中國(guó)礦業(yè)大學(xué)方新秋教授--智采光明于深處 感知未來(lái)向遠(yuǎn)方

　　2008年6月，一位學(xué)者在題為《無(wú)人工作面采煤機(jī)自主定位系統(tǒng)》論文中率先提出了利用慣性導(dǎo)航技術(shù)，并基于環(huán)境特征、路標(biāo)識(shí)別和GIS技術(shù)來(lái)提高采煤機(jī)自主定位精度的設(shè)想。時(shí)隔3個(gè)月，該學(xué)者的另1篇題為《煤礦無(wú)人工作面開(kāi)采技術(shù)研究》的論文在《科技導(dǎo)報(bào)》2008年第9期發(fā)表，論文基于“科學(xué)采礦”理念，首次指出了國(guó)內(nèi)煤礦無(wú)人工作面開(kāi)采的關(guān)鍵技術(shù)：采煤機(jī)自動(dòng)調(diào)高、采煤機(jī)自主定位與導(dǎo)航系統(tǒng)、煤巖界面自動(dòng)識(shí)別、井上井下雙向通信、采煤工藝智能化等。

　　以這2篇論文為發(fā)軔，該學(xué)者帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在智能工作面采煤機(jī)姿態(tài)高精度感知、液壓支架姿態(tài)智能感知、工作面刮板輸送機(jī)直線度光纖感知、開(kāi)采環(huán)境智能感知與安全決策、智能化監(jiān)測(cè)儀器與裝備研發(fā)等方面進(jìn)行科研創(chuàng)新，十四年如一日地默默耕耘，建立了煤礦智能工作面開(kāi)采成套技術(shù)體系和煤礦開(kāi)采光纖智能感知成套裝備與技術(shù)，并將科技成果應(yīng)用服務(wù)于中煤能源集團(tuán)、山西焦煤集團(tuán)、華電煤業(yè)公司、晉能控股集團(tuán)、山東能源集團(tuán)、華陽(yáng)新材料科技集團(tuán)等大型礦區(qū)40余個(gè)礦井，助力礦區(qū)實(shí)現(xiàn)智能高效安全生產(chǎn)，探索出一條煤礦智能化開(kāi)采的科研創(chuàng)新之路。

　　這名學(xué)者，就是中國(guó)礦業(yè)大學(xué)的方新秋教授。

　　源于興趣，智能開(kāi)采求知探索路

　　1992—1996年，方新秋在中國(guó)礦業(yè)大學(xué)就讀采礦工程本科的同時(shí)，懷著濃厚的興趣輔修了計(jì)算機(jī)及應(yīng)用專業(yè)，為后續(xù)的科研之路奠定了堅(jiān)實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)。1996—2002年，方新秋又在中國(guó)礦業(yè)大學(xué)攻讀了采礦工程碩士和博士研究生。博士期間，師從我國(guó)礦業(yè)工程學(xué)科主要奠基人、中國(guó)工程院院士錢(qián)鳴高，導(dǎo)師的言傳身教，對(duì)方新秋有著很大的影響。他始終牢記錢(qián)鳴高院士教導(dǎo)“永遠(yuǎn)不服輸、永遠(yuǎn)不向困難低頭、永遠(yuǎn)爭(zhēng)第一”的采礦精神，并在深入采煤一線學(xué)習(xí)和科研攻關(guān)的過(guò)程中敏銳地捕捉到了礦井安全高效科學(xué)開(kāi)采的未來(lái)，一定是向著無(wú)人化的方向發(fā)展，而無(wú)人化開(kāi)采的實(shí)現(xiàn)，最重要的核心就是控制。因此，2002年博士畢業(yè)后，方新秋又進(jìn)入東南大學(xué)控制科學(xué)與工程博士后流動(dòng)站開(kāi)始了新的研究，合作導(dǎo)師為著名導(dǎo)航專家萬(wàn)德鈞教授。在萬(wàn)德鈞教授的指導(dǎo)下，他逐漸打開(kāi)了研究思路：圍繞煤炭工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)發(fā)展的需求，通過(guò)采掘環(huán)境的智能感知、采掘裝備的智能調(diào)控、采掘作業(yè)的自主巡航等功能和技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，由采掘裝備獨(dú)立完成回采作業(yè)過(guò)程，著力研發(fā)新一代礦井智能感知技術(shù)與裝備，尤其是慣性導(dǎo)航技術(shù)和光纖光柵傳感技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)智能、無(wú)人開(kāi)采。

