煤礦智能化建設中存在的問題及其對策研究

周洪軍 周宗林

(國家礦山安全監察局安徽局，安徽省合肥市，230092)

礦山安全生產事關人民群眾生命財產安全，事關經濟發展和社會穩定大局，是安全生產的重中之重。黨和政府高度重視煤礦安全發展，煤礦智能化開采是落實中辦國辦《關于進一步加強礦山安全生產工作的意見》[1]的重要舉措，是煤礦安全高效開采的發展方向。在國家能源局和國家礦山安監局等機構的領導組織下，全國煤礦智能化建設取得了長足進展。煤礦智能化建設的目的就是減人、提效、增安，但通過對全國4省(區)20個單位煤礦智能化建設情況的調研，發現在法規及標準規范、智能技術及智能裝備、管理層面等方面，均存在一些突出性問題。如果這些問題得不到及時解決，將直接影響全國煤礦智能化建設進程，影響煤炭行業持續穩定健康發展。

1 煤礦智能化建設存在的主要問題

1.1 法律法規及標準規范方面

1.1.1 《煤礦安全規程》對煤礦智能化建設引領不充分

煤礦智能化建設，其目的是減人、提效和增安。目前，已通過國家級驗收的智能化建設礦井，在標準、規范等方面，還存在部分條款制約煤礦智能化發展的情況，導致智能化信息化創新、重構的空間被制約，一些新技術難以落地。《煤礦安全規程》[2](以下簡稱《規程》)對地面主通風機房、提升機房、壓風機房、變電所、井下中央變電所在什么條件可以無人值守沒有作出清晰的規定；地面瓦斯抽采泵房仍規定必須有專人值守；《規程》中對部分設備、崗位要求必須安排專人操作或進行日檢并詳細記錄；井下瓦斯無人巡檢系統在全礦各地點實時監測、上傳，完全可以有效替代瓦檢員人工巡檢，但按照《規程》無法取消瓦檢員。內蒙古自治區存在有的達標煤礦因瓦檢員配備不足而被煤礦安全監管部門按照煤礦瓦斯治理存在重大隱患進行處罰的現象。同時，井下5G、信號強度、質量與巡檢機器人無線充電技術等受井下設備“煤安認證”標準限制，無法發揮其最優能力。

1.1.2 標準規范存在不足

(1)井工煤礦《智能化示范煤礦驗收評分方法(試行)》[3]中“I類煤礦供電與供排水系統評分指標(表9)”規定：關于供電系統要求“礦井高壓供電系統具備智能防越級跳閘保護功能”，但安徽省很多煤礦供電實現不了高壓防越級跳閘，貴州、云南、江西等省(區)也有不能實現的。因為上級變電所為保護自身開關設備及系統穩定，II段電流速斷保護值往往比礦井進線開關整定值小；若改為“礦井內部高壓供電系統具備智能防越級跳閘保護功能”將更加切實可行。

(2)井工煤礦《智能化示范煤礦驗收評分方法(試行)》中“I類煤礦安全監控系統評分指標(表10)”規定第5項沖擊地壓災害防治有3小項共10分。但對大多數沒有沖擊地壓的煤礦，本系統最高只能得96分。在《智能化示范煤礦驗收評分方法》中，應規定無沖擊地壓的煤礦，此項不扣分。

(3)井工煤礦《智能化示范煤礦驗收評分方法(試行)》中“III類煤礦地質保障系統評分指標(表18)”規定：關于勘探技術與裝備要求“地質探測結果的精度滿足地質模型構建需求”；關于地質建模及應用要求“地質模型的精度滿足智能化采煤、智能化掘進、智能化通風、智能化安全監控等系統的需要”對精度要求只定性不定量，現場驗收不好把握。有的評分項目僅以“有”或“無”進行評分、無程度要求等等。有的通過省級驗收的某礦地質模型建模精度僅<3 m，不能滿足安全生產的需要，等等。

1.1.3 智能化綜合分析管控平臺建設缺少規范

煤礦企業通過智能化建設實現了數據采集與存儲，但是海量的數據資產如何發揮出其應有的價值，是目前智能化建設發展遇到的瓶頸。目前煤礦企業數據分析治理缺少科學、有效的手段，數據建模、分析技術跟不上，積累的數據資產無法有效地為煤礦企業管理人員提供安全、生產、經營方面的決策引導。中煤科工集團西安研究院研究開發的《基于透明地質的礦井智能水害仿真系統》[4]，是一套集成水文地質模型、導水參數計算、水文在線監測、供排水路線、水淹模擬、人員逃生等功能的水害綜合管控平臺；但從國家技術標準規范上，還缺乏能系統利用現有各子系統海量數據指導科研單位和軟件開發公司研制的，符合煤礦安全生產實際需要的智能管控系統。

1.2 技術及裝備方面

1.2.1 部分智能化關鍵技術仍未突破

近年來，煤礦智能化建設發展迅速，涌現出一批典型應用案例，但不同地區的井工煤礦井下條件各不相同，復雜條件下井工煤礦的地質精準建模、智能化采掘、煤礦機器人以及煤礦數據資源高效利用等技術未有突破性進展，尚處于初級階段。

