能源跨越之路（二、煤炭跨入“无人开采”时代）

　　在陕煤化黄陵矿业一号煤矿地面指挥中心，采煤机司机刘锦和综采支架工何厚水娴熟地操纵着控制系统按钮，而此时在井下400米的地方，大量煤炭资源已连续不断地开采出来。这一在黄陵一矿看似再平常不过的场景，却是全国几代煤炭工人曾经梦寐以求的——煤炭开采终于实现了无人化。

　　煤炭开采业历来是“高危行业”，在终年不见天日的井下，不仅黑暗潮湿，更“潜伏”着水、火、瓦斯、煤尘、顶板等自然灾害，时刻威胁着煤矿工人的生命安全。21世纪以来，尽管我国煤矿百万吨生产死亡率逐年下降，但要让煤矿工人从这种恶劣的工作环境中解放出来，实现无人化开采才是真正的“治本之策”。

　　2015年4月，黄陵一矿自动化工作面率先达到了工作面内“有人巡视、无人操作”的常态化生产，实现了安全生产“零”事故，开创了综采工作面采场无人化采煤的先河。同年5月19日，国家安监总局、国家煤监局组织了“全国煤矿自动化开采技术现场会”，在全国推广黄陵一矿智能化无人开采技术等先进经验。至此，我国采煤方法经历了人力、炮采、普采和综采，正向自动化、智能化方向发展，初步实现了无人化开采。

　　初探无人化开采

　　“无人化是世界煤炭开采技术发展的必然趋势，也是当前实现我国煤炭行业安全高效生产的迫切需要，而目前我国也已走在世界煤炭无人化技术研究的前列。”中国煤炭科工集团董事长、煤炭科学研究总院院长王金华说。（王金华关于无人开采的更多精彩言论，请查看今日二条推送）

　　据记者了解，“十二五”期间，依托国家863计划“煤炭智能化掘采技术与装备”和国家发展改革委“煤炭综采成套装备智能系统”等重点专项支撑，中国煤炭科工集团、天地科技股份有限公司联合中国平煤神马集团、山西太重煤机、中国矿业大学等企业科研院所高校开展了自动化无人开采技术的研发工作，取得了开创性的成效。在此基础上，神华、中煤、陕煤、同煤、阳煤、兖煤、晋煤、平煤、冀中能源、国投新集等大型煤炭企业也都开始进行探索与尝试。中国煤炭科工集团天玛公司（以下简称“天玛公司”）的成套智能化无人开采技术率先在陕煤化集团黄陵矿业公司一号煤矿实现突破。

　　“早在公司成立之初就把智能无人化开采作为中国煤炭科工集团的重点研究和产业方向。”天玛公司董事长张良说，“我们希望通过自动化设备代替工人进行煤矿现场开采，直接减少采煤工作面作业人员数量直至无人化，从而减少人员伤亡、保障安全、达到无人则安。真正让一线采煤工人远离危险、恶劣的工作环境，让采煤变成一项安全、受人尊敬的体面工作。”

　　事实上，早在2008年，天玛公司自主研制的SAC液压支架电液控制系统应用于神华宁煤集团石沟驿煤矿，实现了我国第一套完全自主知识产权液压支架电液控制系统首套应用，翻开了我国煤矿智能化开采国产化的篇章。SAC液压支架电液控制系统的推广应用，让全国300多个综采工作面用上自主创新的国货精品，打破了国外长期垄断，实现了对进口产品的替代。

　　2012年，为加大无人化开采研发力度，天玛公司成立了无人化项目部，组建了以“综采工作面无人化开采”为核心的80人专业研发团队，并提出智能化无人开采“可视化远程干预”和“智能自适应”两步走的技术发展路线，拉开了“智能化无人开采”探索的序幕。

　　在监控中心采煤

　　“2013年，我带着智能化项目到黄陵一矿进行考察。在与矿上技术人员接洽交流的过程中，矿方有进一步改进工作面条件的需求，该矿条件又好，我就琢磨着，我们应该可以更进一步合作，尝试推进工作面无人化操作技术。”至今回想起来，智能无人化开采团队项目部经理黄曾华还很激动，“有了这个想法我就有点按捺不住，2014年刚过完春节我就带队冒着大雪去了黄陵一矿，进行进一步的论证考察。”

