煤礦智能化建設(shè)已成為行業(yè)內(nèi)一項(xiàng)具有高度共識(shí)、頗具市場活力、企業(yè)積極擁護(hù)的創(chuàng)新型工作。剛剛過去的2021年，煤炭企事業(yè)單位智能化建設(shè)不斷“提速、加碼”。目前，煤礦智能化建設(shè)取得了哪些重大進(jìn)展，仍有哪些難題待解，下一步如何突破？本報(bào)記者近期進(jìn)行了采訪、梳理。

全面推進(jìn)，重點(diǎn)煤企

智能化建設(shè)成效顯著

據(jù)國家能源局日前舉辦的新聞發(fā)布會(huì)消息，初步統(tǒng)計(jì)，全國有近400處煤礦正在開展智能化建設(shè)，總投資規(guī)模超過1000億元，已完成投資約470億元，建成智能化采掘工作面687個(gè)。“少人巡視，無人操作”智能采煤工作面邁向常態(tài)化應(yīng)用，減人增安提效的效果日益顯現(xiàn)，智能化煤礦在去冬今春煤炭安全增產(chǎn)增供中發(fā)揮了重要作用。

在生產(chǎn)煤礦總計(jì)4000多處的情況下，正在推進(jìn)智能化建設(shè)的煤礦有近400處，占到了約十分之一。而在這近400處煤礦中，大型企業(yè)、大型煤礦的智能化建設(shè)起到了良好的示范作用。

國家能源集團(tuán)煤炭與運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)管理部副主任尤文順介紹，國家能源集團(tuán)已掌握5類智能采煤、5類智能掘進(jìn)、3類卡車無人駕駛、5類機(jī)器人等關(guān)鍵核心技術(shù)，應(yīng)用機(jī)器人200余臺(tái)（套），替代800余名操作人員；已建成智能化采煤工作面41處，智能掘進(jìn)工作面25處、智能選煤廠41處。

中煤能源集團(tuán)建成220余個(gè)智能化輔助生產(chǎn)系統(tǒng)，自主研發(fā)的智能井筒巡檢機(jī)器人、智能噴漿機(jī)器人等在王家?guī)X煤礦等8處煤礦應(yīng)用。

晉能控股集團(tuán)已建成43個(gè)井下無人值守變電所、10個(gè)無人值守水泵房，20部帶式輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)了集中控制，5處煤礦應(yīng)用了智能巡檢或撿矸機(jī)器人。

山東能源集團(tuán)投入63億元實(shí)施智能化建設(shè)，建成133個(gè)智能化采掘工作面、24個(gè)5G+智能礦山應(yīng)用場景，9處首批國家級(jí)智能化示范礦井具備驗(yàn)收條件。金雞灘煤礦建成國內(nèi)一流的智能化綜放工作面，日產(chǎn)煤炭5萬噸以上，而單班人數(shù)只有80人左右，采煤工作面只有5人。

陜煤集團(tuán)所屬煤礦13類792個(gè)生產(chǎn)輔助系統(tǒng)全面實(shí)現(xiàn)智能集控，自動(dòng)化控制率達(dá)到100%，累計(jì)完成巡檢機(jī)器人、選矸機(jī)器人、管路拆卸安裝和氣體移動(dòng)監(jiān)測機(jī)器人等不同類型機(jī)器人的應(yīng)用實(shí)踐。

露天煤礦是我國煤炭生產(chǎn)體系的重要組成部分。在井工煤礦加快智能化建設(shè)的同時(shí)，2021年露天煤礦的智能化建設(shè)也明顯提速。

目前，我國露天煤礦總計(jì)約450余處，總產(chǎn)能近10萬噸/年。據(jù)了解，我國約有95%的露天煤礦采用單斗—卡車工藝。在露天煤礦的生產(chǎn)成本中，卡車運(yùn)輸環(huán)節(jié)約占60%；卡車運(yùn)輸環(huán)節(jié)占勞動(dòng)定員的45%左右，占用了大量的人力。從安全的角度來看，我國露天煤礦的卡車運(yùn)輸環(huán)節(jié)事故起數(shù)占總事故起數(shù)的60%以上。因此，目前露天煤礦智能化建設(shè)一般圍繞礦用卡車開展，比如礦用卡車無人駕駛等。

