首页 > 论文范文 > 工程工业论文 > 工程综合论文 > 矿业工程论文 > 浅谈我国煤炭智能化开采的现状与发展

浅谈我国煤炭智能化开采的现状与发展

2021-06-03 3275 上传者：管理员

摘要：我国煤炭开采技术经过人工、机械化采煤向自动化、智能化、无人化开采。以我国煤炭智能化开采为研究对象，基于CNKI数据库、citespace软件进行可视化分析，从文献的关键词、作者、机构分布、文献共引方面绘制科学图谱，探究我国煤炭智能化开采研究的演进。

关键词：
CiteSpace
智能化开采
煤炭开采技术
煤炭能源
煤矿开发
加入收藏

一、引言

煤炭在中国一次能源生产和消费结构中占70%以上，我国生产煤炭约占世界的46%。采煤机械化程度为85%；煤炭产能利用率为68.2%；我国煤矿百万吨死亡率为0.157，与发达国家相比仍存在较大差距，是美国的5倍、澳大利亚的11倍；大型煤炭企业原煤生产人员效率井工6.681吨/工，露天95.05吨/工；浅处资源开采枯竭，1,000米以下煤炭资源占53%；矿井资源回收率约50%，与发达国家约80%的回收率有较大差距。

总体来看，我国煤炭开采处于机械化水平，开采所需矿工数量、劳动强度、生产安全程度、产量效率还有待改进。2020年初，由国家发改委牵头，由八部门联合共同印发的《关于加快煤炭智能化发展的指导意见》，正式以文件的形式，解决现存在的发展困境，加速煤炭智能化发展的建议。具体提出近1年、近5年、近10年的发展目标。明确主要任务并给予配套措施来实现煤炭行业的高质量发展。任务的发布给行业带来了一丝紧迫感，但又是推动发展的强大动力，煤炭开采智能化的号角已经吹响。

大数据、云计算、人工智能等新技术为能源行业带来新的驱动力，能源行业未来将步入智慧能源时代，煤炭安全、智能精准的开采是未来采矿的必由之路。煤炭智能化开采是煤炭革命发展进程中必经的阶段，学者们对煤炭智能化开采进行宏观战略微观技术的研究。其他领域学者也紧随其后，辅助煤炭行业完成智能化的转身。在5G、AI、云技术和工业互联技术等方面进行交融合作，百度、华为等头部科技公司已经参与其中。本文以中国知网（CNKI）期刊数据库对应数据为研究样本，通过文献计量学，针对中国煤矿智能化开采研究内容进行可视化分析，梳理煤矿开采研究的发展脉络，以期为相关学者提供参考。

二、数据来源与分析方法

在中国知网数据库中，选择期刊数据库，进入高级检索，输入主题为“智能化开采”或“智能开采”，时间截止到2021年3月20日，共检索到485篇文献，经过筛选，将与主题无关文献和外文文献删除后得到401篇文献。

将CNKI下载的数据经过格式转化下载到citespace中，进行文献的相关统计分析，查看相关研究的期刊、机构分布、作者及其之间的合作，进一步挖掘研究热点、发展规律和趋势前沿。

三、我国煤炭智能化开采文献计量分析

CNKI的数据进行采集之后，数据存储到相应的文件夹input之中，打开citespace软件，首先对数据进行转换———input数据转化为output数据，对转换之后的数据进行复制到data文件夹，对应各自的文件路径，建立新的分析项目。达到citespace的运行阶段，分别进行时区方面、阈值方面、剪枝和功能方面的选择。首先选择时间跨度为2010～2021年，设置时间切片为1年。阈值选择策略选择TopN型，N为50，并进行剪枝。设置不同的功能反映在节点类型的操作在运行时分别独立选择“Institution”（组织机构）、“Keyword”（关键词）、“Author”（作者）、“Reference”（引文）。

