王國法

(1. 中國煤炭科工集團(tuán)有限公司，北京市朝陽區(qū)，100013；2. 中煤科工開采研究院有限公司，北京市朝陽區(qū)，100013)

2020年年初爆發(fā)的全球性新冠肺炎疫情，對(duì)世界經(jīng)濟(jì)的沖擊和影響是巨大而深遠(yuǎn)的。受疫情影響，全球制造業(yè)大面積停工、停產(chǎn)，一些經(jīng)濟(jì)活動(dòng)趨于停滯。疫情對(duì)全球能源行業(yè)的沖擊已經(jīng)超越短期的市場(chǎng)震蕩，BP、殼牌等國際石油公司受到巨大沖擊，中美經(jīng)濟(jì)與技術(shù)對(duì)抗、貿(mào)易關(guān)稅以及美國對(duì)主要石油生產(chǎn)國的制裁，加速了能源供需格局的重大調(diào)整[1]。長(zhǎng)期以來，煤炭作為我國的主體能源，是保障國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)性能源。在當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)、政治劇烈變化的大環(huán)境下，煤炭作為我國主體能源和國家能源安全的壓艙石，仍然發(fā)揮著重要作用[2]。

目前，我國仍處于對(duì)能源和原材料消費(fèi)最旺盛的階段，而煤炭正是可以清潔高效利用且經(jīng)濟(jì)安全的能源。在未來相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，煤炭在我國難以被大規(guī)模替代。預(yù)計(jì)2030年和2050年，煤炭占我國一次能源消費(fèi)比重仍將保持在50%和40%以上，“去煤化”脫離中國國情。我國煤礦綜合機(jī)械化經(jīng)過40多年的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)力的巨大進(jìn)步和安全生產(chǎn)面貌的根本改變，全行業(yè)基本實(shí)現(xiàn)綜合機(jī)械化，一些重要系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，為發(fā)展煤礦智能化奠定了良好基礎(chǔ)。然而，在科技飛速發(fā)展和全球氣候變化、低碳環(huán)保成為主要議題的大背景下，煤炭行業(yè)發(fā)展也面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。一方面，新技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)人類生活方式進(jìn)步，倒逼礦業(yè)領(lǐng)域改變傳統(tǒng)高強(qiáng)度的工作方式；另一方面，煤炭行業(yè)招工難、從業(yè)人員不足等現(xiàn)實(shí)，也倒逼煤礦盡快實(shí)現(xiàn)少人、甚至無人化開采[3]。

黨的十九屆五中全會(huì)提出：我國進(jìn)入新發(fā)展階段，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革深入發(fā)展，……迫切需要解決發(fā)展不平衡和不充分的問題。全會(huì)提出了12項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)，放在首位的是堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，全面塑造發(fā)展新優(yōu)勢(shì)，把科技自立自強(qiáng)作為國家發(fā)展的戰(zhàn)略支撐?？萍紕?chuàng)新是推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力。煤炭行業(yè)轉(zhuǎn)型不是“去煤化”，而是生產(chǎn)和利用方式的轉(zhuǎn)型，是向數(shù)字化、智能化新產(chǎn)業(yè)和新業(yè)態(tài)的轉(zhuǎn)型。煤礦智能化是煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐[4]，將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈、5G等新技術(shù)與傳統(tǒng)采礦技術(shù)深度融合，建設(shè)智能化煤礦，以實(shí)現(xiàn)煤礦開拓設(shè)計(jì)和生產(chǎn)運(yùn)營全過程的智能高效協(xié)調(diào)運(yùn)行。智能化煤礦建設(shè)要分類分級(jí)因礦施策，進(jìn)行科學(xué)的頂層規(guī)劃設(shè)計(jì)，才能實(shí)現(xiàn)煤礦智能化系統(tǒng)高效融合運(yùn)行；同時(shí)，要完善煤礦智能化建設(shè)保障體系，全面推動(dòng)行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

1 新發(fā)展階段煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展之路

1.1 煤礦智能化是行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐和必由之路

2020年2月，國家發(fā)展改革委、國家能源局等八部委聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》，吹響了煤炭工業(yè)向智能化進(jìn)軍的沖鋒號(hào)，標(biāo)志著煤炭工業(yè)邁進(jìn)了實(shí)現(xiàn)智能化的新階段。2020年9月在原兗礦集團(tuán)召開了全國煤礦智能化現(xiàn)場(chǎng)推進(jìn)會(huì)，發(fā)出了加快煤礦智能化建設(shè)、推進(jìn)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的號(hào)召，以煤礦智能化建設(shè)為標(biāo)志的新一輪煤炭行業(yè)重大技術(shù)變革全面展開。我國采煤技術(shù)經(jīng)歷了人工炮采、普通機(jī)械化開采、綜合機(jī)械化開采和目前的智能化開采4個(gè)主要階段(見圖1)，煤礦智能化是新發(fā)展階段煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的必由之路，早走晚走都得走，不走死路一條。

