科创中国

行业领域

高端装备制造产业

需求背景

（1）研制背景

党的十八大以来，习近平总书记从国家发展和安全的战略高度，对做好能源工作作出了一系列重要论述，科学回答了我国能源转型变革和高质量发展的重大问题，开辟了中国特色能源发展新道路。这些重要论述，是习近平新时代中国特色社会主义思想的重要组成部分，为推动新时代能源发展提供了战略指引、根本遵循和行动指南。在“四个革命、一个合作”能源安全新战略指引下，我国能源革命取得重大进展，14亿多人的能源安全得到有效保障，能源基础设施建设取得重大成就，核电技术、新能源技术取得重大成果。目前，我国已基本形成煤、油、气、核及可再生能源多轮驱动的能源供应保障体系，能源自给率保持在80%以上，牢牢守住了能源安全底线。

2022 年，我国的煤炭产量为***亿吨，同比增长***%，煤炭产量全球占比***%，超过所有外国国家煤炭产量总和，煤炭在我国未来的一次性能源消费中仍占主体地位。煤炭作为我国不可或缺的主要能源之一，在社会的发展和经济的稳定中扮演着至关重要的角色。目前，煤炭在我国一次能源消费结构中的比例依然高达 60%以上，是我国基本能源，为国家的基础工业和城市居民的生活提供了坚实的能源基础。然而，随着社会对可持续发展的日益关注，煤炭资源的开发和利用面临新的挑战。尤其是在面对极薄煤层等特殊情况的开采需求时，煤炭产业需要不断创新和改进以适应新的挑战。在这个背景下，技术创新、环保和安全问题成为煤炭产业发展的关键方向。为了确保能源安全和经济的稳定，我们需要在可持续开发的前提下，更好地利用煤炭资源。这需要在技术、政策和管理层面共同努力，确保煤炭的生产和利用更加高效、环保和安全，为我国能源领域的持续健康发展奠定基础。

薄煤层智能开采拓宽了煤炭开采的“空间界限”，是增加煤炭资源可采储量、促进煤炭工业可持续发展的必然选择。根据中国煤炭地质总局相关资料，我国煤炭资源储量丰富，但是煤层赋存多样，通常以***和***为界限，厚度在***以下的统称为薄煤层，低于***的属于极薄煤层，截至目前，我国薄煤层保有资源储量3500亿吨左右，占全国的20%左右；但由于薄煤层开采难度大、成本高、效益低，长期以来，部分矿区、部分煤矿从提高经济效益出发，优先开采厚及中厚煤层，造成矿区生产接续和资源平衡开采的矛盾日益突出。据相关资料统计，目前我国薄煤层煤炭产量仅占全国产量的7%左右，远低于其他煤层所占的比例。特别是近年来，由于受煤矿自身发展规律和国家经济社会发展的影响，我国厚及中厚煤层开发强度不断加大，开发布局快速由东部向中西部转移，东部老矿区和中西部部分老矿区的煤矿资源逐渐枯竭，开采的重心逐步向薄煤层和极薄煤层转移。

然而，极薄煤层的开采面临着一系列巨大的挑战。首先，极薄煤层的开采空间有限，煤层构造复杂，存在褶曲、断层、瓦斯等多重地质难题，使得作业环境异常恶劣，生产安全隐患较多。其次，综采难度较大，对机械设备适应性和可靠性要求极高。因此，研发能够应用于极薄煤层的支护设备显得尤为紧迫和重要。这不仅可以提高综采效率，解决开采中的安全隐患，还有助于实现煤炭资源的综合机械化开采。在当前的能源转型和可持续发展的大背景下，对于极薄煤层的研究与开采技术的创新，将为我国煤炭行业的发展注入新的动力，同时推动我国矿业领域向智能、安全和可持续方向迈进。

在煤炭开采中，液压支架作为综采工作面的关键设备，承担着支撑顶板、确保采煤机、刮板输送机以及行人的安全空间等重要职责。尽管我国已经自主研发了一系列适用于不同煤矿条件的薄煤层液压支架，并能够与各类设备配套使用，然而，这些支架的调高范围较小，对极薄煤层的适应能力有限。这导致了难以满足极薄煤层在行人、过机及过煤空间等方面的特殊要求，迫切需要开发新型液压支架以满足极薄煤层开采的要求。

随着近年来采煤机械化设备、采矿新技术、新工艺的迅猛发展以及采矿人才素质的提高，极薄煤层的支护技术及装备成为了极薄煤层开采领域的重要研究课题。本技术设备的研发正是针对极薄煤层开采的紧迫需求而产生的。通过研发智能化支护成组装备，旨在提高其在极薄煤层开采中的适应性和安全性，满足现代化煤炭开采对支架设备的高要求。智能化支护成组装备不仅有助于提高煤炭资源开采效率，同时也对煤矿行业的技术升级和安全生产具有积极的推动作用。

需解决的主要技术难题

1、极薄煤层开采工作面条件智能感知技术

通过液压支架上优化布置的各种传感器，实时获取极薄煤层开采工作面的工况信息，利用多模态数据信息融合技术和AI智能识别算法来监测围岩矿压情况，及时预测顶板破碎、底板软弱及煤层片帮等安全隐患，为极薄煤层液压支架智能化电液控制和安全支护提供数据支持。

2、极薄煤层液压支架智能化电液控制系统

通过液压支架上优化布置的各种传感器，实时监测支架的状态、变化和倾斜情况；设计智能电液控制单元，实现对液压支架的位置、角度等参数的实时调整；开发智能控制算法，基于传感器数据和开采情况，自动调整液压支架的位置、高度、倾斜角度等参数，以适应极薄煤层开采工作面的安全支护要求。

3、极薄煤层液压支架集群作业智能控制技术

运用进化博弈算法、仿生集群决策算法以及群体智能优化算法等，进行支架群体自主决策与任务分配；利用强化学习方式，优化编队控制参数与策略；开发现场无线组网技术，支持液压支架群体之间以及与远程控制台的实时通信，实现极薄煤层开采工作面液压支架集群自动跟机、超前支护、护板收放、升降支架的智能化控制。

4、极薄煤层工作面液压支架数字孪生和协同控制

构建极薄煤层开采工作面液压支架的数字孪生模型，通过数字孪生模型，实时监测支架的状态，预测可能的问题，如支架过度压力、不均衡等，并提前采取控制措施；设计支架集群之间的协同控制策略，使各个支架能够相互联动，以保持工作面的稳定状态；基于数字孪生模型的实时数据和协同控制策略，自动调整和优化工作面的支架布局，帮助矿井管理者更好地监控和管理支架的运行，从而提高生产效率，减少事故风险。

期望实现的主要技术目标

1、极薄煤层开采工作面条件智能感知技术

2、极薄煤层液压支架智能化电液控制系统

3、极薄煤层液压支架集群作业智能控制技术

4、极薄煤层工作面液压支架数字孪生和协同控制

需求解析

解析单位：江苏省徐州市 解析时间：2024-07-24

张心创

徐州市人力资源学会

高级人力资源管理师

综合评价

极薄煤层的开采一直是煤炭行业的技术难题，传统的开采方式在安全性和效率上都存在很大的局限性，极薄煤层液压支架是极薄煤层安全高效开采的支护利器。极薄煤层液压支架智能化集群协同作业系统是极薄煤层智能化开采研究领域的关键技术之一，可实现极薄煤层开采工作面液压支架集群自动跟机、超前支护、护板收放、升降支架的智能化控制，帮助矿井管理者更好地监控和管理支架的运行，从而提高生产效率，减少事故风险。

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