近日,，王國法院士團隊在《工礦自動化》2021年第6期撰文《煤礦智能化十大“痛點”解析及對策》（點擊查看原文），對煤礦智能化發(fā)展中的主要“痛點”問題進行解析,，并提出了相關(guān)對策及發(fā)展方向,。這篇文章也是《工礦自動化》2021年第6期“煤礦智能化技術(shù)與應(yīng)用”專題（點擊查看專題）17篇特邀稿件中的一篇。
智能化綜合管控平臺是智能化煤礦的核心,，雖然大型煤炭基地各煤礦的煤層賦存條件,、建設(shè)規(guī)模、系統(tǒng)組成與功能等一般存在較大差異,，但不同礦井的智能化綜合管控平臺可以采用統(tǒng)一的技術(shù)架構(gòu)進行設(shè)計,，采用微服務(wù)的思想對系統(tǒng)組成、功能等進行優(yōu)化調(diào)整,，形成技術(shù)架構(gòu)統(tǒng)一,、功能模塊有增減、硬件參數(shù)有差異的統(tǒng)一智能化綜合管控平臺,，實現(xiàn)大型煤炭基地智能化煤礦的統(tǒng)一采購、統(tǒng)一建設(shè),、綜合運維,。
智能化綜合管控平臺技術(shù)架構(gòu)
一、煤礦智能化發(fā)展十大“痛點”
1. 痛點一：煤礦智能化認識和理念不統(tǒng)一
部分地區(qū)和煤礦企業(yè)對智能化還不夠重視,，思想上因循守舊,，沒有認識到智能化是煤炭行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，片面強調(diào)智能化建設(shè)投入大、技術(shù)難,、要求高,，甚至是面子工程，沒有算清長遠賬,、安全賬,、民生賬，既怕增加負擔(dān)影響經(jīng)濟效益,，又怕承擔(dān)失敗的風(fēng)險,，有畏難情緒和消極心理，對煤礦智能化工作不夠主動,，智能化建設(shè)發(fā)展相對滯后,。
智能化煤礦的顯著特征是現(xiàn)代信息、人工智能,、控制技術(shù)與采礦技術(shù)的深度融合,，智能化煤礦建設(shè)是高新技術(shù)融入礦山場景、漸進迭代發(fā)展的過程,，是一個不斷進步的過程,，不是一次性結(jié)果，不是“基建交鑰匙工程”,。
機械化,、自動化、信息化和數(shù)字化是智能化的基礎(chǔ)和內(nèi)涵,，對煤礦智能化認識和理念的不統(tǒng)一,，本質(zhì)上并不是對智能化概念的糾纏，而是因循守舊的保守思維與技術(shù)變革的不適應(yīng),，在煤礦智能化發(fā)展尚不充分,，一些技術(shù)裝備還不完善的初級階段，是自然會存在的分歧,，全面否定和概念濫用是2 種典型的表現(xiàn)形式,，這與煤礦綜合機械化發(fā)展之初是一樣的。
2. 痛點二：煤礦智能化發(fā)展不平衡
由于我國煤層賦存條件復(fù)雜多樣,，不同煤層賦存條件礦井開展智能化建設(shè)的技術(shù)路徑,、難易程度、效果等均不相同[25],。目前,，我國煤礦智能化發(fā)展不平衡，主要體現(xiàn)在：不同礦區(qū)智能化建設(shè)基礎(chǔ)不平衡;不同地區(qū)智能化建設(shè)水平發(fā)展不平衡;煤礦不同系統(tǒng)的智能化水平發(fā)展不平衡;智能化技術(shù)需求與技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀不平衡;軟件開發(fā)速度明顯滯后于硬件的投入不平衡;煤礦智能化相關(guān)投入與產(chǎn)出比不平衡,。
3. 痛點三：智能化煤礦5G 應(yīng)用場景和生態(tài)匱乏
