7月28日，國家能源局和國家煤礦安全監(jiān)察局下發(fā)《關于開展首批智能化示范煤礦建設推薦工作有關事項的通知》(簡稱《通知》)，從國家層面組織相關單位開展首批智能化示范煤礦建設?！锻ㄖ诽岢?，到2021年底，將建成多種類型、不同模式的智能化示范煤礦，初步形成煤礦開拓設計、地質保障、生產、安全等主要環(huán)節(jié)的信息化傳輸、自動化運行技術體系，基本實現(xiàn)掘進工作面減人提效、綜采工作面內少人或無人操作、井下和露天煤礦固定崗位的無人值守與遠程監(jiān)控。
智能礦山是未來煤炭企業(yè)升級發(fā)展的必然趨勢，智能化技術將從根本上改變煤礦工人的作業(yè)方式和工作條件。近年來，我國對煤礦智能化技術進行了大量的研究，在井工煤礦采煤、掘進智能化工作面和露天煤礦遠程自動化采煤、無人駕駛等技術取得了突破性進展，對于提升煤礦安全生產水平、提升企業(yè)效率效益和保障煤炭穩(wěn)定供應具有重要的意義。
智能化綜采工作面
2019年10月21日，黃陵礦業(yè)集團有限責任公司聯(lián)合應急管理部煤礦智能化開采技術創(chuàng)新中心、華北科技學院發(fā)布了全國首個“智能化無人綜采工作面”企業(yè)標準(簡稱智能工作面標準)，首次對“智能化無人綜采”“綜合智能化控制系統(tǒng)”“記憶截割”“自動跟機”“機架協(xié)同”“監(jiān)控中心”“地面指揮控制中心”“井下監(jiān)控中心”作出定義，創(chuàng)新提出了“智能化無人綜采工作面”技術標準，是煤炭行業(yè)首個關于智能化開采領域的技術標準，填補了國內煤炭行業(yè)智能化無人開采工作面標準的空白，達到了國際領先水平。
《通知》要求：采煤工作面液壓支架配備電液控制系統(tǒng)，采煤機和刮板輸送機具備狀態(tài)監(jiān)測、遠程控制、故障診斷功能，乳化液泵具備流量調節(jié)功能，工作面各設備具備協(xié)同控制功能，已實現(xiàn)或部分實現(xiàn)遠程操控。
業(yè)內認為智能化綜采工作面系統(tǒng)的集成主要是以綜采工作面智能控制系統(tǒng)為核心，同時將采煤機控制系統(tǒng)、支架電液控制系統(tǒng)、工作面“三機”通信控制系統(tǒng)、運輸控制系統(tǒng)、泵站控制系統(tǒng)和供電系統(tǒng)進行集成，最終實現(xiàn)對綜合機械化采煤工作面設備的協(xié)調管理與集中控制。集成系統(tǒng)在地面的調度中心建立綜采工作面檢測控制平臺，以實現(xiàn)工作面的設備檢測、診斷和數(shù)據分析、數(shù)據發(fā)布等功能。
參照“智能工作面標準”，我國一些煤礦積極推行智能工作面建設。應急管理部辦公廳負責人李豪文近日透露，三年后，煤礦的采煤、掘井智能化工作面將由目前的280處達到1000處，這部分煤礦的產能將占到10億至15億噸。到2025年，大型煤礦和災害嚴重煤礦基本實現(xiàn)智能化。
目前我國建設智能化綜采工作面的有國家能源集團寧煤金鳳煤礦、黃陵礦業(yè)集團二號煤礦、同煤集團同忻煤礦、山能集團菏澤郭屯煤礦、淮河礦業(yè)集團張集煤礦等。
同忻煤礦實現(xiàn)智能化綜放工作面關鍵技術突破，一名工人可完成五名工人的工作量，達到“5G下井，工人出井”。把井下放煤控制設備全部搬到了地面聯(lián)合樓創(chuàng)新工作室里，真正實現(xiàn)了井下放煤與地面操控同頻共振。智能化綜放工作面關鍵技術榮獲中國煤炭工業(yè)協(xié)會“千萬噸級綜放工作面關鍵技術及示范工程項目科學技術一等獎”。
2020年6月22日，國家能源集團神東煤炭榆家梁煤礦43101薄煤層綜采工作面貫通，成為國內首個貫通的智能化薄煤層綜采工作面。這里煤層厚度僅有1.0~1.7米，支架下供人行走的通道高約1.2米、寬約0.8米，上下兩邊都是液壓支架及設備構筑的“銅墻鐵壁”。在這個長達351米的工作面上，井下的工作人員基本靠“鉆”“爬”“跪”。煤礦科研人員在“采煤機記憶割煤、支架自動跟機拉架、遠程干預控制”的基礎上，首創(chuàng)性采用“精確三維地質模型和掃描構建工作面絕對坐標數(shù)字模型的自主智能割煤”技術，較大程度解決了智能化開采煤巖無法識別的難題。另外工作面配有特種機器人代人巡檢，初步實現(xiàn)了工作面無人化開采，為國內外薄煤層和較薄煤層開采提供了技術依據和參考經驗。
