煤礦智能化建設的系統思考

▊ 文/張科利 曹 豪

加快推進煤礦智能化建設，是保障煤礦安全高效生產的重要基礎，是推動煤礦實現高質量發展的重大舉措。我國煤礦智能化自2019年加快建設以來，已經進入從全面推進到局部突破、從系統建設到運維使用的轉變過程，需要對煤礦智能化建設進行回顧、評估、思考、總結，重新審視煤礦智能化這個時代命題，剖析智能化“建、用”環節存在的漏洞與不足，多維系統地思考現階段更貼近煤礦實際的智能化礦山建設方向。

一、煤礦智能化建設的意義

煤礦智能化是將智能裝備、工業物聯網、云計算、大數據、移動互聯網、人工智能等技術與現代煤礦開發技術深度融合，形成全面感知、實時互聯、分析決策、自主學習、動態預測、協同控制的智能系統，實現煤礦開拓、采掘、運通、洗選、安全保障、經營管理等全過程的智能化運行。通過推進煤礦智能化建設，可以實現安全生產系統的智能化和經營管理的數字化，最終達成“減人、提效、增安”的總目標。

1.能夠提高管理效率

通過使用現代信息技術，建立數據庫，不僅能夠及時、快速地收集生產信息，方便后續查詢和資源評估，還能加強煤炭資源的監控和管理，切實提高煤礦管理工作效率。

2.能夠保障安全生產

借助智能煤礦的各種信息體系，能夠實現資源合理配置，加強礦區環境的監測，及時發現潛在的安全隱患，預防災害事故的發生。

3.能夠提高生產效率

智能化技術可以實現煤礦生產的自動化和智能化管理，在減少礦工勞動強度和改善工作環境的同時，減少人力投入，提高生產效率，降低成本，實現提質增效。

二、目前煤礦智能化建設存在的問題

當前，煤礦智能化建設取得階段性成果，在實現系統自動化（包括遠程操控）、減輕人員勞動強度、減少操作人員及增強安全保障等方面取得了長足發展。但同時必須認識到煤礦智能化仍處于初級階段，存在發展理念不清晰、研發滯后于企業發展需求，關鍵工序突破性不成熟、實效性差；缺乏全面統籌和頂層設計、關鍵核心技術裝備有待突破、管理與人才儲備不足，煤礦智能化發展不能全面智能化常態化運行、數據分析結果指導性不足、現場結合度不高、經濟效益差等諸多問題。

三、煤礦智能化建設的建議

“如何看待和界定煤礦智能化？怎么建設智能化煤礦？建設到什么水平？”是當前煤礦智能化建設的重要議題。經過現場調研、系統思考，對煤礦智能化建設建議如下。

1.必須正確認識煤礦智能化與自動化、信息化等的關系

一是要從煤礦“四化”并存的現狀出發。“機械化、自動化、信息化、智能化”原則上為迭代關系，智能化是在信息化和自動化的基礎上建立，自動化是在機械化的基礎上建立，機械化是基礎，是執行機構。但現階段煤礦的現實情況為“四化”并存，如采煤實現了綜合機械化、自動化；掘進大多處于單機機械化狀態，還未完成全部工序的機械化；管路安裝、線纜敷設、水溝開挖等作業還未實現機械化等。因此，現階段煤礦智能化不應逾越機械化這一基礎，單方面強調智能化，讓智能化建設成為“空中樓閣”，而是應在部分工藝環節，首先在機械化和自動化上進行突破，“四化”并進，共同發力。

二是將“綜合自動化+數智化”作為煤礦智能化的發展路徑。目前煤礦大多將綜合自動化的延伸當作智能化，把綜合自動化的“加強版”當作智能化發展，認識不足，路徑不對。就目前煤礦智能化總體水平而言，基本上處于綜合自動化階段，與智能化主要的差距就是數智化水平不高，如智能化采煤缺乏地質、環境安全等方面的數智化支撐，智能排水缺乏水文、氣象的數智化支撐。因此，煤礦必須要正視“綜合自動化+數智化=智能化”的客觀發展路徑，即煤礦智能化必須要有數據分析決策環節，智能感知、智能決策、自動執行是煤礦智能化體系的重要特征，反之不能稱為智能化。并要將其作為一個樸素、客觀的發展邏輯關系在煤礦形成共識。

