500多米深的煤礦井下機電硐室里，小巧的機器人正代替礦工巡檢設(shè)備;在采煤工作面上，工人手持遙控器指揮采煤……這是科技日報記者在潞安化工集團新元公司智能化煤礦采訪時看到的場景。
“煤礦牽手高科技，顛覆了傳統(tǒng)采煤方式。”新元公司5G+智能化礦井建設(shè)辦公室主任冀杰感慨，“現(xiàn)在煤礦越來越有‘科技范兒’。”
近年來，山西、陜西、內(nèi)蒙古等主要煤炭產(chǎn)區(qū)，大力推進煤礦智能化建設(shè)，煤炭開采方式迎來革命性變革。煤礦智能化建設(shè)成效如何，面臨哪些瓶頸困難，如何高質(zhì)量推進?日前，記者就此進行了深入調(diào)研采訪。
煤礦智能化建設(shè)初見端倪
改革開放以來，我國煤炭生產(chǎn)方式經(jīng)歷了炮采、普通機械化開采、綜合機械化開采等階段，當前正加快進入智能化開采階段。
自2020年2月國家能源局、科技部等八部門印發(fā)《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》以來，山西、陜西、內(nèi)蒙古、新疆、山東等地煤礦，在煤炭開采各環(huán)節(jié)，采用人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)和智能等技術(shù)，推動新一代信息技術(shù)與煤炭生產(chǎn)技術(shù)走向深度融合。一批多種類型、不同模式的智能化礦井如雨后春筍破土而出。
陜西榆林大海則煤礦構(gòu)建了全礦井“一張網(wǎng)”“一中心”“一張圖”“一平臺”“一標準”的智能化體系，實現(xiàn)了井下采掘等主要巷道的5G網(wǎng)絡(luò)部署，以及井上井下的一網(wǎng)管控，實現(xiàn)了固定場所全面無人值守。智能化采煤系統(tǒng)的高效運轉(zhuǎn)，使得煤炭源源不斷地通過傳送帶運往地面，井下人數(shù)、車輛、通風(fēng)情況等數(shù)據(jù)和畫面通過攝像頭和5G通信網(wǎng)絡(luò)實時傳輸回指揮中心，提高了作業(yè)的安全性和效率。
通過智能化改造，內(nèi)蒙古麻地梁煤礦的工作人員在調(diào)度中心點點鼠標就能操控井下設(shè)備進行采煤作業(yè)，改善了礦工的工作環(huán)境，降低了勞動強度，提高了生產(chǎn)效率。麻地梁煤礦還相繼建成了全視頻調(diào)度通訊系統(tǒng)、5G+智能采煤系統(tǒng)、5G+智能掘進系統(tǒng)等10大智慧礦山系統(tǒng)，實現(xiàn)了由“汗水”驅(qū)動向科技驅(qū)動轉(zhuǎn)變，由“專人、專崗、專技”到“無人值守、專人巡視”的轉(zhuǎn)變，智慧礦山得以提質(zhì)增效。
晉能控股集團長治公司三元煤業(yè)，通過應(yīng)用綜采面全景視頻拼接系統(tǒng)，采煤司機在地面就能直觀地看到機組運行畫面和數(shù)據(jù)，從而進行精準操控。系統(tǒng)的應(yīng)用不僅提高了作業(yè)的精確性和安全性，還減少了對井下作業(yè)人員的依賴，降低了作業(yè)風(fēng)險。
山西焦煤西山煤電馬蘭礦，利用無人機技術(shù)和配套軟件可自動構(gòu)建礦山地形三維模型，完成了礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的全覆蓋調(diào)查。該技術(shù)的應(yīng)用提高了礦山管理的科學(xué)性和精準性，有助于預(yù)防和減少地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，保障礦區(qū)安全穩(wěn)定運行。
位于毛烏素沙漠腹地的陜煤集團曹家灘煤礦，使用了被譽為“煤海蛟龍”的一體化快速掘進系統(tǒng)，每天可掘進34米左右，差不多是傳統(tǒng)掘進速度的3倍。設(shè)備生產(chǎn)方中國煤炭科工集團太原研究院有限公司軟巖分院短壁設(shè)備裝備廠廠長車利明說：“掘進工作面，原來每個班需要18個人下礦，現(xiàn)在只需5個人。”
2023年，國家能源局公布80項煤礦智能化建設(shè)典型案例，煤炭大省山西有15項入選。“可以說，山西在煤礦智能化建設(shè)方面走在全國前列。”山西省能源局煤炭生產(chǎn)技術(shù)處處長毛曉文介紹，截至目前，全省累計建成智能化煤礦118座，智能化采掘工作面1491處，3200處硐室實現(xiàn)無人值守。所有重要作業(yè)地點，均實現(xiàn)無監(jiān)控不作業(yè)。