煤礦智能化建設(shè)是機(jī)械化、數(shù)字化、自動(dòng)化、信息化技術(shù)與采礦技術(shù)的相互結(jié)合[5-6]，是一個(gè)復(fù)雜的多學(xué)科交叉融合問題。智能化煤礦要求開拓設(shè)計(jì)、地測(cè)、采掘、運(yùn)通、選煤、安全保障、生產(chǎn)管理等主要系統(tǒng)具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策與自執(zhí)行的基本能力。信息化、數(shù)字化是煤礦智能化的基礎(chǔ)和基本特征，是從不同視角對(duì)其主要技術(shù)特性的表征。煤礦智能化建設(shè)基礎(chǔ)是要依靠海量傳感器對(duì)井下環(huán)境、設(shè)備以及人員進(jìn)行實(shí)時(shí)感知。傳統(tǒng)無線通訊、傳輸技術(shù)無法同時(shí)滿足海量傳感器的實(shí)時(shí)接入，一直制約著井下傳感網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。隨著5G技術(shù)的快速發(fā)展，以其大帶寬、低延時(shí)和廣連接三大技術(shù)優(yōu)勢(shì)，深度契合了煤礦智能化全面感知網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)需求。5G技術(shù)與大數(shù)據(jù)和云計(jì)算結(jié)合，將非實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)上傳到云端，對(duì)數(shù)據(jù)價(jià)值進(jìn)行深度挖掘，將實(shí)時(shí)性強(qiáng)的數(shù)據(jù)下沉到設(shè)備端，降低數(shù)據(jù)傳輸與解算時(shí)延，為煤礦智能化運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的支撐。

圖1 我國采煤技術(shù)發(fā)展的4個(gè)階段

煤礦智能化要重點(diǎn)建設(shè)十大智能應(yīng)用系統(tǒng)[7]，如圖2所示，分別為綜合管控系統(tǒng)及大數(shù)據(jù)平臺(tái)、地質(zhì)保障及4D-GIS動(dòng)態(tài)信息系統(tǒng)、5G高速通信網(wǎng)絡(luò)及精準(zhǔn)位置服務(wù)系統(tǒng)、巷道智能快速掘進(jìn)系統(tǒng)、工作面智能協(xié)同控制系統(tǒng)、主煤流及輔助運(yùn)輸智能系統(tǒng)、井下環(huán)境感知及安全管控系統(tǒng)、固定場(chǎng)所無人值守智能管理系統(tǒng)、煤礦智能選煤系統(tǒng)、智慧園區(qū)與經(jīng)營管理系統(tǒng)，其中前3個(gè)系統(tǒng)屬于煤礦總體基礎(chǔ)平臺(tái)，第4、第5、第6個(gè)系統(tǒng)屬于井下采掘運(yùn)系統(tǒng)，第7、第8個(gè)系統(tǒng)屬于井下安全系統(tǒng)，第9、第10個(gè)系統(tǒng)屬于煤礦輔助保障系統(tǒng)。

圖2 智能化煤礦十大主要系統(tǒng)

1.2 去產(chǎn)能是行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的必要條件

煤礦智能化支撐先進(jìn)產(chǎn)能，在加快煤礦智能化發(fā)展、提高先進(jìn)產(chǎn)能的同時(shí)，繼續(xù)加大淘汰落后產(chǎn)能力度，通過產(chǎn)能總體減量達(dá)到供給與消費(fèi)緊平衡，為行業(yè)發(fā)展創(chuàng)造有利的市場(chǎng)環(huán)境，以適應(yīng)能源轉(zhuǎn)型和行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的要求。已經(jīng)頒布實(shí)施的《智能化煤礦分類、分級(jí)技術(shù)條件與評(píng)價(jià)》(T/CCS001-2020)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)煤礦生產(chǎn)技術(shù)條件將其分為3類，其中，對(duì)于生產(chǎn)技術(shù)條件差的煤礦，如果不能在一定時(shí)間內(nèi)改造達(dá)到智能化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和安全生產(chǎn)質(zhì)量要求，就應(yīng)納入去產(chǎn)能關(guān)閉之列。

1.3 積極宣傳煤礦安全生產(chǎn)取得的巨大進(jìn)步，正確引導(dǎo)社會(huì)輿論

煤炭行業(yè)作為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，以往確實(shí)存在很多的問題和難題。在新聞報(bào)道、政策文件、科研立項(xiàng)等很多場(chǎng)合，突出行業(yè)高危性、事故較多，宣傳煤礦安全生產(chǎn)成績(jī)較少，且一些媒體只是與國外以露天煤礦為主的煤炭產(chǎn)業(yè)進(jìn)行簡(jiǎn)單的、不科學(xué)的煤礦安全生產(chǎn)方面的對(duì)比，強(qiáng)調(diào)落后，形成了把渲染煤礦安全威脅、事故傷亡當(dāng)成強(qiáng)調(diào)自身存在價(jià)值和立項(xiàng)必要性的傳統(tǒng)習(xí)慣思維。同時(shí)，長(zhǎng)期使用“百萬噸死亡率”指標(biāo)，造成社會(huì)對(duì)煤炭行業(yè)固化的負(fù)面認(rèn)識(shí)；而美國等發(fā)達(dá)產(chǎn)煤國家并沒有針對(duì)煤礦的“百萬噸死亡率”指標(biāo)，而是不分行業(yè)，統(tǒng)一用每年每千人死亡人數(shù)或每十萬人死亡率?，F(xiàn)代煤炭產(chǎn)業(yè)是需要高科技支撐的。改革開放40年來，煤炭行業(yè)依靠科技進(jìn)步，在綜合機(jī)械化開采及其裝備領(lǐng)域持續(xù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了煤礦安全的巨大進(jìn)步，煤炭行業(yè)不再是高傷亡率行業(yè)，智能化煤礦和智能化管理為煤礦安全提供了根本保障。因此，是時(shí)候取消“百萬噸死亡率”這種不客觀的指標(biāo)了，應(yīng)與其他行業(yè)進(jìn)行平等的安全評(píng)價(jià)。

