深瞳工作室出品
科技日報記者 趙向南 韓榮?策劃 趙英淑 滕繼濮
500多米深的煤礦井下機電硐室里，小巧的機器人正代替礦工巡檢設備；在采煤工作面上，工人手持遙控器指揮采煤……這是科技日報記者在潞安化工集團新元公司智能化煤礦采訪時看到的場景。
“煤礦牽手高科技，顛覆了傳統采煤方式。”新元公司5G+智能化礦井建設辦公室主任冀杰感慨，“現在煤礦越來越有‘科技范兒’。”
近年來，山西、陜西、內蒙古等主要煤炭產區，大力推進煤礦智能化建設，煤炭開采方式迎來革命性變革。煤礦智能化建設成效如何，面臨哪些瓶頸困難，如何高質量推進？日前，記者就此進行了深入調研采訪。
圖為山西呂梁市臨縣華燁煤業有限公司智能化調度指揮中心。受訪者供圖
煤礦智能化建設初見端倪
改革開放以來，我國煤炭生產方式經歷了炮采、普通機械化開采、綜合機械化開采等階段，當前正加快進入智能化開采階段。
自2020年2月國家能源局、科技部等八部門印發《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》以來，山西、陜西、內蒙古、新疆、山東等地煤礦，在煤炭開采各環節，采用人工智能、工業物聯網、云計算、大數據和智能等技術，推動新一代信息技術與煤炭生產技術走向深度融合。一批多種類型、不同模式的智能化礦井如雨后春筍破土而出。
陜西榆林大海則煤礦構建了全礦井“一張網”“一中心”“一張圖”“一平臺”“一標準”的智能化體系，實現了井下采掘等主要巷道的5G網絡部署，以及井上井下的一網管控，實現了固定場所全面無人值守。智能化采煤系統的高效運轉，使得煤炭源源不斷地通過傳送帶運往地面，井下人數、車輛、通風情況等數據和畫面通過攝像頭和5G通信網絡實時傳輸回指揮中心，提高了作業的安全性和效率。
通過智能化改造，內蒙古麻地梁煤礦的工作人員在調度中心點點鼠標就能操控井下設備進行采煤作業，改善了礦工的工作環境，降低了勞動強度，提高了生產效率。麻地梁煤礦還相繼建成了全視頻調度通訊系統、5G+智能采煤系統、5G+智能掘進系統等10大智慧礦山系統，實現了由“汗水”驅動向科技驅動轉變，由“專人、專崗、專技”到“無人值守、專人巡視”的轉變，智慧礦山得以提質增效。
晉能控股集團長治公司三元煤業，通過應用綜采面全景視頻拼接系統，采煤司機在地面就能直觀地看到機組運行畫面和數據，從而進行精準操控。系統的應用不僅提高了作業的精確性和安全性，還減少了對井下作業人員的依賴，降低了作業風險。
山西焦煤西山煤電馬蘭礦，利用無人機技術和配套軟件可自動構建礦山地形三維模型，完成了礦區地質災害的全覆蓋調查。該技術的應用提高了礦山管理的科學性和精準性，有助于預防和減少地質災害發生，保障礦區安全穩定運行。
位于毛烏素沙漠腹地的陜煤集團曹家灘煤礦，使用了被譽為“煤海蛟龍”的一體化快速掘進系統，每天可掘進34米左右，差不多是傳統掘進速度的3倍。設備生產方中國煤炭科工集團太原研究院有限公司軟巖分院短壁設備裝備廠廠長車利明說：“掘進工作面，原來每個班需要18個人下礦，現在只需5個人。”
2023年，國家能源局公布80項煤礦智能化建設典型案例，煤炭大省山西有15項入選。“可以說，山西在煤礦智能化建設方面走在全國前列。”山西省能源局煤炭生產技術處處長毛曉文介紹，截至目前，全省累計建成智能化煤礦118座，智能化采掘工作面1491處，3200處硐室實現無人值守。所有重要作業地點，均實現無監控不作業。
智能化建設，提高了煤礦安全生產管理水平。新元公司冀杰表示，全天候無死角智能監控，能有效監管生產作業中的漏洞、盲點和隱患。三元煤業機電隊副隊長王沛云認為，煤礦井下一旦發生險情，智能化系統會規劃應急避災線路，并第一時間指導井下人員快速合理避災。
“煤礦智能化是煤炭產業第四次重大技術變革，智能化建設深入推進，為煤炭安全、高效開采提供了便利條件。”山東能源集團黨委書記、董事長李偉表示。
煤炭工業太原設計研究院集團有限公司礦山設計一院院長張建生認為，智能化可以緩解當下煤礦招工難，還能改善礦工作業環境。“智能化建設，體現的是以人為本、生命至上、安全第一發展理念。”張建生說。
