专家信息：

首席科学家：

任怀伟，男，1980年9月出生，河北廊坊人，博士，研究员，博士生导师，中国煤炭科工集团首席科学家。中煤科工开采研究院有限公司科创中心副主任。近年来主持、参与国家及省部级科研项目14项，其中主持国家自然科学基金1项、省部级课题2项；参与完成863、973计划课题2项、国家自然科学基金重点基金1项、国家重点研发计划1项，承担智能矿山建设重大项目（2000万元以上）3项，成果在多个矿区推广。获得国家科技进步二等奖一项，省部级一等奖9项。发表学术论文63篇，其中SCI/EI收录21篇。参与出版专著3部，总计22万字。授权国家发明专利11项。已完成国家标准制定3项。荣获杰出工程师青年奖、全国煤炭青年科技奖。

担任《煤炭科学技术》青年学术委员会委员，International Journal of Coal Science & Technology期刊审稿人。共计发表学术论文63篇，其中SCI/EI收录21篇,参与出版专著3部，获得国家发明专利14项,制定国家标准3项。获得中国机械工业科技进步一等奖等奖1项（第一完成人）、中国煤炭工业协会一等奖2项、安全生产科技奖一等奖1项、中国机械工业科技进步二等奖1项，以及其他省部级奖励共8项。获全国煤炭青年科技奖、杰出工程师青年奖。主持和参与国家自然科学基金面上项目1项，山东省重点研发计划课题1项，山西省重点研发计划课题1项；参与国家资金科学基金重点项目、973课题、863课题、国家重点研发计划等国家课题13项，省部级项目3项，作为负责人承担智能矿山建设重大项目（2000万元以上）3项，成果在多个矿区推广。

教育经历：

2008年12月，毕业于山东大学机械设计与理论专业。

煤炭科学研究总院博士后工作站，博士后。

新加坡国立大学访问学者。

学术兼职：

1、中国煤炭学会会员。

2、中国矿业大学兼职硕士生导师。

3、《煤炭科学技术》杂志青年专家学术委员会委员。

4、中国自动化学会智慧矿山专委会秘书长。

5、International Journal of Coal Science & Technology 评审专家。

6、国家科技专家库专家。

7、国际矿业青年科学家论坛学术委员会执行主席。

招收研究生方向：

控制理论与控制工程、模式识别与智能系统、检测技术与自动化装置、控制工程。

科学研究：

研究方向：

致力于煤矿综采装备系统、工作面智能化控制和智能矿山关键技术等研究与技术推广应用。

承担科研项目情况：

先后主持了国家自然科学基金面上项目、山东省重点研发计划项目、山西省重点研发计划项目各 1 项；作为项目核心人员参与国家自然科学基金重点项目、 973 计划、 863 计划、国家重点研发计划等国家项目 13 项，省部级项目 3 项；作为技术负责人承担煤炭行业智能矿山建设重大项目 4 项。

1、国家高技术研究发展计划(863计划)两柱式超强力放顶煤液压支架研制（2012AA06A407）。

2、国家重点基础研究发展计划（973计划）深部围岩支护稳定性原理及自适应支护设备创成方法（2014CB046302）。

3、国家智能制造发展专项“煤炭综采成套装备智能系统”及“高端液压支架智能焊接加工车间”。

4、“十三五”重点研发计划项目“千米深井超长工作面围岩自适应智能控制开采技术” ，2017年。

5、“智慧煤矿巨系统关键技术装备研发与示范矿井建设”，2018年。

6、张家峁煤矿 “智慧煤矿巨系统关键技术装备研发与示范矿井建设”。

科研成果：

任怀伟研究员致力于煤矿综采装备系统、工作面智能化控制和智能矿山关键技术等研究与技术推广应用。

取得多项创新性成果，深入研究和发展了液压支架与围岩耦合动态设计方法，并进行了成功应用；提出了地下支护系统群组协同控制方法，并开发了工作面支护质量监测系统，为满足深部开采及特厚煤层大采高综采的高效、自动化支护需求提供了技术及装备支撑，取得显著成效。获得省部级科技奖励7项，参与出版著作3部，发表论文60余篇，获国家发明专利6项。

1、在液压支架结构设计优化方面，提出了基于液压支架高度分区及可靠性的概论有限元计算方法。

2、在液压支架与围岩耦合关系方面，提出了液压支架与围岩耦合定量分析与动态设计方法，发明了一种用于综采工作面围岩自适应支护的液压支架智能化控制方法和地下开采液压支护系统的群组自组织协同控制技术。

3、在智能开采技术方面，提出了基于全位姿测量及虚拟仿真控制的智能开采模式，给出了融合视觉的装备全位姿测量、工作面装备位姿一体化描述及驱动关系建模、基于Unity3D的综采虚拟仿真控制等三项支持智能决策的关键技术。

4、在智能化矿山研究方面，构建了新的开采系统全局智能化控制架构，提出基于二阶行为模式分析的信息实体主动匹配与推送策略及基于深度学习的煤矿智慧逻辑模型进化机制；提出考虑随机误差的强耦合设备群空间坐标统一描述模型及各设备空间关联坐标系转换方法、开采环境-装备耦合作用规律、时变多因素影响下开采设备群全局最优规划和分布式协同控制方法；为实现更为复杂地质条件下的连续稳定开采提供基础理论支撑。

制定标准：

1 综采综放工作面远距离供电系统技术规范 GB/T 37814-2019 2020-03-08 国家标准

2 中厚煤层综采工作面总体配套技术条件 GB/T 37768-2019 2020-01-10 国家标准

3 综采综放工作面超前支护系统技术条件 GB/T 37611-2019 2020-03-08 国家标准

4 综采综放工作面常规供电系统设计规范 GB/T 37808-2019 2020-03-08 国家标准

5 大倾角综采工作面总体配套技术条件 GB/T 37809-2019 2020-03-08 国家标准

6 大采高综采工作面总体配套技术条件 GB/T 37810-2019 2020-03-08 国家标准

7 综采放顶煤工作面总体配套技术条件 GB/T 37811-2019 2020-03-08 国家标准

8 大倾角综放工作面总体配套技术条件 GB/T 37812-2019 2020-03-08 国家标准

9 综采综放工作面智能降尘系统技术条件 GB/T 37815-2019 2020-03-08 国家标准

10 综采工作面支护质量检测技术条件 GB/T 40259-2021 2021-12-07 国家标准

认定成果：

1 薄煤层智能化综采关键技术与装备开发 任紫亭;王国法;刘梅生;白永胜;李明忠;郝铁栓;任怀伟;常庆江;黄曾华;张德生 阳泉煤业 2017

2 8.2m超大采高综采成套技术与装备研制 李希勇;王国法;李伟;孟祥军;李政;张传昌;李国平;亓玉浩;王振平;李明忠;张崇宏;刘化立;穆润青;曾明胜;赵峰;李首滨;任怀伟;岳宁;刘德军;刘壮;赵国瑞 兖矿集团有限公司 2016

3 煤矿综采智能化成套装备关键技术及产业化 曾庆良;王国法;王成龙;任怀伟;杨庆东;张延亮;李圣文;张鑫;杜毅博 山东能源重型装备制造集团有限责任公司 2015

4 高端液压支架智能焊接加工车间 王国法;任怀伟;杨庆东;李圣文;李树国;张德生;赵国瑞;文治国;王亚军;曹成铭 山东能源重型装备制造集团有限责任公司 2014

5 年产千万吨大采高综采液压支架及关键技术 王国法;胡文强;冀贵升;朱军;罗裕;温景国;潘献全;徐亚军;朱国民;赵红梅;刘成峰;李向东;任怀伟;黄勇杰;连清旺;王维虎;程骏;马占江;廉自生;倪伟;杜忠孝;吕东林;曾明胜;刘新华;李明忠;贾宪宝;李提建;任静茹;李瑞光;王金平;张德生 天地科技股份有限公司 2010

6 高分段无底柱分段崩落法在大红山铁矿的应用研究 周旭;陈晨;俞胜建;李建科;王巧兰;屈仁政;田国梁;张振兴;吴忠;王江;任怀伟 攀钢集团冶金工程技术有限公司 2008

发明专利：

[1]巩师鑫,任怀伟,马英,杜毅博,赵国瑞,庞义辉,文治国,杜明,周杰,韩哲. 综采工作面的多液压支架载荷预测方法、装置及电子设备[P]. CN114792177B,2022-09-23.

[2]杜明,呼少平,任怀伟,薛忠新,赵国瑞,李帅帅. 一种综采工作面刮板机直线度测量方法及设备[P]. CN115077429A,2022-09-20.

[3]杜毅博,徐亚军,任怀伟,赵国瑞,马英,巩师鑫,张德生,文治国. 一种基于激光点云的超前液压支架定位系统及方法[P]. CN111489391B,2022-09-16.

[4]韩哲,张金虎,李宣东,葛伦贵,杜尚宇,张帅,马英,任怀伟,段金红,路兴义,赵叔吉,李世军,殷磊,蔡昌伟,汪义龙,孙晓虎,张倍宁. 一种掘进设备定位系统[P]. CN114961738A,2022-08-30.

