建設智能化煤礦還需邁過(guò)幾道坎

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(fǎng)時(shí)看到的場(chǎng)景。

“煤礦牽手高科技，顛覆了傳統采煤方式。”新元公司5G+智能化礦井建設辦公室主任冀杰感慨，“現在煤礦越來(lái)越有‘科技范兒’。”

近年來(lái)，山西、陜西、內蒙古等主要煤炭產(chǎn)區，大力推進(jìn)煤礦智能化建設，煤炭開(kāi)采方式迎來(lái)革命性變革。煤礦智能化建設成效如何，面臨哪些瓶頸困難，如何高質(zhì)量推進(jìn)?日前，記者就此進(jìn)行了深入調研采訪(fǎng)。

煤礦智能化建設初見(jiàn)端倪

改革開(kāi)放以來(lái)，我國煤炭生產(chǎn)方式經(jīng)歷了炮采、普通機械化開(kāi)采、綜合機械化開(kāi)采等階段，當前正加快進(jìn)入智能化開(kāi)采階段。

自2020年2月國家能源局、科技部等八部門(mén)印發(fā)《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導意見(jiàn)》以來(lái)，山西、陜西、內蒙古、新疆、山東等地煤礦，在煤炭開(kāi)采各環(huán)節，采用人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數據和智能等技術(shù)，推動(dòng)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(lèi)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(shí)現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(shí)現了固定場(chǎng)所全面無(wú)人值守。智能化采煤系統的高效運轉，使得煤炭源源不斷地通過(guò)傳送帶運往地面，井下人數、車(chē)輛、通風(fēng)情況等數據和畫(huà)面通過(guò)攝像頭和5G通信網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)傳輸回指揮中心，提高了作業(yè)的安全性和效率。

通過(guò)智能化改造，內蒙古麻地梁煤礦的工作人員在調度中心點(diǎn)點(diǎn)鼠標就能操控井下設備進(jìn)行采煤作業(yè)，改善了礦工的工作環(huán)境，降低了勞動(dòng)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度通訊系統、5G+智能采煤系統、5G+智能掘進(jìn)系統等10大智慧礦山系統，實(shí)現了由“汗水”驅動(dòng)向科技驅動(dòng)轉變，由“專(zhuān)人、專(zhuān)崗、專(zhuān)技”到“無(wú)人值守、專(zhuān)人巡視”的轉變，智慧礦山得以提質(zhì)增效。

晉能控股集團長(cháng)治公司三元煤業(yè)，通過(guò)應用綜采面全景視頻拼接系統，采煤司機在地面就能直觀(guān)地看到機組運行畫(huà)面和數據，從而進(jìn)行精準操控。系統的應用不僅提高了作業(yè)的精確性和安全性，還減少了對井下作業(yè)人員的依賴(lài)，降低了作業(yè)風(fēng)險。

山西焦煤西山煤電馬蘭礦，利用無(wú)人機技術(shù)和配套軟件可自動(dòng)構建礦山地形三維模型，完成了礦區地質(zhì)災害的全覆蓋調查。該技術(shù)的應用提高了礦山管理的科學(xué)性和精準性，有助于預防和減少地質(zhì)災害發(fā)生，保障礦區安全穩定運行。

位于毛烏素沙漠腹地的陜煤集團曹家灘煤礦，使用了被譽(yù)為“煤海蛟龍”的一體化快速掘進(jìn)系統，每天可掘進(jìn)34米左右，差不多是傳統掘進(jìn)速度的3倍。設備生產(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備裝備廠(chǎng)廠(chǎng)長(cháng)車(chē)利明說(shuō)：“掘進(jìn)工作面，原來(lái)每個(gè)班需要18個(gè)人下礦，現在只需5個(gè)人。”

2023年，國家能源局公布80項煤礦智能化建設典型案例，煤炭大省山西有15項入選。“可以說(shuō)，山西在煤礦智能化建設方面走在全國前列。”山西省能源局煤炭生產(chǎn)技術(shù)處處長(cháng)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(shí)現無(wú)人值守。所有重要作業(yè)地點(diǎn)，均實(shí)現無(wú)監控不作業(yè)。

智能化建設，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(wú)死角智能監控，能有效監管生產(chǎn)作業(yè)中的漏洞、盲點(diǎn)和隱患。三元煤業(yè)機電隊副隊長(cháng)王沛云認為，煤礦井下一旦發(fā)生險情，智能化系統會(huì )規劃應急避災線(xiàn)路，并第一時(shí)間指導井下人員快速合理避災。

“煤礦智能化是煤炭產(chǎn)業(yè)第四次重大技術(shù)變革，智能化建設深入推進(jìn)，為煤炭安全、高效開(kāi)采提供了便利條件。”山東能源集團黨委書(shū)記、董事長(cháng)李偉表示。

煤炭工業(yè)太原設計研究院集團有限公司礦山設計一院院長(cháng)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，體現的是以人為本、生命至上、安全第一發(fā)展理念。”張建生說(shuō)。

