煤矿装备的两端:采掘智能化与井下救援能力的工程落差
中国能源产业发展网 发布时间:
2026-10-31 09:52
【中国能源产业发展网 原创】【作者:陈远】
2026年10月的煤矿技术版面呈现出两条并行的线索。10月23日,郑煤机2026科创发布会暨首届品牌日活动在郑州经开区举行,集中发布七大系列创新成果,目标是让煤矿少人无人成为常态生产;10月20日至21日,国家矿山应急救援山西华阳队与峰峰队在山西阳泉市联合开展煤矿瓦斯爆炸事故跨省区实战演练,模拟掘进工作面因通风疏漏导致瓦斯积聚、电气设备违规操作产生火花引发爆炸的工况,井下5名作业人员失联。把这两件事放在同一张时间表上,煤矿装备的完整形态就显出来了:一端是决定生产效率上限的采掘装备,另一端是决定事故后果下限的救援装备。两端的技术节奏并不一致,中间的落差正是这个行业的真实处境。
从单机自控到成套协同:ACS的技术含义
郑煤机集团副总经理辛同帅对ACS高阶智采方案的表述是一个准确的比喻:如果说智能驾驶让汽车学会了自己认路、避障、决策,ACS则是为煤矿综采工作面装上了一套开采智驾系统。这套方案的技术支点是AI视觉与自研的智领ONE大模型,系统内置感知、交互、协同、进化四大核心能力,并能持续学习优秀操作者的操作习惯。这四项能力的划分透露了设计思路:感知解决看得见,交互解决用得顺,协同解决多设备之间的配合,进化解决经验能否沉淀为系统能力。
把这套方案放进煤炭工业整体的智能化路径中看,其位置更加清楚。中国煤炭工业协会转述的技术进展包括:研发煤矿无人化高效开采成套装备,提出基于工艺、工序、参量的分层主从调度和复杂条件工作面多系统耦合控制方法,构建复杂沉积条件下地质、水文、开采耦合模型与动态更新方法,研发三维立体高精度测绘装备,形成复杂场景三维空间重构方法和地质工程数据融合的资源底图;建设地面一体化决策控制平台,推动生产决策由井下就地操控向井上调度决策转变,实现采煤期间面内无人作业,效率提高15%以上。这套体系的核心逻辑是让井上成为决策中心、井下成为执行单元,而不是反过来。
从装备形态看,智能化已经突破了两道传统边界。一道是工作面尺寸边界,陕西陕煤黄陵矿业一号煤矿、国家能源集团神东煤炭分公司榆家梁煤矿等实现薄煤层无人化常态运行;陕西小保当矿业有限公司、山东能源集团兖矿鄂尔多斯市转龙湾煤炭有限公司等实现400米至450米超长工作面智能开采;陕西未来能源化工有限公司金鸡滩煤矿、陕西陕煤曹家滩矿业有限公司8米至10米超大采高智能化综采突破采高极限。另一道是开采方式边界,露天煤矿大型化、智能化取得进展,电动矿卡和激光雷达、毫米波雷达、北斗定位等多源感知技术应用,实现自主导航、主动避障、自动卸载等无人化作业功能,数千台纯电动无人驾驶矿卡运行,露天矿钻机无人值守系统与直径250毫米无人值守钻机实现全流程无人化自主精准作业。
成套交付的真实门槛在生态接口
在采掘装备的智能化指标之外,有一组更接近商业实质的数据:目前郑煤机智能成套装备已落地国内17个主要产煤区、全球11个国家,累计交付345套。成套装备的交付量是一个比单项参数更有意义的指标,因为它检验的是把几十台设备整合成一个可运行系统的能力——涉及通信协议、时序同步、故障传播路径、备件供应链的完整匹配。单项设备做得再好,若无法成套交付,现场就拼装不起来。
成套化的另一个观察窗口是跨厂商生态。华为矿山军团总裁吴海宇介绍,郑煤机作为首批矿鸿OSV生态合作伙伴,双方已完成18款产品认证并在麻地梁煤矿等样板点落地,后续将加速在能耗优化、故障诊断、三机协同等高价值场景的算法开发与昇腾适配。矿鸿操作系统要解决的是多设备联动中的数据孤岛问题,这个方向的技术含义比单纯的设备智能化更深一层:当工作面里的采煤机、刮板输送机与液压支架需要协同动作时,决定协同质量的并不是任一单机的控制精度,而是三台设备之间数据时序与指令语义的一致性。这类问题只能靠操作系统层面的标准与认证机制解决,无法靠单个厂商的硬件改进绕过。
