煤炭的智能化和生态化开采回顾与展望

闫磊

摘 要：煤炭开采及其利用正面临着越来越大的生态环境保护压力。本文围绕中国煤炭工业3.0的发展趋势，对中国煤炭工业4.0和5.0的支持进行了分析和展望，为实现传统煤炭能源向清洁能源的转变提供技术支持和战略方向。

关键词：煤炭开采;智能化;生态化

1 背景

如图1所示，研究预测，煤炭消费的绝对总量将保持相对稳定，煤炭消费在一次能源中的比重将逐渐下降，但仍保持在50%以上的。全球煤炭需求增速相对于过去大幅放缓（过去20年年均增速为2.7%，而现在为0.2%）;全球煤炭消费将在本世纪20年代中期达到峰值。这种放缓在很大程度上是由中国推动的，因为中国经济正在调整，以适应更可持续的增长模式，政府政策也促使中国从煤炭转向更清洁、更低碳的燃料。预计未来20年，中国的煤炭消费将大致处于平稳状态，这与过去20年多数时间由工业化推动的快速增长形成了鲜明对比。尽管如此，中国仍然是世界上最大的煤炭市场，2035年占全球煤炭消费的近一半[1-3]。

图1 2000-2030年中国能源消费结构及预测。

2 中国煤炭工业3.0发展目标与技术路线

这是从量变到质变的过程。推进机械化、智能化开采、低碳、清洁利用的生产技术体系建设，实现中国煤炭工业3.0的战略目标：

2.1 减少地下工作人员

地下工作人员减少70%;煤矿开采应当实现机械化;自动化和信息化的比例应达到80%。

2.2 生态破坏超低

伴生地下资源（沼气、水、热）的保护利用率应在50%以上;地面沉降损伤降低50%;地表生态回收率应在80%以上。

2.3 超低排放

排放水平接近天然气，总排放量接近峰值;50%以上的煤炭资源可实现清洁利用和超清洁排放。

3 智能生态采煤技術

生态煤炭开采作为一种主要能源，不仅要应对自然环境的变化，保证资源开采活动的顺利进行，而且要重点减少对生态环境的不利影响。经过十几年的高强度开采，我国的能源需求得到了极大的满足，追求目标从单纯的资源数量逐渐转变为：

3.1 基于互联网的多信息融合数字挖掘技术

目前，大多数大型煤矿都建立了数字化矿井模型，将钻孔、地震勘探、雷达扫描等获取的早期信息数字化，形成了煤矿地质资料的初始模型。然后，将采矿开发、巷道布置、通风、安全监控等信息进行融合。基础平台搭建，用于整体生产调度、安全保障、运输、人员监控，然而，目前大多数平台都只是简单的集合和统一管理，缺乏实用的信息融合。因此，每一级的决定主要是由人员作出的。同时，由于生产控制系统与基础平台无关，地质数据模型不能根据生产状态动态修正，地质信息也不能参与决策。

3.2 矿山开发方法的技术变革和智能快速开挖

目前，矿业发展正朝着大型化、集中化方向发展。推广的做法是，每个矿井只有一个长壁工作面，链柱较少。由于栅栏门道路的发展速度普遍滞后于满足长壁能力所需要的发展速度，长壁工作面推进与栅栏门道路发展之间的矛盾一直是一个普遍存在的问题，如何解决这一问题一直是一个重要的研究方向。为了解决这一问题，研究开发了“N00施工法”、采空区侧向留巷等非链柱采矿方法[2]。此外，提高闸门道路开发系统的智能化和协同能力也是一个重要的研究领域，如开发集驱动、锚杆、支护、运输、勘察为一体的综合设备。因此，应突破以下关键技术：智能切割、快速支撑、快速运输、智能通风、安全保障。

3.3 工作面自动智能采矿设备系统

目前，综采的发展趋势是自动化、智能化开采。20世纪90年代以来，自动化技术在世界范围内被应用到采矿工程中，如加拿大的远程采矿/遥控采矿技术和瑞典的自动采矿“Grountecknik 2000”战略。从2000年开始，我国对液压顶板支架的电液控制系统、采煤机的自动控制系统以及其他设备的控制系统进行了逐步的研究。通过采煤机、装甲工作面输送机（AFC）、液压顶板支架、长工作面可视化、长工作面通信远程控制等协同工作，大大提高了长工作面作业的效率和安全性。

4 总结

中国煤炭工业3.0阶段是清洁生态煤炭开发的关键时期，将取得显著的成绩，为中国煤炭工业4.0和5.0的发展奠定坚实的技术基础。它是一个基本的转换阶段，是一个从“功能形式”到“质量形式”的过渡时期。要制定严格的管理制度，扭转旧的生产经营管理模式，保证新技术顺利、成功实施。加大研发投入，建设智慧矿业基地，资源综合利用循环经济园区。强化安全、高效、绿色指标监管体系，在中国煤炭工业3.0阶段推广先进技术应用，实现煤炭资源从传统能源向生态能源、从燃料向原材料的转变。

参考文献：

[1]李卫.我国采矿工程专业改革现状与问题[J].南方农机，2018 （2）：216-216.

[2]王晓振，朱卫兵.案例教学法在采矿工程学科中的应用与实践—以《煤矿绿色开采技术》课程为例[J].教育现代化，2018，v.5（19）：123-125+140.

[3]姜有，滑怀田.创新创业教育“54321”特色项目创建研究—以采矿工程专业为例[J].内蒙古教育，2018（4）.