機械化加自動(dòng)化不等于智能化

2024年開(kāi)年，我國多地圍繞煤炭行業(yè)智能化建設，相繼頒布了政策和預期目標。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(gè)新的發(fā)展階段。

國家礦山安全監察局要求大力推進(jìn)煤礦智能化建設，大力提升礦山安全水平。山西對推進(jìn)煤炭行業(yè)智能化進(jìn)行了詳細規劃。該規劃提出，2024年全省煤礦智能化建設重點(diǎn)，將由目前的以采掘工作面為主，轉向全礦井智能化建設。

內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(zhù)煤礦智能化已經(jīng)進(jìn)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取得很大進(jìn)展;另一方面我國煤炭行業(yè)持續發(fā)展，還需要進(jìn)一步提升自身水平。

事實(shí)上，在2023年9月18日國務(wù)院新聞辦舉行的新聞發(fā)布會(huì )上，國家礦山安全監察局安全基礎司司長(cháng)孫慶國就曾表示，我國礦山智能化建設總體水平還不夠高，還存在部分地區和部分企業(yè)認識不夠到位、建設進(jìn)展不夠平衡、相關(guān)標準規范不夠健全、部分技術(shù)裝備適應性還不夠強等問(wèn)題。

“目前大部分煤礦在智能化建設的理念、技術(shù)、市場(chǎng)等多方面仍受制約。”中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì )副會(huì )長(cháng)劉峰說(shuō)，煤礦智能化建設會(huì )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(zhù)智能化理念不斷更新和更多人員的參與，煤礦智能化建設需要‘從上至下’和‘由下而上’相結合，實(shí)現從被動(dòng)建設向主動(dòng)建設的轉變。”劉峰坦言。

采訪(fǎng)中，不少業(yè)內人士認為，智能化建設是煤礦高質(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，而且各煤礦系統智能化程度也參差不齊。

劉峰說(shuō)，全國4300余座煤礦中只有700余座開(kāi)展了智能化建設，已經(jīng)通過(guò)驗收的全國首批智能化示范礦都處于中級水平，煤礦智能化建設仍然處在初級示范引領(lǐng)階段，與系統完備、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智能化水平高，但掘進(jìn)和輔運系統智能化水平相對低，如掘進(jìn)用的掘錨運一體設備，還需要工人手動(dòng)補打錨桿。”曾參與馬蘭礦智能化建設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，很大一部分只是機械化和自動(dòng)化的疊加，并未達到應有的標準。

“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(shí)現一鍵啟動(dòng)，但還需要人工輔助運行，操控設備、巡查、現場(chǎng)解決問(wèn)題。”王沛云表示，目前還做不到智能感知、智能決策、自動(dòng)執行，實(shí)現“一鍵運行”還有很長(cháng)路要走。

煤炭系統“煙囪式”林立導致數據“孤島”

新元公司是全國首座5G+智能煤礦，實(shí)現了井下部分工作的可視化、自動(dòng)化、少人化。在井下綜采工作面，記者看到綜采裝備上布滿(mǎn)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(gè)，但是因其由多個(gè)廠(chǎng)家生產(chǎn)，標準不統一、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)節的軟硬件設備和數據標準，都存在著(zhù)明顯差異。”在三元煤業(yè)智能化建設中，王沛云也發(fā)現了同樣問(wèn)題。

“在煤礦生產(chǎn)環(huán)節，任一流程數據出現問(wèn)題，都可能導致設備維護難度大、自動(dòng)控制系統難以穩定運行。”王沛云說(shuō)。

記者調查發(fā)現，目前在煤礦智能化建設中普遍存在設備和信息標準不統一、兼容困難等問(wèn)題。

“國能神東有1370多家主要設備供應商，10萬(wàn)臺各類(lèi)設備、10余類(lèi)操作系統、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(shū)記、董事長(cháng)李新華曾指出，不同的設備裝置，具有不同的操作系統，同一家供應商不同時(shí)期提供的操作系統及應用，彼此不兼容，造成設備之間數據共享難，信息互通難，生產(chǎn)作業(yè)智能聯(lián)動(dòng)難。

王沛云給記者打了一個(gè)比方：手機剛流行時(shí)，充電器插頭形狀各式各樣，扁的、長(cháng)的、圓頭，相互之間不通用。當下的煤礦智能化建設也是這個(gè)情形，缺少統一的行業(yè)標準，各信息系統不能有效互聯(lián)互通。

“煤礦信息系統‘煙囪式’林立，系統與系統之間分散獨立，猶如一個(gè)個(gè)的數據‘孤島’，這樣不僅維護成本高，而且制約數據流通與協(xié)同應用，建立統一行業(yè)標準勢在必行。”王沛云說(shuō)。

