2020 年2 月，國(guó)家發(fā)展改革委等八部委聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，明確了煤礦智能化發(fā)展目標(biāo)和任務(wù);2020 年9 月召開(kāi)的全國(guó)煤礦智能化現(xiàn)場(chǎng)推進(jìn)會(huì)進(jìn)一步明確提出了加快推進(jìn)智能化煤礦建設(shè)的要求，全面推動(dòng)了我國(guó)煤礦智能化發(fā)展。但是，我國(guó)煤礦智能化建設(shè)仍處于培育示范階段，發(fā)展還不充分、不平衡，總體水平還不高，距離實(shí)現(xiàn)全面智能化還有很大差距。目前，我國(guó)煤礦智能化建設(shè)還存在諸多“痛點(diǎn)”。

近日，王國(guó)法院士團(tuán)隊(duì)在《工礦自動(dòng)化》2021年第6期撰文《煤礦智能化十大“痛點(diǎn)”解析及對(duì)策》，對(duì)煤礦智能化發(fā)展中的主要“痛點(diǎn)”問(wèn)題進(jìn)行解析，并提出了相關(guān)對(duì)策及發(fā)展方向。這篇文章也是《工礦自動(dòng)化》2021年第6期“煤礦智能化技術(shù)與應(yīng)用”專(zhuān)題17篇特邀稿件中的一篇。

智能化綜合管控平臺(tái)是智能化煤礦的核心，雖然大型煤炭基地各煤礦的煤層賦存條件、建設(shè)規(guī)模、系統(tǒng)組成與功能等一般存在較大差異，但不同礦井的智能化綜合管控平臺(tái)可以采用統(tǒng)一的技術(shù)架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用微服務(wù)的思想對(duì)系統(tǒng)組成、功能等進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，形成技術(shù)架構(gòu)統(tǒng)一、功能模塊有增減、硬件參數(shù)有差異的統(tǒng)一智能化綜合管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)大型煤炭基地智能化煤礦的統(tǒng)一采購(gòu)、統(tǒng)一建設(shè)、綜合運(yùn)維。

智能化綜合管控平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)

部分地區(qū)和煤礦企業(yè)對(duì)智能化還不夠重視，思想上因循守舊，沒(méi)有認(rèn)識(shí)到智能化是煤炭行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，片面強(qiáng)調(diào)智能化建設(shè)投入大、技術(shù)難、要求高，甚至是面子工程，沒(méi)有算清長(zhǎng)遠(yuǎn)賬、安全賬、民生賬，既怕增加負(fù)擔(dān)影響經(jīng)濟(jì)效益，又怕承擔(dān)失敗的風(fēng)險(xiǎn)，有畏難情緒和消極心理，對(duì)煤礦智能化工作不夠主動(dòng)，智能化建設(shè)發(fā)展相對(duì)滯后。

智能化煤礦的顯著特征是現(xiàn)代信息、人工智能、控制技術(shù)與采礦技術(shù)的深度融合，智能化煤礦建設(shè)是高新技術(shù)融入礦山場(chǎng)景、漸進(jìn)迭代發(fā)展的過(guò)程，是一個(gè)不斷進(jìn)步的過(guò)程，不是一次性結(jié)果，不是“基建交鑰匙工程”。

機(jī)械化、自動(dòng)化、信息化和數(shù)字化是智能化的基礎(chǔ)和內(nèi)涵，對(duì)煤礦智能化認(rèn)識(shí)和理念的不統(tǒng)一，本質(zhì)上并不是對(duì)智能化概念的糾纏，而是因循守舊的保守思維與技術(shù)變革的不適應(yīng)，在煤礦智能化發(fā)展尚不充分，一些技術(shù)裝備還不完善的初級(jí)階段，是自然會(huì)存在的分歧，全面否定和概念濫用是2 種典型的表現(xiàn)形式，這與煤礦綜合機(jī)械化發(fā)展之初是一樣的。

由于我國(guó)煤層賦存條件復(fù)雜多樣，不同煤層賦存條件礦井開(kāi)展智能化建設(shè)的技術(shù)路徑、難易程度、效果等均不相同[25]。目前，我國(guó)煤礦智能化發(fā)展不平衡，主要體現(xiàn)在：不同礦區(qū)智能化建設(shè)基礎(chǔ)不平衡;不同地區(qū)智能化建設(shè)水平發(fā)展不平衡;煤礦不同系統(tǒng)的智能化水平發(fā)展不平衡;智能化技術(shù)需求與技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀不平衡;軟件開(kāi)發(fā)速度明顯滯后于硬件的投入不平衡;煤礦智能化相關(guān)投入與產(chǎn)出比不平衡。

