煤炭智能化开采：从“出煤不见煤”向“采煤不见煤”的大跨越

煤炭行业面临着地质构造复杂。根据查询煤炭智能精准开采相关资料得知，分析煤炭智能精准开采提出的背景是煤炭行业面临着地质构造复杂。煤炭安全智能精准开采已从科学构想发展为理论和技术现实，为中国煤炭科技创新从跟跑、并跑到领跑跨越提供了强劲动力。

煤炭智能精准开采3.0关键技术简述如下：

1、远程人工干预技术液压支架自动化运作

液压机运作环境较为复杂，为了使液压机能够正常运作，一般需要大量技术员工对液压机进行实时动态监控，那么这必然会造成大量人力资源的浪费以及公司成本的增加，更重要的是针对出现的问题不能够及时发现，就会导致信息反馈不及时。

最终会造成整体煤炭开采工作的整个运作效率低下。如果可以实现液压机的运作能够处于实时的监控状态之下，那么这将会大大提高煤炭开采工作的运作效率。

2、视频监控技术实现综采工作面实时监控

对于煤矿企业来说，在煤矿开采的过程当中，必然会面临开采人员的人身安全问题，尤其是地下煤矿开采活动，为了能够降低安全事故的发生概率，并且对已发生的事故能够做出及时的响应，就需要在综采工作面安装监控系统，从而对地下环境实现实时动态监控。

通过监控中心与指挥中心的互联互通以及相互协作，不仅能够实现工作面的可视化，同时还提高了井下作业的安全性，实现了地面指挥中心对井下作业相关情况的及时捕获，并针对突发事故做出及时的反应。

3、综采自动化集中控制技术实现设备全面监控

我国大多数煤矿企业已经建立起了一套比较完整的自动化综采集中控制系统，在煤炭开采过程中，可以实现机械设备处于全面控制并且被实时监控的状态。例如，采煤专用设备，液压支架、供电设备等。此外，根据实际工作环境，设计合理的施工工序。

实现井下作业控制系统与地面控制中心控制系统集中控制综采工作面，不仅可以实现煤炭开采流程全自动，还可以实现井下作业的可视化，从而在很大程度上提升了井下作业的安全性以及提高煤炭开采的工作质量。

我国利用煤炭已有几千年的历史，是世界上发现和利用煤炭最早的国家之一。远在公元前500年左右的春秋战国时期，煤已成为一种重要产品，称为石涅或涅石。魏晋时期称煤炭为石墨，唐宋时期为石炭，明朝始称煤炭。公元前一世纪，煤已经用于冶铁和炼铜。17世纪中叶，明末宋应星的《天工开物》一书，系统的记载了我国古代煤炭的开采技术，包括地质、开拓、采煤、支护、通风、提升以及瓦斯排放等技术，说明当时的采煤业已发展到一定的规模了。在相当长的时期内，我国的煤炭开采技术始终停留在手工作业生产的水平上，1949年全国煤炭年产量只有32.40Mt。

建国以来，党和政府十分重视煤炭工业的发展，建设了大批新矿井，原煤产量飞速增长，1996年原煤产量已达13.3亿吨，居世界首位。在原煤产量中，国有重点煤炭和地方煤矿产量分别约占40%和60%。特别是改革开放以来，煤炭工业发展取得了更为显著的效果，采煤、掘进、运输等生产环节的机械化和生产集中化程度迅速提高，平均单产工效增长较快，创造了许多新的记录。

1996年国有重点煤矿有72个综合机械化采煤队年产量超过1.00Mt，工作面平均数目达240.14个，平均年产77.1万t，平均回采工效 26.14t/工，综采比重占47.18%。兖州南屯综采队年产达3.50Mt。达到国际先进水平。全国共329个普采工作面，平均年产24.7万t，其中有40个单体液压支架普采队，年产超过40万t ；普采面平均回采工效7.62t/工，产量比重占23.35%，峰峰（现冀中能源）万年矿普采队创年产80万t的记录。全国煤矿炮采工作面有4个队年产超过35万t，开滦矿区一炮采队曾创年产50万t的高产记录。

