煤礦智能化建設怎么做？
為煤礦智能化發(fā)展賦能
王國法
煤礦智能化是煤炭工業(yè)高質量發(fā)展的核心技術支撐。加快煤礦智能化發(fā)展，建設智能+綠色煤炭工業(yè)新體系，實現(xiàn)煤炭資源的智能化安全高效綠色開發(fā)與清潔高效利用，是我國煤炭工業(yè)高質量發(fā)展的戰(zhàn)略任務和必由之路。
近年來，我國煤礦智能化建設步伐加快，煤炭企業(yè)進行煤礦智能化建設的積極性非常高，機械化、自動化、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采智能化技術與裝備方面實現(xiàn)領跑。
但我國煤礦智能化發(fā)展仍處于初級階段，存在智能化建設標準與規(guī)范缺失、技術裝備保障不足、研發(fā)平臺不健全、高端人才匱乏等問題。
健全智能化標準體系
智能化煤礦的總體架構包含智能化管控平臺（煤礦智慧大腦）、網(wǎng)絡服務平臺、大數(shù)據(jù)中心、GIS空間信息服務等在內的10大主要智能化應用系統(tǒng)，實現(xiàn)覆蓋整個礦區(qū)的通信和感知網(wǎng)絡，構建煤礦大數(shù)據(jù)庫，滿足智能化開采的多樣承載需求，使煤礦生產(chǎn)能夠“看得見、管得了、控得住”。
煤礦智能化建設是一個多學科交叉融合的復雜問題，是涉及多系統(tǒng)、多層次、多專業(yè)、多領域、多工種相互匹配融合的復雜巨系統(tǒng)，亟須統(tǒng)一技術體系，實現(xiàn)深度互聯(lián)互通，其基礎是建立統(tǒng)一的標準體系，其建設過程隨著煤礦智能化技術不斷發(fā)展迭代更新，因此必須保證其技術標準體系具有體系性、繼承性和前瞻性。
要做到“一張藍圖繪到底”，需要科學規(guī)劃頂層設計，確定各標準的邊界范圍及適應性，按照分類分級建設的原則，避免重復規(guī)范和過度標準化，確保智能化相關技術在煤礦得到有效應用，同時強化智能化煤礦建設的規(guī)劃部署，建立智能化礦山協(xié)同推進機制，研究制定促進智能化煤礦建設的相關產(chǎn)業(yè)政策，并借鑒其他行業(yè)現(xiàn)有成熟的智能技術，將其在煤炭生產(chǎn)領域進行轉化應用。各行業(yè)參與煤礦智能化建設應當以促進煤礦安全、少人、提效為目標，以完善利益聯(lián)結機制和提高煤礦智能化水平為核心，以制度、技術和商業(yè)模式創(chuàng)新為動力，著力推進煤炭生產(chǎn)全流程的智能化建設。
煤礦智能化標準體系總體框架應充分考慮煤礦所在區(qū)域、建設規(guī)模、煤層地質賦存條件、生產(chǎn)技術條件等的不平衡性，煤礦開拓、采掘、運通、洗選、安全保障、生態(tài)保護、生產(chǎn)經(jīng)營管理等全過程的關聯(lián)性，以及各指標要素對煤礦智能化主系統(tǒng)影響程度的差異性。
要加大攻關核心技術的力度和高端綜采綜掘智能化裝備、重大災害應急救援智能裝備等重大裝備的研發(fā)應用，不斷提高煤礦智能化水平，為煤礦智能化建設提供高可靠性的先進裝備保障。
搭乘新基建紅利專車
隨著第四次工業(yè)革命席卷全球，新一代信息技術能夠大幅促進能源生產(chǎn)智能化、能源消費合理化、能源監(jiān)管透明化，成為能源轉型的先導力量。新一代信息技術與能源礦業(yè)工程的深度融合成為必然趨勢。
在礦業(yè)領域，通過部署各類傳感器實現(xiàn)對生產(chǎn)、轉換以及消費數(shù)據(jù)進行全面感知，利用泛在的互聯(lián)5G網(wǎng)絡傳輸至大數(shù)據(jù)處理平臺，引入人工智能技術對數(shù)據(jù)進行分析處理，從而支撐人員、設備以及環(huán)境進行科學決策、精準管控和精準執(zhí)行，推動安全綠色、高效智能的能源開采、轉換與消費。
5G通信網(wǎng)絡、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與能源與礦業(yè)行業(yè)的深度融合，將發(fā)揮越來越重要的支撐賦能作用。