[5]韩哲,张金虎,李宣东,葛伦贵,杜尚宇,张帅,马英,任怀伟,段金红,路兴义,赵叔吉,李世军,殷磊,蔡昌伟,汪义龙,孙晓虎,张倍宁. 一种位置传感器及井下超前支护装置[P]. CN114961839A,2022-08-30.

[6]韩哲,杜毅博,马英,任怀伟,周杰,张帅,李世军,赵叔吉,李帅帅. 一种掘进设备定位方法[P]. CN114964256A,2022-08-30.

[7]杜毅博,周杰,杜明,任怀伟,马英,赵国瑞,巩师鑫,文治国,韩哲,李世军,赵叔吉. 基于视觉的综采工作面液压支架自动调直控制系统及方法[P]. CN114922667A,2022-08-19.

[8]巩师鑫,任怀伟,马英,杜毅博,赵国瑞,庞义辉,文治国,杜明,周杰,韩哲. 综采工作面压力预测方法、装置、设备和存储介质[P]. CN114912072A,2022-08-16.

[9]杜明,杜毅博,任怀伟,巩师鑫,李帅帅. 一种基于无反复支护系统的自移式支架视觉定位导航方法[P]. CN114856669A,2022-08-05.

[10]任怀伟,杜毅博,范京道,巩师鑫,李川,赵国瑞,王春刚,张乘风,肖松,李健. 一种煤矿综采工作面三维虚拟仿真决策分布式系统[P]. CN114827144A,2022-07-29.

[11]巩师鑫,任怀伟,马英,杜毅博,赵国瑞,庞义辉,文治国,杜明,周杰,韩哲. 综采工作面的多液压支架载荷预测方法、装置及电子设备[P]. CN114792177A,2022-07-26.

[12]闫敬旺,张德生,李红骄,马英,谭震,任怀伟,任长忠,朱信龙,加宝瑞,路兴军,曹豪,张赛,杜尚宇,李丁一. 双伸缩立柱和具有其的液压支架[P]. CN216974884U,2022-07-15.

[13]赵国瑞,任怀伟,巩师鑫,杜毅博,杜明,文治国,周杰,韩哲,李帅帅. 基于视觉三维重建的采煤工作面可视化监控系统及方法[P]. CN114743160A,2022-07-12.

[14]赵国瑞,任怀伟,巩师鑫,杜明,杜毅博,文治国,周杰,韩哲,李帅帅. 液压支架护帮板与采煤机滚筒截割干涉识别及监测系统[P]. CN111810155B,2022-07-08.

[15]韩哲,杜毅博,马英,任怀伟,周杰,张帅,李世军,赵叔吉,李帅帅. 一种井下超前支护装置的定位方法[P]. CN114622940A,2022-06-14.

[16]韩哲,张金虎,李宣东,葛伦贵,杜尚宇,张帅,马英,任怀伟,段金红,路兴义,赵叔吉,李世军,殷磊,蔡昌伟,汪义龙,孙晓虎,张倍宁. 一种综采工作面全光网络安全监测系统[P]. CN114582087A,2022-06-03.

[17]闫敬旺,张德生,李红骄,马英,谭震,任怀伟,任长忠,朱信龙,加宝瑞,路兴军,曹豪,张赛,杜尚宇,李丁一. 门式超前支架[P]. CN216642166U,2022-05-31.

[18]任怀伟,李帅帅,马英,赵国瑞,文治国,周杰,杜毅博,巩师鑫,韩哲. 综采工作面液压支架支撑高度和顶梁倾角测量装置[P]. CN111964595B,2022-05-27.

[19]任怀伟,杜明,赵国瑞,李帅帅. 基于图像序列的护帮板伸缩角度测量方法及装置[P]. CN114511799A,2022-05-17.

[20]李帅帅,赵国瑞,任怀伟,马英,杜毅博,韩哲,周杰,文治国,庞义辉,杜明. 综采工作面液压支架支撑高度和顶梁倾角测量方法[P]. CN111879244B,2022-04-29.

[21]闫敬旺,张德生,李红骄,马英,谭震,任怀伟,任长忠,朱信龙,加宝瑞,路兴军,曹豪,张赛,杜尚宇,李丁一. 门式超前支架[P]. CN114382519A,2022-04-22.

[22]韩哲,周杰,任怀伟,张德生,马英,李保飞,文治国,徐亚军,杜毅博,李帅帅. 一种井下超前支护装置的自动控制方法[P]. CN114352337A,2022-04-15.

[23]巩师鑫,任怀伟,赵国瑞,杜毅博,文治国,杜明,周杰,韩哲,李帅帅. 复杂起伏变化煤层工作面采煤机自适应截割路径优化方法[P]. CN114357637A,2022-04-15.

[24]韩哲,任怀伟,马英,巩师鑫,周杰,张帅,李世军,李帅帅. 一种综采工作面安全监测方法[P]. CN114360176A,2022-04-15.

[25]杜毅博,周杰,任怀伟,马英,赵国瑞,徐亚军,巩师鑫,杜尚宇,文治国,李世军,赵叔吉. 液压支架的姿态自适应调控系统及调控方法[P]. CN114263486A,2022-04-01.

[26]巩师鑫,杜毅博,任怀伟,赵国瑞,文治国,韩哲,杜明,周杰. 一种考虑数据分布域适应的综采工作面矿压预测模型建立方法[P]. CN112906143B,2022-03-25.

[27]任怀伟,周杰,文治国,李军,马英,韩哲,范生军,毛小娃,王峰,张帅. 一种测量压力位移的一体化传感器[P]. CN114234872A,2022-03-25.

[28]周杰,文治国,马英,范生军,任怀伟,李军,毛小娃,王峰,张帅. 一种压力测量模块及传感器[P]. CN114235224A,2022-03-25.

[29]韩哲,赵国瑞,任怀伟,薛忠新,毛小娃,文治国,周杰,张帅. 一种全矿井精准定位系统[P]. CN114221704A,2022-03-22.

[30]任怀伟,周杰,文治国,马英,杜毅博,赵国瑞,张帅,韩哲,杜明. 一种数字化液压支架[P]. CN216077183U,2022-03-18.

[31]张德生,徐亚军,王彪谋,任怀伟,程骏,李提建,张金虎. 综采工作面端头运支一体式支护装置[P]. CN111396104B,2022-03-15.

[32]文治国,任怀伟,周杰,赵国瑞,杜毅博,韩哲,庞义辉,巩师鑫. 一种确定四柱式液压支架工作状态的方法[P]. CN111441810B,2022-03-11.

[33]巩师鑫,任怀伟,赵国瑞,杜毅博,杜明,文治国,周杰,韩哲,李帅帅. 综采工作面采煤机自适应跟随煤层截割路径优化方法[P]. CN114091233A,2022-02-25.

[34]任怀伟,韩哲,呼少平,牛虎明,薛忠新,周杰,杜明,文治国,杜毅博. 一种运输顺槽无反复支护控制系统[P]. CN114017089A,2022-02-08.

[35]任怀伟,韩哲,杜明,周杰,赵国瑞,文治国,杜毅博. 一种煤矿综合环境模拟实验舱及模拟实验方法[P]. CN113926495A,2022-01-14.

[36]巩师鑫,任怀伟,赵国瑞,杜毅博,杜明,文治国,周杰,韩哲,李帅帅. 煤矿综采工作面支架支护区域划分及精准支护方法[P]. CN113914928A,2022-01-11.

[37]韩哲,马英,杜毅博,任怀伟,文治国,李帅帅,杜明,巩师鑫,周杰. 一种综采工作面液压支架采煤高度测量装置及方法[P]. CN113847876A,2021-12-28.

[38]任怀伟,周杰,张德生,文治国,杜毅博,马英,韩哲,李帅帅,巩师鑫. 一种数字油缸[P]. CN215109788U,2021-12-10.

[39]范京道,王春刚,陈洪月,张德生,张乘风,周兴利,王春林,王宇,马英,任怀伟,肖松,杜尚宇,张赛,李涛,杨景林,李提建. 一种透镜聚焦式激光接收靶[P]. CN113739771A,2021-12-03.

[40]韩哲,任怀伟,赵国瑞,杜毅博,文治国,李帅帅,周杰,杜明. 一种采煤机位置测量系统及方法[P]. CN113685177A,2021-11-23.

[41]任怀伟,赵国瑞,马英,李帅帅,杜毅博,周杰,巩师鑫,庞义辉,文治国,杜明. 一种综采工作面设备群位姿统一方法[P]. CN111472841B,2021-11-05.

[42]巩师鑫,任怀伟,赵国瑞,杜毅博,杜明,文治国,周杰,韩哲,李帅帅. 综采工作面顶底板截割可视化及其调整方法[P]. CN113513315A,2021-10-19.