(1)數據采集、編碼標準不統一，制約了與上級集團公司及監管監察部門平臺的對接與長遠發展。

(2)5G工業應用推行難，設備5G接入難(有的設備接口協議不支持5G接入，集成的5G通訊模組少)，推廣難度大，設備廠商對5G模組嵌入式開發積極性不高。

(3)數據綜合分析利用不充分。近年來，通過工業互聯網平臺建設，實現了子系統數據采集、融合，但最終的系統集成、打破煙囪式零散系統管理，絕不能僅僅靠零散系統的數據采集與上傳，而是要通過系統集中平臺建設；將采集的數據經過分析后直接向相關子系統發出控制決策，實現系統間智能聯動(每一處智能聯動，都會減少一次人工干預，都有可能縮減一名崗位工)，這是煤礦智能化建設努力的方向。但目前網絡通信協議兼容性、業務系統兼容性、系統間協同控制兼容性較差，制約了相關技術的發展。

1.2.2 一些為煤礦智能化建設服務的單位、設備器材還不適應發展需要

(1)大多數技術服務企業都偏向在軟件、平臺層面向煤礦服務，有的底層數據感知、采集水平依 然落后，存在瓶頸。比如：缺少礦用井下水處理自動加藥傳感器、油質傳感器 (用于采、掘、機運的乳化液泵站、液壓泵站油質監測，便于更好地運維設備、開展油質全生命周期管理)、風速傳感器、流量傳感器等采集精度不足，無法支撐數據分析，影響了井下通風質量動態結算、主通風機與局部通風機自動調頻和井下跑冒滴漏自動監測。同時，部分設備備件受國際關系影響，存在不確定性，鏈條、連接環、齒輪等材質與進口件還有差距。

(2)井下很多地點輔助作業依然采用人力(管路安裝拆卸、工作面巷道U型棚回收、水倉清淤等)，有些機器人受井下防爆要求，比較笨重、不靈活，有些場景缺少機械化替人、機器人替人的應用潛力挖掘。

1.2.3 有些智能化采掘技術裝備對煤層條件適應性差

(1)視頻監控不夠精準。如通過國家級驗收的某礦在淺埋深、薄基巖段及大坡度下山段開采期間，設備操控主要以人工干預為主，難以通過智能化手段進行適應性開采；采煤機5G遠程控制，因地面采煤機司機很難通過視頻監控真實看清工作面現場環境，無法對煤層變化、地質構造情況、煤機跟底情況等進行精準把控。

(2)近年來，部分煤礦企業通過不同手段開展了煤巖識別技術(聲音、光譜、電磁波、視頻分析等)研發、斷鏈識別(振動、聲音、視頻分析)等，但均未能實現有效落地應用。很多開采塊段受地質條件限制，開采過程中人工干預較多。這些問題制約了采煤工作面的智能化發展。

(3)采煤機慣導定位近年來應用不夠成熟，如因工作面兩巷坡度不一致或者工作面底板松軟以及在受其他地質環境影響期間，慣導定位無法適應現場條件變化。

(4)掘錨一體機進尺效率較高，但近年來自動鋪網、錨桿鉆機自動定位、自動換桿打鉆等技術未能取得實質性進展，掘、支、錨、運協同作業困難，且掘錨一體機不易開挖巷道硐室，造成掘進工作面操作人員多，后路運維人員多，難以在保障進尺的同時實現減人。

(5)掘進工作面進尺期間，掘進工作面粉塵控制缺少有效的技術手段，使用泡沫除塵、風機除塵等效果均不理想，工人現場作業環境差。

(6)政府投入需要進一步加大。目前很多前沿技術比如視頻分析、聲紋識別、煤巖識別等，在技術研究層面需要大量的數據分析、建模以及深度學習。目前主要靠煤礦企業推動此類技術研發、創新。而煤礦企業自身現有的數據量難以支撐場景的有效訓練，導致此類技術發展緩慢，一部分場景難以訓練出高質量、高準確度的算法模型。

1.3 管理層面

1.3.1 思想認識有偏差

不少煤礦對煤礦智能化建設認識模糊、盲目跟風，沒有以問題梳理為導向，草率對標、不注重成效，有的煤礦管理理念不夠先進，建設方案比較粗糙、缺乏科學的管理機制，導致投入后見效難，不利于煤礦智能化的發展與推進。有的煤礦系統好建不好用。主要存在現場管理、軟件兼容、容錯機制較差，人員素質不高、網絡安全、系統維護不到位等方面問題，導致煤礦智能化建設成為花架子，不管用或者不用。

1.3.2 因投入較大而產生畏難情緒

智能化裝備生產成本普遍較高，前期一次性投入較大，且基本由企業自身承擔；同時，智能化裝備精密程度較高，受井下粉塵、高溫、潮濕環境影響容易損壞，日常維護費用高，如工作面頻繁安裝和拆卸，各類傳感器、閥組和線纜容易損壞，復用率低。如果投入和日常管理跟不上，則造成煤礦智能化建設不能持續達標。