機械化加自動化不等于智能化
2024年開年，我國多地圍繞煤炭行業智能化建設，相繼頒布了政策和預期目標。在大模型產業化落地的背景下，煤炭行業智能化被新工具、新技術推到了一個新的發展階段。
國家礦山安全監察局要求大力推進煤礦智能化建設，大力提升礦山安全水平。山西對推進煤炭行業智能化進行了詳細規劃。該規劃提出，2024年全省煤礦智能化建設重點，將由目前的以采掘工作面為主，轉向全礦井智能化建設。
內蒙古鄂爾多斯針對煤炭行業智能化提出，到2025年，全市生產煤礦要全部建成智能化煤礦，全部達到二級以上現代化煤礦標準。
“當前煤炭行業不斷提出智能化目標，政策不斷出臺，標志著煤礦智能化已經進入了快速發展關鍵階段。”毛曉文認為，一方面我國煤礦智能化建設取得很大進展；另一方面我國煤炭行業持續發展，還需要進一步提升自身水平。
事實上，在2023年9月18日國務院新聞辦舉行的新聞發布會上，國家礦山安全監察局安全基礎司司長孫慶國就曾表示，我國礦山智能化建設總體水平還不夠高，還存在部分地區和部分企業認識不夠到位、建設進展不夠平衡、相關標準規范不夠健全、部分技術裝備適應性還不夠強等問題。
“目前大部分煤礦在智能化建設的理念、技術、市場等多方面仍受制約。”中國煤炭工業協會副會長劉峰說，煤礦智能化建設會改變其生產模式和管理方式，與每名礦工息息相關，需要全體員工參與。
“隨著智能化理念不斷更新和更多人員的參與，煤礦智能化建設需要‘從上至下’和‘由下而上’相結合，實現從被動建設向主動建設的轉變。”劉峰坦言。
采訪中，不少業內人士認為，智能化建設是煤礦高質量發展的趨勢。但我國已建成的智能化煤礦，整體處于示范培育階段，甚至還是探索階段，而且各煤礦系統智能化程度也參差不齊。
劉峰說，全國4300余座煤礦中只有700余座開展了智能化建設，已經通過驗收的全國首批智能化示范礦都處于中級水平，煤礦智能化建設仍然處在初級示范引領階段，與系統完備、運行可靠的高級智能化煤礦要求仍存在不小差距。
“綜采、主運輸及各保障系統智能化水平高，但掘進和輔運系統智能化水平相對低，如掘進用的掘錨運一體設備，還需要工人手動補打錨桿。”曾參與馬蘭礦智能化建設的馬蘭礦機電副總王育江，對存在的不足有深刻的認識。
王沛云也認為，當前煤礦智能化建設，很大一部分只是機械化和自動化的疊加，并未達到應有的標準。
“目前雖然我們已建成智能化煤礦，就智能綜采工作面而言，可以實現一鍵啟動，但還需要人工輔助運行，操控設備、巡查、現場解決問題。”王沛云表示，目前還做不到智能感知、智能決策、自動執行，實現“一鍵運行”還有很長路要走。
煤炭系統“煙囪式”林立導致數據“孤島”
新元公司是全國首座5G+智能煤礦，實現了井下部分工作的可視化、自動化、少人化。在井下綜采工作面，記者看到綜采裝備上布滿了多種傳感器和攝像頭。冀杰介紹，工作面安裝的傳感器，多達幾百甚至上千個，但是因其由多個廠家生產，標準不統一、互相不兼容等原因，影響智能化效果。
“從底層傳感器到主控制器，再到基層傳輸層、網絡層、服務器層，以及最終使用層，各環節的軟硬件設備和數據標準，都存在著明顯差異。”在三元煤業智能化建設中，王沛云也發現了同樣問題。
“在煤礦生產環節，任一流程數據出現問題，都可能導致設備維護難度大、自動控制系統難以穩定運行。”王沛云說。
記者調查發現，目前在煤礦智能化建設中普遍存在設備和信息標準不統一、兼容困難等問題。
“國能神東有1370多家主要設備供應商，10萬臺各類設備、10余類操作系統、500多種需要適配對接的通信協議。”國家能源集團神東煤炭集團黨委書記、董事長李新華曾指出，不同的設備裝置，具有不同的操作系統，同一家供應商不同時期提供的操作系統及應用，彼此不兼容，造成設備之間數據共享難，信息互通難，生產作業智能聯動難。
王沛云給記者打了一個比方：手機剛流行時，充電器插頭形狀各式各樣，扁的、長的、圓頭，相互之間不通用。當下的煤礦智能化建設也是這個情形，缺少統一的行業標準，各信息系統不能有效互聯互通。