[43]巩师鑫,任怀伟,赵国瑞,杜毅博,杜明,文治国,周杰,韩哲,李帅帅. 一种基于聚类算法的四柱式液压支架工况评估方法[P]. CN113482677A,2021-10-08.

[44]庞义辉,李春元,王泓博,任怀伟,周杰. 一种综采放顶煤工作面智能化放煤控制方法[P]. CN111764902B,2021-09-14.

[45]张科学,亢磊,王晓玲,何满潮,李首滨,李旭,尹尚先,孙健东,李东,符大利,张玉良,王炯,毛明仓,高文蛟,程志恒,杨正凯,赵启峰,殷帅峰,任怀伟,庞义辉,许雯,李海涛,马振乾,王琦,杨军,王亚军,李悬,朱俊傲,杨海江,吴永伟,闫星辰. 一种透明工作面智能开采大数据分析决策方法和系统[P]. CN113379909A,2021-09-10.

[46]范京道,马英,封华,张金虎,任怀伟,李川,王春刚,张乘风,周兴利,王春林,王健,冯黎莉,徐圣集,高亚超,肖松,陈辰,赵康. 基于静态分区的皮带火灾自动控制方法[P]. CN113323713A,2021-08-31.

[47]张科学,朱俊傲,杨海江,何满潮,亢磊,王晓玲,李首滨,张瑞新,尹尚先,孙健东,李东,王炯,陶志刚,任怀伟,庞义辉,李旭,高文蛟,程志恒,杨正凯,赵启峰,许雯,马振乾,李海涛,王琦,杨军,王亚军,吴永伟,闫星辰. 基于BP神经网络的煤层冲击危险性智能化评价方法[P]. CN113298299A,2021-08-24.

[48]张科学,杨海江,朱俊傲,何满潮,王晓玲,亢磊,王襄禹,李首滨,张瑞新,李旭,尹尚先,孙健东,李东,符大利,张玉良,陶志刚,王炯,任怀伟,庞义辉,高文蛟,李勇军,程志恒,杨正凯,赵启峰,许雯,马振乾,李海涛,王琦,杨军,王亚军,闫星辰,吴永伟. 基于灰色关联分析的工作面智能化程度评价方法和系统[P]. CN113298378A,2021-08-24.

[49]张德生,牛虎明,杜毅博,任怀伟,朱军,加宝瑞,路兴军,杜尚宇,张赛,黄彦德,郑启楷. 一种液压支架快速供液系统[P]. CN113217064A,2021-08-06.

[50]任怀伟,周杰,文治国,马英,杜毅博,赵国瑞,张帅,韩哲,杜明. 一种数字化液压支架及其控制方法[P]. CN113153404A,2021-07-23.

[51]任怀伟,周杰,张德生,文治国,杜毅博,马英,韩哲,李帅帅,巩师鑫. 一种数字油缸及其控制方法[P]. CN113153862A,2021-07-23.

[52]庞义辉,姚强岭,刘畅,任怀伟,王泓博. 一种采煤工作面运输巷道自移式超前支护装置[P]. CN111396105B,2021-07-20.

[53]张科学,亢磊,何满潮,李首滨,宁宇,张良,尹尚先,孙健东,李东,程志恒,杨正凯,许雯,赵启峰,殷帅峰,任怀伟,庞义辉,李海涛,马振乾,王琦,杨军,王炯,王亚军,毛明仓,符大利,张玉良,李悬,宋焘,宋昊壕,王晓玲,朱俊傲,杨海江. 智能化工作面调直标识条折叠式固定装置[P]. CN213510666U,2021-06-22.

[54]赵国瑞,任怀伟,巩师鑫,杜明,周杰,李帅帅,杜毅博,文治国,韩哲. 一种基于编码图形识别的井下车辆定位系统[P]. CN112967517A,2021-06-15.

[55]庞义辉,王国法,任怀伟,马英,王红伟,姜鹏飞,文治国,赵国瑞,杜毅博. 一种工作面三向采动应力场的无损定量测试方法[P]. CN110174463B,2021-06-04.

[56]赵国瑞,任怀伟,巩师鑫,杜毅博,杜明,文治国,周杰,韩哲,李帅帅. 一种基于编码图形识别的综采工作面采煤机定位方法及系统[P]. CN112901273A,2021-06-04.

[57]巩师鑫,杜毅博,任怀伟,赵国瑞,文治国,韩哲,杜明,周杰. 一种考虑数据分布域适应的综采工作面矿压预测模型建立方法[P]. CN112906143A,2021-06-04.

[58]张德生,王国法,徐亚军,王彪谋,李明忠,任怀伟,李丁一,李提建. 一种液压支架顶底板比压测量装置[P]. CN110646179B,2021-05-04.

[59]张科学,王晓玲,何满潮,李首滨,宁宇,张良,尹尚先,孙健东,李东,程志恒,杨正凯,许雯,赵启峰,殷帅峰,任怀伟,庞义辉,李海涛,马振乾,王琦,杨军,王炯,王亚军,张玉良,亢磊,杨海江,朱俊傲. 智能矿灯[P]. CN213118534U,2021-05-04.

[60]韩哲,赵国瑞,文治国,周杰,杜毅博,任怀伟,庞义辉,巩师鑫,杜明. 一种煤矿采煤工作面无线通信数据传输装置[P]. CN112636829A,2021-04-09.

[61]张德生,任怀伟,徐亚军,李明忠,孟二存,刘新华. 运输顺槽运-支一体化超前支护系统[P]. CN212642778U,2021-03-02.

[62]周杰,文治国,韩哲,任怀伟,赵国瑞,杜毅博,庞义辉,巩师鑫. 一种综采工作面液压支架工作状态监测系统[P]. CN212563333U,2021-02-19.

[63]文治国,任怀伟,周杰,赵国瑞,杜毅博,韩哲,庞义辉,巩师鑫. 一种确定两柱式液压支架工作状态的方法[P]. CN112267906A,2021-01-26.

[64]韩哲,任怀伟,赵国瑞,文治国,周杰,杜毅博,庞义辉,巩师鑫,杜明. 一种煤矿采煤工作面的异构网络通信系统[P]. CN112260755A,2021-01-22.

[65]韩哲,文治国,周杰,任怀伟,赵国瑞,杜毅博,庞义辉,巩师鑫. 一种液压支架支护状态无线监测装置[P]. CN212359812U,2021-01-15.

[66]任怀伟,周杰,赵国瑞,杜毅博,文治国,马英,庞义辉,杜明,巩师鑫,李帅帅. 一种综采工作面设备位姿监测系统[P]. CN212363185U,2021-01-15.

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论文专著：

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荣誉奖励：

所获荣誉：

1、荣获杰出工程师青年奖。

2、全国煤炭青年科技奖。

3、2013年天地科技股份有限公司科技创新先进个人。

所获奖励：

获得国家科技进步二等奖一项，省部级一等奖9项。

1、2020年，煤与油型气共生矿区安全智能开采关键技术与工程示范，国家科学技术进步奖二等奖；

2、2019年，高压变频调速一体机研发及其在矿山装备应用，中国机械工业科学技术奖一等奖；

3、2019年，3300v矿用高压变频调速一体机研制及应用，中国煤炭协会科学技术奖一等奖；

4、2018年，煤矿大型高端综采装备及其智能制造关键技术，中国机械工业科学技术奖一等奖；

5、2018年，煤矿综采成套装备绿色再制造技术及产业化，中国煤炭协会科学技术奖一等奖；

6、2017年，8.2m超大采高综采成套技术与装备，中国煤炭工业协会科学技术奖一等奖。

7、2015年，中国煤炭科学产能研究，中国煤炭工业协会科学技术奖一等奖；

8、2015年，大采高综放液压支架及强矿压围岩控制技术，国家安全生产科技成果奖一等奖；

9、2013年中国煤炭工业科学技术奖一等奖。

10、2011年国家能源科技进步奖二等奖。

科学中国人报道：

任怀伟：转身入煤炭 十年梦不悔

2022-03-24

煤炭作为我国的基础能源，是国民经济稳定发展和国家安全的重要支撑和保障。煤炭工业作为传统基础产业，生产技术和装备长期落后。数以百万计的煤炭工人，在煤矿井下昏暗、潮湿、粉尘、嘈杂的环境下，面临水、火、瓦斯、冲击地压等各种地质灾害的威胁，“脏、累、苦、险”是他们的常态。在公众的印象中，煤炭开采不仅事故多，还会对生态环境造成影响。

如今，随着新一代信息技术的快速发展和应用，智能时代正在加速到来。这一切正在悄然改变，5G、人工智能、大数据技术为煤炭工业提供了新方向、新动力，煤矿智能化成为技术变革与行业高质量发展的必然趋势。用中国工程院院士王国法的话来说：“煤炭开采是一个需要高科技支撑的产业，智能化则是高质量发展的核心技术支撑。以煤炭工业第四次技术革命为契机，向数字化、智能化新产业和新业态转型。”

