我國煤炭智能掘進亟待換擋提速

山西省人民政府辦公廳日前印發《全面推進煤礦智能化和煤炭工業互聯網平臺建設實施方案》，明確提出加快煤礦智能化建設，構建煤炭工業智能化生態體系，到2027年，全省各類煤礦基本實現智能化。

以煤炭大省山西為代表，我國煤礦智能化建設近年來全面提速，但煤礦掘進呈現地質條件復雜多變、掘進技術發展極不均衡、機械化和自動化程度低、用人多、事故多、環境差等特點，巷道掘進與支護成為煤礦自動化、智能化建設的短板。業內專家一致認為，我國煤炭掘進工作面設備智能化水平雖逐步提升，但整體智能化水平要達到像綜采一樣少人無人，道阻且長。

我國煤礦每年新掘巷道1.3萬公里，居世界第一，但條件復雜，巖層、煤層厚度和發育各不相同，斷層、陷落柱等不確定因素多。“相比采煤工作面，巷道掘進與支護已成為煤礦自動化、智能化建設的短板。”中國工程院院士，中煤科工開采研究院有限公司黨委書記、董事長康紅普近日在煤炭技術裝備院士論壇上指出。

據《中國能源報》記者了解，我國煤炭以井工開采為主，井工煤礦數量占比92%，產能占比82%，需要在井下開掘大量巷道，每年掘進巷道長度相當于地球直徑。同時，我國煤礦巷道還具有軟巖、強采動、大變形的特點，煤系沉積巖地層強度低、圍巖破碎、開采深度大。

“與綜采相比，掘進更是難點。掘進工序繁多，包含截割、支護、運輸、通風除塵、安全管控等工序，需要地質、安全、采礦、機電等多學科支撐?！眹夷茉醇瘓F神東煤炭公司智能技術中心黨委書記、主任崔亞仲指出，目前煤礦掘進面臨掘進不能平行作業、自動化程度低、裝備能力不足、缺乏協同控制、安全保障薄弱、作業環境惡劣等六大痛點。

“目前，我國煤礦采煤、掘進機械化程度分別為85%、65%，全國雖已建成1000多個智能化采掘工作面，但智能綜采發展迅速、快速迭代，事實上，掘進事實仍處于機械化階段，綜掘和綜采技術差距越來越大?！敝袊禾靠乒ぜ瘓F一級首席科學家王虹表示，綜掘平均月進尺僅180米，每個綜采面平均月消耗巷道超過600米，全國煤礦掘進隊與綜采隊平均配比3.1：1，仍滿足不了綜采需求，嚴重制約煤炭安全高效生產。

“煤礦智能化發展對掘進和支護提出更高要求。”中國工程院院士、中國煤炭科工集團首席科學家王國法表示，智能快速掘進是煤礦智能化發展首先要突破的技術。

“我國煤礦井下掘進面約有1.6萬個，掘進人員近100萬人，工作面水、瓦斯、頂板、粉塵、沖擊地壓嚴重威脅人員安全。”王虹強調，智能快速掘進技術亟待與綜采智能化并駕齊驅，同時提高智能化快速掘進的常態化率。

王虹進一步解釋，掘進智能化為智慧礦山建設提供不可或缺的支撐，裝備能力保障是智能化的前提和基礎，裝備須具備足夠的能力儲備，根據生產要求和智能系統決策提供相應匹配的執行能力，如此智能化才能高效平穩推進?！耙虼耍蜻M裝備應用場景要求其必須具有高可靠性，研究需從強基、固本、健康管理、決策維護四方面突破，統籌裝備效能和可靠性指標，推動掘進裝備向高功率密度、高可靠性、智能化方向發展。同時，煤炭行業必須在掘進領域投入更大科研、制造、生產等力量，產學研用緊密結合?！?

值得關注的是，當前我國智能掘進技術應用已取得部分成果。據崔亞仲介紹，神東煤炭集團已建成國內首套基于5G技術的連采機智能掘進系統，利用慣性導航、激光引導、光學測距等技術，實現采機自主行走、自動截割、遠程干預控制等，在52個掘進工作面建成5G網絡，實現全覆蓋。

對巷道掘進與支護自動化、智能化發展短板，必須針對我國不同地質條件，開展有針對性的集中攻關研究，形成不同形式的快速掘進、支護技術與裝備，使掘進與支護作業由依靠人工到全面機械化，再到自動化、智能化，減人提效，保障安全。”康紅普指出。

王國法認為，發展智能快速掘進，要推進掘進工作面掘支運工序全部機器人化，強化精細化自動噴涂臨時支護，全流程錨索自動支護，實現錨索支護自動連續鉆孔、自動噴藥，錨索推入、切斷和張拉等全工序自動化。

“我國煤礦巷道圍巖系件復雜多變，掘進技術裝備發展不均衡，巷道掘進與支護技術要實現支得住、支得快、支得省、少人化、環境好，應根據圍巖穩定性、可掘性、可鉆性、可錨性，分條件、分類別、分區城、分步驟發展掘進自動化、智能化?！笨导t普表示。

根據地質條件，康紅普提出智能化掘進技術可分類發展。例如，在陜北、神東等具備穩定條件的礦區，可基本實現機械化，部分實現自動化，向智能化邁進，掘進月進尺速度在1500米至2000米，下一步發展方向是錨桿、錨索自動化施工技術，然后再提升自動化、智能化水平。在山東、淮南、平頂山條件較差的礦區，目前可主要以人工和機械施工為主，同時突破超前預測和加固技術、鉆錨注一體化錨桿錨索自動化施工技術。