煤礦智能化建設(shè)怎么做？
為煤礦智能化發(fā)展賦能
王國(guó)法
煤礦智能化是煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐。加快煤礦智能化發(fā)展，建設(shè)智能+綠色煤炭工業(yè)新體系，實(shí)現(xiàn)煤炭資源的智能化安全高效綠色開(kāi)發(fā)與清潔高效利用，是我國(guó)煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的戰(zhàn)略任務(wù)和必由之路。
近年來(lái)，我國(guó)煤礦智能化建設(shè)步伐加快，煤炭企業(yè)進(jìn)行煤礦智能化建設(shè)的積極性非常高，機(jī)械化、自動(dòng)化、信息化、智能化程度不斷提升，尤其是在薄煤層和較薄煤層智能化綜采、大采高和超大采高智能化綜采以及特厚煤層綜放開(kāi)采智能化技術(shù)與裝備方面實(shí)現(xiàn)領(lǐng)跑。
但我國(guó)煤礦智能化發(fā)展仍處于初級(jí)階段，存在智能化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范缺失、技術(shù)裝備保障不足、研發(fā)平臺(tái)不健全、高端人才匱乏等問(wèn)題。
健全智能化標(biāo)準(zhǔn)體系
智能化煤礦的總體架構(gòu)包含智能化管控平臺(tái)（煤礦智慧大腦）、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)、大數(shù)據(jù)中心、GIS空間信息服務(wù)等在內(nèi)的10大主要智能化應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)覆蓋整個(gè)礦區(qū)的通信和感知網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建煤礦大數(shù)據(jù)庫(kù)，滿足智能化開(kāi)采的多樣承載需求，使煤礦生產(chǎn)能夠“看得見(jiàn)、管得了、控得住”。
煤礦智能化建設(shè)是一個(gè)多學(xué)科交叉融合的復(fù)雜問(wèn)題，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)雜巨系統(tǒng)，亟須統(tǒng)一技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)深度互聯(lián)互通，其基礎(chǔ)是建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系，其建設(shè)過(guò)程隨著煤礦智能化技術(shù)不斷發(fā)展迭代更新，因此必須保證其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系具有體系性、繼承性和前瞻性。
要做到“一張藍(lán)圖繪到底”，需要科學(xué)規(guī)劃頂層設(shè)計(jì)，確定各標(biāo)準(zhǔn)的邊界范圍及適應(yīng)性，按照分類分級(jí)建設(shè)的原則，避免重復(fù)規(guī)范和過(guò)度標(biāo)準(zhǔn)化，確保智能化相關(guān)技術(shù)在煤礦得到有效應(yīng)用，同時(shí)強(qiáng)化智能化煤礦建設(shè)的規(guī)劃部署，建立智能化礦山協(xié)同推進(jìn)機(jī)制，研究制定促進(jìn)智能化煤礦建設(shè)的相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策，并借鑒其他行業(yè)現(xiàn)有成熟的智能技術(shù)，將其在煤炭生產(chǎn)領(lǐng)域進(jìn)行轉(zhuǎn)化應(yīng)用。各行業(yè)參與煤礦智能化建設(shè)應(yīng)當(dāng)以促進(jìn)煤礦安全、少人、提效為目標(biāo)，以完善利益聯(lián)結(jié)機(jī)制和提高煤礦智能化水平為核心，以制度、技術(shù)和商業(yè)模式創(chuàng)新為動(dòng)力，著力推進(jìn)煤炭生產(chǎn)全流程的智能化建設(shè)。
煤礦智能化標(biāo)準(zhǔn)體系總體框架應(yīng)充分考慮煤礦所在區(qū)域、建設(shè)規(guī)模、煤層地質(zhì)賦存條件、生產(chǎn)技術(shù)條件等的不平衡性，煤礦開(kāi)拓、采掘、運(yùn)通、洗選、安全保障、生態(tài)保護(hù)、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理等全過(guò)程的關(guān)聯(lián)性，以及各指標(biāo)要素對(duì)煤礦智能化主系統(tǒng)影響程度的差異性。
要加大攻關(guān)核心技術(shù)的力度和高端綜采綜掘智能化裝備、重大災(zāi)害應(yīng)急救援智能裝備等重大裝備的研發(fā)應(yīng)用，不斷提高煤礦智能化水平，為煤礦智能化建設(shè)提供高可靠性的先進(jìn)裝備保障。
搭乘新基建紅利專車
