煤礦智能化支撐煤炭工業高質量發展
王國法
煤炭是我國能源的基石，是國家能源安全的壓艙石，也是可以清潔高效利用的最經濟安全的能源。如何實現新時期煤炭工業高質量發展是煤炭行業面臨的核心問題。近年來，全行業一直在探索高質量發展之路。八部委近日正式發佈的《關於加快煤礦智能化發展的指導意見》，是一個綱領性文件，對煤炭工業發展具有里程碑意義。文件提出的十八條意見，內容豐富、指導性很強。特別是提出的三階段目標為煤炭企業指明瞭發展方向，符合世界產業科技發展潮流，符合國家發展戰略，符合企業發展要求，煤礦智能化已成為不可逆轉的大趨勢。
階段性目標科學可行
煤礦智能化是煤礦綜合機械化發展的新階段，是煤炭生產力和生產方式革命的新方向。經過40多年的發展，我國煤礦綜合機械化取得了歷史性的巨大成績，煤礦生產力和安全生產面貌發生了翻天覆地的變化，全國已基本實現煤礦機械化和綜合機械化，為新時期發展煤礦智能化奠定了良好基礎。
智能化煤礦就是要將物聯網、雲計算、大數據、人工智能、自動控制、移動互聯網、智能裝備等與煤炭開發技術與裝備進行深度融合，形成全面自主感知、實時高效互聯、智能分析決策、自主學習、動態預測預警、精準協同控制的煤礦智能系統，實現礦井地質保障、煤炭開採、巷道掘進、主輔運輸、通風、排水、供電、安全保障、洗選運輸、生產經營管理等全過程的安全高效智能運行。“十三五”以來，我國煤礦智能化發展很快，取得了一些重要成果，但總體上還處於煤礦智能化發展的初級階段。
煤礦智能化是一個不斷髮展的過程，智能化水平也有一個不斷提高的過程。《指導意見》提出的三階段目標是基於我國煤礦智能化研究與實踐和世界科技發展趨勢提出的。第一階段目標是到2021年將建成多種類型、不同模式的智能化示範煤礦，基本實現掘進工作面減人提效、綜採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控。這是一個既緊迫又現實的目標。近年來，重點煤炭企業已在煤礦智能化建設中取得重要進展，技術裝備研發取得一批重要成果，為煤礦智能化發展提供了支撐條件。按照典型示範、分類推進原則，通過加強統籌規劃，到2021年因地制宜建設一批效果突出、帶動性強的煤礦示範工程，形成多種煤礦智能化產業發展模式，這一目標是科學可行的。
重點建設十大智能系統
《指導意見》強調要加強頂層設計，科學謀劃煤礦智能化建設。煤礦智能化是一個系統工程，智能化煤礦必須實現開拓、採掘（剝）、運輸、通風、洗選、安全保障、經營管理等全過程的智能化運行，各個環節缺一不可。一些煤礦在信息化建設中因沒有統一規劃設計，造成多系統互不兼容，形成信息孤島，使這些系統無法互聯互通。因此，煤礦智能化建設必須吸取這些教訓，把頂層設計作為總綱，一張藍圖繪到底。
智能化煤礦要重點建設十大智能系統，包括煤礦智慧中心及綜合管理系統、煤礦安全實時通信網絡及地下精準位置服務系統、地質保障及4D-GIS動態信息系統、巷道智能快速掘進系統、開採工作面智能協同控制系統、煤流及輔助運輸與倉儲智能系統、煤礦井下環境感知及安全管控系統、煤炭洗選智能化系統、礦井全工位設備設施健康智能管理系統、煤礦場區及綠色生態智能系統。煤礦十大主要智能系統分別由若干個相關煤礦智能化子系統組成，數以百計的煤礦智能化子系統協同運行，構成煤礦智能化巨系統。
開展關鍵技術攻關
《指導意見》提出，推進科技創新，提高智能化技術與裝備水平，為“十四五”煤炭科技攻關指明瞭方向。一方面，我們應當瞄準未來5年~10年煤礦智能化發展面臨的重大基礎科學問題，從智能感知、分析、決策與控制等方面，加強從零到一的基礎創新。另一方面，要推進建設國家級重點實驗室和工程（研究）中心，支持建設煤礦智能化技術創新研發平臺，加強對核心基礎零部件、先進基礎工藝、關鍵基礎材料等共性關鍵技術的研發，重點突破精準地質探測、精確定位與數據高效連續傳輸、智能快速掘進、複雜條件智能綜採、連續化輔助運輸、露天開採無人化連續作業、重大危險源智能感知與預警、煤礦機器人及井下數碼電子雷管等技術與裝備。加快智能工廠和數字化車間建設，推進大型煤機裝備、煤礦機器人研發及產業化應用，提高智能裝備的成套化水平。
煤礦智能化涉及與物聯網、大數據、雲計算、自動控制、人工智能等進行交叉融合創新；要充分借鑑他山之石，在5G、雲、AI和工業互聯網技術方面開展多元合作。由中國煤炭學會和中國煤炭科工集團發起成立的煤礦智能化創新聯盟，協同推進相關技術發展，創新技術與資本多元合作的模式，逐步構建創新包容的煤礦智能化產業生態。
