发了矮机身、高过煤量、高可靠摇臂的国产MG500/1200-AWD型采煤机。系统泵站由BRW400/31.5升级为BRW630/40。

根据规划，淮河能源将持续探索透明地质技术的应用，实现精准规划截割；研发适应深井高地压环境的玻璃纤维锚杆，解决两端头截割不连续的技术难题；不断优化国产薄煤层开采装备，提升设备系统的可靠性。

成立于2005年8月的四川省煤炭产业集团（以下简称“川煤集团”），核定生产能力1478万吨/年，共有生产矿井20对，全部由川煤集团华荣能源公司管理。

据四川省煤炭产业集团华荣公司总工程师唐锋介绍，川煤集团的煤层，极薄煤层和薄煤层占比45.4%，煤与瓦斯突出和高瓦斯矿井占比90%，倾斜和急倾斜煤层占比73.3%。

“在薄煤层开采问题上，建议选用适应性强的装备。针对薄煤层开采的特点，应选用高效、稳定、安全特点的智能化开采设备。与此同时，优化采掘工艺和流程，包括合理布置工作面、优化采煤方法、减少辅助作业时间等。”唐锋建议。

机器人化采矿未来可期

当前，部分矿区薄煤层已成为主采煤层，加大薄煤层的开采力度，正缓解老矿区资源的枯竭进程。

多数矿区薄煤层煤质较好，做好薄煤层治理，可解决下部厚煤层压茬问题。解决好高效和绿色问题，薄煤层也可以取得较好的经济效益。

李志红认为，薄煤层开采是保护层开采，是矿井扩增存量，延缓向深部开采速度，延长矿井服务年限，提高资源回收率，实现安全绿色发展的关键。

薄煤层无人化高效智能开采意义深远，其目标与实现路径是什么？

对此，中国工程院院士、中国煤科首席科学家王国法认为，薄煤层无人化高效智能开采，主要包括0.8-0.95米采高无人化工作面年产100万吨、0.95-1.1米采高无人化工作面年产100-150万吨、1.1-1.3米采高无人化工作面年产150-200万吨、1.3-1.6米采高（陕北鄂尔多斯矿区）无人化工作面年产400万吨四大开采目标。

在0.8-0.95米采高无人化工作面年产100万吨这一开采目标中，研发难题是破煤设备大功率与小尺寸矛盾极其尖锐。建议创新超矮机身采煤机动力与电缆拖拽结构。

在0.95-1.1米采高无人化工作面年产100-150万吨这一开采目标中，研发难题是成套装备大功率与小尺寸之间矛盾突出。建议创新煤机型式、支架结构与设备配套模式。

在1.1-1.3米采高无人化工作面年产150-200万吨这一开采目标中，研发难题是成套装备高可靠和无人常态化运行难以保证。建议基于智能开采工艺，实现无人智能常态化运行。

1.3-1.6米采高（陕北鄂尔多斯矿区）无人化工作面年产400万吨这一开采目标中，建议研发较薄煤层智能高效综采成套技术与装备，涉及工艺创新、装备研发、智能监测和协同控制。

“薄煤层无人化高效智能开采，将由‘可视远程干预模式’向‘智能自适应模式’迈进。”王国法表示，可视远程干预模式目前得到了广泛推广，在地质条件良好的工作面实现了“有人巡视、无人操作”连续生产。但这一模式强调人员的监视、干预，但能解决的实际生产问题却有限，无法进一步推进工作面无人化智能开采实践。

对此，王国法建议，第一，研发应用关键设备。例如高品质电液控换向阀、高压大流量协同供液系统、薄煤层工作面巡检机器人、液压支架姿态自适应解算技术、液压支架全工作面自适应跟机控制技术、综采工作面智能视频联动技术、综采工作面精准截割规划技术方法等。第二，优化顶层设计。强化薄煤层高效智能化无人开采系统统一设计；突破成套装备瓶颈；构建基于透明地质的综采工作面无人化控制系统；构建综采工作面数字孪生体，变革传统人机交互模式；构建智能运维服务平台，全面提升运行效果。

当前，单机自动采矿已基本实现，集中程控采矿部分实现，远端监控采矿正在实现。在不久的未来，机器人化采矿或有望实现。

中国工程院院士葛世荣认为，未来，煤矿将走向生产系统常态智能化，机器人化采矿未来可期。其中，薄煤层机器人化开采系统结构，将由矿山工业物联网+机器人化系统+数字孪生平台构成。

“到2026年，全国煤矿智能化产能占比不低于60%；智能化工作面常态化运行率不低于80%；将打造一批单班作业人员不超50人的智能化矿山；形成煤壁采长450米以上，单面产量1500万吨以上，智采人员3人以下，人工干预20%以下的超级智采工作面。”葛世荣说。

科技时代，让采矿这一职业在煤矿“智能升级”中实现“顺势转型”，成为这场煤炭工业领域重大变革的全新命题。薄煤层智能化建设将职工从窄小、困难的作业环境中解放出来，从本质上提升了作业人员的安全系数。

李志红认为，薄煤层工作面智能化建设有利于改善作业环境，将“操作工”变为“巡检工”，减轻劳动强度，减少用工，将“贴身战术”变成“远程干预”，提高安全系数和职工的幸福系数。

刘峰则坦言，“智能化建设不是让矿工‘大规模失业’，而是要让矿工和企业在拥抱科技中一起变得更强。”

“应通过数字技术赋能、智能技术变革，实现煤炭生产各类灾害的精准定量防控，转变社会公共对煤矿开采属于‘高危行业’的固有印象。要聚焦降低劳动强度，加快智能单兵、外骨骼辅助等智能装备研发应用，释放先进生产力效能。要聚焦保障职业健康，在治理采掘粉尘、空气污染等方面加大智能化技术应用，加快井下危险岗位、有限空间作业的机器人全替代。”刘峰建议。

最新数据显示，截止5月底，全国现有1549个智能化采掘工作面（采煤工作面866个，掘进工作面683个），有智能化工作面的煤矿823处，415台无人驾驶车辆在35处露天煤矿推广应用，1.3万个固定岗位实现了无人值守。通过大力推动煤矿智能化建设，2016年以来，全国煤矿井下作业人员减少37万人，智能化矿井杜绝了较大以上安全生产事故，百万吨死亡率大幅低于全国平均水平。