智能化建設(shè)，提高了煤礦安全生產(chǎn)管理水平。新元公司冀杰表示，全天候無死角智能監(jiān)控，能有效監(jiān)管生產(chǎn)作業(yè)中的漏洞、盲點和隱患。三元煤業(yè)機電隊副隊長王沛云認為，煤礦井下一旦發(fā)生險情，智能化系統(tǒng)會規(guī)劃應(yīng)急避災(zāi)線路，并第一時間指導(dǎo)井下人員快速合理避災(zāi)。
“煤礦智能化是煤炭產(chǎn)業(yè)第四次重大技術(shù)變革，智能化建設(shè)深入推進，為煤炭安全、高效開采提供了便利條件。”山東能源集團黨委書記、董事長李偉表示。
煤炭工業(yè)太原設(shè)計研究院集團有限公司礦山設(shè)計一院院長張建生認為，智能化可以緩解當下煤礦招工難，還能改善礦工作業(yè)環(huán)境。“智能化建設(shè)，體現(xiàn)的是以人為本、生命至上、安全第一發(fā)展理念。”張建生說。
機械化加自動化不等于智能化
2024年開年，我國多地圍繞煤炭行業(yè)智能化建設(shè)，相繼頒布了政策和預(yù)期目標。在大模型產(chǎn)業(yè)化落地的背景下，煤炭行業(yè)智能化被新工具、新技術(shù)推到了一個新的發(fā)展階段。
國家礦山安全監(jiān)察局要求大力推進煤礦智能化建設(shè)，大力提升礦山安全水平。山西對推進煤炭行業(yè)智能化進行了詳細規(guī)劃。該規(guī)劃提出，2024年全省煤礦智能化建設(shè)重點，將由目前的以采掘工作面為主，轉(zhuǎn)向全礦井智能化建設(shè)。
內(nèi)蒙古鄂爾多斯針對煤炭行業(yè)智能化提出，到2025年，全市生產(chǎn)煤礦要全部建成智能化煤礦，全部達到二級以上現(xiàn)代化煤礦標準。
“當前煤炭行業(yè)不斷提出智能化目標，政策不斷出臺，標志著煤礦智能化已經(jīng)進入了快速發(fā)展關(guān)鍵階段。”毛曉文認為，一方面我國煤礦智能化建設(shè)取得很大進展;另一方面我國煤炭行業(yè)持續(xù)發(fā)展，還需要進一步提升自身水平。
事實上，在2023年9月18日國務(wù)院新聞辦舉行的新聞發(fā)布會上，國家礦山安全監(jiān)察局安全基礎(chǔ)司司長孫慶國就曾表示，我國礦山智能化建設(shè)總體水平還不夠高，還存在部分地區(qū)和部分企業(yè)認識不夠到位、建設(shè)進展不夠平衡、相關(guān)標準規(guī)范不夠健全、部分技術(shù)裝備適應(yīng)性還不夠強等問題。
“目前大部分煤礦在智能化建設(shè)的理念、技術(shù)、市場等多方面仍受制約。”中國煤炭工業(yè)協(xié)會副會長劉峰說，煤礦智能化建設(shè)會改變其生產(chǎn)模式和管理方式，與每名礦工息息相關(guān)，需要全體員工參與。
“隨著智能化理念不斷更新和更多人員的參與，煤礦智能化建設(shè)需要‘從上至下’和‘由下而上’相結(jié)合，實現(xiàn)從被動建設(shè)向主動建設(shè)的轉(zhuǎn)變。”劉峰坦言。
采訪中，不少業(yè)內(nèi)人士認為，智能化建設(shè)是煤礦高質(zhì)量發(fā)展的趨勢。但我國已建成的智能化煤礦，整體處于示范培育階段，甚至還是探索階段，而且各煤礦系統(tǒng)智能化程度也參差不齊。
劉峰說，全國4300余座煤礦中只有700余座開展了智能化建設(shè)，已經(jīng)通過驗收的全國首批智能化示范礦都處于中級水平，煤礦智能化建設(shè)仍然處在初級示范引領(lǐng)階段，與系統(tǒng)完備、運行可靠的高級智能化煤礦要求仍存在不小差距。
“綜采、主運輸及各保障系統(tǒng)智能化水平高，但掘進和輔運系統(tǒng)智能化水平相對低，如掘進用的掘錨運一體設(shè)備，還需要工人手動補打錨桿。”曾參與馬蘭礦智能化建設(shè)的馬蘭礦機電副總王育江，對存在的不足有深刻的認識。
王沛云也認為，當前煤礦智能化建設(shè)，很大一部分只是機械化和自動化的疊加，并未達到應(yīng)有的標準。
“目前雖然我們已建成智能化煤礦，就智能綜采工作面而言，可以實現(xiàn)一鍵啟動，但還需要人工輔助運行，操控設(shè)備、巡查、現(xiàn)場解決問題。”王沛云表示，目前還做不到智能感知、智能決策、自動執(zhí)行，實現(xiàn)“一鍵運行”還有很長路要走。