因此，應(yīng)轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)思維，積極宣傳煤礦安全的巨大進(jìn)步，正確引導(dǎo)社會(huì)輿論。要樹立新發(fā)展階段煤炭行業(yè)的正面典型人物和大國工匠，宣傳相關(guān)科技創(chuàng)新成果；并向中央主流媒體推送宣傳，改變社會(huì)輿論對(duì)煤炭的負(fù)面認(rèn)識(shí)，《中國煤炭報(bào)》等行業(yè)媒體應(yīng)加強(qiáng)對(duì)行業(yè)的正面宣傳。

1.4 創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展

智能化技術(shù)保障和科學(xué)管理是提高礦井本質(zhì)安全水平最為重要的抓手。要建立基于智能化煤礦大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的管理流程再造機(jī)制，建立多層次的安全管控體系，實(shí)現(xiàn)安全管控閉環(huán)管理，所有危險(xiǎn)因素都能夠及時(shí)預(yù)測(cè)、及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處置，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全型礦井建設(shè)的目標(biāo)。

新發(fā)展階段煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展之路是一條技術(shù)與裝備創(chuàng)新之路、產(chǎn)業(yè)變革之路和全面突破之路[8]。煤礦智能化已經(jīng)成為行業(yè)轉(zhuǎn)型和發(fā)展的源動(dòng)力，是行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐。在技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)的基礎(chǔ)上，還需管理創(chuàng)新、體制機(jī)制創(chuàng)新、科學(xué)施策等綜合配套，全面推進(jìn)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

2 因礦施策，分類分級(jí)建設(shè)智能化煤礦

我國煤炭開采以井工開采為主，隨著開采技術(shù)和裝備的不斷發(fā)展，以及不同地區(qū)資源賦存條件的變化，各個(gè)煤礦生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)水平差距正逐步在拉大，發(fā)展愈發(fā)不平衡。我國煤礦智能化建設(shè)尚處于初級(jí)階段[9]，國內(nèi)不同區(qū)域煤層賦存條件、開采技術(shù)與裝備水平、工程基礎(chǔ)、建設(shè)目標(biāo)等存在較大差異，亟需建立完備的智能化煤礦分類、分級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，從而根據(jù)礦井的實(shí)際地質(zhì)條件因礦施策地建設(shè)智能化礦井。

筆者領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)我國不同區(qū)域煤層地質(zhì)賦存條件、生產(chǎn)技術(shù)條件，以及區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展多樣性、差異性和復(fù)雜性的特征，并基于智能化煤礦頂層設(shè)計(jì)研究成果，總結(jié)出不同條件煤礦智能化研究與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并廣泛參考相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化文件，制定了《智能化煤礦分類、分級(jí)技術(shù)條件與評(píng)價(jià)》(T/CCS001-2020)標(biāo)準(zhǔn)[10]。根據(jù)生產(chǎn)能力、煤層埋深、煤層傾角、煤層穩(wěn)定性等14個(gè)分類評(píng)價(jià)指標(biāo)，結(jié)合智能化建設(shè)的難易程度，把煤礦按照智能化建設(shè)條件分為一類煤礦、二類煤礦和三類煤礦，并相應(yīng)細(xì)分為初級(jí)智能化煤礦、中級(jí)智能化煤礦和高級(jí)智能化煤礦。智能化煤礦分類的目的就是調(diào)整不同煤炭資源賦存條件的智能化等級(jí)評(píng)價(jià)門檻；因此分類評(píng)價(jià)指標(biāo)必須遵循2個(gè)原則：一是分類指標(biāo)必須客觀；二是結(jié)合實(shí)際，體現(xiàn)智能化建設(shè)的相對(duì)難易程度。其中，一類煤礦代表一些我國西部煤炭資源賦存條件比較好的大礦；二類煤礦代表中東部煤炭資源賦存條件一般的礦井；三類煤礦則代表云南、貴州、四川等地煤炭資源賦存條件較差的礦井[11]。

煤礦智能化系統(tǒng)復(fù)雜多樣，根據(jù)場(chǎng)景將其分為11個(gè)系統(tǒng)，見圖3。

圖3 煤礦智能化系統(tǒng)

