煤炭的智能化和生態化開采回顧與展望

閆磊

摘 要：煤炭開采及其利用正面臨著越來越大的生態環境保護壓力。本文圍繞中國煤炭工業3.0的發展趨勢，對中國煤炭工業4.0和5.0的支持進行了分析和展望，為實現傳統煤炭能源向清潔能源的轉變提供技術支持和戰略方向。

關鍵詞：煤炭開采;智能化;生態化

1 背景

如圖1所示，研究預測，煤炭消費的絕對總量將保持相對穩定，煤炭消費在一次能源中的比重將逐漸下降，但仍保持在50%以上的。全球煤炭需求增速相對于過去大幅放緩（過去20年年均增速為2.7%，而現在為0.2%）;全球煤炭消費將在本世紀20年代中期達到峰值。這種放緩在很大程度上是由中國推動的，因為中國經濟正在調整，以適應更可持續的增長模式，政府政策也促使中國從煤炭轉向更清潔、更低碳的燃料。預計未來20年，中國的煤炭消費將大致處于平穩狀態，這與過去20年多數時間由工業化推動的快速增長形成了鮮明對比。盡管如此，中國仍然是世界上最大的煤炭市場，2035年占全球煤炭消費的近一半[1-3]。

圖1 2000-2030年中國能源消費結構及預測。

2 中國煤炭工業3.0發展目標與技術路線

這是從量變到質變的過程。推進機械化、智能化開采、低碳、清潔利用的生產技術體系建設，實現中國煤炭工業3.0的戰略目標：

2.1 減少地下工作人員

地下工作人員減少70%;煤礦開采應當實現機械化;自動化和信息化的比例應達到80%。

2.2 生態破壞超低

伴生地下資源（沼氣、水、熱）的保護利用率應在50%以上;地面沉降損傷降低50%;地表生態回收率應在80%以上。

2.3 超低排放

排放水平接近天然氣，總排放量接近峰值;50%以上的煤炭資源可實現清潔利用和超清潔排放。

3 智能生態采煤技術

生態煤炭開采作為一種主要能源，不僅要應對自然環境的變化，保證資源開采活動的順利進行，而且要重點減少對生態環境的不利影響。經過十幾年的高強度開采，我國的能源需求得到了極大的滿足，追求目標從單純的資源數量逐漸轉變為：

3.1 基于互聯網的多信息融合數字挖掘技術

目前，大多數大型煤礦都建立了數字化礦井模型，將鉆孔、地震勘探、雷達掃描等獲取的早期信息數字化，形成了煤礦地質資料的初始模型。然后，將采礦開發、巷道布置、通風、安全監控等信息進行融合?；A平臺搭建，用于整體生產調度、安全保障、運輸、人員監控，然而，目前大多數平臺都只是簡單的集合和統一管理，缺乏實用的信息融合。因此，每一級的決定主要是由人員作出的。同時，由于生產控制系統與基礎平臺無關，地質數據模型不能根據生產狀態動態修正，地質信息也不能參與決策。

3.2 礦山開發方法的技術變革和智能快速開挖

目前，礦業發展正朝著大型化、集中化方向發展。推廣的做法是，每個礦井只有一個長壁工作面，鏈柱較少。由于柵欄門道路的發展速度普遍滯后于滿足長壁能力所需要的發展速度，長壁工作面推進與柵欄門道路發展之間的矛盾一直是一個普遍存在的問題，如何解決這一問題一直是一個重要的研究方向。為了解決這一問題，研究開發了“N00施工法”、采空區側向留巷等非鏈柱采礦方法[2]。此外，提高閘門道路開發系統的智能化和協同能力也是一個重要的研究領域，如開發集驅動、錨桿、支護、運輸、勘察為一體的綜合設備。因此，應突破以下關鍵技術：智能切割、快速支撐、快速運輸、智能通風、安全保障。

3.3 工作面自動智能采礦設備系統

目前，綜采的發展趨勢是自動化、智能化開采。20世紀90年代以來，自動化技術在世界范圍內被應用到采礦工程中，如加拿大的遠程采礦/遙控采礦技術和瑞典的自動采礦“Grountecknik 2000”戰略。從2000年開始，我國對液壓頂板支架的電液控制系統、采煤機的自動控制系統以及其他設備的控制系統進行了逐步的研究。通過采煤機、裝甲工作面輸送機（AFC）、液壓頂板支架、長工作面可視化、長工作面通信遠程控制等協同工作，大大提高了長工作面作業的效率和安全性。

4 總結

中國煤炭工業3.0階段是清潔生態煤炭開發的關鍵時期，將取得顯著的成績，為中國煤炭工業4.0和5.0的發展奠定堅實的技術基礎。它是一個基本的轉換階段，是一個從“功能形式”到“質量形式”的過渡時期。要制定嚴格的管理制度，扭轉舊的生產經營管理模式，保證新技術順利、成功實施。加大研發投入，建設智慧礦業基地，資源綜合利用循環經濟園區。強化安全、高效、綠色指標監管體系，在中國煤炭工業3.0階段推廣先進技術應用，實現煤炭資源從傳統能源向生態能源、從燃料向原材料的轉變。

參考文獻：

[1]李衛.我國采礦工程專業改革現狀與問題[J].南方農機，2018 （2）：216-216.

[2]王曉振，朱衛兵.案例教學法在采礦工程學科中的應用與實踐—以《煤礦綠色開采技術》課程為例[J].教育現代化，2018，v.5（19）：123-125+140.

[3]姜有，滑懷田.創新創業教育“54321”特色項目創建研究—以采礦工程專業為例[J].內蒙古教育，2018（4）.