　　黄曾华回京后，将所有想法写成方案向上汇报并得到迅速回馈，公司将该项目作为头号重点项目，并得到黄陵公司的大力支持。随后，天玛公司的技术人员来到了现场，开始进行工程部署和现场定制化开发，尤其在可视化和控制系统方面进行攻关。

　　“技术设备不是一到矿上就能应用，各个矿井条件千差万别，新技术装备的应用在现场都有个磨合的过程。”黄曾华告诉记者。

　　据他介绍，无人化开采，首先要解决的是如何将在井下就地开采的采煤机转移到监控中心，当技术条件达到在监控中心可以采煤的时候，问题来了——长期在井下采煤的一线工人还无法转变在地面也能采煤的思想，第一次在监控中心试采，采煤工人两手直哆嗦，迟迟不敢下手操作，并一再质疑：“这样真的行吗？”时任黄陵一矿机电矿长的徐建军见状鼓励他：“真的可以，如果出了什么问题，一切后果我来承担，你放心操作。”这一刀切下去，让大家兴奋不已，意味着工作面无人操纵成为可能。

　　此后，黄陵一矿成功以顺槽控制中心远程干预的方式创造了连续3个工作循环采场无人的记录。生产过程中，生产班操作人员由11人减少至3人，在采煤工作面支架支护区域实现了“无人化”操作。实现了第一次突破，给所有人以最大的鼓舞。

　　把操作台搬到地面

　　接着，尝到甜头的黄陵一矿提出，是不是可以把采煤机远程干预操作台搬到地面呢？研究团队又尝试和黄陵一矿一起解决远程割煤监控，一键启动的难题。在此过程中发现，将采煤机远程干预操作台挪到地面，没有井下安全标准、防爆要求等的约束，实现无人化开采反而更顺手。

　　2014年5月，从项目提出到应用到工作面，不到两个月，首个智能化无人工作面在黄陵一矿诞生，该工作面首次实现了地面采煤常态化应用，建立了我国第一个“无人化采煤”工作面。

　　当年，由中国煤炭工业协会组织的现场评审专家组一致认为，该项目是我国煤炭开采从综合机械化开采到无人化开采的转折点，让煤矿工人看到了实现“无人化采煤”的曙光，达到了国际领先水平。中国在煤炭开采行业首次以引领者的身份进入了一个以“智能化无人开采”为标志的煤矿安全生产新时代。

　　时任国家安监总局副局长、国家安全生产应急救援指挥中心主任王德学一行深入1001工作面了解智能化无人开采技术后，高兴地说：“黄陵矿业一号煤矿在水、火、瓦斯、煤尘、顶板‘五害俱全’的情况下，实现综采工作面无人化开采，让人心灵感到震撼，这不仅是深入贯彻习近平总书记提出的红线意识和红线理论的具体表现，是一项创举，一次采煤技术的历史性跨越，更是一场煤矿开采根本性的革命，为我国煤炭事业的发展和安全生产事业的发展探索出了一条崭新的道路，成为全国煤炭行业实施无人化开采技术的先行者，代表了我国煤炭事业的前进方向，可以称之为‘国煤一号’。”

　　“读懂”煤矿

　　智能化无人工作面的成功背后凝聚了我国煤矿科技人员众多心血与智慧。在煤矿复杂的地质条件、恶劣的环境、各种次生灾害下如何对数百台的综采设备阵列实现智能化控制并非易事，需要不断创新，“读懂”煤矿。

　　无人化开采技术研发过程中，涉及视频、语音、井下通讯、数据传输、煤岩界面识别、采煤机位置检测等多项技术，并需要在各项技术基础上集成、创新。其中，“煤岩界面识别”是实现无人化开采的一项关键技术，国外尝试了20多年至今没有结果。国内的专业技术人员也曾试验音频、红外、炭检测等多项技术，均无突破性进展。