“煤礦信息系統‘煙囪式’林立，系統與系統之間分散獨立，猶如一個個的數據‘孤島’，這樣不僅維護成本高，而且制約數據流通與協同應用，建立統一行業標準勢在必行。”王沛云說。
“智能化建設是一個迭代發展進步的過程，不是一次性工程。”中國工程院院士、煤礦智能化創新聯盟理事長王國法認為，一項復雜的系統工程建設應由單個系統向全面智能化、全生命周期、全產業鏈智能化邁進。
“但目前，礦山行業數字化生態體系尚在雛形階段，數字化生態環境比較脆弱，呈現產業鏈不完整、技術鏈片面、資源投入不平衡、標準體系難統一等問題。”王國法表示。
圖為在井下200米深的山西焦煤西山煤電馬蘭礦18501智能化綜采工作面。受訪者供圖
煤礦智能化關鍵是形成完整生態
傳統煤炭產業如何適應新技術和高端智能裝備，直接影響著煤礦智能化建設進程。
王國法認為，推進煤礦智能化建設，不僅是指礦井“采掘機運通”各業務系統的運行，還包括采前智能地質探測、采后智能洗選加工與增值利用等環節。“需要銜接的硬件、軟件接口越來越多，迫切要求統一系統的接口及性能指標要求，形成模塊化、系統化、標準化的智能化系統模式。”王國法說。
華為礦山軍團山西負責人郭巍認為，煤礦智能化建設的核心在于建立基于人工智能技術的工業互聯網平臺，形成一個完整的生態。“簡單的自動化裝備甚至智能化裝備，并不能全面推進我國智能化煤礦建設。”郭巍舉例說，每個煤礦開采地質條件千差萬別，如果沒有高級的智能化，就必須一礦一策，甚至一面一策地推進智能化建設。
“煤礦智能化建設必須實現統一架構、統一標準、統一數據規范，以確保不同系統和設備之間的兼容性和互操作性，促進數據的集成和應用的創新。但是目前單靠煤礦企業，這些問題很難有效解決。”郭巍說。
對此，毛曉文認為，一方面，需要政府引導、政策支持，圍繞煤礦智能化建設“卡脖子”技術問題，集中社會力量攻關，統一標準、統一協議，研發新設備、完善軟件系統；另一方面，煤礦開采具有較強專業性、特殊復雜性，現有開采數據達不到人工智能學習的海量數據要求，所以現有智能算法大多無法直接套用。這需要在構建數據積累與迭代的基礎上，讓人工智能根據具體應用場景，精準預測、決策，設計適應不同煤礦地質條件的模型，真正實現智能化開采。
針對煤企、專家普遍反映的設備數據標準不統一的問題，國家有關部門和相關省份，包括一些大型煤炭集團已經開始行動。
近日，國家能源局印發了《煤礦智能化標準體系建設指南》，明確指出到2025年初步建立煤礦智能化標準體系。山西省發布《智能煤礦建設規范》，確保山西煤礦智能化建設有章可循、規范有序進行。陜西陜煤黃陵礦業集團制定了智能化綜采工作面設計等企業標準，為智能化無人綜采技術管理提供了依據。三元煤業將27個子系統數據引入數據湖，為各廠商、各系統配套融合提供統一路徑，解決廠商間數據壁壘。
“數據標準是前提。”王沛云認為，我國亟待組建一個以行業生態為支撐，各歸口管理部門、各企業及科研機構深度參與的行業標準體系制定團隊，進行總體規劃、頂層設計，將所有接入操作系統平臺的數據均使用統一的格式進行交換與存儲，促進數據之間兼容、互通。
山西晉云互聯科技有限公司搭建的山西煤炭工業互聯網平臺，是全國首個省級煤炭行業智能化賦能平臺，平臺以礦山AI大模型為核心，為煤礦智能化建設提供標準化的應用軟件、智能化產品、人工智能算法和數據處理、分析服務。業內人士認為，此舉有助于規范接口、打破壁壘，實現系統互通、數據跨系統流動及共享，推動AI技術與煤礦應用系統整體適配。
未來煤礦智能化該如何推進？
“各行業參與煤礦智能化建設應以促進煤礦安全、少人、提效為目標，建立智能化礦山協同推進機制，推進煤炭生產全流程的智能化建設。”埃森哲大中華區董事總經理、自然資源行業主管李喆表示，煤礦智能化是一個多學科交叉融合的復雜課題，也是涉及多系統、多層次、多專業、多領域、多工種相互匹配融合的復雜系統，迫切需要統一的技術體系，實現深度互聯互通。
