來源：《智能礦山》2022年第4期“科技先鋒”欄目
2008年6月，一位學者在題為《無人工作面采煤機自主定位系統》論文中率先提出了利用慣性導航技術，并基于環境特征、路辨別别和GIS技術來提高采煤機自主定位精度的設想。時隔3個月，該學者的另1篇題為《煤礦無人工作面開采技術研究》的論文在《科技導報》2008年第9期發表，論文基于“科學采礦”理念，首次指出了國内煤礦無人工作面開采的關鍵技術：采煤機自動調高、采煤機自主定位與導航系統、煤岩界面自動識别、井上井下雙向通信、采煤工藝智能化等。
以這2篇論文為發轫，該學者帶領團隊在智能工作面采煤機姿态高精度感覺、液壓支架姿态智能感覺、工作面刮闆輸送機直線度光纖感覺、開采環境智能感覺與安全決策、智能化監測儀器與裝備研發等方面進行科研創新，十四年如一日地默默耕耘，建立了煤礦智能工作面開采成套技術體系和煤礦開采光纖智能感覺成套裝備與技術，并将科技成果應用服務于中煤能源集團、山西焦煤集團、華電煤業公司、晉能控股集團、山東能源集團、華陽新材料科技集團等大型礦區40餘個礦井，助力礦區實作智能高效安全生産，探索出一條煤礦智能化開采的科研創新之路。
這名學者，就是中國礦業大學的方新秋教授。
01 源于興趣，智能開采求知探索路
1992—1996年，方新秋在中國礦業大學就讀采礦工程大學的同時，懷着濃厚的興趣輔修了計算機及應用專業，為後續的科研之路奠定了堅實的專業基礎。1996—2002年，方新秋又在中國礦業大學攻讀了采礦工程碩士和博士研究所學生。博士期間，師從大陸礦業工程學科主要創始者、中國工程院院士錢鳴高，導師的言傳身教，對方新秋有着很大的影響。他始終牢記錢鳴高院士教導“永遠不服輸、永遠不向困難低頭、永遠争第一”的采礦精神，并在深入采煤一線學習和科研攻關的過程中敏銳地捕捉到了礦井安全高效科學開采的未來，一定是向着無人化的方向發展，而無人化開采的實作，最重要的核心就是控制。是以，2002年博士畢業後，方新秋又進入東南大學控制科學與工程博士後流動站開始了新的研究，合作導師為著名導航專家萬德鈞教授。在萬德鈞教授的指導下，他逐漸打開了研究思路：圍繞煤炭工業轉型更新發展的需求，通過采掘環境的智能感覺、采掘裝備的智能調控、采掘作業的自主巡航等功能和技術的實作，由采掘裝備獨立完成回采作業過程，着力研發新一代礦井智能感覺技術與裝備，尤其是慣性導航技術和光纖光栅傳感技術，以實作智能、無人開采。
光纖光栅感覺系統示意
2004年8月，博士後出站後，方新秋回到了中國礦業大學工作，一邊做着采礦、礦山壓力與岩層控制方面的教學與科研工作，一邊堅持着對煤礦智能化、無人化開采的研究和探索。基于“科學采礦”理念，他意識到“采礦生産力水準越高，對安全生産狀況的要求就越高，要解決困擾産業發展的安全問題，本質是要少人甚至無人開采；而通往無人開采的必經之路，便是先從機械化到自動化，再到智能化”。面對當時國内外礦山智能化開采研究水準較低、參考文獻較少的現狀，方新秋帶領團隊自力更生、自主創新，沒有現成的模型，便帶領着研究所學生自己模組化、推導、驗證；沒有執行個體可循，便積極與礦山企業、裝置廠家溝通，在煤礦井下開展現場工業性試驗。在拳拳不變的初心和求知若渴的探索下，團隊碩果累累，一篇篇論文、一項項專利骈興錯出，從智能工作面采煤機姿态高精度感覺、液壓支架姿态感覺、刮闆輸送機直線度光纖感覺、開采環境智能感覺與安全決策、智能化監測儀器與裝備研發等方面探索出一條煤礦智能化開采的科研創新之路。
方新秋在煤礦井下調研（左一）
02 科技參謀，助力邊疆礦山開發
2009年11月，方新秋作為中組部選派的“第十批博士服務團”成員赴疆工作，受到了時任中央組織部部長的李源潮同志的親切接見。在新疆服務期間，方新秋任新疆生産建設兵團農一師阿拉爾統衆國有資産經營有限責任公司（以下簡稱任職公司）副總經理，充分發揮自身在礦業領域的專業優勢，經常深入礦山生産一線，奔波在哈密、庫爾勒、拜城和庫車等地區戈壁灘、沙漠及山溝進行實地察看。在師市推進新型工業化建設，加速推進優勢資源轉化的總體部署下，他積極參與師市工業發展的能源、科技等領域，充分發揮科技參謀作用，對新疆生産建設兵團農一師的發展建設做出了積極貢獻。
