在認識美國煤炭地下開采與自動化技術(shù)之前，我們先了解一下目前世界主要產(chǎn)煤國的現(xiàn)狀：

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

美國的煤礦數(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)成本高于市場價格的煙煤和較薄煤層、開采效益差的煤礦為主。目前美國地下采煤產(chǎn)量占比為38%（2019年為3.97億t），其中長壁開采占55%，房柱開采占45%。

該文介紹了美國國煤炭長壁式和房柱式兩種開采技術(shù)的特點及發(fā)展趨勢，并就兩種開采方式的自動化技術(shù)進行了闡述。其中，自動化長臂式開采技術(shù)介紹了單機自動化、自動化長壁采煤系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)、高速通信與可視化技術(shù)；房柱式開采技術(shù)介紹了多樣化的連續(xù)采煤機、信息化與智能控制技術(shù)、防塵與噪聲控制技術(shù)、虛擬仿真實訓技術(shù)。

2019年美國長壁工作面的長度分布

美國房柱式開采技術(shù)發(fā)展歷程

指出了美國自20世紀90年代中期以來，沒有取得重大進展的主要原因是：

（1）目前的系統(tǒng)運行良好，無需重大改進，且已能滿足開采需要，此外自動化系統(tǒng)的成功應用并不能保證提高產(chǎn)量，甚至在某些情況下，還會減少產(chǎn)量。礦山工會害怕工人失業(yè)而抵制這項技術(shù)。

（2）“清潔能源計劃”政策限制燃煤電廠的二氧化碳排放，再加上近年來豐富廉價的頁巖氣，煤炭在發(fā)電中的份額大幅下降，煤炭產(chǎn)量減少，新的煤炭開發(fā)項目也很少。在2000 年代初，電液控液壓支架的價格大幅上漲，導致礦山經(jīng)營者沒有能力購買新設(shè)備，而是尋找其它替代品，如購買二手液壓支架或延長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)條件復雜多變，可能會對自動化設(shè)備造成損壞，經(jīng)常需要人工操作。

長壁開采數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

闡述了美國目前自動化長壁開采技術(shù)主要的攻關(guān)方向：

（1）開發(fā)各種傳感器，以實時測量不斷變化的地質(zhì)和采礦條件，從而對工作面設(shè)備進行高級控制。

（2）需要可以快速移動的自動化重型設(shè)備，特別是大量的液壓支架需要配置多個警告系統(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、故障和其他活動的彩燈照明系統(tǒng)

（3）液壓支架的智能噴水系統(tǒng)，以便用于支架前進過程中自動抑制粉塵。發(fā)展液壓支架與采煤機之間的防撞技術(shù)。

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

（5）完善采煤機、液壓支架和刮板輸送機組件的實時工作狀況和診斷監(jiān)控系統(tǒng)，使其可以及時進行預防性維修。

（6）采煤機部件的自動化，如精密傳感器、發(fā)動機、截割部、牽引部和防塵噴水裝置。

（7）自動化開采系統(tǒng)的目標是單臺設(shè)備可靠性達到98.5%以上，整個礦井系統(tǒng)的可靠性接近100%。

Faceboss控制系統(tǒng)

IM360高級虛擬仿真實訓模擬器

來源：煤炭學報