煤礦智能化系統(tǒng)包括信息基礎(chǔ)設(shè)施、智能地質(zhì)保障系統(tǒng)、智能掘進(jìn)系統(tǒng)、智能開采系統(tǒng)、智能主煤流運(yùn)輸、智能輔助運(yùn)輸系統(tǒng)、智能通風(fēng)系統(tǒng)、智能供電與給排水系統(tǒng)、智能安全監(jiān)控系統(tǒng)、智能選煤系統(tǒng)、智慧園區(qū)與經(jīng)營管理系統(tǒng)。根據(jù)11個(gè)子系統(tǒng)的建設(shè)情況，結(jié)合權(quán)重系數(shù)進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)，將煤礦智能化等級(jí)分為初級(jí)、中級(jí)和高級(jí)。

通過對(duì)煤礦智能化水平進(jìn)行分類、分級(jí)評(píng)價(jià)，形成了統(tǒng)一的評(píng)價(jià)指標(biāo)、原則、體系和標(biāo)準(zhǔn)，為智能化建設(shè)提供了量化參考標(biāo)準(zhǔn)

3 科學(xué)頂層設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)煤礦智能系統(tǒng)化融合高效運(yùn)行

智能化礦山建設(shè)需融合上百個(gè)子系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)總體優(yōu)化、智能協(xié)同、安全生產(chǎn)。在這一過程中，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行科學(xué)的頂層設(shè)計(jì)，才能打通信息壁壘、解決信息孤島、避免重復(fù)建設(shè)、跨系統(tǒng)跨平臺(tái)集成應(yīng)用等問題，真正實(shí)現(xiàn)智能化。頂層設(shè)計(jì)應(yīng)以“網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)共享交換、信息融合安全、功能協(xié)同聯(lián)動(dòng)、能源節(jié)約利用”為總原則，將人工智能與采礦工藝技術(shù)深度融合，讓智能化更好地替代人工操作。群體智能、系統(tǒng)交互、感知學(xué)習(xí)是未來人工智能技術(shù)的發(fā)展方向，實(shí)現(xiàn)群體智能首先需要給出科學(xué)、合理和完整的技術(shù)架構(gòu)。煤礦智能系統(tǒng)化頂層設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖4所示，需要在各個(gè)系統(tǒng)層面實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通，打造橫向一體化平臺(tái)，在礦級(jí)、部門級(jí)和區(qū)隊(duì)級(jí)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)和人機(jī)協(xié)同；基于獲取的大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、安全和保障場(chǎng)景的流程再造。

圖4 煤礦智能系統(tǒng)化頂層設(shè)計(jì)架構(gòu)

在實(shí)際建設(shè)過程中，分別針對(duì)生產(chǎn)礦井、新建礦井和露天煤礦智能化建設(shè)，總結(jié)了以下亟需加快完成的煤礦智能化建設(shè)的重點(diǎn)任務(wù)。認(rèn)為，應(yīng)循序漸進(jìn)、重點(diǎn)培育，打造一批高質(zhì)量的智能化示范煤礦，并對(duì)可復(fù)制的經(jīng)驗(yàn)在總結(jié)后全面推廣。

3.1 生產(chǎn)礦井智能化改造

對(duì)于已有生產(chǎn)礦井智能化的改造，由于所有生產(chǎn)系統(tǒng)均已形成，因而采用自下而上的方式，按照“基礎(chǔ)系統(tǒng)高容量-采掘系統(tǒng)高可靠-感知系統(tǒng)全覆蓋-保障系統(tǒng)高適應(yīng)”的技術(shù)思路，逐步實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。生產(chǎn)礦井智能化煤礦改造可以分為3個(gè)層次(見圖5)，首先針對(duì)具體系統(tǒng)采用先進(jìn)裝備進(jìn)行改造、升級(jí)；然后通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)，匯聚生產(chǎn)工藝、環(huán)境過程信息等，融入知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)和運(yùn)營的信息化系統(tǒng)，進(jìn)行第2層次的建設(shè)；最后，再通過系統(tǒng)總結(jié)形成標(biāo)準(zhǔn)和管理規(guī)范，形成大數(shù)據(jù)系統(tǒng)和綜合管理平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)煤礦的智能化改造。

(1)子系統(tǒng)裝備改造升級(jí)。智能化裝備升級(jí)，建設(shè)智能快速掘進(jìn)系統(tǒng)；綜采工作面實(shí)現(xiàn)集中、就地和遠(yuǎn)程控制；主煤流運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)煤量智能監(jiān)測(cè)、智能調(diào)速、堆煤/異物的智能識(shí)別與報(bào)警，立井提升系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制；輔助運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，無軌膠輪車運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位與自動(dòng)化調(diào)度；健全災(zāi)害監(jiān)測(cè)和人員定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)環(huán)境、瓦斯、水、頂板和沖擊地壓數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，具備基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的災(zāi)害智能預(yù)測(cè)、預(yù)警功能；排水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無人值守作業(yè)；實(shí)現(xiàn)基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的井下災(zāi)害智能預(yù)測(cè)、預(yù)警；實(shí)現(xiàn)井下作業(yè)人員的區(qū)域高精度定位，支持生產(chǎn)作業(yè)管理、安全保障和緊急情況處置。

