采矿未来：智能化5G N00矿井的建设与探索

在能源需求持续增长与环境保护要求日益严格的双重挑战下，传统煤炭开采行业正面临着前所未有的转型压力。长期以来，我国煤炭开采主要依赖于源自英国的长壁开采121工法体系，这一方法存在采掘分离、巷道掘进量大、资源浪费及生态破坏等诸多问题。然而，随着科技的不断进步，特别是智能化、5G通信技术的快速发展，为煤炭开采行业带来了新的曙光。在此背景下，中国矿业大学（北京）何满潮教授团队提出了无煤柱自成巷N00工法，并规划了从1G到5G的智能化矿井建设蓝图。

长久以来，矿山开采一直以传统的长壁开采121工法为主。这种方法虽然在一定程度上保证了开采效率，但也带来了诸多挑战。一方面，巷道掘进量大、采掘分离等问题导致成本居高不下；另一方面，高强支护对抗矿山压力，容易引发冒顶、冲击地压等灾害事故。此外，煤柱留设不仅浪费了宝贵的煤炭资源，还易造成地表不均匀沉降和生态环境损伤。

１２１工法巷道顶板结构示意

随着煤炭工业的高质量发展需求日益迫切，传统的开采方法已难以满足现代矿山的发展需求。因此，智能化、无人化开采成为矿山开采的新方向。这不仅能够提高开采效率，降低成本，还能大幅减少安全事故，保护生态环境。

为了应对传统开采方法的挑战，智能化5G N00矿井的建设应运而生。其核心在于“切顶短臂梁”理论，该理论通过利用矿山压力做功与垮落矸石碎胀特性，取消了巷道掘进与煤柱留设，实现了无煤柱自成巷N00工法开采体系。

1. “切顶短臂梁”理论模型

“切顶短臂梁”理论模型是智能化5G N00矿井建设的基础。该模型首先采用高预应力恒阻锚索支护技术对巷道顶板进行控制，形成整体结构，保证采矿过程中的围岩稳定。同时，通过顶板定向切缝技术切断部分顶板应力传递，形成短臂梁结构，利用矿山压力实现采空区顶板岩层的定向垮落。垮落的矸石利用碎胀特性充填采空区，支撑上位顶板，在采矿形成的地下空间内形成矸石巷帮。最后，采用挡矸支护技术对矸石巷帮进行维护，实现自动成巷。

“切顶短臂梁”理论模型

2. N00工法配套装备系统

为了实现N00工法的高效实施，研发了配套的采煤三机与成巷四机装备系统。采煤三机配套装备体系通过改进采煤机系统、刮板输送机系统、支架系统，实现了采煤和巷道掘进的一体化。而成巷四机联动装备体系则包括N00切缝钻机、N00恒阻锚索钻机、N00多功能钻机支架和N00切顶护帮支架，实现了成巷装备系统和采煤装备系统的一体化，确保了采后自动成巷。

采矿工法１２１-１１１- １１０- N００的历史演变

N００工法成套装备系统

智能化5G N00矿井的建设是一个逐步推进的过程，具体分为五个阶段：

1. 1G N00工法

1G N00工法利用采留一体化关键技术工艺体系和装备系统，实现了工作面单侧自动成巷，取消了采区内的巷道掘进（边界巷道除外），并实现了采区内无煤柱留设。这一阶段的成功应用为后续的智能化发展奠定了基础。

１G N００工法原理示意

2. 2G N00工法

在1G N00工法的基础上，2G N00工法实现了工作面双侧自动成巷，取消了采区内全部巷道掘进，建立了采留用一体化的开采体系。这为智能化N00矿井的全面建设提供了更为坚实的基础。

２G N００工法原理示意

3. 3G N00矿井

3G N00矿井将无煤柱自成巷采留一体化开采工艺应用到矿井设计中，提出了利用采煤留出运输系统和通风系统的新理念。通过简化井底车场、井下变电所、井下水泵房设计，大幅简化了矿井建设，降低了前期工程量。同时，取消了大巷掘进和煤柱留设，煤炭采出率提高到80%以上。

３G N００矿井原理示意

4. 4G N00矿井

4G N00矿井采用智能化平台实现矿井智能化控制，煤矿正常生产期间不再需要人员下井工作。通过取消矿井通风系统，将瓦斯灾害转变为天然气资源，实现了固体煤炭资源和天然气资源的智能化、自动化同步开采。