中煤集團(tuán)將“東露天礦智能化建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)與工程示范”列為重大科技專項(xiàng)進(jìn)行重點(diǎn)攻關(guān)。2021年以來，中煤集團(tuán)加大力度推進(jìn)礦用卡車無人駕駛編組研究。2021年11月，中煤集團(tuán)在平朔東露天煤礦采用國內(nèi)領(lǐng)先的智能感知系統(tǒng)、深度融合激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、北斗定位等多種感知技術(shù)，對復(fù)雜環(huán)境機(jī)群設(shè)備的三維高精定位、系統(tǒng)仿真及測試、礦山?jīng)Q策指揮系統(tǒng)、作業(yè)設(shè)備感知以及智能控制技術(shù)進(jìn)行深入研究，實(shí)現(xiàn)了車鏟對位、自主導(dǎo)航、自主卸載、主動(dòng)避障、復(fù)雜路況無人駕駛以及指定區(qū)域精準(zhǔn)卸載等。

其他企業(yè)也在積極探索礦用卡車無人駕駛。國家能源集團(tuán)準(zhǔn)能公司黑岱溝露天煤礦實(shí)現(xiàn)多臺(tái)無人駕駛礦用卡車與電鏟多工作面同時(shí)編組運(yùn)行作業(yè)。寶日席勒露天煤礦完成極寒型復(fù)雜氣候環(huán)境露天煤礦無人駕駛卡車編組安全示范工程評審和科技成果鑒定。國家電投集團(tuán)白音華露天煤礦完成2個(gè)編組、12臺(tái)無人駕駛寬體自卸車聯(lián)合試運(yùn)轉(zhuǎn)。華能集團(tuán)伊敏煤電公司實(shí)現(xiàn)無安全員情況下的有人駕駛車輛與無人駕駛車輛混編作業(yè)。

除了礦用卡車無人駕駛，中煤平朔公司也在探索鉆機(jī)的無人值守?！耙郧耙慌_(tái)鉆機(jī)1個(gè)班需要2名司機(jī)在現(xiàn)場，4個(gè)班就需要8名司機(jī)。我們要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程值守，將來職工在調(diào)度室工作，1個(gè)人就可控制三五臺(tái)鉆機(jī)。”中煤平朔公司生產(chǎn)技術(shù)管理中心主任陳再明介紹，中煤平朔公司的智能化探索基于生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)際，看著也許不那么酷炫，但可以實(shí)實(shí)在在地“改善職工作業(yè)環(huán)境”。

中煤平朔集團(tuán)露天煤礦電鏟卡車聯(lián)合作業(yè)

啃下“硬骨頭”，智能化建設(shè)場景更加豐富

從經(jīng)濟(jì)效益和實(shí)際的角度，煤礦智能化建設(shè)一般從條件較好的采煤工作面開始。掘進(jìn)、條件相對復(fù)雜工作面則是更難啃的“硬骨頭”。2021年的煤礦智能化建設(shè)，在這些“硬骨頭”方面也取得了不少新進(jìn)展。

掘進(jìn)速度慢一直是影響礦井采掘接續(xù)的重要因素。掘進(jìn)環(huán)境更加復(fù)雜，巖石更硬，智能化建設(shè)的難度也更大。

陜西煤業(yè)總經(jīng)理王世斌介紹，從2018年起，陜煤集團(tuán)就著力突破掘進(jìn)效率低、安全保障不足、勞動(dòng)用工多等難題。經(jīng)過不懈努力，目前，陜煤集團(tuán)累計(jì)建設(shè)應(yīng)用了全斷面掘錨一體機(jī)、護(hù)盾式智能快速掘進(jìn)機(jī)器人、懸臂式掘錨護(hù)一體機(jī)、綜掘機(jī)+鉆錨平臺(tái)等四大類快掘系統(tǒng)50套。

全斷面掘錨一體機(jī)快掘系統(tǒng)率先在榆北曹家灘煤礦研發(fā)應(yīng)用，創(chuàng)造了日進(jìn)尺91米、月進(jìn)尺2020米的記錄。目前，該系統(tǒng)已在陜煤集團(tuán)15處煤礦進(jìn)行定制化推廣應(yīng)用，均突破所在礦區(qū)進(jìn)尺最高水平。

護(hù)盾式智能快速掘進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)在小保當(dāng)一號(hào)煤礦應(yīng)用以來，已完成1條6000米順槽掘進(jìn)，在煤層夾矸厚度達(dá)1.8米的情況下，月進(jìn)尺最高達(dá)1052米。