新基建為煤礦智能化、煤礦企業(yè)和相關企業(yè)發(fā)展帶來了新機遇。新基建即以5G、人工智能和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)為代表的新型基礎設施建設。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)絡等信息基礎設施、智能交通等融合基礎設施，以及產(chǎn)業(yè)技術等創(chuàng)新基礎設施，旨在構建數(shù)字經(jīng)濟時代的關鍵基礎設施，推動實現(xiàn)經(jīng)濟社會數(shù)字化轉型。
新基建推進煤炭企業(yè)加快轉型發(fā)展步伐，吸收數(shù)字化時代賦予的科技力量，充分釋放工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的連接、融合、共享價值，依靠技術、管理、商業(yè)模式創(chuàng)新，提高精細化運營和精細化管理水平，實現(xiàn)科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)升級相互促進。
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)展的機遇，對煤炭行業(yè)實現(xiàn)轉型升級高質量發(fā)展至關重要。從國情出發(fā)，我國應該科學提升能源與礦業(yè)智力水平，深化能源體制改革，為能源與礦業(yè)治理保駕護航。
（作者系中國工程院院士，中國煤炭科工集團首席科學家）
“5G+生態(tài)”賦能煤炭智能化
趙國瑞
從通信技術發(fā)展史來看，1G、2G一直到現(xiàn)在的第五代通信技術，除了速度更快、用戶體驗更好外，標準也不斷地向融合方向發(fā)展——前幾代通信技術都有幾種不同標準，現(xiàn)在的第五代通信技術只有一種標準。
5G優(yōu)勢可以總結為三大方面：大帶寬、廣連接、低延時。其可以應用于萬人體育場實時播放、智慧城市、智慧工廠、遠程醫(yī)療、無人機等不同場景。將這三大優(yōu)勢進行組合，可以搭起物理空間和信息空間溝通的橋梁。
像工業(yè)制造領域的機床一樣，5G作為一個基礎工具結合不同的材料或技術就能加工成不同的產(chǎn)品，以滿足不同的應用需求。通過組合各種技術，5G可以同時支持各種差異化場景，實現(xiàn)業(yè)務場景的定制和組件化。
不同于以往的通信技術，5G技術的主攻方向是垂直行業(yè)的應用，如工業(yè)控制場景等。5G技術需要與其他新興技術結合，為工業(yè)應用場景的實現(xiàn)提供基礎設施保障，從而重塑傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)；牽引云大物智移深度融合，創(chuàng)新應用和服務，實現(xiàn)萬物互聯(lián)和數(shù)據(jù)價值的提升。
煤礦智能化需要5G的支撐
無論是傳感層、傳輸層、控制層還是后端的應用開發(fā)層，發(fā)展煤礦智能化都需對傳統(tǒng)煤礦業(yè)務場景進行重塑，而煤礦智能化應用和系統(tǒng)融合等對承載的網(wǎng)絡也提出了新要求和新標準。傳統(tǒng)網(wǎng)絡已經(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技術重構網(wǎng)絡整體架構、創(chuàng)新應用場景和新業(yè)務模式。
在數(shù)據(jù)層面，智能化開采感知數(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)體量增長快。從數(shù)據(jù)類型來看，除了傳統(tǒng)視頻、語音、文本等外，又增加了高清視頻等，這些新增數(shù)據(jù)類型對網(wǎng)絡也有了更多個性化需求。
在智能化開采傳輸需求層面，隨著智能化開采的不斷推進，數(shù)據(jù)類型越來越多樣化，5G切片管理技術能夠提高網(wǎng)絡資源利用效率，實現(xiàn)不同場景的隔離劃分，滿足智能化開采對網(wǎng)絡高效利用和數(shù)據(jù)安全傳輸?shù)男枨蟆?/p>