　　2004年8月，博士后出站后，方新秋回到了中國(guó)礦業(yè)大學(xué)工作，一邊做著采礦、礦山壓力與巖層控制方面的教學(xué)與科研工作，一邊堅(jiān)持著對(duì)煤礦智能化、無(wú)人化開(kāi)采的研究和探索?；?ldquo;科學(xué)采礦”理念，他意識(shí)到“采礦生產(chǎn)力水平越高，對(duì)安全生產(chǎn)狀況的要求就越高，要解決困擾產(chǎn)業(yè)發(fā)展的安全問(wèn)題，本質(zhì)是要少人甚至無(wú)人開(kāi)采;而通往無(wú)人開(kāi)采的必經(jīng)之路，便是先從機(jī)械化到自動(dòng)化，再到智能化”。面對(duì)當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)外礦山智能化開(kāi)采研究水平較低、參考文獻(xiàn)較少的現(xiàn)狀，方新秋帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)自力更生、自主創(chuàng)新，沒(méi)有現(xiàn)成的模型，便帶領(lǐng)著研究生自己建模、推導(dǎo)、驗(yàn)證;沒(méi)有實(shí)例可循，便積極與礦山企業(yè)、設(shè)備廠家溝通，在煤礦井下開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)性試驗(yàn)。在拳拳不變的初心和求知若渴的探索下，團(tuán)隊(duì)碩果累累，一篇篇論文、一項(xiàng)項(xiàng)專利駢興錯(cuò)出，從智能工作面采煤機(jī)姿態(tài)高精度感知、液壓支架姿態(tài)感知、刮板輸送機(jī)直線度光纖感知、開(kāi)采環(huán)境智能感知與安全決策、智能化監(jiān)測(cè)儀器與裝備研發(fā)等方面探索出一條煤礦智能化開(kāi)采的科研創(chuàng)新之路。

　　02

　　科技參謀，助力邊疆礦山開(kāi)發(fā)

　　2009年11月，方新秋作為中組部選派的“第十批博士服務(wù)團(tuán)”成員赴疆工作，受到了時(shí)任中央組織部部長(zhǎng)的李源潮同志的親切接見(jiàn)。在新疆服務(wù)期間，方新秋任新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)一師阿拉爾統(tǒng)眾國(guó)有資產(chǎn)經(jīng)營(yíng)有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱任職公司)副總經(jīng)理，充分發(fā)揮自身在礦業(yè)領(lǐng)域的專業(yè)優(yōu)勢(shì)，經(jīng)常深入礦山生產(chǎn)一線，奔波在哈密、庫(kù)爾勒、拜城和庫(kù)車等地區(qū)戈壁灘、沙漠及山溝進(jìn)行實(shí)地察看。在師市推進(jìn)新型工業(yè)化建設(shè)，加速推進(jìn)優(yōu)勢(shì)資源轉(zhuǎn)化的總體部署下，他積極參與師市工業(yè)發(fā)展的能源、科技等領(lǐng)域，充分發(fā)揮科技參謀作用，對(duì)新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)一師的發(fā)展建設(shè)做出了積極貢獻(xiàn)。

　　在師市礦業(yè)資源收購(gòu)整合工作中積極獻(xiàn)言獻(xiàn)策，成功收購(gòu)了庫(kù)車縣榆樹(shù)泉煤炭有限責(zé)任公司和庫(kù)車縣榆樹(shù)嶺煤礦有限責(zé)任公司兩大煤礦，使農(nóng)一師的工業(yè)發(fā)展有了保障;通過(guò)與外省優(yōu)秀礦企合作，幫助塔河礦業(yè)公司下屬小煤礦提升了煤礦產(chǎn)能;完成了新疆塔里木盆地資源狀況及農(nóng)一師礦產(chǎn)資源規(guī)劃利用建議科研項(xiàng)目;利用自身專業(yè)和學(xué)校優(yōu)勢(shì)，發(fā)揮橋梁紐帶作用，在兵團(tuán)干部培訓(xùn)學(xué)院舉辦煤炭工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及科學(xué)采礦的專題講座，在師黨校為全師連隊(duì)干部舉辦了加快推進(jìn)師市新型工業(yè)化建設(shè)的專題講座，并經(jīng)常在公司內(nèi)部開(kāi)展專業(yè)技術(shù)講座，擴(kuò)寬了兵團(tuán)技術(shù)人員的視野，強(qiáng)化了專業(yè)知識(shí);此外，方新秋還與其他援疆干部一道，積極開(kāi)展扶貧濟(jì)困、捐資助學(xué)等各類活動(dòng)。