2.必須重視綜合組網，優化智能化基礎網絡

一是統籌有線與無線傳輸。網絡是實現數據實時、可靠傳輸的重要基礎，是煤礦智能化的“神經網絡”，由有線和無線兩部分組成。其中，無線網絡擺脫了終端電纜的束縛，可以更加方便地解決井下移動設備數據傳輸問題，但相較于有線傳輸有著軟連接等特點，存在結構復雜、帶寬低、不穩定等劣勢。因此，目前煤礦必須統籌發揮有線與無線的特點，以有線傳輸為主要手段，并輔之以移動場景下的無線網絡，建立有線與無線結合，以5G通信為主干，協同Wi-Fi、藍牙、UWB等無線通信方式的礦井通信網絡。

二是細分頻段。礦用5G無線網絡由3.5/2.6/2.1G、700/900M等頻段組成，不同的頻段擁有不同的上下行帶寬和覆蓋距離。傳輸網絡不僅需要考慮帶寬、時延、穩定性，還需要根據多協議適配能力、場景匹配度等維度進行考量。因此，煤礦要根據礦井數據總荷載數量及要求、分布、數據特點，優化礦井網絡架構，完善相應場景的解決方案，開展5G多頻段融合組網，重點解決煤礦井下不同區域對信號覆蓋的影響和各終端傳輸對網絡不同的特性需求。如在采煤、掘進等核心工作區，作業環境復雜、條件惡劣，存在著低時延遠程控制的需要，需要運用3.5/2.6G上行帶寬來滿足采掘面數據交互量大、低時延等需求；在主運輸、輔助運輸大巷，設備少、距離長、覆蓋面廣，需要運用700/900M頻段低時延、低頻、高穿透、強繞行的技術特性，增加大巷的有效通信距離，提升繞射和穿透能力，有效解決采掘工作面拐彎、上山/下山環境起伏等死角覆蓋問題。

3.必須重視人機協同，實現煤礦智能化常態運行

一是在智能化技術不完善的崗位要重視人工作用。截至2023年6月底，全國約有1100個智能化綜采工作面，但全智能化常態化運行的工作面很少。究其原因，除認知水平不高和員工素質較低外，在目前的技術水平條件下，系統設備的適應性和可靠性還不能完全滿足智能化的需求，如煤機裝備及其配套的各類傳感器、攝像頭等傳感器的可靠性和靈敏度與智能化開采還有差距，智能感知信息的有效利用率較低，工作面集控中心智能決策能力有待提升。煤巖識別、刮板輸送機的姿態調整、工作面找直、兩巷支護等在采煤作業過程還需人工干預。因此，現階段智能化采煤應該按照“機器智能+人工”的方式，逐步提升智能化水平。

二是在智能化技術完善的固定崗位實行無人值守。變電、排水、通風、壓風等崗位自動化技術成熟，運行穩定。因此，煤礦應在這些崗位堅決貫徹《煤礦安全規程》，提高認識，堅定不移執行無人化運行；同時，煤礦開展固定崗位無人值守也需要綜合考慮各種因素，包括技術、人員、安全和管理等方面，要定期評估無人值守的效果和效益，收集反饋意見，不斷進行改進和優化，根據實際情況，調整工作流程和技術配置，以提高無人值守的效率和質量。

4.必須重視提升煤礦的可視化條件

一是加強礦井粉塵治理，提高智能化的可靠性。煤礦井下往往粉塵大，能見度低，攝像頭、紅外線、超聲波等傳感器精度受粉塵影響很大，煤礦井下低照度、多粉塵和狹長的環境，也給視覺、光感、激光等光學傳感器智能裝備運行帶來了巨大的挑戰，直接影響智能化系統的正常運行。因此，煤礦必須將井下粉塵治理作為一個系統工程來實施，綜合考慮礦井的特點、工藝流程、設備配置等因素，制定相應的粉塵綜合治理方案。

二是要重視人工作用，為現階段煤礦可視化提供保障。可視化管理是一種用來判斷現場是否受控，在異常發生時發出警報的實用方法，是人機交互的監控系統。目前煤礦智能化還處于初級階段，各智能系統的可靠性和運行驗證時間還不夠，不能單獨、可靠、放心地運行，還需要在人工監視下運行，尤其是“關、大、精、稀”設備以及生產系統，如采煤工作面割煤、運輸系統各轉載點、主通風機周圍等，必須要重視人工作用，對其進行兜底保障。