作为王国法院士的学生，中国煤炭科工集团二级首席科学家、杰出工程师青年奖获得者任怀伟研究员，正在为实现煤炭智能化而不断努力。如何实现煤炭高效智能化开采，减少井下人工作业，让矿工从高危的环境及繁重的体力劳动中解放出来，是他今后必须攻克的一个目标。“‘无人’是我们努力的方向，是一个渐进的过程，未来的研究目标是实现井上远程控制、井下自主协同加上机器人辅助作业的煤矿智能化生产模式。”

人生转弯

任怀伟不喜欢根据经验去做判断，而他大学四年学习的材料成型专业中很多都是经验性知识，于是任怀伟果断选择了跨专业考研。2003年，他考入山东大学机械设计及理论专业，“我喜欢用定量公式描述未知的东西，在过程中推导出答案，算出最优解”。在机械的世界里，利用数学、物理的方法和模型去定量描述规律和变化，满足了任怀伟的兴趣。

在攻读硕士期间，任怀伟主攻更偏重计算机的CAD二次开发和机械公差设计方向。在博士期间，他前往新加坡国立大学接受联合培养，负责传感器结构设计。就在他以为这辈子都要和计算机、机械打交道的时候，一个重要的转折出现了。博士毕业后一次偶然的机会，他的简历被王国法院士选中，进入煤炭科学研究总院开展博士后研究工作。从此他与煤炭结缘，开启了新的科研人生。

即使经过了这么多年，任怀伟至今仍清晰地记得与王国法院士的那番对话：“我当时很担心无法胜任煤炭领域的研究工作。王院士鼓励我说，‘我原来也不是学煤炭专业的，只要你肯钻研、学习，很快就可以弥补专业的不足。干一行，爱一行，人都是因为选择而喜欢，而不是因为喜欢才选择的’。”正是这句话，开启了任怀伟在煤炭领域科研攻关的大门，并深深扎进他的内心。每当遭遇挫折、失败时，这句话就有力地回响在耳畔，激励着他不断奋斗、前进。

任怀伟也深深记得，第一次下井是在山东的唐口煤矿。900多米深的矿井下高温、闷热，让他切身地感受到了煤炭工人不为人知的艰辛。“我希望通过自己的努力提高煤炭行业的技术水平，真正地造福井下工人。”任怀伟坚定地说道。

一步一个脚印

虽说万事开头难，但任怀伟觉得自己的“转弯”走得非常顺利。在博士后研究期间，一方面，王国法院士鼓励他去寻找适合自己的科研方向，并没有要求他一定要沿着固定的道路前进；另一方面，任怀伟之前所学的是与煤炭不太相关的专业，不同专业之间的思维碰撞，反而让他创造出许多新奇的想法。

液压支架标准化设计，就是任怀伟运用不同专业知识碰撞出的第一个作品。熟悉煤炭工作的人都知道液压支架的主要作用是支撑和控制顶板、隔离采空区，推动工作面采煤机和刮板输送机前移，实现采煤综合机械化。在学习过程中，任怀伟发现支架设计的过程是非标准化的，每个人设计的都不一样。刚好，任怀伟在博士期间做过机械设计的CAD二次开发，很多编程语言他都很熟练。“我就在Pro/E里面写了一段小程序，建立了支架设计的标准化流程。”他创造性地开展了液压支架三维参数化设计的研究工作，提出“双重骨架”概念及其设计方法，有效解决了液压支架结构设计“动、静”难以结合的问题，为实现支架的快速、高质量设计提供了技术手段。“程序的好处是会减轻很多设计的工作量，出错的概率会非常小，使得最后出来的支架标准化程度很高。”

经过一段时间的工作后，任怀伟发现虽然液压支架设计已经从传统的二维绘图跨入到现代三维虚拟设计，Top-down（自顶向下）设计流程也走向成熟，但已有的计算机辅助设计系统基本上是作为绘图工具在应用，没有起到“辅助设计”的作用。针对这一问题，任怀伟开展了“液压支架智能化辅助设计平台”研究，利用Pro/E二次开发的程序，将已有的液压支架设计知识和经验固化到程序中，并结合Top-down流程、有限元分析模块和3DMax动态模拟系统，开发了液压支架及综采工作面配套三维动态智能化设计平台。应用该系统进行支架设计，可随时帮助经验不足的支架设计人员快速解决设计中遇到的设计方法、力学分析、加工工艺等问题，提高设计速度和设计质量。

这是任怀伟第一次把自己所学的知识和采煤工作联系起来。他注意到，在煤炭开采中，支架结构的可靠性最为重要，这让他想到自己以前研究的有限元分析。有限元分析可以利用数学的方法对真实物理系统进行模拟。于是他利用有限元分析，全面模拟煤炭开采中液压支架的真实受力环境。“从研究的角度来看，支架在开采过程中承受的压力是不确定的，有时大有时小，只要我们能够承受住最大的压力，结构的可靠性或强度就没有问题。”同时，支架除了要能长期承受压力外，还要考虑其使用寿命。因此，他把所有因素考虑进去，提出了液压支架的概率有限元计算方法。借助有限元分析软件，分析在弯扭组合变形情况下支架箱型结构截面内板元上的应力分布，以最大等效应力和质量作为目标函数建立箱型截面参数优化的数学模型，确定截面参数的最优取值；依据计算结果分析参数敏感性及其最佳尺寸配比。基于有限元分析的几何参数优化在不增加质量的前提下改善了箱型结构的受力状况，为合理设计支架的详细结构提供了参考依据。

除此之外，任怀伟还创新地提出将液压支架最大/最小高度区间分为若干支撑区，分析各个支撑区高度范围内掩护梁的受力和运动特征，给出支架最为合理的工作高度区间。他对恶劣工况下的掩护梁受力状况也进行了研究，改进其筋板和盖板的结构形式和布置方式。掩护梁是大采高液压支架结构中较为薄弱的一环，使其具有合理的结构和正确的工作姿态，对于减少结构破坏的发生，提高支护系统的可靠性具有重要作用。

这两次研究让任怀伟对科研工作有了全新的体会，机械设计中所学的知识与煤矿开采设计实际上是紧密相连的，他可以利用这些知识对煤矿开采设计进行改变。“在研究工作中，我首次将概率有限元的方法用于液压支架的可靠性分析中，为充分模拟液压支架实际的受力工况和科学评估其结构安全性提供了新的技术手段。”王国法院士录用他这个“门外汉”的良苦用心终有所获。

2010年，王国法院士针对国内近年来高端液压支架的发展编写了《高端液压支架及先进制造技术》一书，任怀伟为此作出了诸多贡献，他负责了第三章内容的主笔工作并完成了全书的统稿工作。该书全面介绍了我国高端液压支架在设计和制造中的关键技术和研究现状，是国内液压支架领域的权威著作。通过不断努力，任怀伟也收获了自己的第一个成果——作为第一完成人的“煤矿大型高端综采装备及其智能制造关键技术”获得了中国机械工业学会科技进步奖一等奖。

钢铁长城

2014年，对任怀伟来说是科研生涯中一个重要的分水岭。如果说之前5年的时间里，任怀伟只是把原来机械学科的知识用在了煤炭行业，那么2014年之后，他开始真正融入煤炭行业，将煤炭开采过程中的实际需求与自己所学的机械设计和自动化充分结合，用自己的力量推动和引领煤炭开采走向安全、高效、智能，以改变煤炭行业的现状。

我国埋深2000米以浅的煤炭资源总量为5.9万亿吨，其中埋深超过1000米的占50%以上，主要分布在我国中东部地区。经过多年的开采，目前已有50多个矿井采深超过千米。与浅部煤矿相比，深部煤层地应力高、采动影响强烈，顶板垮落、冲击地压、突水等地质灾害发生率高、偶然性强，对矿工生命安全威胁极大，迫切需要实现智能化开采、实现安全高效生产。然而当时的自动化开采技术及装备主要应用于地质条件简单的矿井，无法适应千米深井的复杂条件，在更加危险、更加需要实现智能无人的生产场景却无法实现少人、无人开采。

为此，任怀伟与科研团队在“973计划”课题“深部围岩支护稳定性原理及自适应支护设备创成方法”的支持下，首先针对液压支架的自适应稳定支护问题开展了一系列的科研工作。在长达200米到400米的工作面上，布置着上百台液压支架，它们在不同的位置、不同时刻的受力特征是不一样的。为此，任怀伟深入研究了深部围岩对支护设备的动载作用规律及围岩垮落冲击作用下液压支架的动力学行为，提出了适应深采工作面的液压支架动态设计方法；研究了支护设备-围岩的强度、刚度和稳定性耦合关系，提出了基于模糊控制的姿态自适应控制策略；为解决液压支护设备群组的协同支护及支-采协调问题，建立了支护设备群组的自组织协同控制理论及队列保持和姿态一致性调控方法，研发了支护质量在线监测系统，在智能化液压支护装备自适应控制理论及技术上取得了创新和突破。