加大政策支持力度
煤礦智能化建設需要一定的資金投入，但能實現更高的效率和安全效益，這已被實踐證明。煤礦智能化從根本上改變煤礦工人的作業方式和條件，是煤礦工人的最大福祉，也是煤炭企業發展的內在要求，技術與生產方式變革的大趨勢倒逼煤炭企業要進行智能化建設。國家通過加大政策支持力度，建立智能化發展長效機制。對驗收通過的智能化示範煤礦，給予產能置換、礦井產能核增等方面的優先支持。在煤礦安全改造中央預算內投資安排上，對積極推廣應用井下智能裝備、機器人崗位替代、推進煤礦開採減人提效的煤礦予以重點支持。對新建的智能化煤礦，在規劃和年度計劃中優先考慮。將煤礦相關智能化改造納入煤礦安全技術改造範圍，探索研究將相關投入列入安全費用使用範圍。研究相關產業扶持政策，鼓勵金融機構加大對智能化煤礦的支持力度。鼓勵企業發起設立相關市場化基金，形成支持煤礦智能化發展的長效機制。
就目前智能化煤礦建設沒有標準規範依據的突出問題，《指導意見》提出，強化標準引領，提升煤礦智能化基礎能力。過去一年裡，我們以中國煤炭科工集團為主體開展了煤礦智能化標準體系的研究，已提出了煤礦智能化標準體系框架，首先完成了“智能化煤礦分類、分級技術條件與評價指標體系”、“智能化綜採工作面分類、分級評價技術條件與指標體系”等相關標準文本，並啟動煤礦智能化技術標準專項。
下一步，要推動各企業制定具體實施方案，把煤礦智能化建設落到實處，解決發展中的實際問題，發揮好煤礦智能化創新聯盟的作用，做好標準體系的建設和人才培養。
（作者系中國工程院院士、中國煤炭科工集團首席科學家）
煤礦迫切需要智能化改造高危作業崗位
煤礦機器人協同推進中心
八部委聯合發佈《關於加快煤礦智能化發展的指導意見》，對於提升煤礦安全生產水平具有重要意義。
煤炭行業災害重、風險大、下井人員多、危險崗位多，是最典型的高危行業。煤炭從業人員中，從事採煤、掘進、設備安裝、運輸、災害治理、煤倉清理的危險崗位和瓦斯檢查、設備設施巡檢等關鍵崗位的人員佔比達60%以上，是目前最迫切需要開展機器人換人的高危行業。同時，由於受煤礦井下特殊的複雜惡劣作業環境的限制，煤礦機器人是特種機器人領域中研發技術難度最大的種類之一，在煤礦機器人研發過程中存在若干技術難點，現有地面機器人領域的成熟技術和裝備不能直接移植到井下使用，需要組織相關部門和研發應用單位共同研究攻關。實施煤礦機器人下井工程，大力推進機器人替代，有利於降低煤礦安全生產風險，有利於煤礦減人提效，有利於降低礦工勞動強度，有利於解決煤礦招工難的問題。
煤礦機器人協同推進中心自2018年9月成立以來，按照國家煤礦安監局的統一部署，協調推進煤礦機器人研發應用，積極推動頂層設計、協調爭取政策支持、搭建平臺協同推進、紮實做好服務支撐、廣泛開展宣傳促進，為提升煤礦本質安全水平盡智出力，發揮了積極的作用。一是將煤礦機器人列入科技部國家重點研發計劃。積極組織專家參與科技部重點專項指南的編制工作，首次將“大型高產礦井綜合掘進機器人、複雜地質條件煤礦輔助運輸機器人和麵向衝擊地壓礦井防衝鑽孔機器人”3種煤礦機器人列入2020年度“智能機器人”重點專項申報範圍。目前，申報指南建議已完成社會公示徵求意見工作，即將發佈。二是將“煤礦智能裝備及煤礦機器人研發應用”納入企業安全生產費用的提取和使用範圍，目前《企業安全生產費用提取和使用管理辦法（修訂稿）》已完成徵求意見及相關修訂工作。三是將煤礦“四化”技術裝備和煤礦機器人納入煤礦安全生產先進適用技術裝備遴選範圍，促進智能裝備和煤礦機器人推廣應用。四是將“煤礦智能化開採技術及煤礦機器人研發應用” 列入《產業結構調整指導目錄（2019年本）》煤炭行業鼓勵類目錄。該目錄已於2019年10月發佈。五是將“推廣應用井下智能裝備、機器人崗位替代、推進煤炭開採減人提效”列入《煤礦安全改造中央預算內投資專項管理辦法》煤礦安全改造專項重點支持範圍。該辦法已於2020年1月印發。
2019年是煤礦智能化建設和煤礦機器人應用在現場落地的快速發展之年，主要產煤省份高度重視煤礦智能化發展。河南省去年出臺了《河南省煤礦智能化建設實施方案》， 山西省工信廳、山西省應急管理廳、山西省國資委、山西省能源局和山西煤監局五部門日前確定山西焦煤嵐縣正利煤業公司等10座煤礦為山西省智能煤礦建設試點，山西焦煤嵐縣正利煤業公司14—1106工作面等50個綜採工作面為山西省智能綜採工作面建設試點。另外，山東、河北、貴州等產煤省份也於去年出臺了推進煤礦智能化發展的指導文件，建成了一批智能化工作面。
