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編者按

　　智能化是煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐,，對于提升煤礦安全生產(chǎn)水平,、保障煤炭穩(wěn)定供應(yīng)具有重要意義,。經(jīng)過前期有益探索,，部分礦井已建成一批少人,、無人開采工作面,，但目前技術(shù)體系參差不齊,，尤其是集群智能化技術(shù)尚未跟上,。例如，復(fù)雜的開采環(huán)境對設(shè)備及其操作的要求嚴(yán)苛,，井下有十幾種綜采設(shè)備,，這些設(shè)備之間的互聯(lián)度不夠高、信息互通性不夠強,、人機交互性不夠好,，現(xiàn)有數(shù)字化手段難以動態(tài)反映采煤流程變化，進(jìn)而影響對采煤工作面的實時監(jiān)控,。

　　如何全面升級,？中國工程院院士、中國礦業(yè)大學(xué)（北京）校長葛世榮提出“數(shù)字孿生智采工作面”的新理念,。

　　目前側(cè)重礦山生產(chǎn)過程的自動化

　　“我國現(xiàn)有煤礦4200余處,，其中在產(chǎn)約3500處。自2018年全面推行煤礦智能化以來,，目前已建成680余個初級智能化采掘工作面,，其中包括采煤工作面430余個、掘進(jìn)工作面250余個,，2022年有望建成1千個智能化采掘工作面,。”智能化技術(shù)對煤礦安全高效開采發(fā)揮了重要提升作用,，葛世榮舉例,，截至2020年底，全國建成安全高效煤礦901處,，其煤炭產(chǎn)量,、利潤總額分別占到全行業(yè)的56%和78%，采煤機械化程度達(dá)到99.9%,，智能化采煤工作面有285個,。“這些礦井的百萬噸死亡率約0.0015,，遠(yuǎn)低于0.02的國際先進(jìn)水平,，其中898處礦井為零死亡,。實踐證明，通過智能化改造,，煤礦可以實現(xiàn)高程度,、高效率的安全生產(chǎn)�,！�

　　在葛世榮看來,，“智能化”是基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的采礦設(shè)備自動化、生產(chǎn)數(shù)據(jù)可視化,、開采過程透明化,、采掘現(xiàn)場無人化、礦山環(huán)境低損化,，能夠?qū)崿F(xiàn)安全高效,、無人操作的自協(xié)作礦山系統(tǒng),�,！凹纫�做到采煤機、掘進(jìn)機等設(shè)備單機自主運行,，也要實現(xiàn)工作面的機群平行協(xié)作和系統(tǒng)數(shù)字孿生,。從聚焦個體智能，到基于互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的群體智能,，這是智能化煤礦的轉(zhuǎn)型特征之一,。”

　　按照上述標(biāo)準(zhǔn),，煤礦智能化進(jìn)展如何,？葛世榮坦言，處于初級智能化的礦山,，建設(shè)重點多放在礦山生產(chǎn)過程的自動化,。“高度自主化,、信息化的智能礦山是未來目標(biāo),，而目前的智能煤礦還缺少全系統(tǒng)的數(shù)字化融合。邊緣計算,、時延網(wǎng)絡(luò)等礦業(yè)IT技術(shù),，與操作相關(guān)的采礦OT技術(shù)，以及智能安全監(jiān)控,、煤礦機器人等礦山物聯(lián)網(wǎng)MIOT技術(shù)均是各自在做,，智能系統(tǒng)化方面仍是短板�,！�

　　反過來,，“各自獨立”也影響著智能化的整體效果,。比如，設(shè)備單元獨立運行,，造成數(shù)據(jù)采集量不夠,、信息共享不暢、數(shù)據(jù)交互困難,、無法構(gòu)建數(shù)字線程,，礦井難以實現(xiàn)高效協(xié)同管控�,！靶枰獙崿F(xiàn)采煤狀態(tài)實時監(jiān)控,，采用仿生傳感技術(shù)，使智采工作面具有視覺,、聽覺,、嗅覺、觸覺,、動覺等類腦感知能力,。”葛世榮稱,。

　　礦山物聯(lián)網(wǎng)是智能化的主要骨架

　　補齊短板,，離不開新基建工程的支撐�,！按髷�(shù)據(jù)是知識,，人工智能是大腦，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是骨骼,，5G是通信神經(jīng),，采礦機器人是臂膀�,！睋�(jù)此,，葛世榮提出四方面升級路徑。一是工藝升級,，以數(shù)據(jù)驅(qū)動,、軟件定義、平臺支撐,、智能管理等要素,，改造采礦生產(chǎn)流程；二是設(shè)備升級,，基于人工智能和深度學(xué)習(xí),，使采掘裝備具有自主運行能力，實現(xiàn)無人化操作；三是功能升級,，對采礦業(yè)嵌入數(shù)字化功能,，使采掘云流程持續(xù)保持連接和交互，提高生產(chǎn)效率,；四是融合升級,，依托大數(shù)據(jù)管理，以數(shù)據(jù),、算例,、算法為核心，建立部門跨業(yè)務(wù)智能運營條件,。

