在認(rèn)識(shí)美國(guó)煤炭地下開(kāi)采與自動(dòng)化技術(shù)之前，我們先了解一下目前世界主要產(chǎn)煤國(guó)的現(xiàn)狀：

中國(guó)2019年煤炭產(chǎn)量38.46億t，占世界煤炭產(chǎn)量的47.3%，其中地下開(kāi)采比例高達(dá)85%，中國(guó)是世界上煤炭產(chǎn)量和地下開(kāi)采占比最高的國(guó)家。盡管2019年印度的煤炭產(chǎn)量達(dá)到7.56 億t，僅次于美國(guó)的10.51億t，處于世界第3位，但是印度只有5%的煤炭來(lái)自地下開(kāi)采。德國(guó)也在2018年關(guān)閉了最后一個(gè)地下煤礦，目前只有幾個(gè)露天煤礦在生產(chǎn)。

美國(guó)的煤礦數(shù)量和產(chǎn)量在近20年大幅度減少。煤礦數(shù)量從1994年的2354座煤礦（露天礦1211座，地下礦1143座）減少到2017年的680座煤礦（露天礦434座，地下礦237座，包括不需要提供產(chǎn)量數(shù)據(jù)的年產(chǎn)2.23萬(wàn)t以下的煤礦），煤炭產(chǎn)量從1994年的15.37億t 減少到2019 年的10.51億t。美國(guó)地下煤礦數(shù)量從1994年到2017年減少了79%，地下煤礦產(chǎn)量減少了32%。關(guān)閉的地下礦主要是以生產(chǎn)成本高于市場(chǎng)價(jià)格的煙煤和較薄煤層、開(kāi)采效益差的煤礦為主。目前美國(guó)地下采煤產(chǎn)量占比為38%（2019年為3.97億t），其中長(zhǎng)壁開(kāi)采占55%，房柱開(kāi)采占45%。

該文介紹了美國(guó)國(guó)煤炭長(zhǎng)壁式和房柱式兩種開(kāi)采技術(shù)的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)，并就兩種開(kāi)采方式的自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行了闡述。其中，自動(dòng)化長(zhǎng)臂式開(kāi)采技術(shù)介紹了單機(jī)自動(dòng)化、自動(dòng)化長(zhǎng)壁采煤系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)、高速通信與可視化技術(shù)；房柱式開(kāi)采技術(shù)介紹了多樣化的連續(xù)采煤機(jī)、信息化與智能控制技術(shù)、防塵與噪聲控制技術(shù)、虛擬仿真實(shí)訓(xùn)技術(shù)。

2019年美國(guó)長(zhǎng)壁工作面的長(zhǎng)度分布

美國(guó)房柱式開(kāi)采技術(shù)發(fā)展歷程

指出了美國(guó)自20世紀(jì)90年代中期以來(lái)，沒(méi)有取得重大進(jìn)展的主要原因是：

（1）目前的系統(tǒng)運(yùn)行良好，無(wú)需重大改進(jìn)，且已能滿足開(kāi)采需要，此外自動(dòng)化系統(tǒng)的成功應(yīng)用并不能保證提高產(chǎn)量，甚至在某些情況下，還會(huì)減少產(chǎn)量。礦山工會(huì)害怕工人失業(yè)而抵制這項(xiàng)技術(shù)。

（2）“清潔能源計(jì)劃”政策限制燃煤電廠的二氧化碳排放，再加上近年來(lái)豐富廉價(jià)的頁(yè)巖氣，煤炭在發(fā)電中的份額大幅下降，煤炭產(chǎn)量減少，新的煤炭開(kāi)發(fā)項(xiàng)目也很少。在2000 年代初，電液控液壓支架的價(jià)格大幅上漲，導(dǎo)致礦山經(jīng)營(yíng)者沒(méi)有能力購(gòu)買(mǎi)新設(shè)備，而是尋找其它替代品，如購(gòu)買(mǎi)二手液壓支架或延長(zhǎng)已有支架的使用年限。

（3）煤炭行業(yè)一直將注意力集中在改善礦工的健康和安全方面，在提高產(chǎn)量和減少作業(yè)人員方面并不迫切。

（4）井下地質(zhì)條件復(fù)雜多變，可能會(huì)對(duì)自動(dòng)化設(shè)備造成損壞，經(jīng)常需要人工操作。

長(zhǎng)壁開(kāi)采數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

闡述了美國(guó)目前自動(dòng)化長(zhǎng)壁開(kāi)采技術(shù)主要的攻關(guān)方向：

（1）開(kāi)發(fā)各種傳感器，以實(shí)時(shí)測(cè)量不斷變化的地質(zhì)和采礦條件，從而對(duì)工作面設(shè)備進(jìn)行高級(jí)控制。

（2）需要可以快速移動(dòng)的自動(dòng)化重型設(shè)備，特別是大量的液壓支架需要配置多個(gè)警告系統(tǒng)，以確保礦工的安全，如：臨近傳感器或安全閉鎖裝置，以及可以反映設(shè)備移動(dòng)、故障和其他活動(dòng)的彩燈照明系統(tǒng)

（3）液壓支架的智能?chē)娝到y(tǒng)，以便用于支架前進(jìn)過(guò)程中自動(dòng)抑制粉塵。發(fā)展液壓支架與采煤機(jī)之間的防撞技術(shù)。

（4）完善端頭轉(zhuǎn)向和三角煤切割系統(tǒng)，使工作面實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化。

（5）完善采煤機(jī)、液壓支架和刮板輸送機(jī)組件的實(shí)時(shí)工作狀況和診斷監(jiān)控系統(tǒng)，使其可以及時(shí)進(jìn)行預(yù)防性維修。

（6）采煤機(jī)部件的自動(dòng)化，如精密傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)、截割部、牽引部和防塵噴水裝置。

（7）自動(dòng)化開(kāi)采系統(tǒng)的目標(biāo)是單臺(tái)設(shè)備可靠性達(dá)到98.5%以上，整個(gè)礦井系統(tǒng)的可靠性接近100%。

Faceboss控制系統(tǒng)

IM360高級(jí)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)模擬器

來(lái)源：煤炭學(xué)報(bào)