在條件復(fù)雜的關(guān)中和彬黃礦區(qū)，陜煤集團(tuán)重點(diǎn)針對支護(hù)環(huán)節(jié)用時(shí)長、強(qiáng)度大、效率低等問題，研發(fā)形成了懸臂式掘錨護(hù)一體機(jī)和綜掘機(jī)+鉆錨平臺(tái)兩類快速掘進(jìn)作業(yè)模式，實(shí)現(xiàn)分次、集中、高效支護(hù)作業(yè)，相比常規(guī)掘進(jìn)，效率可提高30%以上。

據(jù)了解，陜煤集團(tuán)所屬36處生產(chǎn)礦井的掘進(jìn)工作面?zhèn)€數(shù)由283個(gè)減少至170個(gè)，綜合單進(jìn)水平由252米/個(gè)/月提高至348米/個(gè)/月，單班作業(yè)人數(shù)由15人至20人，減至8人至10人，掘進(jìn)裝備水平和效率顯著提升。

淺埋深堅(jiān)硬薄煤層智能開采關(guān)鍵技術(shù)與工程示范也是我國2021年煤礦智能化重大進(jìn)展之一。

陜西是目前我國煤炭主產(chǎn)區(qū)之一。而陜北地區(qū)煤田從0.5米的極薄煤層到10米以上的特厚煤層均有賦存。礦區(qū)的可采煤層有7層，其中1.3米以下薄煤層資源約占總儲(chǔ)量的20%，硬度為f4左右。薄煤層空間有限，煤機(jī)功率受到限制，現(xiàn)有薄煤層裝備難以滿足礦區(qū)協(xié)調(diào)開采和生產(chǎn)接續(xù)的需要。

“淺埋深堅(jiān)硬薄煤層協(xié)調(diào)開采面臨著成套裝備小尺寸與大功率、大適應(yīng)范圍和高可靠性要求之間的矛盾。”陜西有色金屬控股集團(tuán)副總經(jīng)理吳群英介紹。

針對這些問題，陜煤集團(tuán)張家峁礦業(yè)公司、中國煤炭科工集團(tuán)開采研究院有限公司等就淺埋深堅(jiān)硬薄煤層智能開采關(guān)鍵技術(shù)與工程示范進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)。

項(xiàng)目首創(chuàng)堅(jiān)硬薄煤層開采裝備群配套新模式與快速開采新工藝，機(jī)面高度由855毫米降低至739毫米，實(shí)現(xiàn)了堅(jiān)硬薄煤層1.1米的最低采高，割煤速度最高達(dá)14米/分；采用了采煤機(jī)半懸機(jī)身、全懸截割部新結(jié)構(gòu)，研發(fā)出高適應(yīng)高可靠性薄煤層開采成套裝備；構(gòu)建了基于地質(zhì)建模、煤巖分界、工作面調(diào)直和路徑規(guī)劃決策控制的堅(jiān)硬薄煤層“預(yù)測—修正—執(zhí)行”智能化開采技術(shù)路徑。

吳群英介紹，該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了陜北侏羅紀(jì)1.1米至1.3米淺埋深堅(jiān)硬薄煤層安全高效開采，生產(chǎn)效率提高20%，工作面內(nèi)無人操作，最高日產(chǎn)能從不足700噸提升至超過3000噸，創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益9億元以上。該項(xiàng)目也獲得2021年度中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)。

2021年，千米深井超長工作面智能化開采也取得關(guān)鍵性突破。

中國煤炭科工集團(tuán)開采研究院科創(chuàng)中心副主任任懷偉介紹，煤礦千米深井高應(yīng)力、強(qiáng)采動(dòng)、大變形，開采效率低。千米深井超長工作面智能化開采研發(fā)項(xiàng)目在中煤集團(tuán)新集公司口孜東煤礦首次實(shí)現(xiàn)了350米超長工作面6.5米以上大采高安全高效智能開采。該工作面每天割煤5刀至8刀，平均采高5.5米，最大采高6.5米，裝備監(jiān)測監(jiān)控可靠性、適應(yīng)性和自動(dòng)化水平顯著提高，推進(jìn)期間工作面工效提升了38.28%。