４G N００矿井原理示意

5. 5G N00矿井

5G N00矿井是智能化发展的最终目标。通过结合双5G网络，构建智能化的采煤装备布局新模式，实现全矿井的智能化控制、自动采煤、智能决策。待矿井实现智能化、无人化后，通过建立采矿大数据、云计算和智能控制中心，实现共网传输、集中控制、智能决策、远程智慧采矿。

智能化５GN００矿井原理示意

在智能化5G N00矿井的建设过程中，已经涌现出了一些成功案例，为矿山的智能化发展提供了有益借鉴。

案例一：陕煤集团陕北矿业柠条塔煤矿

陕煤集团陕北矿业柠条塔煤矿是智能化5G N00矿井建设的重要实践基地。该矿成功应用了无煤柱自成巷1G N00工法，实现了采煤与掘进的一体化，取得了良好的巷道围岩控制效果，确保了工作面的连续、安全、高效开采。这一成功案例不仅验证了N00工法的可行性，也为后续的2G、3G、4G、5G工法的发展奠定了坚实基础。

案例二：长治潞安化工高河煤矿

长治潞安化工高河煤矿是另一个智能化矿山建设的典范。该矿与中国移动、华为等企业合作，成功打造了全国首个基于5G VONR的矿山5G专网，实现了井上井下的全面覆盖。通过智能综采、智能掘进、巡检机器人等应用，该矿显著提高了生产效率，降低了人工成本，并提升了安全管理水平。这一成功案例充分展示了5G技术在矿山智能化建设中的巨大潜力。

智能化5G N00矿井的建设不仅带来了生产效率的显著提升，更在安全、环保、可持续发展等方面展现出巨大潜力。

1. 提高生产效率

通过智能化、自动化技术的应用，矿山开采实现了从劳动密集型向技术密集型的转变。这不仅大幅提高了开采效率，还降低了人力成本。据长治潞安化工高河煤矿的实践数据显示，智能综采面人数由原来的24人减少到17人，综采效率提升25%；智能掘进面当班人数从13人降到了6-7人，掘进效率提升了30%。

2. 提升安全保障

智能化开采技术的应用显著提高了矿山的安全保障水平。通过实时监控、远程控制等手段，能够及时发现并处理安全隐患，减少安全事故的发生。同时，智能化系统还能够预测设备故障，提前进行维护，避免了因设备故障引发的安全事故。

3. 促进可持续发展

智能化5G N00矿井的建设推动了矿山的绿色开采和可持续发展。通过取消煤柱留设、减少巷道掘进等措施，降低了对地表生态环境的破坏。同时，将瓦斯灾害转变为天然气资源，实现了资源的综合利用。

尽管智能化5G N00矿井的建设带来了诸多优势，但在推进过程中也面临着诸多挑战。

1. 技术认知和理念不统一

部分地区和矿山企业对智能化的认识不足，缺乏主动性和积极性。这导致智能化技术的应用推广受到阻碍，难以形成规模效应。为解决这一问题，需要加强智能化教育和培训，提高管理层和技术人员的认知水平，同时推广成功案例，增强对智能化的信心和理解。

2. 发展不平衡

不同矿区、不同地区、不同系统的智能化水平参差不齐。这要求我们在推进智能化时，要制定合理的智能化发展规划，针对不同矿区的特点量身定制智能化方案，并加强区域间的合作与交流，共享技术和经验。

3. 5G应用场景和生态匮乏

目前，5G技术在矿山中的应用尚处于探索阶段，应用场景和生态系统不完善。这需要我们加大对5G技术的研发投入，探索和挖掘更多的5G应用场景，同时加强与其他行业的合作与交流，共同推动5G技术在矿山智能化建设中的应用。

结语

智能化5G N00矿井的建设是矿山开采领域的一次重大变革。通过集成应用现代信息技术和5G通信技术，实现矿山生产流程的智能化决策和管理，将大幅提高生产效率、降低运营成本、保障安全生产，并推动矿业向更高效、安全、环保的方向发展。未来，随着技术的不断进步和应用场景的不断拓展，智能化5G N00矿井将成为矿山开采的主流模式，为矿业的可持续发展注入新的活力。