目前智能化無人開采技術在煤礦已經逐漸常態(tài)化，這一技術成果的成功應用，為生產一線的工人帶來了諸多利好，安全性大大提高，主要表現(xiàn)在以下方面。
1.采煤工作面液壓支架配備電液控制系統(tǒng)徹底顛覆了過去的工作方式，在黃陵一號礦，原來五人的作業(yè)量現(xiàn)在一人就可以完成，遠程干預作業(yè)方式、自動跟機作業(yè)代替了原來的穿梭支架作業(yè)方式及人工操作，職工勞動強度大幅減輕，工作效率大大提升。避免了過去井下操作時各種自然災害的威脅，將采煤機司機從危險的環(huán)境中解放出來，改變了煤礦工人的行業(yè)形象，也提升了安全系數(shù)。
2.故障診斷預警及時排除故障。以前井下大型綜采設備監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)不完善，設備出現(xiàn)故障，很難在第一時間查出故障點，需要停機檢修，影響正常生產?，F(xiàn)在設備出現(xiàn)故障預警或因故障停機后，檢修工根據綜采工作面“三機”故障診斷系統(tǒng)很快判斷設備的故障點在哪里，第一時間排除故障，確保設備正常開機，保證原煤正?；夭?。
3.安全管理與生產效率雙提升?！爸悄芑夹g的運用，將工人從直接面對高風險的環(huán)境和高強度的體力勞動中解放出來，既保障了員工安全，也提高了生產效率?！辟F州發(fā)耳煤業(yè)有限公司總經理肖國強說?，F(xiàn)在全方位、全過程、全時刻、多視角的掌握井下生產動態(tài)代替了過去跟班隊長匯報井下生產動態(tài)，遠程干預、超前預控管理代替了依托人的現(xiàn)場管理方式，生產任務也在安全系數(shù)更大的環(huán)境下輕松完成。
智能化掘進工作面
《通知》要求：掘進工作面設備具備狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷和自動控制功能。
近年來，相對于國內煤礦輔助生產系統(tǒng)和綜采技術裝備自動化、信息化、智能化的快速發(fā)展，掘進智能化技術進展相對緩慢。這與兩者的工作環(huán)境有一定關聯(lián)。一般而言，掘進比開采面臨的環(huán)境要復雜得多，在行業(yè)內，采掘工期比例一般為1:3，工序比較繁雜，包括截割、支護、運輸、通風除塵、安全管控等工序，智能化也更難展開。國內研究掘進智能化的科研院所和企業(yè)目前大多側重于實現(xiàn)視頻管理功能與遠程監(jiān)控功能，相對而言，掘錨一體化、掘支運三位一體高效快速掘進系統(tǒng)則取得一定程度的工藝與裝備創(chuàng)新。
國外煤礦掘進工作面技術裝備仍處于半自動化水平，目前尚無智能快速掘進成套技術與裝備。國內在重型掘進機、連續(xù)采煤機、全斷面掘進機研制和應用方面有一定突破。掘進自動化技術在遠程可視控制、自動截割輪廓成形控制、遙控、工況監(jiān)測等技術方面有一定突破，但智能掘進技術工業(yè)化應用尚未取得實質性突破，成套智能快速掘進裝備應用尚處在起步階段。目前國內代表性的設備及系統(tǒng)有中國鐵建重工快速掘錨成套裝備、三一重裝遠程智能控制掘進機、中國煤炭科工集團太原研究院“掘支運三位一體高效快速掘進系統(tǒng)”、山西科達自控“掘進工作面遠程監(jiān)控系統(tǒng)”。高效掘進技術在國能、中煤、陜煤、河南能源、山能集團等公司項目的不同地質條件下有示范應用。
隨著智能化技術在現(xiàn)代工業(yè)的廣泛應用，三一重裝國際控股有限公司開始著力研發(fā)無人化、自動化、智能化的礦用設備，并在2019年正式推出了掘進機遠程智能控制系統(tǒng)。2019年末，掘進機遠程智能控制系統(tǒng)在河南能源化工集團趙固二礦11012工作面正式投入使用，開辟了全新的掘進工作模式。
2020年5月，河南省首個智能化掘進工作面，趙固二礦11012上順槽掘進工作面通過驗收。該工作面利用可視化技術，全方位展現(xiàn)掘進工作面場景，以激光指向為基準，自動規(guī)劃截割路徑及控制，并對截割軌跡實時監(jiān)測、截割斷面自動定位，實現(xiàn)作業(yè)人員遠離危險作業(yè)區(qū)域，在遇到水、火、瓦斯等重大災害事故時，可最大程度減少人員傷亡，減少作業(yè)人員接觸煤塵時間，降低職業(yè)病發(fā)病率。同時實現(xiàn)了掘進自動化、成巷標準化，開辟了全新的掘進工作模式。