在師市礦業資源收購整合工作中積極獻言獻策，成功收購了庫車縣榆樹泉煤炭有限責任公司和庫車縣榆樹嶺煤礦有限責任公司兩大煤礦，使農一師的工業發展有了保障；通過與外省優秀礦企合作，幫助塔河礦業公司下屬小煤礦提升了煤礦産能；完成了新疆塔裡木盆地資源狀況及農一師礦産資源規劃利用建議科研項目；利用自身專業和學校優勢，發揮橋梁紐帶作用，在兵團幹部教育訓練學院舉辦煤炭工業發展現狀及科學采礦的專題講座，在師黨校為全師連隊幹部舉辦了加快推進師市新型工業化建設的專題講座，并經常在公司内部開展專業技術講座，擴寬了兵團技術人員的視野，強化了專業知識；此外，方新秋還與其他援疆幹部一道，積極開展扶貧濟困、捐資助學等各類活動。
援疆期間，方新秋嚴格按照博士服務團“科技參謀、橋梁紐帶、人才培養”的要求，出色地完成了師黨委和任職公司交辦的各項任務，為師市工業和任職公司的發展做出了顯著貢獻，并榮獲新疆生産建設兵團三等功獎勵。服務期滿，方新秋婉拒了農一師主要上司對他提出的從政建議，回到了自己鐘愛的高校教學科研工作中，并被中國礦業大學評為“十佳共産黨員”。在中國礦業大學專門為他召開的“礦業學院方新秋博士援疆回校座談會”上，回首援疆經曆，他感慨道：“新疆生産建設兵團本身就是一部奮鬥史，條件十分艱苦，許多人是奉獻了青春、奉獻了終生、奉獻了子孫；新疆缺少的不是資金扶持，而是缺少專業人才，隻有将屯工戍邊轉化為屯城戍邊，搞活工業，才能吸引人才”。
時任中國礦業大學校黨委副書記張愛淑歡迎方新秋援疆歸來
03 深耕科研，智能開采累結碩果
“方新秋博士多年來一直從事采礦教學與科研工作，長期緻力于智能化、無人化安全開采技術研究與實踐，在國内外率先建立了智能工作面系統工程模型，經過多年的內建創新與應用探索，将傳統煤炭開采科學技術與現代資訊技術深度融合，在開采環境智能感覺、采場空間災害監測預警等方面進行了深入研究。” 中國工程院袁亮院士在方新秋的專著《采場三機姿态智能感覺理論與實踐》序言中寫下如此評價。自2008年發表第1篇智能化開采方面的論文以來，方新秋一直緻力于煤礦智能化開采、礦山開采智能感覺與決策方面的研究，逐漸形成了“跨學科-組團隊-強聯合”的團隊發展思路，組建了“學術帶頭人—骨幹成員—一般成員”梯隊結構的安全智能開采教學科研創新團隊，專業涉及采礦工程、機械工程、通信及資訊處理、測控技術與儀器、計算機科學與技術、智能控制、光纖通信等學科背景，具有紮實的理論基礎和多年從事科研工作的實踐經驗，成果豐碩。
在錢鳴高院士的指導下，方新秋教授團隊首次提出了“以智能工作面首采保護層，多元時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采關鍵技術難題，并在華晉焦煤有限責任公司沙曲煤礦得到成功應用，相關轉化成果獲得了大陸工業領域最高獎——中國工業大獎。同時，跟随錢鳴高院士“科學采礦”理念的指引，沿着智能化開采之路，“長壁工作面采煤機自主定位系統關鍵技術研究”“薄煤層開采關鍵技術與裝備”“基于光纖捷聯慣導的長壁工作面采煤機運作姿态感覺研究”等國家級項目陸續完成或開展，并被總結為獨具特色的智能工作面開采成套技術體系和煤礦開采光纖智能感覺成套裝備與技術。
1）智能工作面開采成套技術體系。智能工作面開采技術是智能開采的關鍵組成部分，針對目前智能開采的技術瓶頸，方新秋教授團隊對工作面“三機”姿态的智能感覺技術進行了深入研究，首次建構了智能工作面開采成套技術體系。開發了智能工作面采煤機自主定位技術與系統，建立了系統誤差補償模型，研發了導航降誤與系統誤差處理技術，提高了采煤機定位精度；建構了采煤機動力學模型與自動移架限制模型，實作了采煤機姿态的實時檢測與支架的自動化跟機；基于液壓支架運動學原理，建立了液壓支架姿态感覺理論與技術體系，結合液壓支架頂梁回轉角、支架姿态與工作阻力關系、支架圍岩耦合關系，以及支架穩定性特征，明确了液壓支架姿态感覺名額體系及安全範圍，借助神經網絡與多傳感融合算法，實作了支架姿态對頂闆運動狀态、礦壓強度、支架穩定性、支架關鍵結構工況等實時監測；采用回采巷道集中控制技術實作了智能工作面安全高效開采。