在智能化開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，而且遠程實時性控制要求更高，如果延時過長就可能導致隱患，通過重構現(xiàn)有網(wǎng)絡，5G技術的低延時特征可以解決這一問題。
在場景應用需求方面，新技術采用云、邊、端互訪更多，新技術發(fā)展端到端訪問更加頻繁，新場景資源調配靈活度要求更高。通過梳理包含煤礦智能工作面、高精密傳感器、工業(yè)圖像處理等在內的30多種智能化開采應用場景，對比帶寬要求等，發(fā)現(xiàn)4G能夠滿足的應用場景越來越少，5G技術才能解決當前的痛點問題。
煤礦5G建設和應用要有產(chǎn)業(yè)鏈和生態(tài)意識
礦山5G應用急需解決的問題是礦用5G標準和專有頻段的確定與合法化。
MEC邊緣計算的核心就是將業(yè)務向邊緣遷移或下沉、微服務化，這也是未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢。
網(wǎng)絡切片是5G網(wǎng)絡的核心價值，基于共享的無線網(wǎng)絡、傳輸網(wǎng)絡和核心網(wǎng)絡，面向特定業(yè)務需求（如大帶寬、低延時、大連接）提供差異化的服務等級。網(wǎng)絡切片能有效降低網(wǎng)絡建設成本，具備網(wǎng)絡的智能化能力和靈活組網(wǎng)能力，并保持業(yè)務隔離，保障業(yè)務安全。網(wǎng)絡切片+邊緣計算是5G保障行業(yè)部署的基礎能力。
智能化開采不僅要有網(wǎng)絡等硬件基礎設施的開發(fā)，針對后續(xù)應用的軟件開發(fā)同樣不可缺少。不同場景間有一定關聯(lián)，結合大數(shù)據(jù)、人工智能等技術能夠開發(fā)出新的場景，比如遠程運維問題。隨著煤礦智能化的深入發(fā)展，高端設備運維的門檻會越來越高，依賴傳統(tǒng)設備制造企業(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，運用5G技術將現(xiàn)場高清視頻、設備識別終端、機器人化執(zhí)行終端和遠程專家知識等融合起來可實現(xiàn)遠程實時維修。
在軟件開發(fā)方面，5G技術和其他技術的應用場景有很大的不同，現(xiàn)在的軟件開發(fā)必須考慮5G網(wǎng)絡本身的特性，這也是5G技術后期開發(fā)時需要注意的問題。
5G應用平臺建設需要注意頂層設計系統(tǒng)專業(yè)、多網(wǎng)融合靈活配置、轉換環(huán)節(jié)嚴格控制和工業(yè)控制安全為先等關鍵點。
5G技術不單是網(wǎng)絡設計，是要結合應用場景的專業(yè)化設計，所以需要在建設前完成頂層設計。同時，5G不是要消滅其他網(wǎng)絡傳輸技術，而是能夠和其他網(wǎng)絡融合應用，并讓各網(wǎng)更加高效地運行。再者，煤礦5G應用是一個產(chǎn)業(yè)鏈行為，不是單純建網(wǎng)，更不是網(wǎng)絡運營商或建設商能夠獨立完成的事，需要智能終端商、智能應用軟件開發(fā)商、煤炭開采企業(yè)等上下游企業(yè)共同打造和維護煤礦5G應用生態(tài)，以5G撬動人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等一批先進技術的煤礦落地應用，相應產(chǎn)業(yè)模式也應隨之改變。以往大而全的獨立發(fā)展模式將會變得非常困難，注重專業(yè)化并加強產(chǎn)業(yè)合作將是未來的發(fā)展方向。
（作者系中煤科工集團開采研究院有限公司副研究員）
做好智能化開采頂層設計與總體架構
任懷偉
智能化礦山建設不僅僅是煤炭行業(yè)傳統(tǒng)技術領域的改造升級，更是其在服務于國民經(jīng)濟過程中的地位、作用改變的體現(xiàn)。
