煤矿开采技术 做煤矿的有福了！煤炭开采，已进入新时代！

今年1-7月，中国煤炭消费量同比小幅增长约3.4%。虽然略有反弹，但与2013年的峰值水平相比，长期下跌是大势所趋。

福祸相依，不要总觉得煤耗比例下降对煤炭行业是坏事。而是坚持经济、清洁、安全的发展思路，以精准采煤、清洁高效利用为重点，努力以最少的煤矿数量、最小的开采面积、最小的煤炭消耗支撑中国的能源需求。

为了安全生产、生态环境和节能减排，中国煤炭行业必须推进煤炭资源高效回收和节能减排战略。这意味着煤炭行业正处于一个重大的转型期和转折点，正在进入一个安全、智能、精确开采的新时代。

绿色煤炭资源只够四五十年

中国煤炭开采的基本国情是复杂的资源禀赋。煤炭资源分布差异较大，极薄厚煤层、近水平急倾斜煤层分布广泛，开采条件极其复杂。煤炭开采受到煤与瓦斯突出、冲击地压、煤炭自燃、水害、粉尘等灾害的严重威胁。

在中国已探明的煤炭资源中，53%埋藏在1000米以下。随着浅层资源的枯竭，煤炭开采深度以年均10~25米的速度增加，深部煤炭资源的安全开采受到极大威胁。深部瓦斯和冲击地压等灾害相互耦合，灾害机理复杂，防治难度越来越大。

在煤炭开采过程中，普遍存在“弃薄采厚、挑肥拣瘦”的现象，矿井资源平均回收率只有50%左右，与发达国家80%左右的回收率相差甚远，导致原设计的80-100年使用寿命缩短了一半。在节能领域，煤炭生产的吨煤能耗大。2012年原煤生产电耗28.4kWh/吨，煤炭生产综合能耗17.1 kg标准煤/吨。

近年来，依靠科技进步，煤矿安全开采形势不断改善:我国煤炭产量逐年增加(从2000年的13亿吨增加到2017年的35.4亿吨，增长172.3%)，百万吨死亡率从2005年的2.76下降到2017年的0.106。

但煤矿安全开采形势依然严峻:虽然煤矿瓦斯、顶板、水害等事故逐年大幅下降，但重特大事故仍时有发生，社会影响恶劣；与世界发达国家相比，煤矿百万吨死亡率仍有较大差距，是美国的5倍，澳大利亚的11倍。

要解决这些问题，需要在最大限度保护资源、生命和环境的同时，通过精准开发的方式“向内切入”，促进绿色煤炭资源的开发。绿色煤炭资源是指能够满足煤炭安全、技术、经济和环境综合条件，支撑煤炭科学生产能力和科学发展的煤炭资源。基于现有的技术条件，我国可供开采的绿色煤炭资源量极其有限，只有5048.95亿吨，不到已探明煤炭储量的一半，占全国预测煤炭资源量5.97亿吨的十分之一。根据国家能源需求和煤炭资源回收现状，绿色煤炭资源只能开采40~50年，未来大面积开采于非绿色煤炭资源赋存区，必然会使煤矿安全面临巨大困难。

安全、智能、精准缺一不可

2016年首次提出“精准采煤”的科学概念，引起了业内和业外的广泛讨论。2017年8月8日，“煤炭安全智能精准开采协同创新组织”在淮南工业大学成立并揭牌。如今，安全、智能、精确的煤炭开采是未来开采的必由之路，这已经成为业界的共识。

“精准采煤”是集无人(少人)智能采煤与灾害防治于一体的未来采煤技术。其科学内涵以透明空地球物理为基础，以多物理场耦合、智能传感、智能控制、物联网、大数据、云计算为支撑，以风险识别、监测、预警、处置等安全挖掘技术为支撑。

随着新形势的发展，煤炭的精确开采增加了新的内涵。

首先要从安全的角度考虑精准开采的实现。如果安全问题解决不了，剩下的就像没有根的树。

其次，要实现智能化。以前中国的煤矿远没有智能化，连最基础的机械化都远远落后。煤矿平均机械化程度仅为45%，重点国有企业平均机械化程度为82.7%。与其他行业相比，煤矿的信息化、无人化和智能化水平仍处于启蒙阶段。