在“973计划”课题成果的基础上，团队又承担了“十三五”重点研发计划课题“千米深井超长工作面围岩自适应智能控制开采技术”，进一步研究千米深井350米以上超长工作面围岩分区自适应支护及多信息融合的智能化开采技术与装备；提出了千米深井超长工作面精细化分区支护方法及支护系统设计技术；创新了基于视觉测量、大数据分析及虚拟现实的“三测两控一平台”智能化感知、预测及决策技术；研发了7米四柱式大采高非等强支护液压支护系统，成功实现千米深井软岩超长工作面安全高效支护与连续稳定开采。

通过两个国家课题的连续攻关，任怀伟已经将单个液压支架性能提升到实现了整个工作面液压支架群组更强的灵活性和适应性，为煤矿井下工作面生产构筑了一道坚不可摧的“钢铁长城”。

如今在陕西北部的大型煤矿，人们能够看见这样一番景象：三层楼高的液压支架支撑起整齐而宽广的空间，巨大的采煤机快速向前推进，在“嘎巴”的清脆响声中切碎的煤块倾泻而下，刮板输送机连续不停地运行，煤炭像流水一样源源不断地被运出。煤炭工人们站在由立柱和防护网支撑的安全空间中，轻松地触动着支架操作盘上的按钮，控制设备瞬间完成动作。

每当任怀伟在井下看到这些场景，心里的自豪感和成就感就油然而生。“过去的煤炭工人远没有现在这样安全和轻松”，任怀伟说，“如果要问有什么原因，能够支撑我去做这些事，就是因为在井下看到了工人们艰苦的条件和劳动强度，我深知自己的责任和使命。”2020年，任怀伟也收获了自己的第一个国家奖——“煤与油型气共生矿区安全智能开采关键技术与工程示范”获得国家科技进步奖二等奖。

实现全矿井智能化

2022年是任怀伟踏入煤炭行业的第14个年头。“我亲眼见证了井工煤矿工作面开采从机械化到自动化的发展，自动化的技术是按照既定的程序进行设备控制，无法适应于地质条件不稳定的煤层。”自动化并不能满足未来煤炭工业的发展。在大多数情况下，煤层暴露后，受矿压、水、有害气体等因素的影响，其外部生产条件将随时间发生变化。由于现有设备无法感知和适应这种变化，从而产生了一系列的效率、安全问题，因此需要更多的人工决策和操作来解决环境与设备匹配问题。想要推动煤炭行业进一步转型发展，实现全矿井智能化是更好的选择。

从2018年开始，王国法院士团队和陕煤集团、陕西煤业股份有限公司共同承担的“智慧煤矿巨系统关键技术装备研发与示范矿井建设”项目成功立项。任怀伟积极投身其中，开展了智能化矿山建设的工程实践，对5G、人工智能和大数据技术等先进技术开始了积极的探索。他首次提出了智慧矿山信息逻辑模型和新的全局系统架构，为实现全矿井连续稳定运行提供了理论支撑。构建的“1+3+8”智能化煤矿总体架构，实现了全矿井92个在用系统的集成和优化。他还承担完成了新建大型煤矿——延长石油巴拉素智能化煤矿的总体设计研发，首次提出5G+智能化煤矿建设方案，构建了10大系统、48个子系统，共计156个模块的“统一平台、统一网络、统一数据”的新一代智能化煤矿运行系统。

在煤矿智能化的实践和探索中，任怀伟逐渐成长为团队的学术带头人，凝聚和培养了一批优秀的青年科学家，形成了一支素质高、能力强、多层次的煤矿智能化创新团队，他们已经成为引领煤矿智能化技术进步、支撑智能化煤矿建设的中坚力量。他带领团队提出了煤矿智能化技术标准体系，制定了智能化煤矿和采煤工作面分类、分级等技术标准；以团队成果为支撑，起草了八部委《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》和《智能化煤矿指南2021版》等政府指导性文件；先后承担了国家能源、陕煤集团、山东能源、华能煤业等大型煤炭企业智能化顶层规划和示范项目，为推动智能化煤矿高质量建设提供了示范样本。

面对方兴未艾的第四次工业革命浪潮，任怀伟希望能把握住智能化发展的机遇，这关系到煤炭工业能否实现转型升级、高质量发展，也关系着让上百万矿工更加安全、体面地工作和生活。

十年不悔

光阴似箭，白驹过隙。“我2008年12月24号来煤科院参加面试和笔试，那年北京的冬天特别冷，我一个人站在办公楼下，憧憬未来的工作和生活……”回顾过去十多年走过的道路，任怀伟仍然对许多画面记忆犹新。

第一次独立出差；第一次下井；第一次写报告；凌晨两三点煤科院大楼的大门被锁上了，最后从窗户跳下去；为了项目熬夜加班不睡觉……“那个时候工作一个通宵，第二天早上还是很精神，回去睡一觉就什么事都没有了，现在肯定不行了。”40岁的任怀伟笑着打趣道，那个时候几乎每一个晚上和周末，他都是在学习和工作中度过。虽然他有时候也感到劳累，但吸收和学习知识的过程无疑是最快乐的。

任怀伟总是记得，自己在结束长时间的工作后，骑行在冬天深夜空荡的路上，在昏暗的路灯下，看着雪夹着雨静静飘落的场景。“现在回想起来，我觉得正是无数个小收获的积累，才有了今天的自己。”10年，任怀伟经历了极其重要的人生旅程，从一个完全不懂煤炭的“门外汉”，成长为独当一面的杰出工程师。

跨入煤炭行业最初的十年，任怀伟并没有什么明确的目标，他只是想做一件自己想做的事情，干一行爱一行。而面对未来的十年，他真正领悟了王院士“为选择而喜欢”这句话的真谛，煤矿智能化就是值得自己继续去追寻的方向和目标。“追求梦想的过程是最美好的，只要梦想还没实现，这个过程就会一直延续下去，脚下的路也会不断往前延伸。”

“下一个十年，我希望自己仍然继续追寻年轻时的梦想。”采访最后，任怀伟对未来的自己说道。

智能矿山报道：

中国煤科开采研究院任怀伟：因选择而喜欢，专注智能开采十三载

2022/03/09 15:53

煤炭是我国的基础能源和重要工业原料，是国家能源安全、支撑工业生产和社会民生的重要战略物资。 在推进碳达峰碳中和目标、建设多能融合的新型能源体系过程中，煤炭担负着能源稳定供应“压舱石”和结构化升级“稳定器”的作用，肩负着保障国家经济社会平稳运行，确保国家能源安全的重要使命。 当前煤炭工业正转向高质量发展阶段，对煤矿智能化提出了更为迫切的要求。 2020 年，国家发展改革委等八部委联合发布了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，吹响了加快我国煤矿智能化建设步伐的新号角，指明了我国煤炭工业智能化发展的方向； 2021 年，国家能源局正式颁布《智能化煤矿建设指南》，指出了我国煤矿智能化建设的原则、目标和技术架构。煤矿智能化已成为煤炭行业的技术共识和发展趋势。 身处全国煤矿智能化建设浪潮之中，作为煤炭行业科技创新引领企业——中国煤炭科工集团首席科学家的任怀伟，以煤炭人强烈的使命感和责任感深耕煤炭装备领域13载，以实现煤矿高效智能开采、提高煤矿工人工作幸福感为己任，积极投身于煤矿智能化研发创新工作中，立志探索出一条煤炭高效、智能、绿色、安全开采之路。

01

因选择而喜欢，外行跨入新领域

2008年12月，任怀伟毕业于山东大学机械设计与理论专业，并非矿业院校采矿专业毕业的他进入了煤炭科学研究总院博士后工作站开展博士后研究。当时他很担心无法胜任煤炭领域的研究工作，导师王国法院士鼓励他： “人都是因为选择而喜欢，而不是因为喜欢才选择，我也不是学采矿专业出身的，但我认为只要肯钻研、肯学习，很快就可以弥补专业上的不足”，在导师的鼓励和指导下，任怀伟也坚信：只要肯学习，就没有学不会的。从此便一头扎进了煤炭行业，十三载如一日，从最初的外行逐渐成长为煤炭行业智能化开采的青年专家。

2009年3月，任怀伟在山东省的唐口煤矿第一次下矿井，井深900 余m 。除了煤矿井下热和闷的生理体验外，他感觉自己真实地触摸到了这个行业。 “那时候的很多工作都得靠人扛着拽着去干，看见工人在粉尘、噪声环境中作业，在昏暗、泥泞的条件下坚持工作，感觉矿工真是不容易，我心里很不是滋味”，这是任怀伟第一次下矿井的感受，也正是这种深刻的感受给了他刻苦钻研的动力与耐心，利用先进的技术改善煤矿工人的作业环境，把他们从艰苦的工作环境中解放出来也成为了他事业追求的目标。