某種意義上講，手機的發(fā)展路徑就是智能化礦山建設的路徑。我們在解決了現(xiàn)有煤礦開采問題的基礎上，又融合了高端的先進技術來實現(xiàn)傳統(tǒng)煤礦生產(chǎn)運營的升級發(fā)展。
智能化存在的問題主要在三個方面
自動化和智能化的區(qū)別在于一個是自動執(zhí)行，一個是主動執(zhí)行。自動化更多是按照我們設置的既定程序自動執(zhí)行，智能化則代表了主動性。一個系統(tǒng)到底是自動化還是智能化就要看其自主工作機制，比如能夠根據(jù)工作面的地質條件自動做出調整，或是在安全監(jiān)測過程中做出預測分析、主動報警等，都是智能化的體現(xiàn)。
目前，我國以中國煤炭科工集團、中國礦大等為代表的研發(fā)機構在地質信息探測、礦山建模、生產(chǎn)自動化、安全監(jiān)控、管理信息化等方面開展了大量理論和技術研究。黃陵礦業(yè)、神東礦區(qū)、陜北張家峁、延長石油巴拉素等在數(shù)字化礦山建設、生產(chǎn)系統(tǒng)智能化等應用方面取得了突破性進展。
數(shù)字礦山及智能化開采將控制、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)采礦科學融合發(fā)展，是煤礦開采領域技術發(fā)展趨勢和當前研究的熱點問題。建設智能化礦山已經(jīng)成為國內外煤炭企業(yè)的必然選擇。
但是，在智能化礦山建設發(fā)展過程中仍存在一些問題，主要包括信息孤島、標準不健全、關鍵技術未突破等三個方面。信息孤島體現(xiàn)為各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)沒有深度融合、無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的充分利用和智能化管控；標準不健全體現(xiàn)在數(shù)字化建模、通信、智能化礦山架構等方面缺少統(tǒng)一的標準，難以實現(xiàn)跨系統(tǒng)、跨平臺集成應用；在關鍵技術領域，井下定位、高清視頻圖像獲取及應用、智能化采掘裝備等技術尚未突破。
深度融合人工智能與采礦工藝技術
智能化礦山更偏向于一些信息化和自動化控制的技術，但煤炭行業(yè)從業(yè)人員更關心的還是煤礦井下。不論井上井下都是相互關聯(lián)的，有所偏頗可能就會影響智能化建設效果。
智能化礦山建設以“網(wǎng)絡互聯(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、能源節(jié)約利用”為方案設計的總原則。在智能化煤礦頂層設計和建設中，要遵循“打通信息壁壘”“鏟除信息煙囪”“消除信息孤島”“避免重復建設”的技術方法，同時將人工智能與采礦工藝技術深度融合，讓智能化更好地替代人類工作。
礦山總體架構及綜合管控操作平臺具有可視化、事件響應和報警、維修維護、趨勢分析和報告、質量分析、網(wǎng)絡報告、移動端報告等頂層功能，可分為數(shù)據(jù)采集與智能感知、高速信息傳輸網(wǎng)絡、智能化生產(chǎn)系統(tǒng)、智能安全保障系統(tǒng)、全礦井設備和設施管理、供應鏈經(jīng)營管理系統(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、安全技術、保障技術三個方面。生產(chǎn)技術包括開采、掘進以及洗選、裝車等；安全技術包括頂板、瓦斯、防滅火、人員安全等災害的監(jiān)測，也就是感知、分析和趨勢預測等；保障技術則包括排水、通風、物流調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)庫中，用大數(shù)據(jù)庫支撐智能化管控平臺的應用，包括各種數(shù)據(jù)的分析、顯示，以及趨勢預測、報警等；在分析過程中，會用到如大數(shù)據(jù)處理、云計算等人工智能技術，在這些技術的支撐和推動下，才能提升現(xiàn)有的煤礦生產(chǎn)技術水平。
?。ㄗ髡呦抵忻嚎乒ぜ瘓F開采研究院有限公司科技創(chuàng)新中心副主任）