关于最早发现煤炭的时间，明朝人陆深曾提出女娲氏“炼石补天”的传说与煤炭的发现有联系，顾炎武也赞同此说。这是从神话传说作出的推断，当然无法证实，但人类在最初发现和使用火的过程中，对煤炭有所认识也不是不可能的。“譬如大同煤田侏罗纪煤层最早在第四纪早更新世，即距今约二百万年前就开始自燃，仅在雁崖三号和11号煤层古火区就已烧掉了大约2000万吨煤，燃烧特征十分明显。”我们古老的祖先很可能从煤炭的自燃中得到一些启示。至于山西地区煤炭的最早记载，见于春秋末战国初的《山海经》，其《北山经》云：“孟门之山，其上多苍玉，多金，其下多黄玉，多涅石。”“贲门之山，其上多苍玉，其下多黄垩，多涅石。”这“涅石”就是古代对煤炭的称呼，而“孟门之山”，据考为今河东煤田南部的吉县山区，“贲门之山”为泛指太行山地区。由这则记载可以得知，早在春秋战国之际，人们对山西地区的煤炭就有了了解，而其最初发现的年代还要比见于记载的时间早得多。

煤炭发现之后，首先用于生活方面，《北史·王劭传》记载，王劭在作晋阳县令时，曾说“今温酒及炙肉用石炭火”；日本僧人圆仁法师于唐开成五年（ 804年）前往长安途中，也看到了太原附近普遍用煤烧饭的情形，“出城西行三四里，到石山名为晋山，遍地有石炭，近远诸州人，尽求而燃，料理饭食，极有火势。”此外，煤还被用作治疗一种疮的药物，有的地方还用煤来写字、作画，故又称煤为“石墨”。

煤炭具有热力高和燃烧时间长的特点，比木炭更适应于金属冶炼，随着冶铁业的发展，煤便被用于冶铁了。1958年在河南省巩县铁生沟汉代冶铁遗址中，曾发现了煤渣、煤块和用煤末掺和粘土、石英砂制成的煤饼，证明当时已使用煤炭制铁。联系汉代桓宽的《盐铁论》中“盐、冶之处大概皆依山川近铁炭”的记载，推测富有铁煤矿藏的三晋地区在汉代也已经将煤炭运用于冶铁业中了。由于使用煤炭作燃料，三晋地区的冶铜、冶铁业发展很快，唐朝时太原的铜镜、并州的刀剪，都是驰名全国的精品，每年都要上贡朝廷。宋代时，以无烟煤作燃料和还原剂的方炉治润炼铁法在三晋地区得到广泛运用，更促进了冶铁业的发展，故有“河东铁、炭最盛”（《宋史·食货志》）的说法。　随着采煤业的迅速发展，煤炭的利润也更为可观，宋王朝遂对煤炭实行官卖制度，在产煤地区设官，掌管煤炭开采和销售，向采煤窑户和卖煤商人课税。由于课税重，“煤利至微，窑户至苦”，一些地方官员也代窑户请求减除煤税，如庆历五年（1045年）陈尧佐任河东路转运使（驻太原府）时，就曾上疏朝廷云：“河东路以地寒民贫，仰石炭为生，奏除其税。”（《宋史·陈尧佐传》）然而，向煤炭业课税的做法一直延续下来，元、明、清政府都把煤炭课税视为国家财政收入的重要来源之一，山西地区则以煤炭蕴藏丰富、开采量大，而在其中占有重要地位。

山西人民长期以来开采煤炭，用之于生活之中，用之于冶铁、冶铜、烧石灰、烧砖、制陶、酿酒等手工业生产，还从煤中提炼黑矾、硫磺，逐渐地对乌黑的煤炭产生了感情，产生了“旺火”的习俗，“上元之夕，家家烧炭，至夜炼（燃）之达旦，火焰焰然，光气上属，天为之赤”（光绪《平定州志》），这种风俗也叫“塔火”、“棒槌火”，有些地方一直到现在仍旧保留着。在家、金时期，还有一种用煤炭殉葬的习俗，这在洪洞县场堆村金代墓葬遗址和稷山县南宋末期墓葬遗址中都有发现。

山西地区盐、铁、煤矿藏的开采，不仅给古代人民的生产、生活带来了巨大的影响，满足了生活的需求，促进了生产的进步和社会的发展，而且是封建国家财政收入的重要来源，并被运用到边防和军队的建设中去，因而提高了山西地区在历史上的地位。在社会主义的今天，这些丰富的矿藏又继续为把山西建设成为能源重化工基地，发挥着巨大的作用.