（一）文献分布

谢和平（2018）构建了煤炭革命总体战略蓝图，预计2035年煤炭4.0时代，进入智能化开采阶段；到2050年煤炭5.0时代，全面实现无人化开采。智能化开采相关的研究走在实践的前面，2010年之后学者陆续做相关的研究，煤炭开采的智能化近年来研究趋势递增明显，文献数量一路飙升，成倍增长：2018年文献23篇左右，2019年达到60篇，2020年突破100篇，学者们也一直推动并响应国家的号召，在2020年政府文件下达之后，在各自领域内推动智能化的进展，发文趋势变化能最直接地反映学者们研究的热点与趋势。

（二）关键词共现分析及研究热点前沿分析

运行citespace，功能选择为“keyword”，开始“visualize”，如图1所示，图中共有133个节点，267条连线，网络密度为0.0304。智能化开采是在整个煤炭行业内，在综采自动化的基础之上，目前开采简单的浅层煤炭几乎开采完毕，面临的是更复杂的特厚煤层的开采，智能下一步是自动化，最终实现矿山的“智慧”化。（图1)

通过对关键词进行聚类分析，并按照时间序列，如图2所示。2019年进入研究的高潮，关键词出现的十分密集，其中有几个关键词开始与“智能化开采”链接：“大数据”、“开采模式”、“高质量发展”、“关键技术”、“智能化建设”、“人工智能”等。2020年“5g”、“智能化开采工作面”、“创新”、“地理地质信息”等。2012年智能化开采这个关键词开始出现，黄陵矿业公司煤矿是国内首个在2013年实现智能化开采的煤矿；2014年倡导低碳的能源革命，煤炭行业的绿色、安全生产是研究的热点；2016年从技术层面开始研发突破智能化，通过远程控制实现综采技术的智能化；2017年，智慧煤矿的概念开始提出，开采煤层条件逐渐复杂，开采任务集中在特厚煤层亟待解决突破。2018年后智能化的相关概念开始更加密集、频繁的出现，理论更加细化，实践更加具体。从聚类特点可以看出，相关研究呈现多方向、多样化的发展，有的从开采技术方面、有的从实践落地建设的方面，还有从理论上规划、展望总结。（图2)

总体来讲，国内关于智能化开采的概念提出发展与完善经历了几个阶段：钱鸣高院士在循环经济和可持续发展的基础上第一次规范性地提出了煤炭绿色开采；钱鸣高、缪协兴等人（2008）提出了科学开矿的概念，认为科学采矿主要包括：机械化开采、保护环境、安全生产、提高资源采出率、采用先进技术以降低成本。谢和平、王金华、申宝宏等人认为科学采矿是“安全、高效、绿色、经济社会可持续”的开采，建立了科学产能的评价体系；之后，谢和平等人（2015）进一步提出了煤炭科学开采的新理念主要表现在“智能、安全、绿色”三个方面，首次提出了煤炭生产技术战略路线“自动化-智能化-无人化”，对煤炭智能化开采技术进行解释。学者们开始关注研究智能化开采。

《全国矿产资源规划》中提出的推进矿业领域科技创新并加快建设数字化、智能化、自动化矿山。王国法、范京道、徐亚军等人（2018）全面完整的定义了智能化开采，是“在自动化系统中加入自主决策功能，使其能够实时的感知围岩条件及外界环境的变化并自动调节开采参数，智能感知、智能决策、智能控制是智能化开采的三要素”。王国法、杜毅博（2019）提出智慧煤炭的五大研究方向、八大智慧系统，智能化开采是个巨系统，需要数据、平台、技术多方的交互配合。

（三）作者合作分析

运行citespace，选择“Author”，结果显示，共有136个节点，250条连线，网络密度为0.0272。从共现的频率来看，黄曾华出现19次，吴晓娟、范京道出现15次，王国法、任怀伟、翟红、孙枫凯出现14次，还有9位学者出现了5次以上。从合作网络来看，煤炭智能化开采呈现小集中、大分散的状态，大团队中有几个研究团队的核心人员联系紧密，目前学术前端的学者和机构比较明显，小团队相对分散。