圖5 生產(chǎn)煤礦智能化改造技術(shù)路線

(2)區(qū)域、分系統(tǒng)聯(lián)控。在智能化裝備升級(jí)的基礎(chǔ)上，建設(shè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域、分系統(tǒng)協(xié)同聯(lián)控。包括：掘錨一體機(jī)+錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)+柔性連續(xù)運(yùn)輸遠(yuǎn)程集中監(jiān)控；基于煤層厚度變化的采煤機(jī)智能截割、綜放工作面智能放頂煤、端頭與超前支架的智能聯(lián)控；主煤流運(yùn)輸系統(tǒng)與工作面生產(chǎn)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制，輔助運(yùn)輸系統(tǒng)與人員定位、物流系統(tǒng)、地面?zhèn)}儲(chǔ)系統(tǒng)融合聯(lián)控。全面建立煤礦災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)，對(duì)井下不同區(qū)域劃分不同的安全等級(jí)，根據(jù)致災(zāi)因素進(jìn)行安全預(yù)警分析與應(yīng)急預(yù)案，有效地對(duì)區(qū)域進(jìn)行安全分析和預(yù)警，為區(qū)域安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。在中央變電所、水泵房、主運(yùn)帶式輸送機(jī)等需要人員值守的重點(diǎn)崗位設(shè)置機(jī)器人，減少井下用人，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高巡檢效率。

(3)全面建設(shè)主動(dòng)感知、智能決策、自動(dòng)執(zhí)行的高效生產(chǎn)系統(tǒng)。第3階段建設(shè)云邊端一體化的數(shù)據(jù)中心，完成大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)與大平臺(tái)數(shù)據(jù)的融合聯(lián)動(dòng)對(duì)接和數(shù)據(jù)共享。

3.2 新建礦井全面智能化建設(shè)

新建礦井智能化建設(shè)不受已有系統(tǒng)限制，可以從一開始就統(tǒng)籌考慮整體系統(tǒng)的建設(shè)，統(tǒng)一接口、標(biāo)準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)、建設(shè)方式和順序，最大程度打通數(shù)據(jù)壁壘，提升系統(tǒng)運(yùn)行效率和子系統(tǒng)間的配合度，支撐礦井安全、高效生產(chǎn)。新建礦井全面智能化建設(shè)總體技術(shù)架構(gòu)如圖6所示。

圖6 新建礦井全面智能化建設(shè)總體架構(gòu)

整個(gè)架構(gòu)包括智能生產(chǎn)應(yīng)用服務(wù)及生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)和智慧園區(qū)管控平臺(tái)兩部分。

智能生產(chǎn)應(yīng)用服務(wù)及生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)由智能生產(chǎn)應(yīng)用服務(wù)及Web服務(wù)，大數(shù)據(jù)服務(wù)中心和生產(chǎn)執(zhí)行平臺(tái)組成。其中，智能生產(chǎn)應(yīng)用服務(wù)及Web服務(wù)利用現(xiàn)有成熟的系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行定制化開發(fā)，既能保證平臺(tái)最終的可用性，也能夠有效避免新系統(tǒng)研發(fā)所面臨的時(shí)間、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，提升系統(tǒng)的整體可靠性。大數(shù)據(jù)服務(wù)中心應(yīng)用目前流行的Hadoop 大數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、清洗和應(yīng)用，可與ROMA平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)接。在生產(chǎn)系統(tǒng)中，大數(shù)據(jù)平臺(tái)對(duì)上支撐智能生產(chǎn)應(yīng)用，對(duì)下支撐生產(chǎn)執(zhí)行平臺(tái)的工控協(xié)同。

煤礦智慧園區(qū)管控平臺(tái)要適應(yīng)多個(gè)規(guī)模、現(xiàn)狀及功能定位各異的園區(qū)需求，對(duì)系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性要求非常高；同時(shí)需要吸納和集成業(yè)內(nèi)外多領(lǐng)域創(chuàng)新技術(shù)和應(yīng)用。因此從技術(shù)架構(gòu)上選擇云化+平臺(tái)化+服務(wù)化策略，以適應(yīng)目前及未來的業(yè)務(wù)需求。智慧園區(qū)管理平臺(tái)基于一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，主要包括應(yīng)用軟件、ROMA平臺(tái)、底層控制模塊和各個(gè)子系統(tǒng)。新建礦井智能化系統(tǒng)建設(shè)主要包括以下幾方面。

(1)全面建設(shè)領(lǐng)先的信息化基礎(chǔ)設(shè)施。高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)智能化綜合管控平臺(tái)、大數(shù)據(jù)中心、5G網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)地面智能綜合調(diào)度指揮中心，集成智能化指揮、調(diào)度、管控、辦公、培訓(xùn)、展示等功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)井上下各系統(tǒng)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)管控。建設(shè)工業(yè)設(shè)施智能保障系統(tǒng)，具有智能安防、智能車輛管理、智能道路管理、智能門禁閘機(jī)管理、智能供熱、智能洗浴管理、智能宿舍管理、智能信息發(fā)布、智能食堂管理、智能園區(qū)灌溉、對(duì)講及個(gè)人移動(dòng)終端管理，實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)施保障系統(tǒng)的智能決策和數(shù)據(jù)共享。