(1)古代煤炭产业的发展

我国是世界上最早开发和利用煤炭资源的国家。流传久远的神话传说充分说明，我国很早就已发现和利用煤炭。

1973年10月在沈阳“新乐遗址”出土的文物中，有97块煤精雕刻制品和煤块，经鉴定为抚顺煤田西部本层煤，“新乐遗址”出土文物属于新石器时代，早、中期，这说明我国抚顺煤田早在距今6800—7200年以前就被发现和利用了。1938年有抚顺还发现过一处距今2000多年前汉代居民点遗址燃煤的遗迹。

从汉代开始，煤炭已经用于冶铁过程中。西汉时期，开始采煤炼铁东汉末年三国时期，煤炭的开采和使用得到了进一步发展。

晋代以及南北朝时期，江西高安、新疆库车和山西大同等地区煤炭开发比较突出。

隋文帝初年，煤炭就成了宫廷中的重要燃料。唐元和四年(公元809年)，炼丹家清虚子发明了黑火药，使采矿业进入了爆破开采的时代。从唐代开始，我国煤炭开发利用的知识逐渐传播到国外，在一些外国著作中，记述了中国人民利用煤炭的情况，成为中外友好交往的象征。

宋代的煤炭开发利用以现今河南、河北、陕西、山东等地最为突出。在宋代，我国人民就已经利用焦炭，炼焦技术已臻成熟。

元代，在全国统一之后，以蒙古贵族为首的统治集团为了巩固统治，大力发展生产，注重矿业。特别是都城大都(今北京)的西山地区，采煤业发展较为普遍，成为最大的煤炭生产基地。

明代，我国煤炭开发利用得到了比较明显的发展。当时煤炭业不仅在河南、河北、山东、山西、陕西等地有了普遍进步，且在江西、安徽、四川、云南等地也不同程度地得到了发展。

清代的采煤业，在明代的基础上，得到了进一步发展。从清初到道光，历代统治者对煤炭生产都是比较重视，并对煤炭开发采取扶植措施。由于各级官府对煤炭开发比较重视，加上社会的迫切需要和各地人民的辛勤劳动，从而使清代采煤业有了普遍的发展，尤其是在乾隆年间(公元1736～1795年)，出现了我国古代煤炭开发史上的又一个高潮。

(2)近代煤炭产业的发展

中国正式建成的第一个近代煤矿是台湾基隆煤矿。至1895年为止，各地开办了十几个规模较小的近代煤矿，使中国的采煤业进入了一个新的历史时期，此为中国近代煤矿发展的第一阶段。

1895～1936年，在外资和民族资本家争相投资中国煤矿的情况下，又出现一批新式合资煤矿企业。1929年国民党政府建设委员会开办淮南煤矿同年，成立山西晋北矿务局，开采大同煤矿至1936年，全国年产5万t以上的新式煤矿61个，全国原煤产量3900万t，平均效率为每工0.3t。

这一时期的基本特点是:①各帝国主义相继攫取中国矿权，以单独经营或同中国合资经营的方式，控制了中国主要煤矿。这期间外国人投资的煤矿32个，投资额占中国煤矿总投资额的51.78%。1933年全国煤产量属于有外资的产额占61.3%。②中国民族资本在资金不足，技术力量薄弱的条件下，开办了一批煤矿，其效率较低，成本较高，经受不住外煤倾销的打击，往往亏损。③生产环节的机械配置极不合理，矿井提升、通风、排水用新式机器，而回采工作面主要是手镐刨煤，巷道运输多靠人力和畜力。④煤矿企业分布极不合理，主要集中于河北、山东、辽宁、山西、河南5省。1936年这5省煤产量占全国煤产量的76.5%。

(3)抗日战争时期的煤炭产业

1937年抗日战争爆发，日本帝国主义继1931年侵占东北所有煤矿之后，又陆续侵占华北、华中煤矿。日本帝国主义在东北、华北、华中占领区进行掠夺性开采，煤矿开采有以下几个特点:①日本帝国主义为解决设备不足的困难，而又能更多、更快地掠夺中国煤炭资源，煤田开拓方式主要采用小斜井和小立井，例如东北有大小煤坑267个，其中立井8个，露天矿7个，斜井252个采煤方法绝大多数为残柱式，回收率仅20%左右。②增产主要靠增加劳动力，很少增加机械设备。③生产效率逐年下降，煤炭成本逐年提高。④缺少保安设备和措施，灾害事故严重，1942年本溪湖煤矿发生世界罕见的瓦斯煤尘爆炸事故，死亡1549人。

1937年以后，随着华北主要产煤区被日本帝国主义的侵占，国民党政府不得不把煤炭开发事业转向西南、华南和西北。从1937～1945年，国民党政府管辖区新建或扩建日产50t以上的煤矿57个，规模最大的是天府煤矿，年产30多万t，其他煤矿年产量多在2万t以下。从1938～1945年国民党政府管辖区共计产煤4562万t。

