期刊首页 优先出版 当期阅读 过刊浏览 作者中心 关于期刊 English

《中国工程科学》 >> 2023年 第25卷 第5期 doi: 10.15302/J-SSCAE-2023.05.013

我国煤矿煤机智能技术与装备发展研究

1. 中国矿业大学(北京),北京 100083;

2. 煤矿智能化与机器人创新应用应急管理部重点实验室,北京 100083;

3. 中国矿业大学(北京)机械与电气工程学院,北京 100083;

4. 中煤科工开采研究院有限公司,北京 100013;

5. 天地科技股份有限公司,北京100013;

6. 山西省煤矿智能装备工程研究中心,太原 030024;

7. 太原理工大学机械与运载工程学院,太原 030024

资助项目 :中国工程院咨询项目“山西煤机装备制造高质量发展战略研究” (2022-XY-42) 收稿日期: 2023-07-21 修回日期: 2023-09-28 发布日期: 2023-11-01

下一篇 上一篇

摘要

煤机装备是煤炭开采技术变革、煤炭能源生产体系的关键支撑,受“双碳”战略目标、智能煤矿建设浪潮的驱动,我国煤机装备产业将朝着智能、绿色、安全、高效方向转型升级;煤机市场的机遇与挑战并存,煤机智能技术与装备发展成为迫切需求。本文立足我国煤炭智能化开采尚处于初级阶段的发展实际,梳理了煤机智能技术与装备的发展现状与趋势,剖析了煤机智能装备关键技术体系,涵盖煤矿智能装备支撑、智能综采综放、智能快速掘进、主 / 辅助运输系统智能感知与控制、煤矿机器人等技术;提出了关键基础材料和先进加工工艺、柔性制造和虚拟仿真、装备再制造、第五代移动通信+工业互联网深度融合、工业大数据与人工智能、物联网智能感知与互联、信息物理与数字孪生系统等煤机智能装备产业发展方向。研究建议,加强煤机智能技术与装备攻关,完善煤机人才支撑体系,规划引导与产业布局优化并举,建立煤机研制创新生态系统,以此推动煤机装备高质量发展。

参考文献

[ 1 ] 葛世荣 , 胡而已 , 李允旺‍‍ . 煤矿机器人技术新进展及新方向 [J]‍. 煤炭学报 , 2023 , 48 1 : 54 ‒ 73 ‍.
Ge S R , Hu E Y , Li Y W‍ . New progress and direction of robot technology in coal mine [J]‍. Journal of China Coal Society , 2023 , 48 1 : 54 ‒ 73 ‍.

[ 2 ] 谢和平 , 王金华 , 王国法 , 等‍ . 煤炭革命新理念与煤炭科技发展构想 [J]‍. 煤炭学报 , 2018 , 43 5 : 1187 ‒ 1197 ‍.
Xie H P , Wang J H , Wang G F , al e t ‍. New ideas of coal revolution and layout of coal science and technology development [J]‍. Journal of China Coal Society , 2018 , 43 5 : 1187 ‒ 1197 ‍.

[ 3 ] 习近平‍ . 正确认识和把握我国发展重大理论和实践问题 [EBOL]‍. 2022-05-15 ‍[ 2023-06-20 ]‍. http: www‍.qstheory‍.cndukanqs2022-0515c_1128649331‍.htm‍ .
Xi J P‍ . Correctly understanding and grasping the major theoretical and practical issues in China´s development [EBOL]‍. 2022-05-15 [ 2023-06-20 ]‍. http: www‍.qstheory‍.cndukanqs2022-0515c_1128649331‍.htm‍ . 链接1

[ 4 ] 中国能源研究会‍ . 中国能源展望2030 [M]‍. 北京 : 经济管理出版社 , 2016 ‍.
China Energy Research Association‍ . China energy outlook 2030 [M]‍. Beijing : Economic Management Press , 2016 ‍.

[ 5 ] 谢和平 , 吴立新 , 郑德志‍ . 2025年中国能源消费及煤炭需求预测 [J]‍. 煤炭学报 , 2019 , 44 7 : 1949 ‒ 1960 ‍.
Xie H P , Wu L X , Zheng D Z‍ . Prediction on the energy consumption and coal demand of China in 2025 [J]‍. Journal of China Coal Society , 2019 , 44 7 : 1949 ‒ 1960 .