2011年4月，任怀伟博士后出站后，瞄准深部复杂条件下工作面支护和自动化控制技术，并展开研究。随着多年的煤炭资源开采，我国浅部资源日益减少，埋深2 000 m 以浅的煤炭资源总量为5.9 万亿t ，其中埋深超过1 000 m 的占50% 以上。与浅部煤层相比，深部煤层地应力高，采动影响强烈，顶板垮落、冲击地压、突水等地质灾害发生率高，偶然性强，对矿工生命安全威胁极大，迫切需要实现自动化、智能化的安全高效生产。然而，当时的自动化开采技术及装备只应用于地质条件非常好的大型矿井，无法适应深部复杂条件，那些更加危险、更加需要实现智能无人生产的矿井距离实现少人、无人开采还非常遥远。

02

专注智能开采，带头攻关核心技术

在王国法院士的指导下，2012 年，任怀伟开始负责“973 计划”项目“深部围岩支护稳定性原理及自适应支护设备创成方法”的研究工作。为尽快熟悉现场情况、掌握一手资料，解决液压支架在深部煤层的稳定支护问题，他带领团队驻扎在矿上，下井跟踪工作面开采情况，很多时候一盯就是一整天。在井下开采一线观察记录顶板来压、煤壁片帮等状况，采煤机割煤工艺、液压支架移架顺序等装备运行情况，拿到第一手资料。通过将装备状态与围岩的动态边界相结合，进行全新的仿真分析和数值模拟，他摸清了深部围岩条件参数对支护设备的动载作用规律，以及围岩垮落冲击作用下液压支架的动力学行为，并提出了适应深采工作面的液压支架动态设计方法，使液压支架抗冲击性能提升 20% 以上。后续，他又带领团队基于开采装备与围岩的耦合关系，提出了基于模糊控制的姿态自适应控制策略，建立了支护设备群组协同控制及队列一致性调控方法，以应对围岩条件的随机动态变化。这些研究开辟了工作面围岩控制及支护技术研究的新方向，为相关装备设计研发奠定了理论基础。

2017年开始，任怀伟承担“十三五”重点研发计划项目“千米深井超长工作面围岩自适应智能控制开采技术” 的研发任务。这个项目的示范点选在中煤能源集团新集口孜东煤矿，一个典型的千米深井软岩复杂条件工作面，地应力高、采动影响强烈、围岩变形破坏严重，给工作面装备连续推进带来了极大的挑战。针对这一难题，任怀伟从围岩与装备的动态感知入手，带领团队研发了集成压力、倾角和视觉传感器的工作面位姿监测系统。在长达6 个月的集中攻关期内，他和团队一起在实验室改电路板、编程序、封装、测试，随时讨论并解决出现的难题，反反复复改进优化了通信、供电及系统稳定性等上百项技术。整个系统的传感器数量超过120个，最后成功在井下应用，顺利采集了工作面围岩、装备6 个月的相关数据，为后续的分析决策提供了极其宝贵的数据资料。

任怀伟带领团队经过多次现场实测和分析，提出了基于“压力 - 位移”时空差异性状态的精细化支护方法，实现了在工作面不同位置、不同支架姿态情况下的立柱压力分别控制，从而适应复杂多变的支护需求；开发出了融合实时数据驱动、开采态势分析与工艺仿真、设备群组控制模型为一体的虚拟仿真决策系统；配套7m四柱式大采高非等强支护液压支护系统，工作面年产能力达到500万t ，开采效率提升了38.28% ，成功实现了口孜东煤矿深井软岩超长工作面安全高效支护与连续稳定开采。

通过对2个国家级项目的连续攻关，任怀伟已经在工作面支护及装备控制的理论研究、技术应用等方面取得了多项成果，并先后在1.1 m 坚硬薄煤层、3~4 m 中厚煤层、6~8 m 厚煤层的智能化综采中开展应用，支撑煤矿井下工作面构筑了一条坚实可靠的液压支架 “钢铁长城”。此外，任怀伟还主持和参与了国家自然科学基金、山东省重点研发计划等各类项目10余项，获得发明专利14项，发表学术论文63篇，出版专著3部，制修订国家标准3项。其科研成果已在10余个矿区进行了应用，取得了显著的经济社会效益。

03

勇做智能化煤矿建设急先锋，

助推煤矿智能化高质量发展

2018年开始，王国法院士团队与陕西陕煤陕北矿业有限责任公司张家峁煤矿合作的“智慧煤矿巨系统关键技术装备研发与示范矿井建设”项目成功立项，开启了行业全矿井整体智能化的序幕。任怀伟又承担起了项目技术负责人的角色，将工业互联网、5G、人工智能、大数据及云计算等先进技术引入矿井生产系统的各个环节。

智能化煤矿建设是一项复杂的系统工程，涉及采矿、机电、通信、人工智能等不同的专业，需要多方面人才组成团队，集中力量攻坚克难才能完成。在不断的实践探索中，逐渐形成了一支以任怀伟为带头人的杰出青年科学家团队 —— 任怀伟煤矿智能化创新团队，团队成员包括中国煤炭科工集团的赵国瑞、杜毅博、庞义辉、文治国等科研骨干，以及多名毕业于清华大学、大连理工大学、西安交通大学等 985 名校的青年科技人才。这支 20 多人的创新团队目前已经成为引领煤矿智能化技术进步、支撑智能化煤矿建设的中坚力量。

为做好张家峁智能化煤矿建设的大项目，任怀伟带领团队长期驻矿调研、开展工作，每天要跟矿上不同部门，以及中国煤炭科工集团内部单位交流想法、统一认识。团队每个人各自负责一部分任务，各司其职，每天由任怀伟组织逐项讨论，不停地在各专业领域之间协调，做好各部分工作的衔接。任务紧张的时候，每天只能睡 2~3 h 。

在任怀伟煤矿智能化创新团队的不懈努力下，张家峁煤矿首创了生产型矿井全面智能化升级建设新模式，开发和应用了基于工业互联网的智能综合管控平台及大数据系统，实现了全矿井92 个在用系统的集成和优化， “井上 - 地面” 一键式全流程管控，打通数据壁垒，数据利用率整体提升50% 以上。建立了矿井级5G 高速信息传输网络及高精度人员、设备定位系统，开启了井下信息 “高速公路”，为设备实时精准控制、无人驾驶、人员安全防控提供了坚实基础；突破了 BIM+GIS 融合与虚拟仿真的井下信息实时动态更新技术，实现了采掘过程、人员、地质等动态信息的自动更新和实时显示，全面掌控井下生产状况；研发了首套1.1 m 硬煤薄煤层大功率高效智能化开采成套技术与装备；首次研发了辅助燃油物料车和锂电池驱动人车无人驾驶系统及智能调度系统，实现了车辆转向、制动和驱动智能化控制及地面到井下的全程无人调度运行，累计运行1 200 km ；构建了安全管理智能双重预防机制，建设了多数据融合的企业信息化管理系统，形成了矿区智能化网络管理、高效协同运行新生态。

任怀伟煤矿智能化创新团队负责的张家峁煤矿“智慧煤矿巨系统关键技术装备研发与示范矿井建设”项目构建的矿区全域多源数据深度融合的智能化煤矿管理系统，实现了需求动态预测、信息实时反馈、生产精准组织、装备自适应控制、人员安全智能分析，形成了煤矿智能化集中管控新模式。张家峁全矿井数据利用率由不足20% 提升至50% 以上，年成本降低了10% 以上；实际井下作业人员减少50人以上，系统运行效率大幅提升，工人平均作业时间降低了20% 以上。

张家峁生产型矿井智能化建设的成功是煤炭智能化开采发展道路上的重要标志，引领了全行业智能化建设的浪潮。在实践过程中，形成了较为完整的煤矿智能化标准体系，全面支撑煤炭工业第四次技术变革，推动了煤炭工业高质量发展。此后，任怀伟带领团队又相继负责了国家能源投资集团有限责任公司、陕西煤业化工集团有限责任公司、山东能源集团有限公司、华能煤业有限公司、陕西延长石油矿业有限责任公司等多个大型煤业集团的智能化矿井建设顶层设计及关键系统研发。同时，任怀伟充分发挥王国法院士团队的技术引领作用，支撑国家能源局、智慧矿山联盟等相关标准和文件的起草工作，建立煤炭智能化标准体系。深耕煤炭科研工作 13 载，任怀伟获得了国家科技进步奖、中国煤炭工业协会科技进步特等奖等奖项 16 项，担任中国自动化学会智慧矿山专委会秘书长、国际矿业青年科学家论坛学术委员会执行主席等学术兼职，已成长为我国煤矿智能化技术领域的青年领军人才。

04

新时代新征程，不忘初心往前行

随着新一代信息技术的快速发展和应用，智能时代正在加速到来。煤矿智能化已成为煤炭行业技术变革与高质量发展的必然趋势，服务于国民经济持续快速发展以及碳达峰碳中和的国家重大战略目标。虽然煤矿智能化建设已经取得显著成效，但距离真正实现全行业技术的整体迭代进步还有很长的路要走。跨入煤炭行业的十几年，任怀伟从科研一线走向现场实践，只是做了一件自己想做的事情，就是用先进的技术改善矿工的作业环境，把他们从恶劣的工作环境中解放出来。面对未来，他也真正领悟了王国法院士 “ 为选择而喜欢 ” 这句话的真谛，煤矿智能化就是值得自己继续去追寻的方向和目标。作为煤矿智能化建设的青年科技领军人才，任怀伟用他的执着追求、不断进取践行着一个煤炭科技工作者的职责和使命，责任和担当。他所带领的煤矿智能化创新团队将继续秉承责任、创新、协同的理念，弃虚向实、攻坚克难，不断为高质量建设智能化煤矿做出新贡献！