智能化掘進工作面項目的成功應用，為國內綜掘智能化建設提供了示范工程，提高了我國煤機裝備的智能化水平，為綜掘工作面最終實現(xiàn)煤礦巷道掘進施工的少人化、無人化奠定技術基礎。
中國煤炭科工集團首席科學家王虹提出：充分運用5G、云計算、大數(shù)據、物聯(lián)網、人工智能，打造協(xié)同、智能、高效、安全的智能掘進工作面。未來智能化無人掘進可分兩步走：一是可視遠程干預、智能自適應，二是利用動態(tài)支護、掘錨機器人、煤礦盾構、大巷遠程控制技術打造智能開采、掘進先行的新趨勢。
露天煤礦自動采礦和無人駕駛技術
《通知》提出：露天生產礦智能化生產系統(tǒng)應實現(xiàn)動態(tài)調度，采場設備具備協(xié)同控制功能，采場爆破實現(xiàn)遠程監(jiān)控和危險預警，運輸車輛具備實時定位功能，煤流運輸線實現(xiàn)集中控制，排土和卸煤設備具備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷功能。
2020年3月，國家發(fā)展改革委員會等八部委發(fā)布了《關于加快煤礦智能化發(fā)展指導意見》，其中提到：到2025年，大型露天煤礦實現(xiàn)智能連續(xù)作業(yè)和無人化運輸。通過礦用無人駕駛車輛的應用，構建無人駕駛作業(yè)集群，可以有效減少工程現(xiàn)場作業(yè)人員數(shù)量，提升人員安全水平，減少甚至杜絕礦區(qū)運輸環(huán)節(jié)的安全生產事故。
礦區(qū)無人駕駛車輛主要指的是無人駕駛礦卡，該產品作為智慧礦區(qū)的一個子模塊，解決礦區(qū)的運輸問題，直接關系到礦區(qū)的采礦效率，所以礦區(qū)都非常重視。一方面無人駕駛可以減少礦區(qū)的安全事故，另一方面可以改善司機的工作環(huán)境，減少司機的人員成本。
美國卡特彼勒公司在1996年推出了第一輛無人駕駛礦用卡車，無人駕駛技術便開始在國外礦山建設開發(fā)中得到應用和發(fā)展。近年來，國務院和相關政府主管部門陸續(xù)頒布了多項鼓勵礦山信息化、數(shù)字化和無人化建設的發(fā)展規(guī)劃，越來越多的中國公司加入礦用無人駕駛車輛、技術方案的開發(fā)。隨著人工智能技術、傳感器性能、通訊速度的迭代升級，無人駕駛技術和車輛已經在內蒙古、新疆、河南等地的多個礦區(qū)落地運營。
國家能源集團、中煤集團、華能集團、河南能源化工集團等數(shù)十家礦業(yè)生產企業(yè)都已經在積極探索智慧礦山，部署“5G+無人駕駛”示范試點應用。礦用無人駕駛運營方面，與國外主要由重型機械制造商主導不同，在國內，這個市場涌現(xiàn)出易控智駕、踏歌智行、躍薪智能、盟識科技等多家礦用無人駕駛科技公司。
盟識(上海)科技有限公司與博雷頓科技有限公司聯(lián)合開發(fā)的無人駕駛純電礦卡(型號為BRTI95E)，是礦山行業(yè)最主流的百噸級寬體礦卡車型，長9.3米，寬3.7米，高4.4米，標載65噸。BRTI95E額定輸出功率420千瓦，動力充沛、無換擋沖擊、駕駛平穩(wěn)連貫，非常適合無人駕駛控制。標配350.1千瓦時磷酸鐵鋰電池，充電時間約1小時，在重載下坡工況可以實現(xiàn)1天以上充一次電，節(jié)油率可以超過85%，對于能源消耗占比很高的礦山場景，配合無人駕駛技術，極具節(jié)能降本優(yōu)勢。
崎嶇的路況，艱苦的條件，沉重的卡車，煤礦招聘運煤司機困難重重。無人駕駛+5G技術，徹底解決煤礦的運輸難題。雷達和高清攝像頭是礦車的“眼睛”，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)為礦車指路，“云端大腦”保障生產安全有序，礦產資源開采迎來智能時代。
在鄂爾多斯達拉特旗一家露天煤礦，數(shù)十輛無人駕駛礦車在礦區(qū)穿梭，完成礦產運輸。據了解，這是一種基于5G技術的無人礦車駕駛系統(tǒng)，技術人員可以一人操控多車在固定路線進行無人駕駛運輸。露天礦無人駕駛技術的應用解決了以下安全生產中的問題。