智能工作面開采成套技術體系
2）煤礦開采光纖智能感覺成套裝備與技術。智能感覺是智能化開采的關鍵技術之一，針對煤礦開采智能感覺水準低、傳感器種類少等技術問題，充分結合光纖光栅智能感覺技術的先進性，通過分析FBG感覺原理，揭示了應變場對光纖光栅反射波長的光譜分布規律，分析了均勻/非均勻應變場對光纖光栅反射光譜的變化規律，試驗驗證了均勻/非均勻應變場對光纖光栅的傳感響應特征，實作了多特征參量動态應變函數光纖光栅目标光譜重構，建立了光纖光栅-基體應變感覺傳遞理論及感覺模型，建構了工作面開采環境智能感覺系統，創新了巷道圍岩狀态資訊智能感覺技術，開發了煤礦開采環境光纖智能感覺系統資料處理軟體；基于光纖光栅曲率傳感原理，首次設計并研發了光纖光栅三維曲率傳感器，提出了刮闆輸送機三維彎曲形态拟合感覺與重構方法，建立了刮闆輸送機三維彎曲測試實驗平台，建構了工作面刮闆輸送機直線度感覺系統模型，提出了工作面刮闆輸送機直線度光纖感覺技術，實作了刮闆輸送機三維彎曲形态的實時感覺，為刮闆輸送機直線度的精準控制奠定了基礎。建構了基于光纖智能感覺的智能工作面多參量精準感覺與安全決策技術體系，實作了開采環境資訊及裝備姿态的全面感覺，形成了煤礦開采光纖智能感覺成套裝備與技術。
煤礦開采光纖智能感覺成套裝備與技術體系
方新秋教授及其團隊研發的《基于支援向量機的礦井光纖光栅監測系統缺失資料補償方法》《基于光纖光栅傳感的支架運作姿态線上監測方法》《基于光纖光栅傳感器的煤礦井下安全綜合監測系統》等專利技術廣泛應用于煤礦井下的資料監測采集，其他多項發明獲俄羅斯、澳洲等國家的國際專利授權。
光纖光栅傳感技術井下現場應用
04 傳道授業，培養礦業科技人才
方新秋教授主講《智慧礦山》《智能化開采》《開采環境智能感覺》《智能采礦概論》《采礦學》《資源開發與規劃》《非煤開采技術》等大學生與研究所學生課程；主編的《開采環境智能感覺》《智能采礦導論》等教材引領了《普通高等學校智能采礦工程專業系列教材》，《采場三機姿态智能感覺理論與實踐》《巷道圍岩智能感覺理論與實踐》等專著是很多從事智能開采方向科技工作者的案頭書。近幾年，煤礦智能化開采、無人化開采等概念逐漸被煤炭行業熟知并成為煤炭工業高品質發展的技術共識，而早在2008年，方新秋教授就已在采礦工程專業的培養方案中增設了“無人開采技術”專業選修課（《“無人開采技術”專業選修課設定探讨》文中可詳細了解），使學生了解最前沿的采煤技術。
方新秋主編的學術著作及教材
方新秋主編的學術著作及教材
方新秋主編的學術著作及教材
方新秋主編的學術著作及教材
方新秋教授在國家礦山安全監察局、應急管理部教育訓練中心、中國煤炭工業協會、中國煤炭學會、國家能源集團、中煤能源集團、山東能源集團、山西焦煤集團、陝西延長石油礦業有限責任公司、雲南煤化集團、浙江大學、上海交通大學等政府部門、企事業機關和高等院校進行了數十場智能化開采的講座，積極普及推廣智能化開采思想與技術。
“一方新知，三秋桃李”，這是畢業學生镌刻在送給方新秋教授的鋼筆上的文字。方新秋教授已培養碩士博士70餘名，多數仍在礦業高校、科研院所、煤礦企業從事礦山開采相關工作，他們對方新秋教授嚴以治學、勤以修身、誠以做事、寬以待人的言傳身教銘記于心，并外化于行，很多都已擔任科研院所所長、煤礦總工程師、高校老師等。方老師和學生相處時真誠寬容，經常與課題組學生就具體的學術或工作問題展開讨論、激發思維，這種團隊氛圍也一直影響着學生們在工作中不斷提升自己的工作作風。
05 牢記初心，智能開采科研腳步不息
智能開采光明，這是方新秋教授的網名，也是他對煤炭行業未來發展的期待。目前，智能開采和智能感覺技術雖已取得系列成果，但距離真正實作智能化、無人化開采仍有很大差距。如何利用多傳感器資訊與大資料深度融合，重點挖掘有效資訊；如何加快感覺與決策系統的可視化、智能化，實作礦井安全協同、決策管控的一體化；如何實作“人-機-環-管” 一體化感覺、分析、決策、控制、管理等諸多科技難題仍待深入研究解決。攻關智能開采關鍵技術，服務煤礦智能安全高效發展，是方新秋教授及其團隊緻力于采礦領域上下求索的初心和使命，也是礦山科研工作者的共同目标！