王国法院士2014年提出综采自动化、智能化、无人化成套技术与装备发展方向；2016年研究了互联网+大采高工作面智能化升级关键技术；王国法、张德生（2018）通过对黄陵一矿和金鸡滩煤矿的实践研究表明，人工远程干预的智能开采模式在地质条件简单的煤层中能够基本实现，但在复杂地质条件下仍存在技术瓶颈。张科学（2017）在综掘工作面智能化开采工艺的基础上构建了综掘工作面智能化开采控制系统，并具体提出关键技术。范京道（2018）针对大采高综采工作面现实问题，研究了高效采煤工艺、防片帮控制技术、底软智能控制技术和顶板破碎智能控制技术，实践中达到了减员提效的目的。

2019年以来，学者们多从关键技术层面展开论述。王国法等人（2020）解决了煤炭智能化建设发展水平的定量评价问题。王国法（2020）带领的17个机构、21个学者对煤炭智能化的技术进展进行了归纳整理，智能化得到了更具体明确的实践指导：自动化技术、巷道三维模型、采煤机切割等技术，加之智能分选、辅助运输技术、5G通讯技术在解决难题方面的应用，并以国内大型煤炭现阶段的成果、实际案例的指导经验，为技术的推广给予充分的技术指导和信心。

（四）机构分布分析

运行citespace，选择“Institute”，结果显示，阳煤集团、北京天地玛珂、天地科技股份、中天合创在煤炭智能化开采科研方面比较突出的单位，可以看出这些机构既在做实践生产也再做理论科研。从发文数量来看，这些机构的科研水平也高于科研院校。其中，2020年以后有多个地方单位开始进行相关研究，陕西长武亭、四川华鉴、山西西山、山东能源、太原正越、昆明煤炭、晋能控股、陕煤黄陵等。

天地科技股份有限公司、煤炭科学研究总院、煤炭资源高校开采与洁净利用国家重点实验室，身兼三个单位的以康红普学者为代表的9位学者从技术专业层面，煤炭的核心技术方面，巷道围岩控制、冲击低压控制，在开采方法、开采装备及岩层控制技术层面，结合考虑到特殊开采与矿区环境治理，提出发展方向与专业意见。

（五）文献共引分析

运行citespace，选择“Reference”。与前文的作者、机构分析相吻合，王国法学者是煤炭智能化开采的高频产出学者。从关键技术到发展方向都为该领域做了很多的学术示范，发表于2018年和2019年的5篇文章的被引次数都超过100多次。以王国法学者为首，多学者、机构合作的《煤炭智能化（初级阶段）研究与实践》是目前最完整系统的关于煤炭智能化的百科全书，从基础理论难题、技术路径、开采模式来介绍现状、分析难题、提出技术路径及相应的配套措施。

四、总结

本文通过citespace对我国智能化开采进行了文献可视化分析。可以初步解读到：一是根据检索到的煤矿智能化开采研究方面的文献分析发现，目前研究中已经形成相对稳定的科研合作群体，研究机构分布、作者分布相对集中，联系密切，特别是前端的学者和机构合力推进实践中开采技术的提升，对智能化开采进行展望之后，在各个阶段从实践上反馈的经验不断总结提升。

二是智能化开采本身就是本领域的研究热点，通过关键词分析出目前研究该方向的主要研究板块，总体来看，目前的文献主要从煤炭开采的大方向和具体煤炭智能化开采技术方面的突破。三是由于智能化开采还未完全在实际中普及，不过也正在从构想阶段向技术难题进行普适性的突破。各地区、各煤矿企业应根据实际情况从理论到实践开展具体工作。

参考文献:

[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(05).

[3]钱鸣高,缪协兴,许家林,等.论科学采矿[J].采矿与安全工程学报,2008.25(01).

[4]王国法,范京道,徐亚军,等.煤炭智能化开采关键技术创新进展与展望[J].工矿自动化,2018.44(02).

[5]张科学.综掘工作面智能化开采技术研究[J].煤炭科学技术,2017.45(07).

[6]范京道.大采高工作面智能化综采关键技术研究[J].工矿自动化,2018.44(12).

[7]康红普,徐刚,王彪谋,等.我国煤炭开采与岩层控制技术发展40a及展望[J].采矿与岩层控制工程学报,2019.1(02).

文章来源：王雨颖.我国煤炭智能化开采研究现状[J].合作经济与科技,2021(11):110-112.