1.減人提效。大部分露天礦作業(yè)環(huán)境惡劣、危險系數(shù)高，招募運輸司機和管理比較困難。礦車無人駕駛技術可以很好解決這一問題，不僅能節(jié)約司機工資和后勤管理成本，同時車輛利用率和作業(yè)效率亦有大幅度提升。比如澳大利亞礦業(yè)技術集團在2017年初稱，在其礦上，人工駕駛每輛礦卡每年可工作5500~6000小時，而在無人化后每年能工作7000小時。在節(jié)省司機成本、提升車輛效率的同時，無人駕駛車輛燃料和維護成本也大幅降低。據澳大利亞鐵礦石出口商FMG集團測算，其137臺自動駕駛礦車生產效率比傳統(tǒng)人工運輸提升了30%。巴西著名鐵礦石生產和出口商淡水河谷公司給出的數(shù)據是：無人駕駛還可使燃料成本下降10%以上、使車輛維護費用降低10%、使輪胎磨損降低25%。
2.符合綠色礦山建設要求。我國綠色礦山建設要求露天礦山建設有無人駕駛礦車系統(tǒng)。無人駕駛系統(tǒng)還能幫助礦山企業(yè)優(yōu)化業(yè)務管理流程，提升整體生產經營管理和決策水平;形成集中管控，對汽車運輸、協(xié)同生產、應急處理等生產過程進行全面監(jiān)測和集中控制;優(yōu)化剝離、采裝、運輸和地面生產過程，提高資源利用率，實現(xiàn)節(jié)能減排、綠色開采。
煤礦大腦，用智能化守護安全生產
《通知》要求：煤礦信息管理網主干網絡傳輸速率應不低于1000兆比特每秒;已建成或部分建成集生產、安全、調度、設備管理、人員位置、洗選、儲裝運等為一體的煤礦綜合管控信息平臺，具備對井上下各系統(tǒng)統(tǒng)一協(xié)調管控的條件。
近年來，智能化建設的新高潮正在全國興起，企業(yè)的積極性空前高漲，走智能化發(fā)展道路是所有產業(yè)的最佳選擇。在煤礦智能化的浪潮下，由精英數(shù)智科技股份有限公司與華為、煤科院聯(lián)合打造的“煤礦大腦”已在多地多礦投入使用，“煤礦大腦”通過先進的云、邊、端一體化架構打造煤礦安全態(tài)勢感知與信息共享體系化協(xié)同的“大腦”，依托人工智能視頻識別和智能感知技術，實現(xiàn)煤礦安全隱患智能感知及告警、決策，解決煤礦安全生產問題，智能守護煤礦安全生產，實現(xiàn)無人則安，少人則安。
煤礦企業(yè)安全生產過程中，工作過程不透明，固有風險大且隨時變化，“人管人”存在人情、腐敗、懈怠、造假等風險，同時人員長時間從事枯燥繁重易工作，容易懈怠出錯，導致人員“三違”行為時有發(fā)生?，F(xiàn)有的自動化、信息化監(jiān)控系統(tǒng)存在監(jiān)控盲區(qū)，無法做到類人判斷，不能真正對煤礦生產過程安全隱患進行精準判斷、動態(tài)監(jiān)控，導致傷亡事故時有發(fā)生。
“煤礦大腦”秉持“使人遠離危險、看護人、保護人”的人文精神，解決煤礦安全問題。智能感知煤礦生產過程中人員“三違”行為，設備運行狀態(tài)，作業(yè)環(huán)境變化等安全隱患，解決煤礦安全生產管理難題，通過智能感知突破現(xiàn)有自動化、信息化瓶頸，促進煤礦智能化安全生產。
以山西省為例，引入“煤礦大腦”后，省內眾多煤礦企業(yè)率先實現(xiàn)了煤炭智能化，并實現(xiàn)了“降本增效”的綜合效益：AI分析算法從云端下發(fā)的礦點，實時風險預警，識別率已達到98%;集中監(jiān)管分礦點IT基礎設施，運維成本降低65%;整柜一體化全棧IT設備，開局成本降低75%，真正幫助煤炭行業(yè)保障安全生產，最終實現(xiàn)整個產業(yè)的智能化升級。
用科技創(chuàng)新驅動高質量發(fā)展，是煤炭行業(yè)貫徹新發(fā)展理念、破解行業(yè)發(fā)展難題的關鍵。我國多種類型、不同模式的智能化示范煤礦正在積極建設，基于智能感知、智能決策、自動執(zhí)行的煤礦智能化體系正在形成，通過智能化技術，加速實現(xiàn)減人提效，推動煤礦安全、高效、綠色發(fā)展。
徐州中礦數(shù)字化礦山技術研究所所長 劉景勇
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