5G 作為新一代信息技術(shù),，具有大帶寬、廣連接、低時延等顯著優(yōu)點,，聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)切片,、邊緣計算等核心技術(shù)，可以為垂直行業(yè)帶來變革性的應(yīng)用場景,。煤礦5G 應(yīng)用經(jīng)過第一階段的探索和實踐取得了很多寶貴經(jīng)驗,，但經(jīng)過第一階段的研究探索也總結(jié)發(fā)現(xiàn)了諸多實際問題;不同廠商的5G 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)不統(tǒng)一;5G 應(yīng)用場景有待挖掘;5G 技術(shù)及終端生態(tài)匱乏。
4. 痛點四：“透明地質(zhì)”技術(shù)保障支撐能力不足
“透明地質(zhì)”或“透明工作面”的概念為煤礦智能開采的地質(zhì)保障提供了希望,，地質(zhì)探測技術(shù)與裝備的智能化,、探測信息的數(shù)字化、模型化及地質(zhì)信息與工程信息的有效融合,，是“透明地質(zhì)”或“透明工作面”的基礎(chǔ),。目前，受地質(zhì)探測理論,、技術(shù)與裝備發(fā)展水平的限制,，“透明地質(zhì)”技術(shù)保障支撐能力明顯不足：地質(zhì)數(shù)據(jù)尚未全部實現(xiàn)數(shù)字化;地質(zhì)探測技術(shù)的探測精度、范圍尚難以滿足煤礦智能化建設(shè)要求;地質(zhì)體三維高精度建模技術(shù)有待提升;現(xiàn)有技術(shù)難以建立高精度“透明地質(zhì)”模型;地質(zhì)信息與工程信息尚未實現(xiàn)融合;地質(zhì)探測技術(shù)與裝備的智能化程度較低,。
5. 痛點五：采掘失衡,、掘支失衡問題尚未突破
目前，我國煤礦巷道掘進的機械化程度約為60%,，普遍存在采掘失衡,、掘支失衡等問題，巷道掘進智能化尚處于起步階段,，主要表現(xiàn)在：掘進工作面空間狹小,、作業(yè)工序復(fù)雜，掘,、支,、錨、運協(xié)同作業(yè)困難;截割與支護設(shè)備的可靠性,、適應(yīng)性有待提高;強干擾,、高粉塵、狹長作業(yè)空間難以實現(xiàn)掘進設(shè)備的定姿,、定位;智能化快速掘進相關(guān)技術(shù)與裝備投入低,，技術(shù)進步緩慢。
6. 痛點六：智能化技術(shù)難以適應(yīng)復(fù)雜工作面條件
截至2020 年上半年,，我國已經(jīng)建成不同類型,、不同模式、不同效果的智能化綜采工作面338 個,，形成了4 種智能化工作面開采模式，但工作面智能化開采效果仍有待進一步提高，主要表現(xiàn)在：綜放工作面智能化放頂煤技術(shù)一直未能有效突破;煤機裝備的可靠性及自適應(yīng)控制技術(shù)有待突破;智能化開采技術(shù)對復(fù)雜煤層條件的適應(yīng)性差,，綜采設(shè)備群智能協(xié)同控制效果有待提升;工作面端頭支架,、超前支架智能化水平較低;工作面上各類傳感器、攝像頭等相關(guān)感知信息的有效利用率較低,，工作面設(shè)備的智能決策能力有待提升,。
7. 痛點七：智能化巨系統(tǒng)兼容協(xié)同困難
智能化煤礦需要建設(shè)基礎(chǔ)應(yīng)用平臺、掘進系統(tǒng),、開采系統(tǒng)等近百個子系統(tǒng),，是一個復(fù)雜的巨系統(tǒng)，不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)兼容,、網(wǎng)絡(luò)兼容,、業(yè)務(wù)兼容和控制兼容效果較差，難以實現(xiàn)系統(tǒng)間智能協(xié)同作業(yè),，主要表現(xiàn)在：數(shù)據(jù)格式尚未實現(xiàn)統(tǒng)一,；網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議兼容性差;業(yè)務(wù)系統(tǒng)兼容性較差;系統(tǒng)間協(xié)同控制兼容性差。
8. 痛點八：井上下智能機器人作業(yè)技術(shù)有待突破