煤炭系統(tǒng)“煙囪式”林立導(dǎo)致數(shù)據(jù)“孤島”
新元公司是全國首座5G+智能煤礦，實現(xiàn)了井下部分工作的可視化、自動化、少人化。在井下綜采工作面，記者看到綜采裝備上布滿了多種傳感器和攝像頭。冀杰介紹，工作面安裝的傳感器，多達幾百甚至上千個，但是因其由多個廠家生產(chǎn)，標準不統(tǒng)一、互相不兼容等原因，影響智能化效果。
“從底層傳感器到主控制器，再到基層傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、服務(wù)器層，以及最終使用層，各環(huán)節(jié)的軟硬件設(shè)備和數(shù)據(jù)標準，都存在著明顯差異。”在三元煤業(yè)智能化建設(shè)中，王沛云也發(fā)現(xiàn)了同樣問題。
“在煤礦生產(chǎn)環(huán)節(jié)，任一流程數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題，都可能導(dǎo)致設(shè)備維護難度大、自動控制系統(tǒng)難以穩(wěn)定運行。”王沛云說。
記者調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前在煤礦智能化建設(shè)中普遍存在設(shè)備和信息標準不統(tǒng)一、兼容困難等問題。
“國能神東有1370多家主要設(shè)備供應(yīng)商，10萬臺各類設(shè)備、10余類操作系統(tǒng)、500多種需要適配對接的通信協(xié)議。”國家能源集團神東煤炭集團黨委書記、董事長李新華曾指出，不同的設(shè)備裝置，具有不同的操作系統(tǒng)，同一家供應(yīng)商不同時期提供的操作系統(tǒng)及應(yīng)用，彼此不兼容，造成設(shè)備之間數(shù)據(jù)共享難，信息互通難，生產(chǎn)作業(yè)智能聯(lián)動難。
王沛云給記者打了一個比方：手機剛流行時，充電器插頭形狀各式各樣，扁的、長的、圓頭，相互之間不通用。當下的煤礦智能化建設(shè)也是這個情形，缺少統(tǒng)一的行業(yè)標準，各信息系統(tǒng)不能有效互聯(lián)互通。
“煤礦信息系統(tǒng)‘煙囪式’林立，系統(tǒng)與系統(tǒng)之間分散獨立，猶如一個個的數(shù)據(jù)‘孤島’，這樣不僅維護成本高，而且制約數(shù)據(jù)流通與協(xié)同應(yīng)用，建立統(tǒng)一行業(yè)標準勢在必行。”王沛云說。
“智能化建設(shè)是一個迭代發(fā)展進步的過程，不是一次性工程。”中國工程院院士、煤礦智能化創(chuàng)新聯(lián)盟理事長王國法認為，一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程建設(shè)應(yīng)由單個系統(tǒng)向全面智能化、全生命周期、全產(chǎn)業(yè)鏈智能化邁進。
“但目前，礦山行業(yè)數(shù)字化生態(tài)體系尚在雛形階段，數(shù)字化生態(tài)環(huán)境比較脆弱，呈現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈不完整、技術(shù)鏈片面、資源投入不平衡、標準體系難統(tǒng)一等問題。”王國法表示。
煤礦智能化關(guān)鍵是形成完整生態(tài)
傳統(tǒng)煤炭產(chǎn)業(yè)如何適應(yīng)新技術(shù)和高端智能裝備，直接影響著煤礦智能化建設(shè)進程。
王國法認為，推進煤礦智能化建設(shè)，不僅是指礦井“采掘機運通”各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的運行，還包括采前智能地質(zhì)探測、采后智能洗選加工與增值利用等環(huán)節(jié)。“需要銜接的硬件、軟件接口越來越多，迫切要求統(tǒng)一系統(tǒng)的接口及性能指標要求，形成模塊化、系統(tǒng)化、標準化的智能化系統(tǒng)模式。”王國法說。