掘进效率的真实刻度:进尺与灾害治理
装备性能最终要落在工程指标上。陕西煤业黄陵矿业一号煤矿的公开数据提供了两个可核对的刻度:636掘进工作面综合月单进水平达697米;在六、十盘区推广应用超宽工作面开采工艺,生产能力提升超30%,巷道万吨掘进率同比下降17.3%。单进水平与掘进率这一升一降的组合,说明效率提升不是靠加快掘进速度实现的,而是靠减少无效进尺实现的——每掘进一米对应的煤量更多,万吨煤所消耗的巷道长度反而下降。这与减矸的思路是同一个:把无效工作量从设计阶段就削掉。
掘进速度的另一面是灾害治理能力。兖矿能源兴隆庄煤矿在冲击地压防治上构建了顶板深孔爆破、煤层钻孔卸压、底煤爆破卸压三位一体综合卸压体系,并应用微色谱和光纤测温技术强化气体观测预测预报;山东能源新矿集团长城六矿在掘进工作面开展托顶煤专项盯岗写实,一蹲就是一班,最终确定托顶煤掘进层位,新版《防治煤矿冲击地压细则》实施后,掘进工作面帮部锚杆全部替换为屈服强度不低于500兆帕的螺纹钢锚杆,配合编织钢筋网。这里的技术含量集中在卸压参数的选择上。
河南理工大学学报2026年第02期的一篇研究给出了这类参数的量化方法。研究以千秋煤矿16082底分层综采放面煤柱区回采巷道掘进为工程背景,用正交试验法建立不同孔深、不同孔径和不同孔间距的卸压钻孔布置方案,计算各方案的巷道围岩应力场,并以高应力区转移距离D作为量化评价指标。结果显示,当D不小于1.42时,巷帮支承压力曲线由单峰型向双峰型转化,标志着巷道围岩充分卸压;极差与方差分析揭示的影响因素大小依次为孔深、孔径、孔间距;现场工业性试验表明,优化卸压钻孔参数后,巷道掘进期间矿震能量以102焦耳为主,103焦耳及以上的大能量矿震较少,巷道顶底板移近量和观测孔平均钻屑量分别减少43%和30%。把卸压从经验判断转成参数优化,这是井下灾害治理从人防转向技防的关键一步。
另一端:救援装备在极端工况下的能力边界
生产装备解决的是效率问题,救援装备解决的是后果问题。2026年10月20日至21日的跨省区实战演练给出了一组具体的能力清单。演练模拟某煤矿掘进工作面因通风疏漏导致瓦斯积聚,矿工违规操作电气设备产生火花引发爆炸,造成巷道受损、通风系统破坏、局部起火,井下5名作业人员失联。主场队伍山西华阳队第一时间启动应急响应,一边利用高倍数泡沫灭火机处置巷道明火,一边推进井下搜救,先后发现3名昏迷遇险人员并安全转运升井;救援期间井下突发局部二次瓦斯爆炸,现场指挥部果断下达全员撤离指令。跨省增援的峰峰队抵达后利用智能救援机器人开展全方位灾区探察、精准处置巷道余火;面对回风竖井烟雾大、常规通道受阻的难题,两队利用救援三脚架从竖井成功救出2名被困人员。
这次演练暴露的其实不是救援能力的不足,而是能力的触发条件。整套处置链条里有三个环节值得注意:一是智能救援机器人承担的是探察而非作业,它解决的是人不能进入的问题;二是救援三脚架解决的是垂直方向上的通道问题,这是在常规巷道被烟火阻断时的替代路径;三是全员撤离指令的果断执行,对应的是二次瓦斯爆炸这一最常见的二次灾害。演练同时暴露了制度层面的短板——演练发现问题时首要是科学研判灾情、制定救援方案、明确探察路线,其次才是投入人力装备,这个顺序一旦颠倒,救援本身就是新的风险源。
被调查报告指出的那类缺陷:设备不是解药