　　面对“煤岩界面识别”等高难度技术短期难以攻破的实际境况，王金华提出两步走战略：第一步，采用视觉沉浸技术，把人的眼、耳感官延伸到工作面，在实现跟机自动化的基础上远程干预式的“无人化”采煤；第二步，在不间断地对“煤岩界面识别”“自动找直”“防飘、防扎”等相关课题深入研究取得突破性成果后，实现完全智能化无人化采煤。

　　第一步战略可以使采煤工人“身临其境”监控采煤生产，实现在顺槽监控中心对工作面设备进行远程操控，当发现生产过程出现偏离，可及时进行人工远程干预，从而达到工作面内无人开采的目的。在此模式下，实现了一定程度的无人化开采，但众多人工开采不会遇到的问题相继出现：采煤作业粉尘影响视频效果、液压支架自动移架直线度难以保证、综采设备姿态控制和防碰撞等等一系列难题摆在了技术人员的眼前。

　　团队科研人员长期深入煤矿井下一线作业现场、充分借鉴其他行业先进技术手段、与国内外一流的科研院所进行交流，在自动化开采向智能化无人开采的路上不断披荆斩棘：他们将用于火箭导弹的高精度惯性导航系统引入煤矿井下，成功的实现了工作面直线度的检测和智能控制；将纳米涂层应用于摄像头减少煤尘在镜面的累积；通过红外线热成像仪对采煤机滚筒进行增强现实以消除粉尘的阻挡；使用多种位姿传感器融合检测设备姿态并自主控制……

　　最终，“国产装备智能化无人开采技术研究与工程实践”项目获得中国煤炭工业科学技术一等奖，“智能煤矿建设关键技术与示范工程”获得国家科学技术进步奖二等奖，“煤炭综采工作面智能化无人开采技术及装备”获得中国工业大奖表彰奖。短短五年时间，已申请煤矿智能化无人开采相关发明专利60余项，其中获得授权40余项，形成了我国具有自主知识产权的煤矿智能化无人开采技术专利体系。

　　“国煤一号”引领无人化

　　2015年5月，时任陕煤集团黄陵矿业公司董事长范京道在“全国煤矿自动化开采技术现场会”上介绍，一号煤矿智能化无人综采工作面运行一年，生产原煤190万吨，开机率97.3％，完全能够满足矿井正常生产需要。成本比国外同类设备降低一半以上的同时，每年可节约人工成本500万－600万元。

　　国家安监总局副局长、国家安全生产生产应急救援指挥中心孙华山在该会议上强调，要学习推广黄陵一号煤矿智能化无人开采技术等先进经验，发挥典型示范带动作用，提升煤矿机械化、自动化、信息化和智能化“四化”水平，促进产煤地区和大型集团企业实现减矿、减面、减产、减人“四减”要求，推动更多煤矿实现“零死亡”目标，促进全国煤矿安全生产形势持续稳定好转。

　　为加快成果转化及技术应用推广，王金华带领团队针对煤矿各种复杂地质环境形成了不同“智能化无人开采技术”成套解决方案，并在神华集团、陕煤化集团、冀中能源、阳煤集团等15个矿区50多个综采工作面进行了推广应用。

　　在宁煤金凤煤矿、枣矿滨湖煤矿等实现了薄煤层综采工作面的智能化无人开采，在提升开采效率的同时将人员降到零，为薄煤层矿井提高效益，解决企业生存问题提供了一条有效途径；在淄矿集团巴彦高勒煤矿、淮南张集煤矿、兖矿转龙湾煤矿、陕煤红柳林煤矿等复杂地质条件中厚或大采高工作面，实现智能化少人开采，减少工作面作业人员50%以上，有效降低了煤矿工人的劳动强度，改善了劳动环境，提高了煤矿安全生产水平。

　　2016年6月1日，国家发改委、国家能源局印发的《能源技术革命和创新行动计划2016-2030》提出：“我国2030年实现智能化开采，重点煤矿区基本实现工作面无人化、顺槽集中控制。”相信在科技不断发展和国家政策强力支持下，从工作面局部无人开采到实现全工作面无人开采的那天，将加速到来。（文丨武晓娟）