5G 作為新一代信息技術(shù)，具有大帶寬、廣連接、低時(shí)延等顯著優(yōu)點(diǎn)，聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)切片、邊緣計(jì)算等核心技術(shù)，可以為垂直行業(yè)帶來(lái)變革性的應(yīng)用場(chǎng)景。煤礦5G 應(yīng)用經(jīng)過(guò)第一階段的探索和實(shí)踐取得了很多寶貴經(jīng)驗(yàn)，但經(jīng)過(guò)第一階段的研究探索也總結(jié)發(fā)現(xiàn)了諸多實(shí)際問(wèn)題;不同廠商的5G 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)不統(tǒng)一;5G 應(yīng)用場(chǎng)景有待挖掘;5G 技術(shù)及終端生態(tài)匱乏。

“透明地質(zhì)”或“透明工作面”的概念為煤礦智能開(kāi)采的地質(zhì)保障提供了希望，地質(zhì)探測(cè)技術(shù)與裝備的智能化、探測(cè)信息的數(shù)字化、模型化及地質(zhì)信息與工程信息的有效融合，是“透明地質(zhì)”或“透明工作面”的基礎(chǔ)。目前，受地質(zhì)探測(cè)理論、技術(shù)與裝備發(fā)展水平的限制，“透明地質(zhì)”技術(shù)保障支撐能力明顯不足：地質(zhì)數(shù)據(jù)尚未全部實(shí)現(xiàn)數(shù)字化;地質(zhì)探測(cè)技術(shù)的探測(cè)精度、范圍尚難以滿足煤礦智能化建設(shè)要求;地質(zhì)體三維高精度建模技術(shù)有待提升;現(xiàn)有技術(shù)難以建立高精度“透明地質(zhì)”模型;地質(zhì)信息與工程信息尚未實(shí)現(xiàn)融合;地質(zhì)探測(cè)技術(shù)與裝備的智能化程度較低。

目前，我國(guó)煤礦巷道掘進(jìn)的機(jī)械化程度約為60%，普遍存在采掘失衡、掘支失衡等問(wèn)題，巷道掘進(jìn)智能化尚處于起步階段，主要表現(xiàn)在：掘進(jìn)工作面空間狹小、作業(yè)工序復(fù)雜，掘、支、錨、運(yùn)協(xié)同作業(yè)困難;截割與支護(hù)設(shè)備的可靠性、適應(yīng)性有待提高;強(qiáng)干擾、高粉塵、狹長(zhǎng)作業(yè)空間難以實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)設(shè)備的定姿、定位;智能化快速掘進(jìn)相關(guān)技術(shù)與裝備投入低，技術(shù)進(jìn)步緩慢。

截至2020 年上半年，我國(guó)已經(jīng)建成不同類(lèi)型、不同模式、不同效果的智能化綜采工作面338 個(gè)，形成了4 種智能化工作面開(kāi)采模式，但工作面智能化開(kāi)采效果仍有待進(jìn)一步提高，主要表現(xiàn)在：綜放工作面智能化放頂煤技術(shù)一直未能有效突破;煤機(jī)裝備的可靠性及自適應(yīng)控制技術(shù)有待突破;智能化開(kāi)采技術(shù)對(duì)復(fù)雜煤層條件的適應(yīng)性差，綜采設(shè)備群智能協(xié)同控制效果有待提升;工作面端頭支架、超前支架智能化水平較低;工作面上各類(lèi)傳感器、攝像頭等相關(guān)感知信息的有效利用率較低，工作面設(shè)備的智能決策能力有待提升。

智能化煤礦需要建設(shè)基礎(chǔ)應(yīng)用平臺(tái)、掘進(jìn)系統(tǒng)、開(kāi)采系統(tǒng)等近百個(gè)子系統(tǒng)，是一個(gè)復(fù)雜的巨系統(tǒng)，不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)兼容、網(wǎng)絡(luò)兼容、業(yè)務(wù)兼容和控制兼容效果較差，難以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間智能協(xié)同作業(yè)，主要表現(xiàn)在：數(shù)據(jù)格式尚未實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一；網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議兼容性差;業(yè)務(wù)系統(tǒng)兼容性較差;系統(tǒng)間協(xié)同控制兼容性差。

