割煤、跟机、推溜、拉架……一系列动作一气呵成，滚滚乌金经过刮板运输机流出工作面。这一切都显示在四川省煤炭产业集团华荣能源公司大宝顶煤矿调度指挥中心屏幕上。小到设备零件的温度，大到整个工作面的开采进度，都被处理成了一个个清晰明确的数据。
“2124—14智能化综采工作面自今年4月初正式生产以来，平均每个月可以生产7万余吨原煤，比之前普通综采工作面产量提升了150%，当班作业人员减少了30%，劳动强度也小多了。”大宝顶煤矿综采二队队长张涛表示。
应用智能化综采技术，在大宝顶煤矿早已不是新鲜事。2021年初，全国首个大倾角复杂煤层结构智能化综采工作面在该矿正式投产。截至2021年12月工作面回采结束，累计回采产量达43.2万吨。在原工作面开采完成之后，该矿新建了2124—14智能化综采工作面。从与复杂地质斗争，到掌握智慧开采密码，智能化开采技术已在华荣能源公司大宝顶煤矿落地生根。
密码一：支架上的秘密
“走路拉绳子，常走太空步”是大宝顶煤矿井下职工的工作写照，也是大宝顶煤矿采煤工作面开采条件的真实写照。
“我们的煤层赋存和开采条件很复杂，发展智能化综采比较艰难，每走一步都在与复杂煤层结构作斗争。”大宝顶煤矿机电副总工程师董超表示。随着第二个智能化综采工作面正式投运，该矿逐渐掌握了大倾角复杂煤层结构智能化综采技术。
2019年，大宝顶煤矿打算把2124—15工作面建成全国首个大倾角复杂煤层结构智能化综采工作面。不过，工作面平均倾斜长度172米，平均采高2.4米，煤层倾角从北往南逐渐增大，最小10度，最大34度，平均倾角26度。当时，国内外综采智能化技术的推广应用集中于近水平工作面，未有在大倾角工作面进行智能化开采的先例。
“正常人在坡度20度的斜坡上来回行走都会非常累，更别说在这种情况下自动操作采煤机、拉移支架了。”大宝顶煤矿综采二队机电副队长李清林说。
为此，大宝顶煤矿成立了工作专班，对工作面现场条件和智能化开采可行性进行了分析，逐一列出问题，开展课题攻关。“首先面对的就是设备防倒防滑问题。”综采二队队长张涛说，“由于支架自重的下滑分力和顶板对顶梁的倾斜推力等作用，工作面倾角越大，液压支架越会出现沿倾斜方向下滑和倾倒的可能。”
“当时国内尚无可借鉴的经验，我们就在现有支架上‘做文章’。”一名参与技术攻关的相关人员表示。
据介绍，在设计上，他们在工作面前5架排头支架上添加了其他支架所没有的前调、后调和千斤顶。在前5架进行降柱移架的时候，邻架可以对其进行牵引，防止其倾倒。同时，前5架排头架在进行移架的时候，采用错位移架的方式，先进行3号、4号支架移架，再进行1号、2号支架移架，最后再进行5号及往后支架移架。整个工作面在排头架的支撑下，防倾倒能力大大增强，保证了下出口设备和人员的安全。
在设备防滑上，该矿在支架底板加装了防滑千斤顶，将防滑千斤顶伸出，抵住推溜缸，以升压固定住的支架为支点，对推溜缸进行支撑，从而固定刮板输送机，防止其下滑。此外，推溜缸还被编入了工作面自动跟机程序，可实现程序控制自动伸缩，解决了工作面下滑问题。
“我们在智能化自动跟机过程中开创性使用防倒防滑缸，对类似的大倾角工作面实现智能化采煤具有借鉴意义。我们第二个智能化综采工作面也应用了此项技术。”一名参与技术攻关的相关人员表示。
此外，该矿还应用了多角度调节式行走液压支架。这是一种具备多角度调节功能的可行走液压支架，是智能化综采的核心设备。因行走液压支架要依靠行走履带，而行走履带接地面积大，如果地面矿石较多，行走履带压在矿石上时，会导致整个液压支架歪斜。但是，现有的多角度调节式行走液压支架不具备清障功能。
针对实际情况，大宝顶煤矿在支架履带前设置了清障和导流机关。当行走履带行走时，可以对前方路障进行清除，从而保持平稳。由于设置了导流机关，不会出现矿石堆积在清障板前方导致行走履带工作负荷加重的现象，保障了液压支架自动移架和支护效果。目前，“一种多角度调节式行走液压支架”获得了国家实用新型专利。
密码二：防飞石的智慧
随着采煤机滚滚向前，支架前的挡矸板依次竖起，遮挡住飞来的矸石。
“这是智能化工作面防止矸石飞溅的小秘密。”该矿工作人员指着最上层挡矸板上一处特殊的网状窗口表示，这个设计使红外线无论在任何采高、任意倾角都不会被遮挡，可以更好地适应地质条件复杂的工作面。
为了防止煤壁侧的煤矸飞到架内伤及人员和设备，在设计之初，大宝顶煤矿预想在刮板机电缆槽靠近支架通道的一侧，增加可以固定挡矸板的结构，采用液压缸的动力方式控制挡矸板升降。
大宝顶煤矿工作面倾角大、采高变化大。为了适应极其复杂的地质条件，该矿挡矸板创新采用三层式设计，一层固定、一层升降、一层可拆卸。结合测高传感器的使用，在自动控制系统的控制下，挡矸板可以完成不同采高条件下的升降动作。