煤礦機器人是一種依靠自身動力和控制能力實現(xiàn)某種特定采礦功能的機器,，應(yīng)用機器人技術(shù)將工人從繁重危險的地下采礦作業(yè)中解放出來是實現(xiàn)煤礦智能化的重要途徑,，井上下智能機器人作業(yè)技術(shù)有待突破，主要表現(xiàn)在：(1)井下機器人精準定位,、自主感知與決策,、精準導(dǎo)航與調(diào)度、機器人避障,、機器人集群管控與續(xù)航管理,、輕型防爆材料等相關(guān)技術(shù)尚未獲得突破;(2)現(xiàn)有煤礦機器人主要通過集成各類傳感器對井下各類環(huán)境信息進行感知，功能比較單一,，主要具備信息采集功能,，智能化程度較低;受到井下防爆要求，現(xiàn)有井下機器人比較笨重,，靈活性較差,，對復(fù)雜煤層條件的適應(yīng)性較差;(3)井下機器人主要以巡檢為主，且多為軌道巡檢機器人,，性能有待提升,，掘進機器人、噴漿機器人,、支護機器人,、救援機器人等相關(guān)機器人亟待開發(fā)。
9. 痛點九：智能化煤礦管理與人才儲備不足
目前,，智能化煤礦建設(shè)仍然采用傳統(tǒng)的管理模式,，受我國人口老齡化,、勞動力不足等因素的影響，煤礦智能化專業(yè)技術(shù)人才不足,，主要表現(xiàn)在：傳統(tǒng)管理模式難以適應(yīng)智能化煤礦;煤礦缺少智能化專業(yè)職能部門;智能化煤礦從業(yè)人員整體技術(shù)水平偏低;智能化人才培養(yǎng)體系不健全;缺少專業(yè)化運維團隊,。
10. 痛點十：智能化煤礦投入保障不足
煤礦智能化建設(shè)需要較大的資金投入，但是一些效益較差的企業(yè)智能化發(fā)展資金不足,，特別是短期收益不明顯,，影響企業(yè)投入的決心，主要表現(xiàn)在：(1)煤礦智能化投入整體強度仍然偏低,，企業(yè)間差距較大;(2)煤礦智能化短期主要表現(xiàn)為安全效益,，經(jīng)濟效益不顯著;(3)智能化煤礦運營過程中形成的大量數(shù)據(jù)資源價值尚未得到充分挖掘;(4)缺少客觀、專業(yè),、真實反映煤礦智能化投入與效益的評價方法,。
二、解決煤礦智能化發(fā)展“痛點”的對策與任務(wù)
(1) 建立智能化煤礦建設(shè)標準與技術(shù)規(guī)范體系,。規(guī)范智能化煤礦數(shù)據(jù)中心,、主干網(wǎng)絡(luò)、云平臺,、井下人員與設(shè)備定位,、智能化地質(zhì)保障系統(tǒng)、智能化掘進,、智能化采煤,、智能化主煤流運輸、智能化輔助運輸,、智能化供電,、智能化排水、智能化通風(fēng),、智能化安全監(jiān)測監(jiān)控,，制定智能化煤礦建設(shè)指南，為智能化煤礦建設(shè)提供標準指引,。
(2) 基于微服務(wù)架構(gòu)設(shè)計思想,，開發(fā)應(yīng)用統(tǒng)一技術(shù)架構(gòu)的智能化煤礦綜合管控平臺，實現(xiàn)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的監(jiān)測實時化,、控制自動化,、管理信息化、業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)自動化,、知識模型化,、決策智能化的目標，實現(xiàn)煤礦井下各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合共享與統(tǒng)一協(xié)調(diào)管控,。
(3) 研究應(yīng)用5G+F5G+WiFi6 的高效,、高可靠性融合組網(wǎng)技術(shù),，研究5G 等新一代無線通信技術(shù)在煤礦井下不同應(yīng)用場景的可行性及應(yīng)用前景，開展井上下5G 應(yīng)用場景研發(fā)與示范,。研究煤炭板塊云,、數(shù)據(jù)中心建設(shè)技術(shù)，構(gòu)建智能化煤礦知識圖譜,，為煤礦各系統(tǒng)的智能分析決策提供支撐。