　　援疆期間，方新秋嚴(yán)格按照博士服務(wù)團(tuán)“科技參謀、橋梁紐帶、人才培養(yǎng)”的要求，出色地完成了師黨委和任職公司交辦的各項(xiàng)任務(wù)，為師市工業(yè)和任職公司的發(fā)展做出了顯著貢獻(xiàn)，并榮獲新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)三等功獎(jiǎng)勵(lì)。服務(wù)期滿，方新秋婉拒了農(nóng)一師主要領(lǐng)導(dǎo)對(duì)他提出的從政建議，回到了自己鐘愛(ài)的高校教學(xué)科研工作中，并被中國(guó)礦業(yè)大學(xué)評(píng)為“十佳共產(chǎn)黨員”。在中國(guó)礦業(yè)大學(xué)專門(mén)為他召開(kāi)的“礦業(yè)學(xué)院方新秋博士援疆回校座談會(huì)”上，回首援疆經(jīng)歷，他感慨道：“新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)本身就是一部奮斗史，條件十分艱苦，許多人是奉獻(xiàn)了青春、奉獻(xiàn)了終生、奉獻(xiàn)了子孫;新疆缺少的不是資金扶持，而是缺少專業(yè)人才，只有將屯工戍邊轉(zhuǎn)化為屯城戍邊，搞活工業(yè)，才能吸引人才”。

　　03

　　深耕科研，智能開(kāi)采累結(jié)碩果

　　“方新秋博士多年來(lái)一直從事采礦教學(xué)與科研工作，長(zhǎng)期致力于智能化、無(wú)人化安全開(kāi)采技術(shù)研究與實(shí)踐，在國(guó)內(nèi)外率先建立了智能工作面系統(tǒng)工程模型，經(jīng)過(guò)多年的集成創(chuàng)新與應(yīng)用探索，將傳統(tǒng)煤炭開(kāi)采科學(xué)技術(shù)與現(xiàn)代信息技術(shù)深度融合，在開(kāi)采環(huán)境智能感知、采場(chǎng)空間災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警等方面進(jìn)行了深入研究。” 中國(guó)工程院袁亮院士在方新秋的專著《采場(chǎng)三機(jī)姿態(tài)智能感知理論與實(shí)踐》序言中寫(xiě)下如此評(píng)價(jià)。自2008年發(fā)表第1篇智能化開(kāi)采方面的論文以來(lái)，方新秋一直致力于煤礦智能化開(kāi)采、礦山開(kāi)采智能感知與決策方面的研究，逐步形成了“跨學(xué)科-組團(tuán)隊(duì)-強(qiáng)聯(lián)合”的團(tuán)隊(duì)發(fā)展思路，組建了“學(xué)術(shù)帶頭人—骨干成員—一般成員”梯隊(duì)結(jié)構(gòu)的安全智能開(kāi)采教學(xué)科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，專業(yè)涉及采礦工程、機(jī)械工程、通信及信息處理、測(cè)控技術(shù)與儀器、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、智能控制、光纖通信等學(xué)科背景，具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和多年從事科研工作的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，成果豐碩。

　　在錢(qián)鳴高院士的指導(dǎo)下，方新秋教授團(tuán)隊(duì)首次提出了“以智能工作面首采保護(hù)層，多維時(shí)空抽采鄰近層卸壓瓦斯”的核心理念，攻克了高瓦斯煤層群安全智能開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)難題，并在華晉焦煤有限責(zé)任公司沙曲煤礦得到成功應(yīng)用，相關(guān)轉(zhuǎn)化成果獲得了我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域最高獎(jiǎng)——中國(guó)工業(yè)大獎(jiǎng)。同時(shí)，跟隨錢(qián)鳴高院士“科學(xué)采礦”理念的指引，沿著智能化開(kāi)采之路，“長(zhǎng)壁工作面采煤機(jī)自主定位系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究”“薄煤層開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)與裝備”“基于光纖捷聯(lián)慣導(dǎo)的長(zhǎng)壁工作面采煤機(jī)運(yùn)行姿態(tài)感知研究”等國(guó)家級(jí)項(xiàng)目陸續(xù)完成或開(kāi)展，并被總結(jié)為獨(dú)具特色的智能工作面開(kāi)采成套技術(shù)體系和煤礦開(kāi)采光纖智能感知成套裝備與技術(shù)。