(2)建設(shè)主動(dòng)感知、智能決策、自動(dòng)執(zhí)行的高效生產(chǎn)系統(tǒng)。建設(shè)實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)位姿檢測(cè)與導(dǎo)航、巷道三維建模與成形質(zhì)量智能監(jiān)測(cè)、掘進(jìn)設(shè)備遠(yuǎn)程集中監(jiān)控功能的智能化掘進(jìn)系統(tǒng)；實(shí)現(xiàn)工作面設(shè)備群的智能聯(lián)控和基于數(shù)字孿生技術(shù)的無人開采。主煤流運(yùn)輸系統(tǒng)全面推廣應(yīng)用基于AI視頻的煤量智能識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)主煤流運(yùn)輸系統(tǒng)的智能調(diào)速。進(jìn)一步提升智能巡檢機(jī)器人的檢測(cè)功能與精度。輔助運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)井下車輛的精準(zhǔn)定位和井下車輛無人駕駛。

(3)建設(shè)主動(dòng)安全的智能一體化管控平臺(tái)。首先，建設(shè)礦井通風(fēng)環(huán)境參數(shù)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，建設(shè)風(fēng)門遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)，建設(shè)智能局部通風(fēng)系統(tǒng)，建設(shè)通風(fēng)系統(tǒng)智能分析決策軟件模塊，主動(dòng)調(diào)節(jié)通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)；其次，建設(shè)完善的供排水系統(tǒng)，排水系統(tǒng)與礦井水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)智能聯(lián)動(dòng)，固定排水作業(yè)點(diǎn)能夠根據(jù)水壓、水位進(jìn)行智能抽排，實(shí)現(xiàn)與各采區(qū)排水系統(tǒng)的智能聯(lián)動(dòng)，排水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無人值守作業(yè)；第三，建設(shè)礦井安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中心，將水災(zāi)、火災(zāi)與頂板災(zāi)害等相關(guān)數(shù)據(jù)與人員定位數(shù)據(jù)、地理信息系統(tǒng)等數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘與有效融合，實(shí)現(xiàn)災(zāi)害的智能預(yù)測(cè)、預(yù)警與避災(zāi)路線的智能規(guī)劃；第四，建設(shè)礦井安全管控模塊，根據(jù)事故或隱患的級(jí)別、類別和處置方式，建立分級(jí)優(yōu)先、分類派送、智能聯(lián)動(dòng)的報(bào)警機(jī)制，并根據(jù)相關(guān)災(zāi)害類型與相關(guān)設(shè)備進(jìn)行智能聯(lián)動(dòng)控制。

(4)智能化選煤廠建設(shè)。選煤廠設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)與工藝參數(shù)的采集與存儲(chǔ)、3D可視化監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)、配電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控、自動(dòng)配煤控制、煤泥水自動(dòng)配藥控制、材料配件的智能管理；研發(fā)應(yīng)用選煤廠巡檢機(jī)器人、煤泥清理機(jī)器人等智能機(jī)器人，研發(fā)應(yīng)用AR智能巡檢技術(shù)與裝備，建設(shè)數(shù)字孿生選煤廠綜合管控平臺(tái)。

(5)智能化管理升級(jí)。組建智能化煤礦聯(lián)合運(yùn)維團(tuán)隊(duì)，設(shè)置煤礦智能化專職業(yè)務(wù)部門，負(fù)責(zé)本礦井的智能化建設(shè)和管理。

3.3 露天煤礦智能化建設(shè)

露天煤礦煤炭產(chǎn)量目前已經(jīng)占我國煤炭總產(chǎn)量的14%左右，其智能化建設(shè)也關(guān)系到我國煤礦整體生產(chǎn)力水平的提升。相比井工煤礦，露天煤礦更易于應(yīng)用先進(jìn)的智能化技術(shù)，主要包括以下內(nèi)容。

(1)卡車無人化技術(shù)應(yīng)用。開展電控開車無人化改造、升級(jí)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)位、自主導(dǎo)航、自動(dòng)卸載、主動(dòng)避讓等功能，在運(yùn)煤線進(jìn)行實(shí)際路況下的無人駕駛測(cè)試，實(shí)現(xiàn)寬體車的多編組作業(yè)；升級(jí)無線通訊為5G網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)主設(shè)備數(shù)據(jù)上傳。

(2)綜合管控平臺(tái)建設(shè)。實(shí)現(xiàn)礦內(nèi)現(xiàn)有生產(chǎn)數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用；主要設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，基于設(shè)備維護(hù)、管理的大數(shù)據(jù)應(yīng)用取得實(shí)效；變電所、加壓泵站等實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控、無人值守；電鏟、連續(xù)系統(tǒng)排土機(jī)具備自動(dòng)作業(yè)能力；完成輸煤系統(tǒng)智能監(jiān)控升級(jí)，有效提高對(duì)帶式輸送機(jī)系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的智能監(jiān)管；基于設(shè)備本身的安全防控體系得到全面應(yīng)用。初步形成煤礦采礦設(shè)計(jì)、地測(cè)、生產(chǎn)、檢修、安全等主要環(huán)節(jié)的信息化傳輸、自動(dòng)化運(yùn)行技術(shù)體系。