[ 6 ] 袁亮‍ . 煤炭精准开采科学构想 [J]‍. 煤炭学报 , 2017 , 42 1 : 1 ‒ 7 ‍.
Yuan L‍ . Scientific conception of precision coal mining [J]‍. Journal of China Coal Society , 2017 , 42 1 : 1 ‒ 7 ‍.

[ 7 ] International Energy Agency (IEA)‍. Coal 2022 : Analysis and forecast to 2025 [R/OL]‍. (2022-12)‍[2023-06-04]‍. https: //www‍.iea‍.org/reports/coal-2022‍. 链接1

[ 8 ] 中国煤炭工业协会‍ . 2022煤炭行业发展年度报告 [EBOL]‍. 2023-03-08 ‍[ 2023-06-04 ]‍. http: www‍.‍coalchina‍.‍org‍.‍cnindex‍.php?m=contentc=indexa=showcatid=9id=146684‍ .
China Coal Industry Association‍ . 2022 annual report on the development of the coal industry [EBOL]‍. 2023-03-08 [ 2023-06-04 ]‍. http: www‍.coalchina‍.org‍.cnindex‍.php?m=contentc=indexa=showcatid=9id=146684‍ . 链接1

[ 9 ] BP. Statistical review of world energy (2022) [EB/OL]. [2023-06-04]. https://www.bp.com/content/dam/bp/business-sites/en/global/corporate/pdfs/energy-economics/statistical-review/bp-stats-review-2022-full-report.pdf‍. 链接1

[10] 国家统计局‍ . 能源生产总量和构成 [EBOL]‍. 2022-10-27 [ 2023-03-23 ]‍. https: data‍.‍stats‍.‍gov‍.‍cntablequery‍.‍htm?‍code=AA0701‍ .
National Bureau of Statistics of China‍ . Total energy production and composition [EBOL]‍. 2022-10-27 ‍[ 2023-03-23 ]‍. https: data‍.stats‍.gov‍.cntablequery‍.htm?code=AA0701‍ . 链接1

[11] 文博杰 , 陈毓川 , 王高尚 , 等‍ . 2035年中国能源与矿产资源需求展望 [J]‍. 中国工程科学 , 2019 , 21 1 : 68 ‒ 73 ‍.
Wen B J , Chen Y C , Wang G S , al e t ‍. China´s demand for energy and mineral resources by 2035 [J]‍. Strategic Study of CAE , 2019 , 21 1 : 68 ‒ 73 ‍.

[12] 中矿北京煤炭产业景气指数研究课题组‍ . 2022—2023年中国煤炭产业经济形势研究报告 [J]‍. 中国煤炭 , 2023 , 49 3 : 2 ‒ 10 ‍.
Research Group of Zhongkuang Beijing Coal Industry Prosperity Index‍ . Research report on the economic situation of China´s coal industry from 2022 to 2023 [J]‍. China Coal , 2023 , 49 3 : 2 ‒ 10 ‍.

[13] 王国法 , 刘峰 , 孟祥军 , 等‍ . 煤矿智能化初级阶段研究与实践 [J]‍. 煤炭科学技术 , 2019 , 47 8 : 1 ‒ 36 ‍.
Wang G F , Liu F , Meng X J , al e t ‍. Research and practice on intelligent coal mine construction primary [J]‍. Coal Science and Technology , 2016 , 47 8 : 1 ‒ 36 ‍.

[14] 王国法 , 赵国瑞 , 任怀伟‍ . 智慧煤矿与智能化开采关键核心技术分析 [J]‍. 煤炭学报 , 2019 , 44 1 : 34 ‒ 41 ‍.
Wang G F , Zhao G R , Ren H W‍ . Analysis on key technologies of intelligent coal mine and intelligent mining [J]‍. Journal of China Coal Society , 2019 , 44 1 : 34 ‒ 41 ‍.

[15] 莫非‍ . 以颠覆性技术实现煤炭清洁高效利用——访中国工程院院士葛世荣 [N]‍. 中国电力报 , 2023-03-21 01‍.
Mo F‍ . Realization of clean and efficient utilization of coal with subversive technology—Interview with Ge Shirong, a member of the Chinese Academy of Engineering [N]‍. China Electric Power News , 2023-03-21 01‍.