　　1)智能工作面開(kāi)采成套技術(shù)體系。智能工作面開(kāi)采技術(shù)是智能開(kāi)采的關(guān)鍵組成部分，針對(duì)當(dāng)前智能開(kāi)采的技術(shù)瓶頸，方新秋教授團(tuán)隊(duì)對(duì)工作面“三機(jī)”姿態(tài)的智能感知技術(shù)進(jìn)行了深入研究，首次構(gòu)建了智能工作面開(kāi)采成套技術(shù)體系。開(kāi)發(fā)了智能工作面采煤機(jī)自主定位技術(shù)與系統(tǒng)，建立了系統(tǒng)誤差補(bǔ)償模型，研發(fā)了導(dǎo)航降誤與系統(tǒng)誤差處理技術(shù)，提高了采煤機(jī)定位精度;構(gòu)建了采煤機(jī)動(dòng)力學(xué)模型與自動(dòng)移架約束模型，實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)姿態(tài)的實(shí)時(shí)檢測(cè)與支架的自動(dòng)化跟機(jī);基于液壓支架運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，建立了液壓支架姿態(tài)感知理論與技術(shù)體系，結(jié)合液壓支架頂梁回轉(zhuǎn)角、支架姿態(tài)與工作阻力關(guān)系、支架圍巖耦合關(guān)系，以及支架穩(wěn)定性特征，明確了液壓支架姿態(tài)感知指標(biāo)體系及安全范圍，借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與多傳感融合算法，實(shí)現(xiàn)了支架姿態(tài)對(duì)頂板運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、礦壓強(qiáng)度、支架穩(wěn)定性、支架關(guān)鍵結(jié)構(gòu)工況等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);采用回采巷道集中控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了智能工作面安全高效開(kāi)采。

　　2)煤礦開(kāi)采光纖智能感知成套裝備與技術(shù)。智能感知是智能化開(kāi)采的關(guān)鍵技術(shù)之一，針對(duì)煤礦開(kāi)采智能感知水平低、傳感器種類少等技術(shù)問(wèn)題，充分結(jié)合光纖光柵智能感知技術(shù)的先進(jìn)性，通過(guò)分析FBG感知原理，揭示了應(yīng)變場(chǎng)對(duì)光纖光柵反射波長(zhǎng)的光譜分布規(guī)律，分析了均勻/非均勻應(yīng)變場(chǎng)對(duì)光纖光柵反射光譜的變化規(guī)律，試驗(yàn)驗(yàn)證了均勻/非均勻應(yīng)變場(chǎng)對(duì)光纖光柵的傳感響應(yīng)特征，實(shí)現(xiàn)了多特征參量動(dòng)態(tài)應(yīng)變函數(shù)光纖光柵目標(biāo)光譜重構(gòu)，建立了光纖光柵-基體應(yīng)變感知傳遞理論及感知模型，構(gòu)建了工作面開(kāi)采環(huán)境智能感知系統(tǒng)，創(chuàng)新了巷道圍巖狀態(tài)信息智能感知技術(shù)，開(kāi)發(fā)了煤礦開(kāi)采環(huán)境光纖智能感知系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理軟件;基于光纖光柵曲率傳感原理，首次設(shè)計(jì)并研發(fā)了光纖光柵三維曲率傳感器，提出了刮板輸送機(jī)三維彎曲形態(tài)擬合感知與重構(gòu)方法，建立了刮板輸送機(jī)三維彎曲測(cè)試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，構(gòu)建了工作面刮板輸送機(jī)直線度感知系統(tǒng)模型，提出了工作面刮板輸送機(jī)直線度光纖感知技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了刮板輸送機(jī)三維彎曲形態(tài)的實(shí)時(shí)感知，為刮板輸送機(jī)直線度的精準(zhǔn)控制奠定了基礎(chǔ)。構(gòu)建了基于光纖智能感知的智能工作面多參量精準(zhǔn)感知與安全決策技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)采環(huán)境信息及裝備姿態(tài)的全面感知，形成了煤礦開(kāi)采光纖智能感知成套裝備與技術(shù)。

　　方新秋教授及其團(tuán)隊(duì)研發(fā)的《基于支持向量機(jī)的礦井光纖光柵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)缺失數(shù)據(jù)補(bǔ)償方法》《基于光纖光柵傳感的支架運(yùn)行姿態(tài)在線監(jiān)測(cè)方法》《基于光纖光柵傳感器的煤礦井下安全綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)》等專利技術(shù)廣泛應(yīng)用于煤礦井下的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)采集，其他多項(xiàng)發(fā)明獲俄羅斯、澳大利亞等國(guó)家的國(guó)際專利授權(quán)。