作者简介

任怀伟

研究员，博士，博士生导师，中国煤炭科工集团首席科学家。中煤科工开采研究院有限公司科创中心副主任，新加坡国立大学访问学者，兼任《煤炭科学技术》青年编委，中国自动化学会智慧矿山专委会秘书长，国际矿业青年科学家论坛学术委员会执行主席。杰出工程师青年奖、全国煤炭青年科技奖获得者。主要研究方向为煤矿综采成套装备系统设计制造、工作面智能化控制技术等，带头攻克了液压支架 - 围岩动力学耦合及抗冲击高可靠性设计技术、工作面装备群组协同控制方法等，解决了超大采高、超长工作面连续稳定开采等难题。近 5 年来，先后主持了国家自然科学基金面上项目、山东省重点研发计划项目、山西省重点研发计划项目各 1 项；作为项目核心人员参与国家自然科学基金重点项目、 973 计划、 863 计划、国家重点研发计划等国家项目 13 项，省部级项目 3 项；作为技术负责人承担煤炭行业智能矿山建设重大项目 4 项。发表学术论文 63 篇，出版专著 3 部，获得国家发明专利 14 项，制修订国家标准 3 项。获得国家科技进步二等奖 1 项，中国机械工业科技进步一等奖 1 项（第一完成人），中国煤炭工业协会特等奖、一等奖共 4 项，其他省部级奖 10 项。

|来源：《智能矿山》杂志

媒体报道三：

任怀伟：勇于探索的科研带头人

2021-03-25 

　　

严谨、惜时、负责、执着……这是科技工作者的共性。第四届杰出工程师青年奖获得者、中国煤炭科工集团开采研究院科创中心副主任任怀伟，就是这样一名活跃在煤炭前沿科技领域的科技工作者。

跨界入行煤炭

选择读王国法院士的博士后之后，任怀伟一头扎进了煤炭行业。第一次下井是在山东地下900多米的唐口煤矿。除了热和闷，涌上心头的剧烈感受让他真实触摸到了这个行业。

“那会儿不像现在，很多工作都得人去干，矿工挣点钱真不容易，我心里很不是滋味儿。”每当谈起过往，任怀伟摇摇头，“10多年过去了，液压支架经历了从本地手动阀控制、电液阀控制到现在的地面远程控制，自动化水平算比较高了。”

也许正是这瞬间的感受，让任怀伟有了刻苦钻研的动力与耐心。博士后期间，他凭借较强的适应能力与学习能力，把已有知识体系融入新工程实践中，对煤炭行业也从陌生到熟悉。从机械专业着手，任怀伟先将目光聚焦在了支架结构创新上。

由于煤矿井下处于动态变化过程中，支架存在一定的破坏概率。任怀伟利用概率有限元方法评估不同工况下支架的破坏方式和表现。

随着经验积累，他利用三维建模技术，设计了多种典型支架的整体结构和局部关键零部件，创新提出“双重骨架”概念及其设计方法；在液压支架的结构与可靠性分析上，他借助有限元软件，分析了在弯扭组合变形情况下支架箱型结构截面内板元上的应力分布，确定截面参数的最优取值等。这一系列的研究，推动了我国液压支架设计技术的升级换代。

在摸爬滚打中快速成长

 

谈到成长最快的经历，任怀伟表示，焊接车间项目是他第一次独立解决现场难题。

从2012年开始，任怀伟负责建设国内首个能大规模焊接液压支架结构件的机器人智能车间。

当年，高端液压支架刚实现国产化。液压支架主体主要由形状复杂的箱型焊接结构件组成。焊接是最重要的工序。以往，由于结构、材料特殊，焊接工艺复杂，操作以人工为主。不过，高强钢板的焊接需要预热，不仅焊接工人劳动强度大，焊接质量也难以保证。在王国法的指导下，任怀伟联合山东能源重型装备制造集团，共同申请了智能制造装备发展专项“高端液压支架智能焊接车间”。

焊接车间项目这5年，任怀伟从头盯到尾。专业优势则让他在细节把控上更游刃有余。支架板材一般厚25厘米，机器人焊接时要经过7道焊接工序。由于焊缝不规则，如何让机器人精准把握焊接位置成了一道难题。任怀伟与焊接设备厂家一起，研究了支架格子间结构的自动焊接工艺，通过接触传感和激光传感定位，再一圈一圈地焊接。在此基础上，他们建立了焊接生产线，配备了7套14台机器人，大幅提高了焊接效率。

为了解决焊接机器人与液压支架制造的适应性问题，以任怀伟为首的项目组开发出了分层多道焊接、格子间变形自适应等专用焊接程序，提出了宽间隙焊接参数选取、横焊缝脉冲打底等自动焊接工艺，研发出与机器人焊接核心控制系统配套的外部轴控制、工件夹具、生产线控制、物流等系统及装置，实现液压支架构件焊接、翻转、上下料和运输等工艺流程的自动化。

项目实施后，液压支架焊接作业效率提高了一倍多。焊接车间项目拓宽了中国煤炭科工集团的业务范围，探索出了新的商业模式。

在智能化中学会融合

“工作面‘三机’的协调控制，就像3个人同时在干一件事，要商量好步骤，形成协作机制。这样，一旦外在条件变化，3个人按照协作机制，就可以适应特殊工况条件。”任怀伟说。

煤矿智能化是行业发展方向。在这方面，不仅任怀伟是专家，其带领的团队也是业界翘楚。该团队首次提出了信息实体主动匹配与推送策略及基于深度学习的煤矿智能化逻辑模型，给出了多因素下开采群全局最优规划和分布式协同控制方法。先后承担了张家峁、巴拉素等千万吨级煤矿的智能化建设工作，使矿井数据利用率由不足20%提升至50%以上。

2020年8月24日，巴拉素煤矿项目评审，这是任怀伟和团队“打的一场小胜仗”。为了得到项目方案“最优解”，答辩前两周，他们来到矿上，在食堂旁边的小会议室里，每天跟该矿不同部门、中国煤科内部单位的人碰撞想法、统一认识。

“每个人有自己的理解。有人希望方案更适合落地实施，有人希望方案技术含量更高，甚至有人前后的想法都是矛盾的。我们要不停地在各专业和领域协调，做好各个部分的衔接。那会儿我们每个人负责整改自己的部分，每天都在对方案，压力特别大。”任怀伟坦言。

经过团队的不断沟通交流，方案终于在截止日期前两天有了雏形。来不及休息，任怀伟加急整合思路。最终，在项目启动会上，任怀伟为众多专家汇报了长达80多页的展示方案。方案既体现了煤矿智能化建设的规划性，又有落地实施的操作性，得到与会专家的高度认可。

中国煤炭报报道：

因选择而热爱 不断融合创新

2021-03-22 10:44

说起优秀的科技工作者，你会想到哪些词？严谨、惜时、负责、执着……除了共性特征外，每名科技工作者又各具特色。第四届杰出工程师青年奖获得者、中国煤炭科工集团开采研究院科创中心副主任任怀伟，就是一名个性突出、活跃在煤炭前沿科技领域的奋斗者。他并非行业科班出身，但能把知识与工程项目结合起来，开拓视野。他是中国工程院院士、中国煤炭科工集团首席科学家王国法培养的第一个博士后，在智能化建设道路上融合创新，带领不同专业的年轻人不断奋进。

学机械的选择了煤炭

王国法的一句话打消了任怀伟的顾虑，让他至今难忘：“有时，人是因为选择而喜欢，而不是因为喜欢才选择。只要肯学习钻研，很快就可以弥补专业上的不足。”

一开始，任怀伟的就业选择并不是煤炭行业。2008年12月，任怀伟完成博士毕业论文答辩、来中国煤炭科学研究院拜访同学时，经不住劝告，投了简历。其中一份到了王国法手中。当天下午他便收到了面试通知。

面试后，王国法决定招他做博士后。对于一名来自非煤炭院校、机械专业的学生来说，这个消息令任怀伟忐忑又惊喜。王国法的一句话打消了任怀伟的顾虑，让他至今难忘：“有时，人是因为选择而喜欢，而不是因为喜欢才选择。只要肯学习钻研，很快就可以弥补专业上的不足。”

就这样，任怀伟一头扎进了煤炭行业。第一次下井是在山东地下900多米的唐口煤矿。除了热和闷，涌上心头的剧烈感受让他真实触摸到了这个行业。

“那会儿不像现在，很多工作都得人去干，矿工挣点钱真不容易，我心里很不是滋味儿。”任怀伟摇摇头，“10多年过去了，液压支架经历了从本地手动阀控制、电液阀控制到现在的地面远程控制，自动化水平算比较高了。”