隨著第四次工業(yè)革命席卷全球，新一代信息技術(shù)能夠大幅促進(jìn)能源生產(chǎn)智能化、能源消費(fèi)合理化、能源監(jiān)管透明化，成為能源轉(zhuǎn)型的先導(dǎo)力量。新一代信息技術(shù)與能源礦業(yè)工程的深度融合成為必然趨勢(shì)。
在礦業(yè)領(lǐng)域，通過(guò)部署各類傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換以及消費(fèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面感知，利用泛在的互聯(lián)5G網(wǎng)絡(luò)傳輸至大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，引入人工智能技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，從而支撐人員、設(shè)備以及環(huán)境進(jìn)行科學(xué)決策、精準(zhǔn)管控和精準(zhǔn)執(zhí)行，推動(dòng)安全綠色、高效智能的能源開(kāi)采、轉(zhuǎn)換與消費(fèi)。
5G通信網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等為代表的新一代信息技術(shù)與能源與礦業(yè)行業(yè)的深度融合，將發(fā)揮越來(lái)越重要的支撐賦能作用。
新基建為煤礦智能化、煤礦企業(yè)和相關(guān)企業(yè)發(fā)展帶來(lái)了新機(jī)遇。新基建即以5G、人工智能和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)為代表的新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。與傳統(tǒng)基建如鐵路、公路、橋梁、水利工程等不同，新基建具有鮮明的科技特征和科技導(dǎo)向，以現(xiàn)代科技特別是信息科技為支撐，包括了通信網(wǎng)絡(luò)等信息基礎(chǔ)設(shè)施、智能交通等融合基礎(chǔ)設(shè)施，以及產(chǎn)業(yè)技術(shù)等創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施，旨在構(gòu)建數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。
新基建推進(jìn)煤炭企業(yè)加快轉(zhuǎn)型發(fā)展步伐，吸收數(shù)字化時(shí)代賦予的科技力量，充分釋放工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的連接、融合、共享價(jià)值，依靠技術(shù)、管理、商業(yè)模式創(chuàng)新，提高精細(xì)化運(yùn)營(yíng)和精細(xì)化管理水平，實(shí)現(xiàn)科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)升級(jí)相互促進(jìn)。
在方興未艾的第四次工業(yè)革命浪潮中，搭上新基建的紅利專車，抓住智能化發(fā)展的機(jī)遇，對(duì)煤炭行業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)高質(zhì)量發(fā)展至關(guān)重要。從國(guó)情出發(fā)，我國(guó)應(yīng)該科學(xué)提升能源與礦業(yè)智力水平，深化能源體制改革，為能源與礦業(yè)治理保駕護(hù)航。
?。ㄗ髡呦抵袊?guó)工程院院士，中國(guó)煤炭科工集團(tuán)首席科學(xué)家）
“5G+生態(tài)”賦能煤炭智能化
趙國(guó)瑞
從通信技術(shù)發(fā)展史來(lái)看，1G、2G一直到現(xiàn)在的第五代通信技術(shù)，除了速度更快、用戶體驗(yàn)更好外，標(biāo)準(zhǔn)也不斷地向融合方向發(fā)展——前幾代通信技術(shù)都有幾種不同標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在的第五代通信技術(shù)只有一種標(biāo)準(zhǔn)。
5G優(yōu)勢(shì)可以總結(jié)為三大方面：大帶寬、廣連接、低延時(shí)。其可以應(yīng)用于萬(wàn)人體育場(chǎng)實(shí)時(shí)播放、智慧城市、智慧工廠、遠(yuǎn)程醫(yī)療、無(wú)人機(jī)等不同場(chǎng)景。將這三大優(yōu)勢(shì)進(jìn)行組合，可以搭起物理空間和信息空間溝通的橋梁。
像工業(yè)制造領(lǐng)域的機(jī)床一樣，5G作為一個(gè)基礎(chǔ)工具結(jié)合不同的材料或技術(shù)就能加工成不同的產(chǎn)品，以滿足不同的應(yīng)用需求。通過(guò)組合各種技術(shù)，5G可以同時(shí)支持各種差異化場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)場(chǎng)景的定制和組件化。