　　04

　　傳道授業(yè)，培養(yǎng)礦業(yè)科技人才

　　方新秋教授主講《智慧礦山》《智能化開(kāi)采》《開(kāi)采環(huán)境智能感知》《智能采礦概論》《采礦學(xué)》《資源開(kāi)發(fā)與規(guī)劃》《非煤開(kāi)采技術(shù)》等本科生與研究生課程;主編的《開(kāi)采環(huán)境智能感知》《智能采礦導(dǎo)論》等教材引領(lǐng)了《普通高等學(xué)校智能采礦工程專業(yè)系列教材》，《采場(chǎng)三機(jī)姿態(tài)智能感知理論與實(shí)踐》《巷道圍巖智能感知理論與實(shí)踐》等專著是很多從事智能開(kāi)采方向科技工作者的案頭書(shū)。近幾年，煤礦智能化開(kāi)采、無(wú)人化開(kāi)采等概念逐漸被煤炭行業(yè)熟知并成為煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的技術(shù)共識(shí)，而早在2008年，方新秋教授就已在采礦工程專業(yè)的培養(yǎng)方案中增設(shè)了“無(wú)人開(kāi)采技術(shù)”專業(yè)選修課(《“無(wú)人開(kāi)采技術(shù)”專業(yè)選修課設(shè)置探討》文中可詳細(xì)了解)，使學(xué)生了解最前沿的采煤技術(shù)。

　　方新秋教授在國(guó)家礦山安全監(jiān)察局、應(yīng)急管理部培訓(xùn)中心、中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)、中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)、國(guó)家能源集團(tuán)、中煤能源集團(tuán)、山東能源集團(tuán)、山西焦煤集團(tuán)、陜西延長(zhǎng)石油礦業(yè)有限責(zé)任公司、云南煤化集團(tuán)、浙江大學(xué)、上海交通大學(xué)等政府部門(mén)、企事業(yè)單位和高等院校進(jìn)行了數(shù)十場(chǎng)智能化開(kāi)采的講座，積極普及推廣智能化開(kāi)采思想與技術(shù)。

　　“一方新知，三秋桃李”，這是畢業(yè)學(xué)生鐫刻在送給方新秋教授的鋼筆上的文字。方新秋教授已培養(yǎng)碩士博士70余名，多數(shù)仍在礦業(yè)高校、科研院所、煤礦企業(yè)從事礦山開(kāi)采相關(guān)工作，他們對(duì)方新秋教授嚴(yán)以治學(xué)、勤以修身、誠(chéng)以做事、寬以待人的言傳身教銘記于心，并外化于行，很多都已擔(dān)任科研院所所長(zhǎng)、煤礦總工程師、高校老師等。方老師和學(xué)生相處時(shí)真誠(chéng)寬容，經(jīng)常與課題組學(xué)生就具體的學(xué)術(shù)或工作問(wèn)題展開(kāi)討論、激發(fā)思維，這種團(tuán)隊(duì)氛圍也一直影響著學(xué)生們?cè)诠ぷ髦胁粩嗵嵘约旱墓ぷ髯黠L(fēng)。

　　05

　　牢記初心，智能開(kāi)采科研腳步不息

　　智能開(kāi)采光明，這是方新秋教授的網(wǎng)名，也是他對(duì)煤炭行業(yè)未來(lái)發(fā)展的期待。目前，智能開(kāi)采和智能感知技術(shù)雖已取得系列成果，但距離真正實(shí)現(xiàn)智能化、無(wú)人化開(kāi)采仍有很大差距。如何利用多傳感器信息與大數(shù)據(jù)深度融合，重點(diǎn)挖掘有效信息;如何加快感知與決策系統(tǒng)的可視化、智能化，實(shí)現(xiàn)礦井安全協(xié)同、決策管控的一體化;如何實(shí)現(xiàn)“人-機(jī)-環(huán)-管” 一體化感知、分析、決策、控制、管理等諸多科技難題仍待深入研究解決。攻關(guān)智能開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)，服務(wù)煤礦智能安全高效發(fā)展，是方新秋教授及其團(tuán)隊(duì)致力于采礦領(lǐng)域上下求索的初心和使命，也是礦山科研工作者的共同目標(biāo)!