煤礦機(jī)器人是一種依靠自身動(dòng)力和控制能力實(shí)現(xiàn)某種特定采礦功能的機(jī)器，應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)將工人從繁重危險(xiǎn)的地下采礦作業(yè)中解放出來(lái)是實(shí)現(xiàn)煤礦智能化的重要途徑，井上下智能機(jī)器人作業(yè)技術(shù)有待突破，主要表現(xiàn)在：(1)井下機(jī)器人精準(zhǔn)定位、自主感知與決策、精準(zhǔn)導(dǎo)航與調(diào)度、機(jī)器人避障、機(jī)器人集群管控與續(xù)航管理、輕型防爆材料等相關(guān)技術(shù)尚未獲得突破;(2)現(xiàn)有煤礦機(jī)器人主要通過(guò)集成各類(lèi)傳感器對(duì)井下各類(lèi)環(huán)境信息進(jìn)行感知，功能比較單一，主要具備信息采集功能，智能化程度較低;受到井下防爆要求，現(xiàn)有井下機(jī)器人比較笨重，靈活性較差，對(duì)復(fù)雜煤層條件的適應(yīng)性較差;(3)井下機(jī)器人主要以巡檢為主，且多為軌道巡檢機(jī)器人，性能有待提升，掘進(jìn)機(jī)器人、噴漿機(jī)器人、支護(hù)機(jī)器人、救援機(jī)器人等相關(guān)機(jī)器人亟待開(kāi)發(fā)。

目前，智能化煤礦建設(shè)仍然采用傳統(tǒng)的管理模式，受我國(guó)人口老齡化、勞動(dòng)力不足等因素的影響，煤礦智能化專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才不足，主要表現(xiàn)在：傳統(tǒng)管理模式難以適應(yīng)智能化煤礦;煤礦缺少智能化專(zhuān)業(yè)職能部門(mén);智能化煤礦從業(yè)人員整體技術(shù)水平偏低;智能化人才培養(yǎng)體系不健全;缺少專(zhuān)業(yè)化運(yùn)維團(tuán)隊(duì)。

煤礦智能化建設(shè)需要較大的資金投入，但是一些效益較差的企業(yè)智能化發(fā)展資金不足，特別是短期收益不明顯，影響企業(yè)投入的決心，主要表現(xiàn)在：(1)煤礦智能化投入整體強(qiáng)度仍然偏低，企業(yè)間差距較大;(2)煤礦智能化短期主要表現(xiàn)為安全效益，經(jīng)濟(jì)效益不顯著;(3)智能化煤礦運(yùn)營(yíng)過(guò)程中形成的大量數(shù)據(jù)資源價(jià)值尚未得到充分挖掘;(4)缺少客觀、專(zhuān)業(yè)、真實(shí)反映煤礦智能化投入與效益的評(píng)價(jià)方法。

(1) 建立智能化煤礦建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)規(guī)范體系。規(guī)范智能化煤礦數(shù)據(jù)中心、主干網(wǎng)絡(luò)、云平臺(tái)、井下人員與設(shè)備定位、智能化地質(zhì)保障系統(tǒng)、智能化掘進(jìn)、智能化采煤、智能化主煤流運(yùn)輸、智能化輔助運(yùn)輸、智能化供電、智能化排水、智能化通風(fēng)、智能化安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控，制定智能化煤礦建設(shè)指南，為智能化煤礦建設(shè)提供標(biāo)準(zhǔn)指引。

(2) 基于微服務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)思想，開(kāi)發(fā)應(yīng)用統(tǒng)一技術(shù)架構(gòu)的智能化煤礦綜合管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)化、控制自動(dòng)化、管理信息化、業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)自動(dòng)化、知識(shí)模型化、決策智能化的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)煤礦井下各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合共享與統(tǒng)一協(xié)調(diào)管控。

(3) 研究應(yīng)用5G+F5G+WiFi6 的高效、高可靠性融合組網(wǎng)技術(shù)，研究5G 等新一代無(wú)線通信技術(shù)在煤礦井下不同應(yīng)用場(chǎng)景的可行性及應(yīng)用前景，開(kāi)展井上下5G 應(yīng)用場(chǎng)景研發(fā)與示范。研究煤炭板塊云、數(shù)據(jù)中心建設(shè)技術(shù)，構(gòu)建智能化煤礦知識(shí)圖譜，為煤礦各系統(tǒng)的智能分析決策提供支撐。