現在，地方政府和煤礦企業發展煤礦智能化的積極性都比較高。下一步，煤礦機器人協同推進中心將繼續按照應急管理部、國家煤監局的要求，積極協調推進煤礦機器人的研發應用，加快推進煤礦智能化發展，提升煤礦安全生產水平。
構建新型煤炭數字化生態
李首濱
在國家能源安全新戰略的總體佈局下，八部委聯合發佈《關於加快煤礦智能化發展的指導意見》，明確了煤礦智能化的內涵和目標，指明瞭煤炭這一傳統產業的發展方向，標誌著從國家層面正式將煤礦智能化作為煤炭工業高質量發展的核心技術支撐，對於推動煤炭行業高質量發展、促進煤炭產業轉型升級具有里程碑意義。
從事煤礦智能化、自動化開採的科學研究與管理工作30年來，作為中國煤炭科工集團天瑪公司總工程師，我率領團隊，從早期技術國內空白進口電液控制系統到具有完全自主知識產權的智能化採煤系統，從昔日的跟隨者到今日的領跑者，成功走出一條“引進、消化、吸收、再創新”的路子，也奠定了天瑪公司智能開採領跑者的行業地位。到目前為止，天瑪公司自主研製的可視化遠程干預型的智能化開採系統已在全國近200個工作面成功應用，具有完全自主知識產權的電液控制系統已銷售近500套，助力200多個煤礦實現了自動化、智能化轉型。
未來，天瑪公司將繼續秉承央企使命，落實《指導意見》，充分調動技術、智能製造等優勢力量，堅持以客戶為中心，致力煤礦智能無人化開採，為煤礦智能化發展貢獻力量。
我國煤礦智能化建設存在基礎理論研發滯後、技術標準與規範不健全、平臺支撐作用不夠、技術裝備保障不足、高端人才匱乏等問題，同時低水平建設、系統集成困難、數據深度應用不夠等問題突出。
中國煤科於2019年專門組建了礦業智能化專門科研機構——中央研究院礦山大數據研究院並且委任我為院長。核心任務是探索研究世界最先進的數據科學，利用大數據、人工智能技術推動礦業領域技術革命，開發基於工業互聯網的礦山複雜系統大數據平臺，引領智慧礦山工業大腦生態系統建設。根據《指導意見》，未來，我們將圍繞人工智能、大數據、工業互聯網在礦山領域應用的基礎理論、核心算法、關鍵模塊、複雜系統、基礎軟件等方面進行深入研究，並充分發揮中國煤科的科研技術優勢、人才優勢，重點突破礦山智能化相關的共性、關鍵性、前瞻性技術難題。我們將把培養礦山大數據高端人才，打造礦業大數據戰略技術高地，建成集聚頂尖人才，攀登科技高峰，激揚第一動力的世界一流礦山大數據創新研究中心作為目標。
2019年底，中國煤科與山西省委、省政府就共同建設“全國智慧礦山創新基地”簽署《全面合作框架協議》，並在山西省委、省政府的支持下於2020年2月28日和山西省綜改區簽訂了《全國智慧礦山創新基地（一期）示範生產線建設項目框架協議》。作為中國煤科在山西省設立的智能礦山有限公司的董事長，我認為，《指導意見》也為智能礦山有限公司指明瞭發展道路。《指導意見》的發佈，對於進一步推動山西省全面落實《關於在山西開展能源革命綜合改革試點的意見》和“四個革命、一個合作”能源安全新戰略，實施山西省“項目為王”戰略和落實“四為四高兩同步”總體思路和要求，大力推進山西實施新發展理念、創新驅動發展戰略，聚焦打造能源革命排頭，在“兩轉”基礎上全面推動山西省轉型發展提供了切實的保障。
根據《指導意見》，2020年，智能礦山有限公司將依託整個中國煤科技術和產品資源，秉承典型示範、分類推進和自主創新、開發合作的原則，圍繞十三項指導任務和五項保障措施，聚力為山西省打造智慧礦山樣板；聚合山西省煤炭行業資源優勢打造“全國智慧礦山創新基地”，打造山西省與中央企業合作創新的新模式新典範，為全國、全球煤炭工業發展提供“山西方案”；為加快全國煤炭工業智能化進程，促進全行業實現真正的從傳統行業向新型數字經濟體轉型，使整個行業變得更安全、更高效、更綠色貢獻一份力量。
未來，5G技術、AI、工業互聯網等多種智能技術的新型煤炭數字化經濟體融合在一起，將形成更有活力、更加多元化的新型煤炭數字化生態。這對整個煤炭工業發展具有革命性意義，很期待這一天的到來。
（作者系中國煤科中央研究院礦山大數據研究院院長、中國煤科天瑪公司總工程師、中國煤科智能礦山有限公司董事長）
閱讀更多 煤文化 的文章