不同于以往的通信技術(shù)，5G技術(shù)的主攻方向是垂直行業(yè)的應(yīng)用，如工業(yè)控制場(chǎng)景等。5G技術(shù)需要與其他新興技術(shù)結(jié)合，為工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景的實(shí)現(xiàn)提供基礎(chǔ)設(shè)施保障，從而重塑傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)；牽引云大物智移深度融合，創(chuàng)新應(yīng)用和服務(wù)，實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)和數(shù)據(jù)價(jià)值的提升。
煤礦智能化需要5G的支撐
無(wú)論是傳感層、傳輸層、控制層還是后端的應(yīng)用開(kāi)發(fā)層，發(fā)展煤礦智能化都需對(duì)傳統(tǒng)煤礦業(yè)務(wù)場(chǎng)景進(jìn)行重塑，而煤礦智能化應(yīng)用和系統(tǒng)融合等對(duì)承載的網(wǎng)絡(luò)也提出了新要求和新標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能滿足煤礦智能化的要求，需要從系統(tǒng)工程的角度，利用5G技術(shù)重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)整體架構(gòu)、創(chuàng)新應(yīng)用場(chǎng)景和新業(yè)務(wù)模式。
在數(shù)據(jù)層面，智能化開(kāi)采感知數(shù)據(jù)有三大特征：數(shù)據(jù)類型多樣化、數(shù)據(jù)生成速度快、數(shù)據(jù)體量增長(zhǎng)快。從數(shù)據(jù)類型來(lái)看，除了傳統(tǒng)視頻、語(yǔ)音、文本等外，又增加了高清視頻等，這些新增數(shù)據(jù)類型對(duì)網(wǎng)絡(luò)也有了更多個(gè)性化需求。
在智能化開(kāi)采傳輸需求層面，隨著智能化開(kāi)采的不斷推進(jìn)，數(shù)據(jù)類型越來(lái)越多樣化，5G切片管理技術(shù)能夠提高網(wǎng)絡(luò)資源利用效率，實(shí)現(xiàn)不同場(chǎng)景的隔離劃分，滿足智能化開(kāi)采對(duì)網(wǎng)絡(luò)高效利用和數(shù)據(jù)安全傳輸?shù)男枨蟆?/p>
在智能化開(kāi)采決策控制需求層面，不僅數(shù)據(jù)需求更加廣泛、全面，協(xié)同控制互聯(lián)互通更加頻繁，而且遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)性控制要求更高，如果延時(shí)過(guò)長(zhǎng)就可能導(dǎo)致隱患，通過(guò)重構(gòu)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，5G技術(shù)的低延時(shí)特征可以解決這一問(wèn)題。
在場(chǎng)景應(yīng)用需求方面，新技術(shù)采用云、邊、端互訪更多，新技術(shù)發(fā)展端到端訪問(wèn)更加頻繁，新場(chǎng)景資源調(diào)配靈活度要求更高。通過(guò)梳理包含煤礦智能工作面、高精密傳感器、工業(yè)圖像處理等在內(nèi)的30多種智能化開(kāi)采應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)比帶寬要求等，發(fā)現(xiàn)4G能夠滿足的應(yīng)用場(chǎng)景越來(lái)越少，5G技術(shù)才能解決當(dāng)前的痛點(diǎn)問(wèn)題。
煤礦5G建設(shè)和應(yīng)用要有產(chǎn)業(yè)鏈和生態(tài)意識(shí)
礦山5G應(yīng)用急需解決的問(wèn)題是礦用5G標(biāo)準(zhǔn)和專有頻段的確定與合法化。
MEC邊緣計(jì)算的核心就是將業(yè)務(wù)向邊緣遷移或下沉、微服務(wù)化，這也是未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。
網(wǎng)絡(luò)切片是5G網(wǎng)絡(luò)的核心價(jià)值，基于共享的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、傳輸網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)絡(luò)，面向特定業(yè)務(wù)需求（如大帶寬、低延時(shí)、大連接）提供差異化的服務(wù)等級(jí)。網(wǎng)絡(luò)切片能有效降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，具備網(wǎng)絡(luò)的智能化能力和靈活組網(wǎng)能力，并保持業(yè)務(wù)隔離，保障業(yè)務(wù)安全。網(wǎng)絡(luò)切片+邊緣計(jì)算是5G保障行業(yè)部署的基礎(chǔ)能力。