[16] 国家发展和改革委员会 , 国家能源局‍ . " 十四五"现代能源体系规‍划 [EBOL]‍. 2022-01-29 ‍[ 2023-06-04 ]‍. https: www‍.‍gov‍.‍cnzhengcezhengceku2022-03235680759filesccc7dffca8f24880a80af12755558f4a‍.pdf‍ .
National Development and Reform Commission of China, National Energy Administration of China‍ . Modern energy system planning for the 14th Five Year Plan [EBOL]‍. 2022-01-29 [ 2023-06-04 ]‍. https: www‍.‍gov‍.‍cnzhengcezhengceku2022-03235680759filesccc7dffca8f24880a80af12755558f4a‍.pdf‍ . 链接1

[17] 谢克昌‍ . 面向2035年我国能源发展的思考与建议 [J]‍. 中国工程科学 , 2022 , 24 6 : 1 ‒ 7 ‍.
Xie K C‍ . China´s energy development for 2035: Strategic thinking and suggestions [J]‍. Strategic Study of CAE , 2022 , 24 6 : 1 ‒ 7 ‍.

[18] 黄震 , 谢晓敏 , 张庭婷‍ . " 双碳"背景下我国中长期能源需求预测与转型路径研究 [J]‍. 中国工程科学 , 2022 , 24 6 : 8 ‒ 18 ‍.
Huang Z , Xie X M , Zhang T T‍ . Medium- and long-term energy demand of China and energy transition pathway toward carbon neutrality [J]‍. Strategic Study of CAE , 2022 , 24 6 : 8 ‒ 18 ‍.

[19] 谢和平 , 任世华 , 谢亚辰 , 等‍ . 碳中和目标下煤炭行业发展机遇 [J]‍. 煤炭学报 , 2021 , 46 7 : 2197 ‒ 2211 ‍.
Xie H P , Ren S H , Xie Y C , al e t ‍. Development opportunities of the coal industry towards the goal of carbon neutrality [J]‍. Journal of China Coal Society , 2021 , 46 7 : 2197 ‒ 2211 ‍.

[20] 武强 , 涂坤 , 曾一凡 , 等‍ . 打造我国主体能源 煤炭升级版面临的主要问题与对策探讨 [J]‍. 煤炭学报 , 2019 , 44 6 : 1625 ‒ 1636 ‍.
Wu Q , Tu K , Zeng Y F , al e t ‍. Discussion on the main problems and countermeasures for building an upgrade version of main energy coal industry in China [J]‍. Journal of China Coal Society , 2019 , 44 6 : 1625 ‒ 163 ‍.

[21] 康红普 , 谢和平 , 任世华 , 等‍ . 全球产业链与能源供应链重构背景下我国煤炭行业发展策略研究 [J]‍. 中国工程科学 , 2022 , 24 6 : 26 ‒ 37 ‍.
Kang H P , Xie H P , Ren S H , al e t ‍. Development strategy of China´s coal industry under the reconstruction of global industrial chain and energy supply chain [J]‍. Strategic Study of CAE , 2022 , 24 6 : 26 ‒ 37 ‍.

[22] 阮立军‍ . " 双碳"形势下煤炭工业未来发展的思考 [J]‍. 煤炭加工与综合利用 , 2022 1 : 55 ‒ 57, 62 ‍.
Ruan L J‍ . Thinking on the future development of coal industry under the situation of "double carbon" [J]‍. Coal Processing Comprehensive Utilization , 2022 1 : 55 ‒ 57, 62 ‍.

[23] 王国法 , 张铁岗 , 王成山 , 等‍ . 基于新一代信息技术的能源与矿业治理体系发展战略研究 [J]‍. 中国工程科学 , 2022 , 24 1 : 176 ‒ 189 ‍.
Wang G F , Zhang T G , Wang C S , al e t ‍. Development of energy and mining governance system based on new-generation information technology [J]‍. Strategic Study of CAE , 2022 , 24 1 : 176 ‒ 189 ‍.