把装备升级与事故成因放在一起,才能看清煤矿安全真正的着力点。国家矿山安全监察局甘肃局于2026年10月22日发布《华亭煤业大柳煤矿有限公司3·30其他事故调查报告》。事故发生于2026年3月30日15时46分,地点是甘肃省平凉市崇信县新窑镇华亭煤业大柳煤矿主立井卸载煤仓,造成1人死亡、3人受伤,直接经济损失265.49万元,认定为一起因安全管理混乱、违章作业、应急处置不当造成的生产安全责任事故。事故经过显示,3月30日11时22分机电队检修班班长发现主立井卸载煤仓卸载溜槽粘煤严重、无法正常提升并上报,12时机电队5人到达煤仓上口准备清理,现场未编制专项安全技术措施,未办理突发性零星工程开工申请单、有限空间作业许可证、煤仓处理卡堵溃仓作业许可证、煤仓处理卡堵作业工作票,仅口头强调佩戴安全带,安排5人轮流进入煤仓清理作业,每人每次约30分钟。15时30分副班长许某岐进入煤仓作业,15时35分在观察口监护的人员发现仓壁粘煤小范围垮塌将其腿部压埋,随即安排3人进入施救,15时46分仓壁上部粘煤大范围垮塌,将4人全部压埋。
调查报告认定的直接原因有两条:作业人员违章进入煤仓清理时被滑落煤矸压埋腿部,现场施救过程中黏附在仓壁的煤矸失稳垮塌。事故发生前主立井提升的煤矸以井下巷道起底维修产生的泥岩为主,粘性大,造成仓壁粘煤卡堵;现场作业人员未执行自上而下递进作业规定,导致仓壁上部粘煤失去支撑后垮塌。调查还发现,该矿存在现场安全管理混乱、危险作业管理失控、管理制度执行落空、安全教育培训效果差等问题:清理煤仓时无矿领导现场监督指导,未配备安全检查员,煤仓上口未安装摄像仪、人员接近预警等监测设备,未落实无视频不作业要求;该矿未如实记录安全培训情况,提供虚假的煤仓清理安全技术措施零星工程施工前培训记录。调查组建议对机电队检修班班长、检修副队长、队长、党支部书记等14名责任人员分别给予党纪政务处分或行政罚款,并对事故单位处70万元罚款。
这份报告里的技术细节值得逐条对照装备清单来看。煤矸的粘性、仓壁的支撑状态、上部粘煤的失稳条件,都是可以通过设备监测与结构设计加以约束的物理量;摄像仪、人员接近预警、声光报警这些监测装备在清单上都是常规配置;自上而下递进作业则对应着一套可被强制执行并可被验证的作业规程。这起事故的装备缺口尤其值得注意:事发煤仓东西长9米、南北宽5.94米、深5米、容量180吨,仓上口仅设有观察窗与严禁进入警示牌,没有任何针对粘煤垮塌的探测装置。事故的直接原因在于专项安全技术措施缺失与违章进入,而盲目的多人施救进一步扩大了后果。从技术角度看,这起事故暴露的是三类要素同时缺位:探测手段、过程约束与人员准入管理。
两条线共同指向的一个判断
把采掘端的智能化与救援端的装备能力放在一起,煤矿装备的现状呈现出一种清晰的不对称。生产端的进展是连续的、可量化的:成套装备交付345套、覆盖全球11个国家、工作面从薄煤层到450米超长、从8米到10米超大采高、掘进单进697米、卸压参数可优化到高应力区转移距离不小于1.42。而安全端的进展是事件驱动的、一次性的:救援机器人与三脚架在演练中证明了能力边界,调查报告则指出了真实事故中的能力空白。
由此可以形成一个明确的技术判断:煤矿装备的下一步不在于继续堆叠单机性能,而在于把装备能力的边界写进流程。采掘装备的智能监测数据如果不能自动触发卸压、撤人与复产决策,就只是数据;救援装备的机器人与三脚架如果只在演练中可用、而现场没有对应的作业规程与准入条件,就只是设备。兖矿能源兴隆庄煤矿在掘进智能化工作面采用全站仪加双惯导加无人截割控制系统,按自动扫底、自动截割、自动刷帮、自动清底四步运行标准流程实现截割全过程无需人工干预,在采煤智能化工作面建立远程一键启停、自动记忆割煤、自动截割三角煤、跟机移架、故障自诊断五步运行标准流程——这套做法的价值不在于设备本身,而在于它把设备行为约束成了可验证的标准动作。装备的终点是流程,流程的终点才是安全。
-本文参考资料来源于郑煤机集团、兖矿能源集团、陕西煤业集团、山东能源集团公开信息;国家矿山应急救援中心、国家矿山安全监察局甘肃局、中国煤炭工业协会公开文件;《河南理工大学学报》、中国煤炭工业协会网站等媒体报道。
来源:
作者:
陈远
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