智能化開(kāi)采不僅要有網(wǎng)絡(luò)等硬件基礎(chǔ)設(shè)施的開(kāi)發(fā)，針對(duì)后續(xù)應(yīng)用的軟件開(kāi)發(fā)同樣不可缺少。不同場(chǎng)景間有一定關(guān)聯(lián)，結(jié)合大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)能夠開(kāi)發(fā)出新的場(chǎng)景，比如遠(yuǎn)程運(yùn)維問(wèn)題。隨著煤礦智能化的深入發(fā)展，高端設(shè)備運(yùn)維的門(mén)檻會(huì)越來(lái)越高，依賴傳統(tǒng)設(shè)備制造企業(yè)派人維修的方式已不能滿足煤礦安全高效生產(chǎn)的需求，運(yùn)用5G技術(shù)將現(xiàn)場(chǎng)高清視頻、設(shè)備識(shí)別終端、機(jī)器人化執(zhí)行終端和遠(yuǎn)程專家知識(shí)等融合起來(lái)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)維修。
在軟件開(kāi)發(fā)方面，5G技術(shù)和其他技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景有很大的不同，現(xiàn)在的軟件開(kāi)發(fā)必須考慮5G網(wǎng)絡(luò)本身的特性，這也是5G技術(shù)后期開(kāi)發(fā)時(shí)需要注意的問(wèn)題。
5G應(yīng)用平臺(tái)建設(shè)需要注意頂層設(shè)計(jì)系統(tǒng)專業(yè)、多網(wǎng)融合靈活配置、轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)嚴(yán)格控制和工業(yè)控制安全為先等關(guān)鍵點(diǎn)。
5G技術(shù)不單是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，是要結(jié)合應(yīng)用場(chǎng)景的專業(yè)化設(shè)計(jì)，所以需要在建設(shè)前完成頂層設(shè)計(jì)。同時(shí)，5G不是要消滅其他網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，而是能夠和其他網(wǎng)絡(luò)融合應(yīng)用，并讓各網(wǎng)更加高效地運(yùn)行。再者，煤礦5G應(yīng)用是一個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈行為，不是單純建網(wǎng)，更不是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商或建設(shè)商能夠獨(dú)立完成的事，需要智能終端商、智能應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)商、煤炭開(kāi)采企業(yè)等上下游企業(yè)共同打造和維護(hù)煤礦5G應(yīng)用生態(tài)，以5G撬動(dòng)人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等一批先進(jìn)技術(shù)的煤礦落地應(yīng)用，相應(yīng)產(chǎn)業(yè)模式也應(yīng)隨之改變。以往大而全的獨(dú)立發(fā)展模式將會(huì)變得非常困難，注重專業(yè)化并加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)合作將是未來(lái)的發(fā)展方向。
（作者系中煤科工集團(tuán)開(kāi)采研究院有限公司副研究員）
做好智能化開(kāi)采頂層設(shè)計(jì)與總體架構(gòu)
任懷偉
智能化礦山建設(shè)不僅僅是煤炭行業(yè)傳統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的改造升級(jí)，更是其在服務(wù)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)過(guò)程中的地位、作用改變的體現(xiàn)。
某種意義上講，手機(jī)的發(fā)展路徑就是智能化礦山建設(shè)的路徑。我們?cè)诮鉀Q了現(xiàn)有煤礦開(kāi)采問(wèn)題的基礎(chǔ)上，又融合了高端的先進(jìn)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)煤礦生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的升級(jí)發(fā)展。
智能化存在的問(wèn)題主要在三個(gè)方面
自動(dòng)化和智能化的區(qū)別在于一個(gè)是自動(dòng)執(zhí)行，一個(gè)是主動(dòng)執(zhí)行。自動(dòng)化更多是按照我們?cè)O(shè)置的既定程序自動(dòng)執(zhí)行，智能化則代表了主動(dòng)性。一個(gè)系統(tǒng)到底是自動(dòng)化還是智能化就要看其自主工作機(jī)制，比如能夠根據(jù)工作面的地質(zhì)條件自動(dòng)做出調(diào)整，或是在安全監(jiān)測(cè)過(guò)程中做出預(yù)測(cè)分析、主動(dòng)報(bào)警等，都是智能化的體現(xiàn)。