[24] 张博 , 彭苏萍 , 王佟 , 等‍ . 构建煤炭资源强国的战略路径与对策研究 [J]‍. 中国工程科学 , 2019 , 21 1 : 88 ‒ 96 ‍.
Zhang B , Peng S P , Wang T , al e t ‍. Strategic paths and countermeasures for constructing a "reat power of coal resources" [J]‍. Strategic Study of CAE , 2019 , 21 1 : 88 ‒ 96 ‍.

[25] 康红普‍ . 我国煤矿巷道锚杆支护技术发展60年及展望 [J]‍. 中国矿业大学学报 , 2016 , 45 6 : 1071 ‒ 1081 ‍.
Kang H P‍ . Sixty years development and prospects of rock bolting technology for underground coal mine roadways in China [J]‍. Journal of China University of Mining and Technology , 2016 , 45 6 : 1071 ‒ 1081 ‍.

[26] 雷毅‍ . 我国井工煤矿智能化开发技术现状及发展 [J]‍. 煤矿开采 , 2017 , 22 2 : 1 ‒ 4 ‍.
Lei Y‍ . Present situation and development of underground mine intelligent development technology in domestic [J]‍. Coal Mining Technology , 2017 , 22 2 : 1 ‒ 4 ‍.

[27] 刘峰 , 曹文君 , 张建明‍ . 持续创新70年硕果丰盈——煤炭工业70年科技创新综述 [J]‍. 中国煤炭 , 2019 , 45 9 : 5 ‒ 12 ‍.
Liu F , Cao W J , Zhang J M‍ . Continuous innovation and remarkable achievements in past 70 years — Research summary on scientific and technological innovation of coal industry in last 70 years [J]‍. China Coal , 2019 , 45 9 : 5 ‒ 12 ‍.

[28] 铁旭初‍ . 我国煤机装备制造70年发展成就与展望 [J]‍. 中国煤炭 , 2019 , 45 11 : 5 ‒ 12 ‍.
C‍ Tie X . Development achievement and prospect of coal machine equipment manufacturing in China in 70 years [J]‍. China Coal , 2019 , 45 11 : 5 ‒ 12 ‍.

[29] 国家能源局‍ . 关于印发《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》的通知 [EBOL]‍. 2020-03-03 ‍[ 2023-05-26 ]‍. http: www‍.‍nea‍.gov‍.cn2020-0303c_138838778‍.htm‍ .
National Energy Administration‍ . Notice on issuing the guiding opinions on accelerating the intelligent development of coal mines [EBOL]‍. 2020-03-03 [ 2023-05-26 ]‍. http: www‍.nea‍.gov‍.cn2020-0303c_138838778‍.htm‍ . 链接1

[30] 葛世荣 , 郝尚清 , 张世洪 , 等‍ . 我国智能化采煤技术现状及待突破关键技术 [J]‍. 煤炭科学技术 , 2020 , 48 7 : 28 ‒ 46 ‍.
Ge S R , Hao S Q , Zhang S H , al e t ‍. Status of intelligent coal mining technology and potential key technologies in China [J]‍. Coal Science and Technology , 2020 , 48 7 : 28 ‒ 46 ‍.

[31] 牛艳奇 , 商德勇 , 庞义辉 , 等‍ . 煤机装备智能制造发展路径与关键技术研究 [J]‍. 煤炭技术 , 2021 , 40 5 : 157 ‒ 160 ‍.
Niu Y Q , Shang D Y , Pang Y H , al e t ‍. Research on development path and key technology of intelligent manufacturing of coal machinery equipment [J]‍. Coal Technology , 2021 , 40 5 : 157 ‒ 160 ‍.

[32] 闫少宏 , 徐刚 , 范志忠‍ . 我国综合机械化开采 50 年发展历程与展望 [J]‍. 煤炭科学技术 , 2021 , 49 11 : 1 ‒ 9 ‍.
Yan S H , Xu G , Fan Z Z‍ . Development course and prospect of the 50 years´ comprehensive mechanized coal mining in China [J]‍. Coal Science and Technology , 2021 , 49 11 : 1 ‒ 9 ‍.

[33] 袁亮 , 张平松‍ . 煤炭精准开采地质保障技术的发展现状及展望 [J]‍. 煤炭学报 , 2019 , 44 8 : 2277 ‒ 2284 ‍.
Yuan L , Zhang P S‍ . Development status and prospect of geological guarantee technology for precise coal mining [J]‍. Journal of China Coal Society , 2019 , 44 8 : 2277 ‒ 2284 ‍.