　　“煤礦智能化是在數(shù)字化的基礎(chǔ)上,，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和感控技術(shù)加強大數(shù)據(jù)服務(wù)，以提高生產(chǎn)過程可控性,、減少采礦人工參與,、優(yōu)化生產(chǎn)排程�,！备鹗罉s這樣類比：人的智慧衡量維度包括觀察力,、記憶力、學(xué)習(xí)力,、思考力及行動力等,，對應(yīng)的“煤礦智慧維度”應(yīng)包括信息采集、信息存儲,、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)應(yīng)用及自動控制等能力,�,！爸悄芑�是由��?dāng)?shù)據(jù)+算法+算力’構(gòu)成的決策系統(tǒng)，揭開了數(shù)據(jù)蘊藏的巨大能量,，在人類和機器活動中,，提供生產(chǎn)工具、配置資源,、創(chuàng)造價值,。”

　　葛世榮介紹,，智能化煤礦的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來自于服務(wù)數(shù)據(jù),、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、裝備數(shù)據(jù),、管理數(shù)據(jù)等,，合起來成為大數(shù)據(jù)。“礦山物聯(lián)網(wǎng)是主要骨架,，也是獲得更高程度采礦自動化基礎(chǔ)條件,，涵蓋礦山生產(chǎn)過程控制數(shù)據(jù)采集、處理,、交換和分析的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),。信息物理系統(tǒng)是關(guān)鍵平臺，構(gòu)建基于數(shù)據(jù)流的狀態(tài)感知,、實時分析,、科學(xué)決策、精準(zhǔn)執(zhí)行的系統(tǒng)級閉環(huán)賦能體系,，可提高資源配置效率,，實現(xiàn)資源協(xié)同優(yōu)化。目前,，對數(shù)據(jù)獲取的重視程度不夠,，缺少將采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為有用的信息，采礦數(shù)據(jù)反饋的智能處理還是空白,，采礦的自感知,、自預(yù)測、自協(xié)調(diào)能力處于起步階段,�,！�

　　以數(shù)字孿生工作面模擬實際采煤

　　什么樣的工作面才能達(dá)到理想效果？葛世榮提出利用數(shù)字孿生搭建智能化新平臺,。

　　“數(shù)字孿生智采工作面是一個數(shù)據(jù)可視化,、人機強交互、工藝自優(yōu)化的高逼真采煤工作面三維鏡像場景,，包括物理工作面,、數(shù)字工作面和數(shù)據(jù)信息交互三部分�,！备鹗罉s強調(diào),，數(shù)字孿生是以數(shù)字化方式創(chuàng)建物理實體的虛擬模型，通過虛實交互反饋,、數(shù)據(jù)融合分析,、決策迭代優(yōu)化等手段，為物理實體提供更加實時,、高效,、智能的運行或操作服務(wù)。換言之,，其不是傳統(tǒng)仿真模型,，而是動態(tài)反饋的數(shù)字化工作面鏡像體，基于設(shè)備運行的感知數(shù)據(jù)，以數(shù)字映射的智采工作面來逼真地模擬實際采煤狀況,。

　　葛世榮表示,，基于設(shè)備和工作面數(shù)字孿生，實現(xiàn)透明化的采礦生產(chǎn),、運維和服務(wù),，可分為四個步驟：一是實現(xiàn)離散數(shù)字孿生的連接和可見�,！半x散”即一個一個來做,，實現(xiàn)設(shè)備、人員等單一資源的數(shù)據(jù)連接,、數(shù)字可視,，比如一臺采煤機、一臺掘進(jìn)機,，率先實現(xiàn)數(shù)字化設(shè)備,、流程和系統(tǒng)的診斷、描述性分析預(yù)測,。目前,，煤礦智能化發(fā)展多數(shù)處于這一階段。

　　“二是實現(xiàn)復(fù)合數(shù)字孿生互聯(lián)與數(shù)據(jù)驅(qū)動,。一個采煤或掘進(jìn)工作面,、一條主煤流運輸線，基于內(nèi)部離散數(shù)字孿生和外部數(shù)字資源復(fù)合而成的數(shù)字孿生體,，這是智能化建設(shè)的主要努力方向,。下一步是面向采礦全流程，通過數(shù)據(jù)孿生監(jiān)測和驅(qū)動的業(yè)務(wù)運行,，形成一種可持續(xù)自動采集,、自動分析、自主執(zhí)行,、自主決策的數(shù)據(jù)驅(qū)動閉環(huán)。最終實現(xiàn)數(shù)字孿生的生態(tài)服務(wù)與價值共生,，除了單個礦井,，還包括選煤廠、輸配系統(tǒng),、甚至用戶在內(nèi),，也就是集合產(chǎn)業(yè)上下游數(shù)字孿生組織，成為以鏈主為核心的產(chǎn)業(yè)數(shù)字孿生,�,！备鹗罉s表示，數(shù)字孿生技術(shù)將推動智能化采礦進(jìn)入新時代，實現(xiàn)全要素,、全流程,、全數(shù)據(jù)的集成和融合，達(dá)到礦山生產(chǎn)系統(tǒng)最優(yōu)配置,、裝備自主協(xié)同,、開采安全高效的目的。

（文丨 中國能源報記者 朱妍）