(4) 開(kāi)展井上下瓦斯智能抽采技術(shù)與裝備、精細(xì)探測(cè)及全息數(shù)字化三維地質(zhì)模型構(gòu)建技術(shù)、煤礦高精度地質(zhì)模型構(gòu)建技術(shù)、基于4D-GIS 的采掘工程數(shù)據(jù)自動(dòng)處理與實(shí)時(shí)更新技術(shù)、GIS 與BIM 融合技術(shù)等，為煤礦智能化提供地質(zhì)信息與工程信息支撐。

(5) 開(kāi)展不同類(lèi)型煤層賦存條件巷道快速掘進(jìn)基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵共性技術(shù)、裝備的研發(fā)與應(yīng)用，重點(diǎn)突破掘支平行作業(yè)關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn);開(kāi)展基于5G 數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹悄芑蜻M(jìn)機(jī)與全自動(dòng)錨桿(索)鉆車(chē)、基于UWB(Ultra WideBand，超寬帶)技術(shù)的掘進(jìn)機(jī)精確定位、智能截割、遠(yuǎn)程集中控制等技術(shù)的研究應(yīng)用，探索適應(yīng)不同煤層條件的智能掘進(jìn)新模式。

(6) 研發(fā)帶式輸送機(jī)智能變頻調(diào)速技術(shù)、智能綜合保護(hù)技術(shù)、井下人員與車(chē)輛精準(zhǔn)定位技術(shù)、機(jī)車(chē)智能調(diào)度系統(tǒng)、基于5G 的無(wú)軌膠輪車(chē)無(wú)人駕駛技術(shù)與智能調(diào)度技術(shù)、基于5G 與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的機(jī)車(chē)遙控駕駛技術(shù)及機(jī)車(chē)無(wú)人駕駛配套技術(shù)與裝備、智能倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)等，提高主輔運(yùn)輸系統(tǒng)智能化水平。

(7) 研究主供電系統(tǒng)遠(yuǎn)程集控技術(shù)、電能大數(shù)據(jù)分析與監(jiān)控管理技術(shù)、礦井災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)智能分級(jí)管控與預(yù)警技術(shù)、煤自燃智能監(jiān)測(cè)預(yù)警與主動(dòng)分級(jí)防控技術(shù)、高精度沖擊地壓智能監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)與裝備、礦井大型機(jī)電設(shè)備全生命周期智能管理技術(shù)與系統(tǒng)等，提高礦井安全保障水平及智能化水平。

(8) 研發(fā)應(yīng)用選煤廠重介密度、跳汰分選、浮選及加藥、粗煤泥分選、濃縮系統(tǒng)及加藥、沉降處理、裝車(chē)配煤系統(tǒng)、干燥系統(tǒng)、壓濾機(jī)集群等工藝過(guò)程的智能化控制技術(shù)與裝備，研發(fā)選煤廠安全生產(chǎn)監(jiān)控聯(lián)動(dòng)平臺(tái)、基于大數(shù)據(jù)的智能選煤決策平臺(tái)、商品煤智能檢驗(yàn)與管控體系、選煤系統(tǒng)數(shù)字孿生技術(shù)與裝備等，實(shí)現(xiàn)選煤廠無(wú)人值守作業(yè)。

(9) 推廣應(yīng)用井上下機(jī)器人作業(yè)技術(shù)，研發(fā)井下錨、鉆、噴漿類(lèi)機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)鉆錨作業(yè)的機(jī)器人化;研發(fā)探水鉆孔、防突鉆孔、防沖鉆孔等鉆探機(jī)器人，解決鉆孔機(jī)器人的井下自主移動(dòng)、導(dǎo)航定位、自動(dòng)鉆進(jìn)等問(wèn)題;研發(fā)巷道清理機(jī)器人、煤倉(cāng)清理機(jī)器人、水倉(cāng)清理機(jī)器人，大幅降低井下作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

(10) 研發(fā)智能裝備和機(jī)器人從設(shè)計(jì)到使用全生命周期管理系統(tǒng)，對(duì)設(shè)備全壽命過(guò)程的健康狀況進(jìn)行管理與預(yù)測(cè)，并根據(jù)設(shè)備健康特征對(duì)維修策略進(jìn)行決策并給出合理維修建議，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦全工位機(jī)電設(shè)備健康智能管理。

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