(4) 開展井上下瓦斯智能抽采技術(shù)與裝備,、精細探測及全息數(shù)字化三維地質(zhì)模型構(gòu)建技術(shù),、煤礦高精度地質(zhì)模型構(gòu)建技術(shù)、基于4D-GIS 的采掘工程數(shù)據(jù)自動處理與實時更新技術(shù),、GIS 與BIM 融合技術(shù)等,，為煤礦智能化提供地質(zhì)信息與工程信息支撐。
(5) 開展不同類型煤層賦存條件巷道快速掘進基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵共性技術(shù),、裝備的研發(fā)與應(yīng)用,，重點突破掘支平行作業(yè)關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，實現(xiàn)快速掘進;開展基于5G 數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹悄芑蜻M機與全自動錨桿(索)鉆車,、基于UWB(Ultra WideBand,，超寬帶)技術(shù)的掘進機精確定位、智能截割,、遠程集中控制等技術(shù)的研究應(yīng)用,，探索適應(yīng)不同煤層條件的智能掘進新模式。
(6) 研發(fā)帶式輸送機智能變頻調(diào)速技術(shù),、智能綜合保護技術(shù),、井下人員與車輛精準定位技術(shù)、機車智能調(diào)度系統(tǒng),、基于5G 的無軌膠輪車無人駕駛技術(shù)與智能調(diào)度技術(shù),、基于5G 與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的機車遙控駕駛技術(shù)及機車無人駕駛配套技術(shù)與裝備、智能倉儲技術(shù)等,，提高主輔運輸系統(tǒng)智能化水平,。
(7) 研究主供電系統(tǒng)遠程集控技術(shù)、電能大數(shù)據(jù)分析與監(jiān)控管理技術(shù),、礦井災(zāi)害風(fēng)險智能分級管控與預(yù)警技術(shù),、煤自燃智能監(jiān)測預(yù)警與主動分級防控技術(shù)、高精度沖擊地壓智能監(jiān)測預(yù)警技術(shù)與裝備,、礦井大型機電設(shè)備全生命周期智能管理技術(shù)與系統(tǒng)等,，提高礦井安全保障水平及智能化水平。
(8) 研發(fā)應(yīng)用選煤廠重介密度,、跳汰分選,、浮選及加藥,、粗煤泥分選、濃縮系統(tǒng)及加藥,、沉降處理,、裝車配煤系統(tǒng)、干燥系統(tǒng),、壓濾機集群等工藝過程的智能化控制技術(shù)與裝備,，研發(fā)選煤廠安全生產(chǎn)監(jiān)控聯(lián)動平臺、基于大數(shù)據(jù)的智能選煤決策平臺,、商品煤智能檢驗與管控體系,、選煤系統(tǒng)數(shù)字孿生技術(shù)與裝備等，實現(xiàn)選煤廠無人值守作業(yè),。
(9) 推廣應(yīng)用井上下機器人作業(yè)技術(shù),，研發(fā)井下錨、鉆,、噴漿類機器人,，實現(xiàn)鉆錨作業(yè)的機器人化;研發(fā)探水鉆孔、防突鉆孔,、防沖鉆孔等鉆探機器人,，解決鉆孔機器人的井下自主移動、導(dǎo)航定位,、自動鉆進等問題;研發(fā)巷道清理機器人,、煤倉清理機器人、水倉清理機器人,，大幅降低井下作業(yè)人員勞動強度,。
(10) 研發(fā)智能裝備和機器人從設(shè)計到使用全生命周期管理系統(tǒng)，對設(shè)備全壽命過程的健康狀況進行管理與預(yù)測,，并根據(jù)設(shè)備健康特征對維修策略進行決策并給出合理維修建議,，從而實現(xiàn)對煤礦全工位機電設(shè)備健康智能管理。