(3)主要智能化系統(tǒng)建設(shè)。構(gòu)建露天煤礦多維信息網(wǎng)，優(yōu)化地質(zhì)鉆探及物探等工藝；優(yōu)化露天煤礦開采工藝智能化決策、控制系統(tǒng)；開發(fā)露天煤礦裝備智能運(yùn)營系統(tǒng)，建立鉆機(jī)、采掘設(shè)備、排土及輔助裝備無人操作系統(tǒng)，帶式輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)和車輛無人駕駛系統(tǒng)等；開發(fā)露天煤礦智能調(diào)度系統(tǒng)，包括車輛智能調(diào)度系統(tǒng)、設(shè)備維修智能管理系統(tǒng)和設(shè)備智能管控系統(tǒng)；研發(fā)露天煤礦“空-天-地”安全預(yù)警系統(tǒng)，加強(qiáng)露天煤礦地質(zhì)災(zāi)害與工程事故的智能化預(yù)測(cè)、預(yù)警技術(shù)與裝備研發(fā)，開發(fā)技術(shù)集成的露天煤礦“空-天-地”智能聯(lián)合預(yù)警系統(tǒng)；研發(fā)露天煤礦全生命周期綠色開采系統(tǒng)，推進(jìn)基于網(wǎng)絡(luò)與大數(shù)據(jù)的露天煤礦云服務(wù)平臺(tái)建設(shè)。

4 加強(qiáng)煤礦智能化建設(shè)保障措施

煤礦智能化建設(shè)不僅僅是應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)，還需要多方面的保障措施，才能更好地推動(dòng)智能化技術(shù)落地實(shí)施。

4.1 頂層規(guī)劃與領(lǐng)導(dǎo)力

加強(qiáng)智能化煤礦頂層設(shè)計(jì)，開展智能化煤礦分類、分階段建設(shè)規(guī)劃管理，明確階段性建設(shè)目標(biāo)與技術(shù)路徑，建立健全智能化煤礦驗(yàn)收與獎(jiǎng)懲機(jī)制，重點(diǎn)突破、全面推進(jìn)、鞏固提升，由點(diǎn)到面逐步推進(jìn)煤礦智能化建設(shè)。充分激發(fā)煤炭企業(yè)的內(nèi)生動(dòng)力和創(chuàng)新活力；強(qiáng)化煤炭企業(yè)主體責(zé)任和“一把手”責(zé)任，充分發(fā)揮智能化建設(shè)主體的積極性；加強(qiáng)規(guī)劃和政策引導(dǎo)，完善支持政策，營造煤礦智能化發(fā)展的良好環(huán)境。

總體規(guī)劃和建設(shè)方案要與上級(jí)智能化規(guī)劃、信息化規(guī)劃一致，對(duì)各礦井進(jìn)行集中統(tǒng)一的指揮管理，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)中心、實(shí)現(xiàn)場(chǎng)”的目標(biāo)。

4.2 技術(shù)與裝備保障

我國煤機(jī)裝備制造經(jīng)過40多年的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了液壓支架、采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)、運(yùn)輸設(shè)備等成套采掘裝備的國產(chǎn)化，支撐了煤礦綜合機(jī)械化水平的極大提高，為煤礦智能化奠定了較好基礎(chǔ)。但是，智能化技術(shù)與裝備保障不足仍是煤礦智能化建設(shè)的“瓶頸”。煤礦智能化建設(shè)亟待在新基建、新技術(shù)、新材料、新裝備、新產(chǎn)品、新業(yè)態(tài)上不斷取得突破。要針對(duì)煤礦智能化核心技術(shù)與裝備加強(qiáng)攻關(guān)，從關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵元器件、智能傳感器、智能決策與控制技術(shù)、特殊材料與制造工藝、智能制造技術(shù)、設(shè)備的適應(yīng)性與可靠性關(guān)鍵技術(shù)等方面開展產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新，不斷研發(fā)新裝備，為智能化煤礦建設(shè)提供可靠的技術(shù)與裝備保障。

4.3 管理機(jī)制與規(guī)范

根據(jù)煤礦賦存條件、資源儲(chǔ)量、生產(chǎn)能力等情況，采用不同條件的智能化煤礦建設(shè)模式，制定不同類別、模式智能化建設(shè)技術(shù)路徑與激勵(lì)政策，開展智能化示范煤礦建設(shè)。加快建設(shè)智能化業(yè)務(wù)平臺(tái)、管理平臺(tái)、運(yùn)營平臺(tái)，努力實(shí)現(xiàn)煤礦專業(yè)化管理、集約化經(jīng)營和科學(xué)化發(fā)展。加強(qiáng)信息安全建設(shè)，為信息應(yīng)用和共享奠定安全基礎(chǔ)。