目前，我國(guó)以中國(guó)煤炭科工集團(tuán)、中國(guó)礦大等為代表的研發(fā)機(jī)構(gòu)在地質(zhì)信息探測(cè)、礦山建模、生產(chǎn)自動(dòng)化、安全監(jiān)控、管理信息化等方面開(kāi)展了大量理論和技術(shù)研究。黃陵礦業(yè)、神東礦區(qū)、陜北張家峁、延長(zhǎng)石油巴拉素等在數(shù)字化礦山建設(shè)、生產(chǎn)系統(tǒng)智能化等應(yīng)用方面取得了突破性進(jìn)展。
數(shù)字礦山及智能化開(kāi)采將控制、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)采礦科學(xué)融合發(fā)展，是煤礦開(kāi)采領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。建設(shè)智能化礦山已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外煤炭企業(yè)的必然選擇。
但是，在智能化礦山建設(shè)發(fā)展過(guò)程中仍存在一些問(wèn)題，主要包括信息孤島、標(biāo)準(zhǔn)不健全、關(guān)鍵技術(shù)未突破等三個(gè)方面。信息孤島體現(xiàn)為各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)沒(méi)有深度融合、無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的充分利用和智能化管控；標(biāo)準(zhǔn)不健全體現(xiàn)在數(shù)字化建模、通信、智能化礦山架構(gòu)等方面缺少統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，難以實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)、跨平臺(tái)集成應(yīng)用；在關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，井下定位、高清視頻圖像獲取及應(yīng)用、智能化采掘裝備等技術(shù)尚未突破。
深度融合人工智能與采礦工藝技術(shù)
智能化礦山更偏向于一些信息化和自動(dòng)化控制的技術(shù)，但煤炭行業(yè)從業(yè)人員更關(guān)心的還是煤礦井下。不論井上井下都是相互關(guān)聯(lián)的，有所偏頗可能就會(huì)影響智能化建設(shè)效果。
智能化礦山建設(shè)以“網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)共享交換、信息融合安全、功能協(xié)同聯(lián)動(dòng)、能源節(jié)約利用”為方案設(shè)計(jì)的總原則。在智能化煤礦頂層設(shè)計(jì)和建設(shè)中，要遵循“打通信息壁壘”“鏟除信息煙囪”“消除信息孤島”“避免重復(fù)建設(shè)”的技術(shù)方法，同時(shí)將人工智能與采礦工藝技術(shù)深度融合，讓智能化更好地替代人類工作。
礦山總體架構(gòu)及綜合管控操作平臺(tái)具有可視化、事件響應(yīng)和報(bào)警、維修維護(hù)、趨勢(shì)分析和報(bào)告、質(zhì)量分析、網(wǎng)絡(luò)報(bào)告、移動(dòng)端報(bào)告等頂層功能，可分為數(shù)據(jù)采集與智能感知、高速信息傳輸網(wǎng)絡(luò)、智能化生產(chǎn)系統(tǒng)、智能安全保障系統(tǒng)、全礦井設(shè)備和設(shè)施管理、供應(yīng)鏈經(jīng)營(yíng)管理系統(tǒng)等方面。
智能化礦山在井下要做的工作主要包括生產(chǎn)技術(shù)、安全技術(shù)、保障技術(shù)三個(gè)方面。生產(chǎn)技術(shù)包括開(kāi)采、掘進(jìn)以及洗選、裝車等；安全技術(shù)包括頂板、瓦斯、防滅火、人員安全等災(zāi)害的監(jiān)測(cè)，也就是感知、分析和趨勢(shì)預(yù)測(cè)等；保障技術(shù)則包括排水、通風(fēng)、物流調(diào)度等管理以及供電等。
在井上，智能化礦山的主要工作是獲取生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)并且將其放入統(tǒng)一的綜合管控大數(shù)據(jù)庫(kù)中，用大數(shù)據(jù)庫(kù)支撐智能化管控平臺(tái)的應(yīng)用，包括各種數(shù)據(jù)的分析、顯示，以及趨勢(shì)預(yù)測(cè)、報(bào)警等；在分析過(guò)程中，會(huì)用到如大數(shù)據(jù)處理、云計(jì)算等人工智能技術(shù)，在這些技術(shù)的支撐和推動(dòng)下，才能提升現(xiàn)有的煤礦生產(chǎn)技術(shù)水平。
?。ㄗ髡呦抵忻嚎乒ぜ瘓F(tuán)開(kāi)采研究院有限公司科技創(chuàng)新中心副主任）