未来煤炭行业必须从高风险劳动密集型升级为高技术密集型:每个矿井100人以内，90%在地面工作，10%在井下做生产准备和检查；信息化、自动化和智能化水平、回收率、效率等指标将达到更高水平。

但光靠智能还是不够的，最终目标是实现精准开采，做煤炭资源和开采后情况的预言者，实现开采过程中机械、设备、系统运行的实时感知，达到航空空航天的水平。

从技术路线上看，精准开采有自己的路线图:第一步，2035年之前，是地面与井下相结合的远程遥控无人开采阶段，实现监控中心遥控设备操作中操作人员的远程干预，采煤工作面在落煤区无人；第二步，从2035年到2050年，真正实现智能无人精确开采，突破地面遥控、可视化无人开采和煤炭智能传感、智能监测、预警防灾等智能化和信息化技术。

如今，煤炭开采已经从传统的人工矿山和机械矿山发展到信息矿山和数字矿山，并逐步走向智能矿山。安全、智能和精确采矿正在成为现实。据统计，黄陵一矿首个无人采煤工作面——1001工作面试验成功以来，全国已有70多个采煤工作面实现了智能无人开采。几代煤矿工人所期待的智能无人开采，已经从梦想变成了现实。

必须依靠生产、教育和研究的协同创新

目前，煤炭精细开采的发展仍面临诸多挑战，主要表现在各种煤岩动态耦合灾害管理研究不成熟，缺乏潜在致灾因素动态智能综合检测技术，缺乏基于大数据的重大煤矿灾害预警平台和新技术研究。

安全、智能、精准的采煤模式需要尽快研究和突破以下关键技术:

一是要准确把握煤层赋存条件，实现地质构造、陷落柱、瓦斯等致灾因素的高清透视，打造具有透视功能的地球物理科学支撑的“互联网+矿井”；

二是要开发安全、灵敏、可靠的采场、矿区、灾害前兆等新型信息采集传感技术和设备，形成人机环参数综合采集、共用网络传输的新方法；

三是突破多源异构数据融合和知识挖掘问题，创建共享的煤矿精确开采和灾害预警监测数据快速分析模型和算法；

第四，采用“三位一体”的科学研究方法，研究煤矿灾害机理和灾害理论模型，实现煤矿灾害的自适应、超前、准确预警；

五是探索多领域耦合复合灾害知识库的构建方法，建立适合区域煤矿开采条件的灾害预警特征云平台；

第六，以采煤机记忆截割、液压支架自动随动和可视化远程监控为基础，以生产系统智能控制软件为核心，研发远程可控无人精密采矿技术和设备；

第七，要整合计算机网络技术、现代控制技术和云计算技术，将互联网技术应用于云矿山建设，将煤炭资源开发转化为智能工程或车间，构建基于云技术的智能矿山。

煤炭科技创新，没有产学研合作，就是死路一条。由于各方优势可以互补，高校主要从事基础研究，科研机构主要从事技术装备研发，大型煤炭企业主要从事成果应用推广和示范项目建设，形成产学研协同创新体系。只有发挥优势，协同创新，联合研究，才能解决问题，引领行业。如果他们走自己的路，很难实现创新。

“煤炭安全、智能、精确开采协同创新组织”自成立以来，一直致力于推动煤炭安全、智能、精确开采从科学构想走向理论和技术现实。目前，该机构在研究改造的同时，基本实现了煤与瓦斯的精确共采，在液压支架自动随动、采煤机记忆切割、工作面视频监控技术及设备等方面取得重大突破。通过产学研合作创新，组织成员在信息智能传感传输、互联网加大数据信息处理、灾害智能预警与预防、智能挖掘技术与设备等领域取得显著进展。

面向未来，建议政府部门更加重视煤炭行业的科技创新，以精准采煤引领未来资源科技发展，力争以最少的矿井和矿区数量支撑未来全国25-30亿吨煤炭需求。