華為礦山軍團山西負責(zé)人郭巍認為，煤礦智能化建設(shè)的核心在于建立基于人工智能技術(shù)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，形成一個完整的生態(tài)。“簡單的自動化裝備甚至智能化裝備，并不能全面推進我國智能化煤礦建設(shè)。”郭巍舉例說，每個煤礦開采地質(zhì)條件千差萬別，如果沒有高級的智能化，就必須一礦一策，甚至一面一策地推進智能化建設(shè)。
“煤礦智能化建設(shè)必須實現(xiàn)統(tǒng)一架構(gòu)、統(tǒng)一標準、統(tǒng)一數(shù)據(jù)規(guī)范，以確保不同系統(tǒng)和設(shè)備之間的兼容性和互操作性，促進數(shù)據(jù)的集成和應(yīng)用的創(chuàng)新。但是目前單靠煤礦企業(yè)，這些問題很難有效解決。”郭巍說。
對此，毛曉文認為，一方面，需要政府引導(dǎo)、政策支持，圍繞煤礦智能化建設(shè)“卡脖子”技術(shù)問題，集中社會力量攻關(guān)，統(tǒng)一標準、統(tǒng)一協(xié)議，研發(fā)新設(shè)備、完善軟件系統(tǒng);另一方面，煤礦開采具有較強專業(yè)性、特殊復(fù)雜性，現(xiàn)有開采數(shù)據(jù)達不到人工智能學(xué)習(xí)的海量數(shù)據(jù)要求，所以現(xiàn)有智能算法大多無法直接套用。這需要在構(gòu)建數(shù)據(jù)積累與迭代的基礎(chǔ)上，讓人工智能根據(jù)具體應(yīng)用場景，精準預(yù)測、決策，設(shè)計適應(yīng)不同煤礦地質(zhì)條件的模型，真正實現(xiàn)智能化開采。
針對煤企、專家普遍反映的設(shè)備數(shù)據(jù)標準不統(tǒng)一的問題，國家有關(guān)部門和相關(guān)省份，包括一些大型煤炭集團已經(jīng)開始行動。
近日，國家能源局印發(fā)了《煤礦智能化標準體系建設(shè)指南》，明確指出到2025年初步建立煤礦智能化標準體系。山西省發(fā)布《智能煤礦建設(shè)規(guī)范》，確保山西煤礦智能化建設(shè)有章可循、規(guī)范有序進行。陜西陜煤黃陵礦業(yè)集團制定了智能化綜采工作面設(shè)計等企業(yè)標準，為智能化無人綜采技術(shù)管理提供了依據(jù)。三元煤業(yè)將27個子系統(tǒng)數(shù)據(jù)引入數(shù)據(jù)湖，為各廠商、各系統(tǒng)配套融合提供統(tǒng)一路徑，解決廠商間數(shù)據(jù)壁壘。
“數(shù)據(jù)標準是前提。”王沛云認為，我國亟待組建一個以行業(yè)生態(tài)為支撐，各歸口管理部門、各企業(yè)及科研機構(gòu)深度參與的行業(yè)標準體系制定團隊，進行總體規(guī)劃、頂層設(shè)計，將所有接入操作系統(tǒng)平臺的數(shù)據(jù)均使用統(tǒng)一的格式進行交換與存儲，促進數(shù)據(jù)之間兼容、互通。
山西晉云互聯(lián)科技有限公司搭建的山西煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，是全國首個省級煤炭行業(yè)智能化賦能平臺，平臺以礦山AI大模型為核心，為煤礦智能化建設(shè)提供標準化的應(yīng)用軟件、智能化產(chǎn)品、人工智能算法和數(shù)據(jù)處理、分析服務(wù)。業(yè)內(nèi)人士認為，此舉有助于規(guī)范接口、打破壁壘，實現(xiàn)系統(tǒng)互通、數(shù)據(jù)跨系統(tǒng)流動及共享，推動AI技術(shù)與煤礦應(yīng)用系統(tǒng)整體適配。
未來煤礦智能化該如何推進?
“各行業(yè)參與煤礦智能化建設(shè)應(yīng)以促進煤礦安全、少人、提效為目標，建立智能化礦山協(xié)同推進機制，推進煤炭生產(chǎn)全流程的智能化建設(shè)。”埃森哲大中華區(qū)董事總經(jīng)理、自然資源行業(yè)主管李喆表示，煤礦智能化是一個多學(xué)科交叉融合的復(fù)雜課題，也是涉及多系統(tǒng)、多層次、多專業(yè)、多領(lǐng)域、多工種相互匹配融合的復(fù)雜系統(tǒng)，迫切需要統(tǒng)一的技術(shù)體系，實現(xiàn)深度互聯(lián)互通。
來源：科技日報 記者 趙向南 韓 榮
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