(4)解放战争时期的煤炭产业

1945年日本投降后，所侵占的煤矿大部分为国民党政府接收。这些煤矿因受日帝掠夺破坏和战争影响，多数处于停产或半停产状态。西南等地的煤矿因销路不旺，产量锐减。1946～1948年国民党政府资源委员会直辖的29个煤矿只生产原煤1252万t。

在中国解放区，民主政府先是从日帝手中接管了一批煤矿，嗣后又陆续从国民党政府手中接管了除台湾省以外的所有煤矿。这些煤矿都曾遭到严重破坏。民主政府在器材物资极端缺乏的条件下，进行艰苦的修复工作，逐步恢复生产。从1946～1949年，中国解放区约生产原煤2000万t。

(5)新中国成立后的煤炭产业

新中国在建立之初，从旧中国接收了约40个煤矿企业、200处矿井和少数几个露天煤矿，加上解放区民主政府兴办的小煤矿、公私合营煤矿和私人开办的小煤窑，1949年生产原煤32.43Mt。

在三年恢复时期(1950～1952年)，全面恢复了原有煤矿的生产，对32处矿井进行了改扩建，并开工建设新井17处，设计生产能力12.51Mt/a，初步奠定了煤矿开采发展的基础。

“一五”时期(1953～1957年)开始了大规模的煤矿生产建设，重点扩建了开滦、大同、阜新、鹤岗等15个老矿区，又开发建设了平顶山、鹤壁、包头、潞安、石嘴山等10个新矿区，开工建设矿井194处，设计生产能力75.37Mt/a建成投产矿井205处，设计生产能力63.76Mt/a恢复矿井38处，设计生产能力11.34Mt/a，1957年全国原煤产量达到130.73Mt。

1958年开始的三年大跃进及这期间出现的高指标、瞎指挥等不科学的做法，导致不适当地扩大了煤矿建设规模，一些新建矿井简易投产，一些生产矿井重采轻掘，推行了不合理的采矿方法，出现严重的采掘失调。针对大跃进带来的问题，煤炭工业进行了第一次大调整。

“三五”(1966～1970年)和“四五”(1971～1975年)时期，煤炭开发战略和建设重点有重大改变。在此期间，集中建设了煤炭工业“大三线”——西南和西北煤炭生产基地，突击性开发江南煤田。在西南主要建设了六盘水(六枝、盘县、水城三个矿区的总称)和攀枝花矿区，建设矿井共28处，设计生产总能力14.11Mt/a，建成投产矿井21处，设计生产能力9.40Mt/a在西北的贺兰山基地和渭北基地。

“四五”期间，建设总规模达到42处，设计生产能力12.82Mt/a建成矿井(露天)13处，设计生产能力11.22Mt/a，满足了西南和西北用煤的需要，显著改善了煤炭开发布局。为扭转北煤南运的局面，“三五”时期对江南煤田进行了大规模的煤田地质勘探和分布范围广阔的矿区建设，到“四五”期末，建成矿井295处，设计生产能力39.36Mt/a。由于建设部署不符合江南煤田实际，尽管做出了巨大努力，但“扭转北煤南运”的原定目标仍未能实现。

针对20世纪70年代偏重挖掘生产矿井潜力，新井建设规模缩小，一些生产矿井又出现采掘失调的情况，从70年代后期起，又进行了煤炭工业第二次大调整。加大了新井建设规模，建设重点由西南、江南转向北方和东部，加强了生产矿井的开拓延深，改善了安全生产条件。

进入20世纪80年代，随着改革开放的深化，煤矿开采在质与量方面都有很大发展，新开发了10多个新矿区，新建设一批现代化的大型矿井和露天矿，大力推广采矿机械化和综合机械化，有重点地建设多层次的高产高效矿井，大力发展了地方煤矿，开办了遍布全国的乡镇煤矿，有选择地建设了重点产煤县，使煤矿开采在更大规模和高质量的基础上持续向前发展。

20世纪的最后10年，我国煤矿开采以提高经济效益为中心，应用现代高新技术与采矿技术及装备相结合，加速推进煤矿生产技术的现代化，进行了高产高效矿井(露天)建设，并建成129处高产高效煤矿(井工123处，露天6处)，少数矿井达到了世界最先进的水平，获得了巨大的经济效益和社会效益，也开拓出了我国煤矿开采21世纪发展的新道路。[1]

进入21世纪以来，我国煤炭行业发展迅速，掀起了煤矿开发及开采的新高潮。据国家统计局发布的《2012年国民经济和社会发展统计公报》指出，2012年我国原煤产量已达36.5亿t。图1-1为近六年来我国原煤产量及增长情况。

图1-1 近六年来原煤产量及增长比例