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通过预知煤层变化趋势、识别出工作面精确坐标信息，国家能源神东煤炭集团榆家梁煤矿43101薄煤层工作面实现了沿煤层自主割煤，将自动化工作面技术从“记忆割煤、远程干预”升级成“自主割煤为主、远程干预为辅”
10月30日，在北京举办的第十八届中国国际煤炭采矿技术交流及设备展览会E1展馆，国家能源神东煤炭集团的展台上，两名身着工装的井下工人坐在像“驾驶舱”一样的操作台前，现场展示榆家梁煤矿43101薄煤层工作面正在试验的智能综采工作面自主割煤技术。在离他们数米远的大屏幕上，工作面现场情况、工作面精确三维地质模型和高精度激光扫描实测模型等一目了然。这个展示吸引了一拨又一拨观众驻足观看并询问详情。
当日，神东煤炭集团总经理杜善周在该展会上发布了这项他们首创的基于精确三维地质模型和扫描构建工作面绝对坐标数字模型的自主智能割煤技术。该技术解决了长期困扰智能化开采的煤岩无法识别的难题，通过预知煤层变化趋势，识别出工作面当前精确坐标信息，实现了沿煤层的自主割煤，将自动化工作面技术从“记忆割煤、远程干预”升级成“自主割煤为主、远程干预为辅”。
另辟蹊径，绕开煤岩识别难题
从“记忆割煤、远程干预”到“自主割煤为主、远程干预为辅”，字面上看似乎是一种渐进式的进步，但在神东煤炭集团机电管理部经理贺海涛看来，实质上是煤矿实现智能化开采过程中“从0到1”的破冰之举。
贺海涛介绍，过去所有自动化工作面用的都是“记忆割煤、远程干预”技术。他用开车来打比方，“记忆割煤”就像开车走一条路，把怎么拐弯、哪里加速、哪里减速都记下来，输进程序，以后车就完全照这个样走;“远程干预”就是在车上安上摄像头，人在远处监控，看到车在按“记忆”前进时，哪儿要撞车或剐碰了，就遥控干预一下。
“当然大家都想实现边看边走，看到了前面的东西，自动判断这是啥、会不会撞，然后自主调整。”贺海涛说，对于智能化开采来说，想要达到“边看边走”，现在最大的障碍是煤岩识别问题，目前世界上仍未找到可行的办法有效识别煤岩。
在这条路被堵住了，一时无法走通的情况下，神东煤炭集团开创性地提出了另一种实现智能化开采的思路。“我们直接把前面所有的路都探明，即把工作面下一步要采的煤层全部勘探清楚，构建工作面精确三维地质模型，再把工作面当前的情况用激光扫描技术进行扫描，建立工作面实际数字模型。”贺海涛说，“通过对比两个模型，给出采煤机接下来运行的路线，实现智能割煤。这样，我们完全开创了一条新的道路，一条可以把煤岩识别难题绕过去的道路。”
2018年9月，神东煤炭集团根据上述思路首创性提出自主智能割煤新技术，并在榆家梁煤矿43101工作面开始试验。
多项创新，自主割煤成功实现
神东煤炭集团在提出这个新思路后，便开始找最专业的煤机设备厂家合作，来努力将其变成现实。
据介绍，在一年的探索和实践中，他们共摸索出了六大创新点，支撑榆家梁煤矿43101薄煤层工作面基本实现预期目标。
一是构建可动态自优化的工作面精确三维地质模型。以矿井地质勘探钻孔和切眼、回撤通道及两顺槽巷道等实测地质信息为基础，构建的工作面三维初始模型，实际精度只能达到2米左右。神东煤炭集团首次使用定向钻孔勘探工作面的顶底板煤岩分界线技术，解决了工作面勘探难题，实测精度达到0.3米。他们每天测量一次工作面顶底板数据，通过将上述2个实测数据导入系统，自动对三维初始模型进行动态优化，生成精确三维地质模型，精度达到0.3米，在当前工作面10米范围内精度为0.2米，实现了工作面煤层预知。
二是研发了三维激光扫描机器人。他们引进了先进的激光扫描和惯性导航技术，研制了轨道机器人，对综采工作面进行三维扫描，建立工作面数字模型。激光扫描机器人以刮板运输机电缆槽为轨道，最大巡检速度每分钟60米，10分钟内可完成全工作面的扫描。然后结合导入的绝对坐标，构建出工作面实际数字模型，实测精度为0.2米。
三是建立综采工作面绝对坐标系。利用高精度激光扫描技术，把两顺槽导向点坐标信息自动识别出来，用点对点传导的方式把绝对坐标引入工作面，为工作面实际数字模型与三维地质模型对比提供了技术基础。
四是首创采煤机自主智能割煤新工艺。通过对比工作面三维地质模型和实际数字模型，在综合分析煤层变化趋势、工作面平直度、当前割顶底情况、采煤机运行等数据基础上，通过优化算法制定未来10刀的割煤策略，给出采煤机下一刀滚筒调整曲线，以实现自主智能割煤。
五是研制了工作面巡检机器人。巡检机器人搭载红外及可见光双视摄像仪、拾音器，代替人的“眼、耳、皮肤”，自动识别工作面设备发热、异响等问题，平时定速巡航，异常情况下人工远程控制，实现“代人巡查”。
六是研制了采煤机电缆自动拖拽装置。薄煤层采煤机电缆多层叠加的问题长期制约着自动化运行，该设备实现了电缆随采煤机牵引方向、速度自动收放控制，避免多层叠加，实现了自动化控制。
据介绍，目前该工作面支架自动化率提高到90%以上，采煤机干预频次降到每分钟2次，实现了工作面无人跟机自主割煤。
优化完善，行业推广指日可待
位于陕西省神木市的榆家梁煤矿，核定年生产能力1300万吨，是神东煤炭集团开采煤层最薄的煤矿。神东煤炭集团第一个远程干预自动化工作面2008年即在榆家梁煤矿调试成功。十多年来，该集团一直致力于自动化开采技术常态化使用，并一直在研究视频识别和拼接、自动找直、煤岩识别等智能化开采关键技术。
此次进行自主割煤技术试验的榆家梁煤矿43101薄煤层工作面长351米，煤层厚1.0米至1.7米，设计采高1.4米。在薄煤层工作面进行智能化开采试验，对于神东煤炭集团来说，既有现实意义，又是作为先进煤炭企业的行业担当。
据介绍，在大多数人印象中，似乎都是大采高工作面的神东煤炭集团，未来两三年内即将有四五处矿井进入薄煤层开采，所以薄煤层工作面的智能化开采研究已很迫切。
“榆家梁煤矿43101薄煤层工作面从开始调试到现在，才一年时间。我们还需要时间对这项技术进行优化完善，配套装备的可靠性也还需进一步提升。”贺海涛说，“所以现在还没法说在这条路上走得多好，但至少我们把路找到了，也证明了这条路是可行的。”
据他预测，这项基于精确三维地质模型和扫描构建工作面绝对坐标数字模型的自主智能割煤技术再过一两年时间，便可具备推广的条件。
“我们的技术具备推广条件后，会对行业开放的，这也是我们在这次展会上发布和展出这项技术的原因。”贺海涛说，“我们一家企业再强大毕竟只是一家，只有全行业都往智能化开采这个方向攻关，这条路才能越走越宽。”