但在设备试机调试时，该矿技术人员发现，传统的挡矸板会遮挡支架红外线信号接收，无法自动控制挡矸板升降。面对困难，该矿技术人员打起了挡矸板的主意。他们对传统挡矸板进行了改进，把挡矸板的一部分实心结构改成镂空网状结构。
“我们反复模拟试验了该网状结构在不同采高、不同倾角工作面条件下的红外线接收情况。档矸板网状结构的设计为国内现有大倾角工作面实现智能化自动跟机提供了借鉴。”该矿相关负责人表示。
密码三：转载机的改进
在综采过程中，每割一刀煤，桥式转载机就向前拉移一刀的距离。拉移桥式转载机的前进速度与安全问题，直接关乎采煤效率。
以往升降单体支柱时，必须有两人扶正压柱缸，一人注液，人工扶正压柱缸的时间较长，耽误生产。同时，扶压柱缸、注液时，人员在压柱缸下方，压柱缸易偏，导致顶板落石伤人。此外，压柱是固定的，桥式转载机向前拉移一刀后，就要撤柱、移柱，为下一个循环拉转载机做准备。撤柱、移柱工人劳动强度大，安全隐患多。
“我们设计了一种可调节的桥式转载机压柱，便于调节压柱缸的方向和高度，消除安全隐患，减少工作人员，实现一人远程操作。”董超说。
改良后的可调节式桥式转载机压柱，通过其中一个辅助液压缸的活塞杆伸缩，可以使压柱缸沿桥式转载机滑道的延伸方向摆动；通过另一个辅助液压缸的活塞杆伸缩，可以沿垂直于桥式转载机滑道的延伸方向摆动，使压柱缸在桥式转载机滑道的两侧摆动；配合滑轨调节位置的设置，可以调节压柱缸任意角度，最大限度发挥压柱缸的作用。
“通过两个辅助液压缸来完善压柱缸的角度调节功能，对压柱缸起到支撑作用，避免了人员扶柱。同时，两个辅助液压缸、压柱缸跟随滑道移动，避免了撤柱、移柱，确保了人员安全。”董超表示。
2021年2月9日，“可调节式桥式转载机压柱”获得国家实用新型专利。
通过这些技术创新，大宝顶煤矿逐渐完善了大倾角复杂煤层智能化采煤工艺。
“大宝鼎煤矿智能化综采项目积累的技术成果和经验，可以促进区域内乃至全国煤炭企业智能化综采水平的大幅度提升，有利于提升煤矿整体安全水平与效益，具有推广应用价值。”中国国际工程咨询公司专家组对该项目作出评价。
目前，大倾角复杂煤层结构智能化综采工作面已顺利投产500余天。“这表明，大倾角复杂结构煤层条件下已经完全可以实现智能化综采技术。”华荣能源公司相关负责人表示，“尽管大宝顶煤矿大倾角复杂煤层智能化采煤工艺在全国范围内是先例，但不可否认，无人化、智能化综采工艺乃至智慧矿山建设是一个硅步千里的过程。大宝顶煤矿仍面临着不少挑战，在煤流生产运输智能协调、机器人巡检等方面，我们还需继续探索。”
让煤矿智能化释放更大红利
车 瓦
煤层赋存和开采条件复杂的矿井能否发展智能化综采？大宝顶煤矿用实际行动给出了答案——不仅能，而且比之前普通综采工作面产量提升了150%，当班作业人员减少了30%。作为在大倾角复杂煤层结构采用智能化综采技术的“吃螃蟹”者，大宝顶煤矿付出了艰辛，也享受到了煤矿智能化的红利。
由于我国煤层赋存条件复杂多样，不同煤层赋存条件矿井开展智能化建设的技术路径、难易程度、效果等均不相同。目前，我国煤矿智能化发展依然存在不平衡现象。
西部大型矿区煤层赋存条件较好，智能化开采技术与装备相对成熟，生产效益好，人才储备相对丰富，智能化煤矿建设速度快、效果好。相比之下，中东部、西南部矿区煤层赋存条件相对复杂，智能化开采技术与装备适应性较差，高端技术人才匮乏，投入产出比低，煤矿智能化建设缓慢。
是否有必要投入资金和人力物力在煤层赋存和开采条件复杂的矿井发展智能化？在煤炭行业，有不同的声音。有人认为，煤层赋存条件复杂的矿井，能源开采成本高，以后要逐渐淘汰，不应再花大力气搞智能化。有人认为，在煤层赋存条件复杂的矿井突破技术瓶颈，不仅能够提高煤炭企业的生产效率，而且对于其他同类型矿井有借鉴意义。
《煤炭工业发展“十三五”规划》明确了全国煤炭开发总体布局是压缩东部、限制中部和东北、优化西部。这并不意味着中部、东部地区的煤炭发展要完全“摆烂”，对于煤层赋存和开采条件复杂的矿井而言，坐以待毙更是下下策。
当前，煤炭行业虽面临政策、环境等压力，但能源保供基本面依然给目前煤炭行业发展提供了机遇。在这样的宏观背景下，智能化是必然趋势。智能化做得好，则步入发展快车道；智能化做得不好，则面临淘汰风险。
煤层赋存和开采条件复杂的矿井还需更加重视煤矿智能化建设。未来煤矿智能化的发展形态不仅是煤炭生产环节的智能化，还包括煤矿地质勘探、矿井设计建造、废弃矿井综合利用等矿井全生命周期管控智能化以及煤矿“产、运、销、储、用”全流程调控的智能系统化。突破其中众多技术难题，还有很长的路要走，也值得我们去走。正如中国工程院院士王国法所言：“我们提出的煤矿智能化愿景，让职工更幸福、企业更高质量地发展。这是符合科学规律的，是一定能够实现的。”