也许正是这瞬间的感受，让任怀伟有了刻苦钻研的动力与耐心。博士后期间，他凭借较强的适应能力与学习能力，把已有知识体系融入新工程实践中，对煤炭行业也从陌生到熟悉。从机械专业着手，任怀伟先将目光聚焦在了支架结构创新上。

由于煤矿井下处于动态变化过程中，支架存在一定的破坏概率。任怀伟利用概率有限元方法（一种工程分析手段），评估不同工况下支架的破坏方式和表现。

有一次，山西某矿有个支架坏了。任怀伟便与其他研究人员一起，观察照片中的裂缝样式，用概率有限元方法找出了破坏机理和修复方法，改变了以后支架的结构设计。

“在液压支架与地质条件结合上，我可能没有太多的现场经验。但我是学机械的，经验更多来自支架本身。比如，在一定的工况条件下，我可以通过理论计算，找到问题原因及修改方法，有了模型后不停地试验，看哪种方法最能改善状况，从而提供技术支持。”任怀伟说。

每当走进工作面，看见工人在粉尘、噪音环境中作业，在昏暗、泥泞的条件下坚持工作，任怀伟作为煤炭科技工作者的使命感便油然而生。“利用先进技术改善煤矿工人的作业环境，把他们从艰苦的工作环境中解放出来，是我的目标。”任怀伟说。

随着经验积累，他利用三维建模技术，设计了多种典型支架的整体结构和局部关键零部件，创新提出“双重骨架”概念及其设计方法；在液压支架的结构与可靠性分析上，他借助有限元软件，分析了在弯扭组合变形情况下支架箱型结构截面内板元上的应力分布，确定截面参数的最优取值等。这一系列的研究，推动了我国液压支架设计技术的升级换代。

2010年，任怀伟与王国法合作出版了专著《高端液压支架及先进制造技术》。

在摸爬滚打中快速成长

焊接车间项目花了5年时间。这5年，任怀伟从头盯到尾，“一心只想把事情做好”。项目实施后，液压支架焊接作业效率提高了一倍多。焊接车间项目拓宽了中国煤炭科工集团的业务范围，探索出了新的商业模式。

谈到成长最快的经历，任怀伟表示，焊接车间项目是他第一次独立解决现场难题。

从2012年开始，任怀伟负责建设国内首个能大规模焊接液压支架结构件的机器人智能车间。车间的投用，不仅提高了焊接效率和质量，还降低了工人的劳动强度。

当年，高端液压支架刚实现国产化。液压支架主体主要由形状复杂的箱型焊接结构件组成。焊接是最重要的工序。以往，由于结构、材料特殊，焊接工艺复杂，操作以人工为主。不过，高强钢板的焊接需要预热，不仅焊接工人劳动强度大，焊接质量也难以保证。在王国法的指导下，任怀伟负责联合山东能源重型装备制造集团，共同申请了智能制造装备发展专项“高端液压支架智能焊接车间”。

焊接车间项目花了5年时间。这5年，任怀伟从头盯到尾，“一心只想把事情做好”。

专业优势则让他在细节把控上更游刃有余。比如，支架板材一般厚25厘米，机器人焊接时要经过7道焊接工序。由于焊缝不规则，如何让机器人精准把握焊接位置成了一道难题。任怀伟与焊接设备厂家一起，研究了支架格子间结构的自动焊接工艺，通过接触传感和激光传感定位，再一圈一圈地焊接。在此基础上，他们建立了焊接生产线，配备了7套14台机器人，大幅提高了焊接效率。

为了解决焊接机器人与液压支架制造的适应性问题，以任怀伟为首的项目组开发出了分层多道焊接、格子间变形自适应等专用焊接程序，提出了宽间隙焊接参数选取、横焊缝脉冲打底等自动焊接工艺，研发出了与机器人焊接核心控制系统配套的外部轴控制、工件夹具、生产线控制、物流等系统及装置，实现液压支架构件焊接、翻转、上下料和运输等工艺流程的自动化。

项目实施后，液压支架焊接作业效率提高了一倍多。焊接车间项目拓宽了中国煤炭科工集团的业务范围，探索出了新的商业模式。

虽说这是一个科研项目，但任怀伟打交道的不只有厂家，还有设备供应商、用户等。项目内容不止于试验，也涉及商务。“那会儿啥事都碰到过，身边也没个帮手，还是很锻炼人的。”任怀伟说。如今去财务部门办事，工作人员笑称任怀伟比专业人士懂得的都多。

搞智能化得学会融合

有人希望方案更适合落地实施，有人希望方案技术含量更高，甚至有人前后的想法都是矛盾的。任怀伟及团队要不停地在各专业和领域协调，做好各部分的衔接。

“工作面‘三机’的协调控制，就像3个人同时在干一件事，要商量好步骤，形成协作机制。这样，一旦外在条件变化，3个人按照协作机制，就可以适应特殊工况条件。”任怀伟说。

煤矿智能化是行业发展方向。在这方面，不仅任怀伟是专家，其带领的团队也是公认的优秀团队。该团队首次提出了信息实体主动匹配与推送策略及基于深度学习的煤矿智能化逻辑模型，给出了多因素下开采群全局最优规划和分布式协同控制方法。该团队先后承担了张家峁、巴拉素等千万吨级煤矿的智能化建设工作，使矿井数据利用率由不足20%提升至50%以上。

“智能化研究需要汇聚不同专业的人才，比如机电、通信和人工智能等。怀伟比较有想法，也有把年轻人聚在一起的能力。”王国法说。

2020年8月24日，巴拉素煤矿项目评审，这是任怀伟和团队“打的一场小胜仗”。为了得到项目方案“最优解”，答辩前两周，他们来到矿上，在食堂旁边的小会议室里，每天跟该矿不同部门、中国煤炭科工集团内部单位的人碰撞想法、统一认识。

“每个人有自己的理解。有人希望方案更适合落地实施，有人希望方案技术含量更高，甚至有人前后的想法都是矛盾的。我们要不停地在各专业和领域协调，做好各个部分的衔接。那会儿我们每个人负责整改自己的部分，每天都在对方案，压力特别大。”任怀伟坦言。

很少生气的任怀伟，有两次甚至在会上发了火：“开会时我在讲，你在玩手机；开完会你又回头问我，这是在浪费大家的时间。”

经过团队的不断沟通交流，方案终于在截止日期前两天有了雏形。来不及休息，任怀伟加急整合了项目的整体思路。最终，在项目启动会上，任怀伟为众多专家汇报了长达80多页的展示方案。方案既体现了煤矿智能化建设的规划性，又有落地实施的操作性，得到与会专家的高度认可。

“这张蓝图既包括采煤新工艺、先进技术、设备协同联动，又有大数据积累等。我们积极地去研发，后期也会按照蓝图去落实。从团队角度来讲，这是大家真正成熟地做成了一件事。”任怀伟表示。

不只项目中分工协作，在中国煤炭科工集团开采研究院科创中心，工作面智能化研发也是团队每个人负责一个方向，任怀伟负责整体设计、任务分配、协调衔接。“十几位同事都非常敬业，没有人说‘这不是我的工作范围’，都是想全心全力把事情做好。”任怀伟想的是与大家一起学习、一起进步，鼓励团队成员不断试错、调整。

这种传帮带也体现在王国法与任怀伟的关系上。王国法眼中的任怀伟“人品过硬、肯下功夫，有做科研的创新素质与能力”；任怀伟眼中的王国法“很少约束自己，鼓励自己从不同角度出发主动解决问题”。

正是在这种良好的成长环境中，中国煤炭科工集团不仅涌现出了一批科学家，也使一大批煤炭科技青年得以茁壮成长。

擅长在重复中找创新

采访间隙，任怀伟接到同事的咨询电话，立刻切换为“较真儿”模式，认真解释原理，反复核对数据。“踏踏实实做好自己的事”是他对自己的第一要求。

采访中，任怀伟总是笑眯眯的，语调平稳、语速适中，“我的性格比较内向、敏感，不太会与人打交道，也容易吃亏。所以我比较注重心理建设，要有自己的独立判断，必要时敢于拒绝并表达自己的观点”。

科技工作者通常很惜时，在一段时间里处理多项任务是常态。采访间隙，任怀伟接到同事的咨询电话，立刻切换为“较真儿”模式，认真解释原理，反复核对数据。“踏踏实实做好自己的事儿，这是我对自己的第一要求。”任怀伟说。

采访结束后，任怀伟立即赶到办公室，和同事讨论起论文来。在他的工位，记者看到，被支架撑高的键盘、易于阅读的曲面屏以及移动硬盘、可携带的免洗洗手液等。这些物件丰富了这名科技工作者的日常。

“我不太喜欢重复性的工作，更擅长在重复中找创新。”任怀伟说。他正以自己的韧性与坚持，开拓着属于他的事业疆域。