1.3.3 信息化智能化人才缺乏

煤礦招工難、老齡化嚴重、從業人員素質整體偏低，并且需要的人才難于引進，尤其是既精通智能化技術又了解煤礦生產業務流程、生產工藝的人才更為緊缺；有的煤礦智能化系統維護往往依賴廠家。這些都導致智能化系統后期管理、運維難度大。

2 加快煤礦智能化建設對策建議

2.1 加強政府引導和政策支持

建議國家能源局和國家礦山安監局聯合組織專家及時修訂《規程》，結合煤礦安全生產標準化和煤礦智能化建設達標情況，明確礦井上下車房硐室在達到什么條件時，可以無人值守；低瓦斯和高突礦井在什么條件下可以不設或少設專職瓦斯檢查員；明確煤礦安全生產標準化和煤礦智能化建設雙達標礦井，可以在生產擴能、安全監察頻次、安全生產許可證等方面享受相關鼓勵政策。同時減輕在智能化煤礦建設過程中對推廣使用新技術造成責任事故的問責力度，提高推廣應用新技術的獎勵，鼓勵煤礦敢于應用新技術、新工藝。

2.2 加強智能化關鍵技術攻關

在現有財政專項獎補資金基礎上，申請增加財政專項經費，由政府相關部門牽頭，組織煤礦智能化建設關鍵技術攻關。組織創新聯盟、交流平臺等，集中優勢力量分類施策，發掘匯聚煤礦企業、科研院所、裝備企業優秀人才，集中優勢技術資源，加強煤礦智能化建設協同創新，共同攻克相關技術難題；采取財政補貼、稅收減免等手段加大煤礦智能化建設支持力度。營造煤礦智能化發展的良好環境，增強企業信心、激發建設熱情。2023年9月6日，中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發了《關于進一步加強礦山安全生產工作的意見》，提出要強化礦山安全科技支撐體系建設；加強礦山重大災害預防與治理研究，組織重大關鍵技術攻關；推進礦山信息化、智能化裝備和機器人研發及應用，實施一批礦山安全類重大科技項目。

2.3 及時修訂標準規范

根據人工智能等技術發展程度，進行定期動態修訂，提升煤礦智能化建設投入的有效性。降低《規程》和煤礦智能化建設驗收相關標準中，對操作人員、檢修試驗等方面要求；智能化驗收標準中，對系統及設備設施功能的要求，應以適用、增效為目的，少定性、多定量，以便于各級驗收把關。同時，對智能化設備生產標準，從國家層面要盡量規范；對一些新技術的現場應用還需要國家政策或相關規范的支持，如井下無人駕駛等。

2.4 加強政策引領，提升煤炭科技創新驅動能力

創新是引領發展的第一動力，建設智慧、綠色礦山是煤礦企業高質量發展的方向。大力推進科技創新，應圍繞智能化及大數據等技術，加大資金及新設備、新技術的投入，切實提高煤礦科技現代化水平。

2.5 做好煤礦智能化建設頂層設計

煤礦要以問題梳理為導向，明確建設內容，尤其是智能化建設的目的和企業通過智能化建設亟待解決的問題。細化建設方案，落實責任、建立目標考核等相關制度，全面認真抓好落實。同時要重視智能化相關設備及配件采購、網絡安全和系統維護等環節的問題。

2.6 加強數據綜合分析平臺建設

煤礦建設初期要重視數據治理，注重各子系統之間的兼容性，避免形成信息孤島。為打通煤礦智能化建設的數據通道，降低數據融合阻力，陜煤集團神木紅柳林礦業有限公司對各業務應用廠商提出的4點要求值得借鑒[5]。

(1)業務應用廠商應配合數據治理廠商提供數據接口，實現統建數據平臺的數據資產沉淀。

(2)業務應用廠商應配合數據治理廠商，完成源系統基本信息的調研，包括但不限于相關數據表、字段、數據字典等信息，以及數據相關業務術語及業務規則等的梳理工作。

(3)業務應用廠商提供的系統數據質量要符合客戶相關數據標準。如暫時不能滿足，業務系統廠商應配合修正。

(4)原則上各業務廠商應提供公開標準協議。如果提供私有協議，需要進行澄清說明。

2.7 加大適用人才培養力度

進一步加強企業、高校、科研院校與相關裝備生產廠商的合作，加強信息共享，通過項目學科聯合建設、共建產學研技術創新聯盟、共建人才培訓基地等方式，加大人才培養、技術交流，打破技術與業務、業務與業務之間的壁壘，共同推動智能化人才培養。強化煤礦現有人才培養、培訓，由煤礦智能化建設牽頭部門組織制定統一培訓標準，進行行業統一培訓，增強煤礦智能化建設專業技術人員的專業技能。

3 結語

煤礦智能化建設是一項系統工程。相信有黨和政府對煤礦安全發展的高度重視，在國家能源局和國家礦山安全監察局的堅強領導下，隨著廣大煤礦企業對智能化建設重要性認識的逐步提高和正確的智能化建設方式方法的運用，并在科研、軟件開發、設備生產制造等單位的共同努力協作下，一定能解決煤礦智能化建設中出現的各種突出問題，全國煤礦智能化建設一定會提升至新的更高水平。