[34] 刘振坚 , 邱锦波 , 庄德玉‍ . 天地科技上海分公司采煤机智能化技术现状与展望 [J]‍. 中国煤炭 , 2019 , 45 7 : 33 ‒ 39 ‍.
Liu Z J , Qiu J B , Zhuang D Y‍ . Present situation and prospect of intelligent shearer technology of Shanghai Branch Company of Tiandi Co‍., Ltd . [J]‍. China Coal , 2019 , 45 7 : 33 ‒ 39 ‍.

[35] 李明忠 , 张德生 , 刘壮 , 等‍ . 8‍.2 m大采高综采工作面超前支护技术研究及应用 [J]‍. 煤炭科学技术 , 2017 , 45 11 : 32 ‒ 36 ‍.
Li M Z , Zhang D S , Liu Z , al e t ‍. Research and application of advance supporting technology for 8‍.2 m large mining height fully-mechanized face [J]‍. Coal Science and Technology , 2017 , 45 11 : 32 ‒ 36 ‍.

[36] 杨俊哲‍ . 8 ‍. 8 m 智能超大采高综采工作面关键技术与装备 [J]‍. 煤炭科学技术 , 2019, 47 10 : 116 ‒ 124 ‍.
Yang J Z‍ . Key technologies and equipments for 8‍.8 m intelligent super large mining height fully-Mechanized mining face mining [J]‍. Coal Science and Technology , 2019 , 47 10 : 116 ‒ 124 ‍.

[37] 王剑 , 刘备战 , 雷亚军 , 等‍ . 曹家滩煤矿智能快速掘锚成套装备应用 [J]‍. 陕西煤炭 , 2021 , 40 1 : 1 ‒ 3, 40 ‍.
Wang J , Liu B Z , Lei Y J , al e t ‍. Application of complete equipment for intelligent rapid excavation and anchoring in Caojiatan coal mine [J]‍. Shaanxi Coal , 2021 , 40 1 : 1 ‒ 3, 40 ‍.

[38] 张忠国‍ . 煤巷快速掘进系统的发展趋势与关键技术 [J]‍. 煤炭科学技术 , 2016 , 44 1 : 55 ‒ 60 ‍.
Zhang Z G‍ . Development tendency and key technology of mine seam gateway rapid driving system [J]‍. Coal Science and Technology , 2016 , 44 1 : 55 ‒ 60 ‍.

[39] 郭文晋 , 冯志军 , 王彦 , 等‍ . 大型永磁驱动带式输送高端装备的技术应用分析 [C]中国砂石协会‍. 第九届全国砂石骨料行业科技大会论文集‍ . 武汉 : 中国砂石协会 , 2022 : 13 ‒ 26 ‍.
Guo W J , Feng Z J , Wang Y , al e t ‍. Technical application analysis of high-end equipment for large permanent magnet drive belt conveying [C] China Aggreqates Association. Proceedings of the 9th National Science and Technology Conference of the Sand and Aggregate Industry‍ . Wuhan : China Sandstone Association , 2022 : 13 ‒ 26 ‍.

[40] 王国法 , 杜毅博 , 陈晓晶 , 等‍ . 从煤矿机械化到自动化和智能化的发展与创新实践——纪念《工矿自动化》创刊50周年 [J]‍. 工矿自动化 , 2023 , 49 6 : 1 ‒ 18 ‍.
Wang G F , Du Y B , Chen X J , al e t ‍. Development and innovative practice from coal mine mechanization to automation and intelligence: Commemorating the 50th anniversary of the founding of Journal of Mine Automation [J]‍. Journal of Mine Automation , 2023 , 49 6 : 1 ‒ 18 ‍.

[41] 王国法 , 刘峰‍ . 中国煤矿智能化发展报告2022年 [M]‍. 北京 : 应急管理出版社 , 2022 ‍.
Wang G F , Liu F‍ . China coal mine intelligence development report 2022 [M]. Beijing : Emergency Management Press , 2022 ‍.