4.4 資金投入

加大智能化煤礦資金支持力度。設(shè)立煤礦智能化專項(xiàng)資金，優(yōu)先支持煤礦智能化技術(shù)與裝備研發(fā)、工程建設(shè)等項(xiàng)目，將煤礦智能化裝備納入國家智能制造發(fā)展規(guī)劃，對(duì)高端綜采綜掘智能化裝備、重大災(zāi)害應(yīng)急救援智能裝備等重大裝備研發(fā)和應(yīng)用給予財(cái)稅政策支持。每個(gè)智能化礦井建設(shè)根據(jù)實(shí)際情況給予配套資金支持，優(yōu)先安排項(xiàng)目資金、成果評(píng)價(jià)及驗(yàn)收推廣等事宜；在下達(dá)產(chǎn)量計(jì)劃、核增產(chǎn)能、相關(guān)指標(biāo)及重點(diǎn)工作任務(wù)方面，應(yīng)充分考慮煤礦智能化建設(shè)水平、試驗(yàn)運(yùn)行狀況、管理變革、人才建設(shè)等方面因素。對(duì)相關(guān)單位列入智能化煤礦建設(shè)及技術(shù)研發(fā)方面投入的資金，應(yīng)給予視同研發(fā)投入的政策支持。

同時(shí)，應(yīng)充分考慮煤礦所在區(qū)域、建設(shè)規(guī)模、煤層地質(zhì)賦存條件、生產(chǎn)技術(shù)條件等不平衡性，以及各指標(biāo)要素對(duì)智能化主系統(tǒng)影響程度的差異性，引導(dǎo)企業(yè)進(jìn)行科學(xué)合理的智能化建設(shè)投資。

4.5 運(yùn)行維護(hù)保障

推進(jìn)運(yùn)行維護(hù)體系建設(shè)，形成信息技術(shù)人員和業(yè)務(wù)骨干相結(jié)合的聯(lián)合運(yùn)行維護(hù)團(tuán)隊(duì)。設(shè)置煤礦智能化專職業(yè)務(wù)部門，負(fù)責(zé)本礦井的智能化建設(shè)和管理。建設(shè)生產(chǎn)過程精益化管理體系，加強(qiáng)生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行、維修、保養(yǎng)精細(xì)化管理，形成智能化煤礦的管理、運(yùn)行保障條件；加強(qiáng)運(yùn)維人才培養(yǎng)，支撐新技術(shù)、新裝備應(yīng)用，以期為智能化煤礦的管理、運(yùn)行提供保障。組織建設(shè)全國煤礦大數(shù)據(jù)中心及應(yīng)用云平臺(tái)，形成智能化煤礦高質(zhì)量運(yùn)行的新模式。

4.6 人才培養(yǎng)及崗位培訓(xùn)

高層次人才隊(duì)伍是推動(dòng)煤礦智能化建設(shè)和行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的最重要力量。亟需建立煤炭行業(yè)新時(shí)期人才體系，加快培養(yǎng)領(lǐng)軍人才，開發(fā)高層次、高技能、復(fù)合型的煤炭工業(yè)創(chuàng)新人才。加大自有人才培養(yǎng)力度，設(shè)立智能化開采技術(shù)培訓(xùn)平臺(tái)，培養(yǎng)既懂煤炭生產(chǎn)工藝又具有自動(dòng)化、信息化研發(fā)能力的復(fù)合型人才；在生產(chǎn)服務(wù)方面培養(yǎng)滿足工作面智能化開采現(xiàn)場(chǎng)需求，懂生產(chǎn)、能管理、全面掌握工作面生產(chǎn)設(shè)備、熟悉工藝、熟練應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的復(fù)合型人才。加大人才激勵(lì)以及引進(jìn)力度，以工匠精神和勞模引領(lǐng)為突破口，加強(qiáng)專業(yè)技術(shù)和高技能人才培育，在職級(jí)評(píng)定、工資待遇等方面向智能化開采技術(shù)研發(fā)及服務(wù)人員傾斜。

4.7 效果評(píng)價(jià)與檢驗(yàn)

智能化建設(shè)是一個(gè)逐步完善的過程，需要在完成某些階段的建設(shè)任務(wù)后進(jìn)行效果的評(píng)價(jià)和檢驗(yàn)，以便及時(shí)掌握整體建設(shè)方向、調(diào)整后續(xù)建設(shè)內(nèi)容。智能化建設(shè)效果受到地質(zhì)條件、技術(shù)進(jìn)步、運(yùn)行管理、資金支持、人才素質(zhì)等多種因素影響，不同條件礦井的建設(shè)難易程度和最終效果存在很大差異，很難用單一標(biāo)準(zhǔn)對(duì)所有煤礦的智能化建設(shè)水平進(jìn)行評(píng)價(jià)。因此，需針對(duì)不同的系統(tǒng)制定分類、分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。目前已完成《煤礦智能化標(biāo)準(zhǔn)體系》，制定了《智能化煤礦分類、分級(jí)技術(shù)條件與評(píng)價(jià)》《智能化采煤工作面分類、分級(jí)技術(shù)條件與評(píng)價(jià)》。后續(xù)還需對(duì)掘進(jìn)、災(zāi)害感知、綜合管控平臺(tái)、大數(shù)據(jù)系統(tǒng)等進(jìn)行分類、分級(jí)。