啃下一塊塊“硬骨頭”，我國煤礦智能化建設(shè)的應(yīng)用場景也逐漸豐富起來。

安裝礦鴻操作系統(tǒng)的巡檢機(jī)器人

打破數(shù)據(jù)孤島，建立標(biāo)準(zhǔn)體系

智能化建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，不僅體現(xiàn)在直接生產(chǎn)上，也體現(xiàn)在大數(shù)據(jù)應(yīng)用、系統(tǒng)集成上。

“智能化建設(shè)過程中面臨的數(shù)據(jù)規(guī)范、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)孤島等瓶頸問題尚未根本解決?！敝袊禾靠乒ぜ瘓F(tuán)副總經(jīng)理劉見中表示，企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)繁多，外部數(shù)據(jù)難以打通，無法形成數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

為推進(jìn)新技術(shù)與煤炭工業(yè)融合，2021年10月26日，煤炭行業(yè)“煤智云”大數(shù)據(jù)中心建設(shè)項(xiàng)目啟動(dòng)。該項(xiàng)目由中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)起，中國煤炭科工集團(tuán)牽頭，聯(lián)合行業(yè)內(nèi)外優(yōu)勢資源共同打造。煤炭行業(yè)“煤智云”大數(shù)據(jù)中心包含基礎(chǔ)設(shè)施層、平臺(tái)支撐層、智能應(yīng)用層、運(yùn)營運(yùn)維體系等六大模塊，圍繞煤礦和礦區(qū)生產(chǎn)運(yùn)營的采集、傳輸、存儲(chǔ)、建模、分析、可視化等全過程的數(shù)據(jù)價(jià)值利用，旨在構(gòu)建數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、建立行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系、打通信息交互鏈條。

企業(yè)層面，2021年，國家能源集團(tuán)攜手華為公司推出礦鴻操作系統(tǒng)。

“一臺(tái)國產(chǎn)采煤機(jī)使用操作系統(tǒng)3種、通信協(xié)議3種、芯片161種，全部為進(jìn)口。”國家能源集團(tuán)神東煤炭公司副總經(jīng)理賀海濤說，主控器、顯示器、交換機(jī)、保護(hù)器使用不同的操作系統(tǒng)，不同的核心控制單元之間需要不同的通信協(xié)議，不同協(xié)議之間轉(zhuǎn)換耗時(shí)費(fèi)力，嚴(yán)重制約煤礦智能化建設(shè)。

礦鴻操作系統(tǒng)統(tǒng)一數(shù)據(jù)入口、統(tǒng)一協(xié)議與數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，成了不同設(shè)備之間、不同應(yīng)用之間、不同操作系統(tǒng)之間的“萬能語言”，為后續(xù)數(shù)據(jù)應(yīng)用與價(jià)值挖掘打下基礎(chǔ)。

目前，礦鴻操作系統(tǒng)已在神東煤炭集團(tuán)4處礦廠、6個(gè)場景應(yīng)用，適配20種設(shè)備、398個(gè)應(yīng)用單元。

陳再明介紹，中煤平朔公司也在加快建設(shè)露天煤礦信息化基礎(chǔ)系統(tǒng)，即“五個(gè)一”。包含地下、地面所有地理地質(zhì)信息的一張圖，由5G、4G、光纖等構(gòu)成的互聯(lián)互通的一張網(wǎng)，可控制采剝、洗選、外運(yùn)、裝車的一個(gè)生產(chǎn)平臺(tái)，一個(gè)安全監(jiān)控平臺(tái)以及包含所有數(shù)據(jù)的一朵云。

標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)是煤礦智能化建設(shè)的重要保障。中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)科技發(fā)展部副主任張建明介紹，2021年行業(yè)持續(xù)完善煤礦智能化標(biāo)準(zhǔn)體系，在智能化綜采工作面、煤礦5G通信、煤礦機(jī)器人、露天煤礦無人駕駛等方面啟動(dòng)了標(biāo)準(zhǔn)制定工作，全年發(fā)布、立項(xiàng)煤礦智能化相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)100項(xiàng)，包括發(fā)布能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)5項(xiàng)，立項(xiàng)能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)14項(xiàng)，立項(xiàng)中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)22項(xiàng)，立項(xiàng)中國煤炭學(xué)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)51項(xiàng)、中國煤炭加工利用協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)8項(xiàng)。