[42] 范京道 , 徐建军 , 张玉良 , 等‍ . 不同煤层地质条件下智能化无人综采技术 [J]‍. 煤炭科学技术 , 2019 , 47 3 : 43 ‒ 52 ‍.
Fan J D , Xu J J , Zhang Y L , al e t ‍. Intelligent unmanned fully-mechanized mining technology under conditions of different seams geology [J]‍. Coal Science and Technology , 2019 , 47 3 : 43 ‒ 52 ‍.

[43] 葛世荣 , 王忠宾 , 王世博‍ . 互联网+采煤机智能化关键技术研究 [J]‍. 煤炭科学技术 , 2016 , 44 7 : 1 ‒ 9 ‍.
Ge S R , Wang Z B , Wang S B‍ . Study on key technology of Internet plus intelligent coal shearer [J]‍. Coal Science and Technology , 2016 , 44 7 : 1 ‒ 9 ‍.

[44] 张东宝‍ . 煤巷智能快速掘进技术发展现状与关键技术 [J]‍. 煤炭工程 , 2018 , 50 5 : 56 ‒ 59 ‍.
Zhang D B‍ . Development status and key technology of intelligent rapid driving technology in coal seam roadway [J]‍. Coal Engineering , 2018 , 50 5 : 56 ‒ 59 ‍.

[45] 吴拥政 , 吴建星 , 王峰‍ . 巷道掘支锚连续平行作业机理及其应用 [J]‍. 煤炭科学技术 , 2016 , 44 6 : 39 ‒ 44 ‍.
Wu Y Z , Wu J X , Wang F‍ . Mechanism and application of excavation, support and bolting continuous parallel operation in roadway [J]‍. Coal Science and Technology , 2016 , 44 6 : 39 ‒ 44 .

[46] 王国法 , 刘峰 , 庞义辉 , 等‍ . 煤矿智能化——煤炭工业高质量发展的核心技术支撑 [J]‍. 煤炭学报 , 2019 , 44 2 : 349 ‒ 357 ‍.
Wang G F , Liu F , Pang Y H , al e t ‍. Coal mine intellectualization: The core technology of high quality development [J]‍. Journal of China Coal Society , 2019 , 44 2 : 349 ‒ 357 ‍.

[47] 葛世荣‍ . 煤矿机器人现状及发展方向 [J]‍. 中国煤炭 , 2019 , 45 7 : 18 ‒ 27 ‍.
Ge S R‍ . Present situation and development direction of coal mine robots [J]‍. China Coal , 2019 , 45 7 : 18 ‒ 27 ‍.

[48] 葛世荣 , 胡而已 , 裴文良‍ . 煤矿机器人体系及关键技术 [J]‍. 煤炭学报 , 2020 , 45 1 : 455 ‒ 463 ‍.
Ge S R , Hu E Y , Pei W L‍ . Classification system and key technology of coal mine robot [J]‍. Journal of China Coal Society , 2020 , 45 1 : 455 ‒ 463 ‍.

[49] 胡而已 , 葛世荣‍ . 煤矿机器人研发进展与趋势分析 [J]‍. 智能矿山 , 2021 , 2 1 : 59 ‒ 74 ‍.
Hu E Y , Ge S R‍ . Coal mining robot research progress and trend analysis [J]‍. Journal of Intelligent Mine , 2021 , 2 1 : 59 ‒ 74 ‍.

[50] 葛世荣 , 张帆 , 王世博 , 等‍ . 数字孪生智采工作面技术架构研究 [J]‍. 煤炭学报 , 2020 , 45 6 : 1925 ‒ 1936 ‍.
Ge S R , Zhang F , Wang S B , al e t ‍. Digital twin for smart coal mining workface: Technological frame and construction [J]‍. Journal of China Coal Society , 2020 , 45 6 : 1925 ‒ 1936 ‍.

[51] 中国煤炭工业协会‍ . 煤炭工业"十四五"装备制造发展指导意见 [EBOL]‍. 2021-06-03 ‍[ 2023-05-26 ]‍. http: www‍.‍coalchina‍.‍org‍.cnuploadfile2021060320210603114439221‍.pdf‍ .
China National Coal Association‍ . Guiding opinions on the development of equipment manufacturing in the coal industry during the 14th Five Year Plan [EBOL]‍. 2021-06-03 [ 2023-05-26 ]‍. http: www‍.‍coalchina‍.org‍.‍cnuploadfile2021060320210603114439221‍.pdf‍ . 链接1

相关研究