“智能化建設是一個(gè)迭代發(fā)展進(jìn)步的過(guò)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(cháng)王國法認為，一項復雜的系統工程建設應由單個(gè)系統向全面智能化、全生命周期、全產(chǎn)業(yè)鏈智能化邁進(jìn)。

“但目前，礦山行業(yè)數字化生態(tài)體系尚在雛形階段，數字化生態(tài)環(huán)境比較脆弱，呈現產(chǎn)業(yè)鏈不完整、技術(shù)鏈片面、資源投入不平衡、標準體系難統一等問(wèn)題。”王國法表示。

煤礦智能化關(guān)鍵是形成完整生態(tài)

傳統煤炭產(chǎn)業(yè)如何適應新技術(shù)和高端智能裝備，直接影響著(zhù)煤礦智能化建設進(jìn)程。

王國法認為，推進(jìn)煤礦智能化建設，不僅是指礦井“采掘機運通”各業(yè)務(wù)系統的運行，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。“需要銜接的硬件、軟件接口越來(lái)越多，迫切要求統一系統的接口及性能指標要求，形成模塊化、系統化、標準化的智能化系統模式。”王國法說(shuō)。

華為礦山軍團山西負責人郭巍認為，煤礦智能化建設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(gè)完整的生態(tài)。“簡(jiǎn)單的自動(dòng)化裝備甚至智能化裝備，并不能全面推進(jìn)我國智能化煤礦建設。”郭巍舉例說(shuō)，每個(gè)煤礦開(kāi)采地質(zhì)條件千差萬(wàn)別，如果沒(méi)有高級的智能化，就必須一礦一策，甚至一面一策地推進(jìn)智能化建設。

“煤礦智能化建設必須實(shí)現統一架構、統一標準、統一數據規范，以確保不同系統和設備之間的兼容性和互操作性，促進(jìn)數據的集成和應用的創(chuàng )新。但是目前單靠煤礦企業(yè)，這些問(wèn)題很難有效解決。”郭巍說(shuō)。

對此，毛曉文認為，一方面，需要政府引導、政策支持，圍繞煤礦智能化建設“卡脖子”技術(shù)問(wèn)題，集中社會(huì )力量攻關(guān)，統一標準、統一協(xié)議，研發(fā)新設備、完善軟件系統;另一方面，煤礦開(kāi)采具有較強專(zhuān)業(yè)性、特殊復雜性，現有開(kāi)采數據達不到人工智能學(xué)習的海量數據要求，所以現有智能算法大多無(wú)法直接套用。這需要在構建數據積累與迭代的基礎上，讓人工智能根據具體應用場(chǎng)景，精準預測、決策，設計適應不同煤礦地質(zhì)條件的模型，真正實(shí)現智能化開(kāi)采。

針對煤企、專(zhuān)家普遍反映的設備數據標準不統一的問(wèn)題，國家有關(guān)部門(mén)和相關(guān)省份，包括一些大型煤炭集團已經(jīng)開(kāi)始行動(dòng)。

近日，國家能源局印發(fā)了《煤礦智能化標準體系建設指南》，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《智能煤礦建設規范》，確保山西煤礦智能化建設有章可循、規范有序進(jìn)行。陜西陜煤黃陵礦業(yè)集團制定了智能化綜采工作面設計等企業(yè)標準，為智能化無(wú)人綜采技術(shù)管理提供了依據。三元煤業(yè)將27個(gè)子系統數據引入數據湖，為各廠(chǎng)商、各系統配套融合提供統一路徑，解決廠(chǎng)商間數據壁壘。

“數據標準是前提。”王沛云認為，我國亟待組建一個(gè)以行業(yè)生態(tài)為支撐，各歸口管理部門(mén)、各企業(yè)及科研機構深度參與的行業(yè)標準體系制定團隊，進(jìn)行總體規劃、頂層設計，將所有接入操作系統平臺的數據均使用統一的格式進(jìn)行交換與存儲，促進(jìn)數據之間兼容、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(gè)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，為煤礦智能化建設提供標準化的應用軟件、智能化產(chǎn)品、人工智能算法和數據處理、分析服務(wù)。業(yè)內人士認為，此舉有助于規范接口、打破壁壘，實(shí)現系統互通、數據跨系統流動(dòng)及共享，推動(dòng)AI技術(shù)與煤礦應用系統整體適配。

未來(lái)煤礦智能化該如何推進(jìn)?

“各行業(yè)參與煤礦智能化建設應以促進(jìn)煤礦安全、少人、提效為目標，建立智能化礦山協(xié)同推進(jìn)機制，推進(jìn)煤炭生產(chǎn)全流程的智能化建設。”埃森哲大中華區董事總經(jīng)理、自然資源行業(yè)主管李喆表示，煤礦智能化是一個(gè)多學(xué)科交叉融合的復雜課題，也是涉及多系統、多層次、多專(zhuān)業(yè)、多領(lǐng)域、多工種相互匹配融合的復雜系統，迫切需要統一的技術(shù)體系，實(shí)現深度互聯(lián)互通。