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)塔山煤礦與網(wǎng)格化安全管理模式雙向補(bǔ)充的礦山云圖——智能決策平臺(tái)

前路漫漫，關(guān)鍵核心技術(shù)仍需突破

全行業(yè)推進(jìn)智能化建設(shè)的熱情高漲，取得的成果豐碩，但煤礦智能化建設(shè)仍處在初級(jí)階段，仍存在各種問題。

國家礦山安全監(jiān)察局安全基礎(chǔ)司司長孫慶國認(rèn)為，目前煤礦智能化建設(shè)還存在三方面問題。一是關(guān)鍵核心技術(shù)仍需突破，比如煤巖識(shí)別、高可靠智能傳感器、支護(hù)自動(dòng)化等技術(shù)。二是重大裝備研發(fā)生產(chǎn)能力有待進(jìn)一步提高，礦山裝備原始創(chuàng)新能力不足，特別是露天采礦使用的大型裝備不少依賴進(jìn)口。三是標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范建設(shè)仍需推進(jìn)，智能化設(shè)備接口不夠統(tǒng)一。

山東能源集團(tuán)黨委書記、董事長李偉同樣表示，目前煤礦智能化建設(shè)的一些核心技術(shù)仍需突破，比如煤巖識(shí)別等。地面的智能化水平尚處于初級(jí)階段，相關(guān)技術(shù)要應(yīng)用到井下，還需解決匹配、融合的問題。

對于下一步煤礦智能化建設(shè)，國家能源局煤炭司司長魯俊嶺表示，應(yīng)重點(diǎn)抓好典型示范，復(fù)制推廣先進(jìn)理念和有效經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ?；?qiáng)化創(chuàng)新，組織一批技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)適用的高新技術(shù)裝備進(jìn)行推廣應(yīng)用；加強(qiáng)監(jiān)督管理和協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)，共同做好煤礦智能化建設(shè)。

孫慶國建議，深化系統(tǒng)觀念，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通；加強(qiáng)科技攻關(guān)，提高成套裝備的國產(chǎn)化水平和煤機(jī)裝備制造能力；加強(qiáng)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，形成標(biāo)準(zhǔn)體系；通過校企聯(lián)合，加強(qiáng)智能化人才培養(yǎng)。

煤炭企業(yè)也充分認(rèn)識(shí)到智能化建設(shè)仍處于初級(jí)階段的現(xiàn)實(shí)，全力推進(jìn)智能化建設(shè)。

劉見中介紹，為推進(jìn)煤炭行業(yè)“煤智云”大數(shù)據(jù)中心建設(shè)，中國煤炭科工集團(tuán)牽頭成立了院士、首席科學(xué)家負(fù)責(zé)的專項(xiàng)工作組和建設(shè)運(yùn)營團(tuán)隊(duì)，計(jì)劃2年內(nèi)完成建設(shè)任務(wù)，確保2023年上線運(yùn)行。

尤文順表示，國家能源集團(tuán)全力全域全速推進(jìn)煤礦智能化建設(shè)，力爭在2022年實(shí)現(xiàn)“五個(gè)100%”（采煤工作面100%智能化、掘進(jìn)工作面100%智能化、選煤廠100%智能化、固定崗位100%無人值守、煤礦智能化技術(shù)以及建設(shè)100%覆蓋），2025年煤礦全部實(shí)現(xiàn)智能化，2035年建成神東、寧煤、準(zhǔn)能3個(gè)智能礦區(qū)。

日前，國家能源集團(tuán)印發(fā)文件，對在智能化建設(shè)中表現(xiàn)優(yōu)異的煤礦按等級(jí)給予80萬元、100萬元以及120萬元的獎(jiǎng)懲，將煤礦智能化完成情況與子分公司績效掛鉤，嚴(yán)格考核，激發(fā)職工智能化建設(shè)的熱情。

“展望2022年，對煤礦智能化的認(rèn)識(shí)將更加統(tǒng)一，智能化煤礦系統(tǒng)架構(gòu)更加清晰，煤礦數(shù)字化基礎(chǔ)進(jìn)一步夯實(shí)，頂層數(shù)據(jù)治理結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善，數(shù)據(jù)采集與傳輸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)服務(wù)、數(shù)據(jù)信息安全等進(jìn)一步規(guī)范。”中國工程院院士、中國煤炭科工集團(tuán)首席科學(xué)家王國法說。

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