煤炭人訊：在以5G為代表的信息技術(shù)的加持下，智慧礦山從理念走向落地，為我國礦山行業(yè)逐步實(shí)現(xiàn)少人無人化作業(yè)提供了有力支撐。
2022世界5G大會即將在哈爾濱召開，中國工程院院士、中國礦業(yè)大學(xué)（北京）校長葛世榮在接受科技日報采訪時表示，期待看到越來越多的科研院所、高科技公司、行業(yè)企業(yè)投身到智慧礦山5G生態(tài)圈的構(gòu)建，從而進(jìn)一步豐富5G在智慧礦山的應(yīng)用。
科技日報：礦業(yè)的安全化、無人化作業(yè)被視為5G等新興技術(shù)最適合切入的環(huán)節(jié)，但目前礦業(yè)環(huán)境對設(shè)備及其操作的要求嚴(yán)苛，如何借助5G以及其他ICT技術(shù)更好更快地解決這些問題？
葛世榮：礦山無人化作業(yè)是一項系統(tǒng)工程，也是礦山智能化的發(fā)展目標(biāo)。然而，礦山作業(yè)環(huán)境十分惡劣，對設(shè)備的要求也異常嚴(yán)苛，智能化開采還存在感知能力不夠強(qiáng)、裝備可靠性不夠高、終端計算速度不夠快、信息互通性不夠強(qiáng)、人機(jī)交互性不夠好等諸多問題亟待解決。
礦山智能化應(yīng)深度融合5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生等新一代ICT技術(shù)。借助于5G和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，更好地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的泛在接入與高速傳輸以及裝備的實(shí)時控制，解決設(shè)備之間的互聯(lián)度不夠高、信息互通性不夠強(qiáng)等問題；借助于人工智能與大數(shù)據(jù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)圖像視頻的智能分析、傳感器數(shù)據(jù)的回歸預(yù)測、大型機(jī)電裝備故障診斷預(yù)警，有效增強(qiáng)系統(tǒng)的智能感知能力、災(zāi)害預(yù)警能力以及提升裝備可靠性；借助于數(shù)字孿生技術(shù)，通過虛實(shí)交互反饋、數(shù)據(jù)融合分析、決策迭代優(yōu)化等手段，構(gòu)建礦山產(chǎn)運(yùn)銷儲用全流程透明化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)條件先知先覺、生產(chǎn)過程可視可控、生產(chǎn)安全可防可測、生產(chǎn)要素可調(diào)可配；借助于云計算技術(shù)，可以將大量數(shù)據(jù)通過5G網(wǎng)絡(luò)上傳云端進(jìn)行分析處理，有效解決終端設(shè)備計算能力不夠強(qiáng)等問題。新一代ICT技術(shù)作為礦山智能化的核心支撐技術(shù)，須以科技創(chuàng)新為驅(qū)動，促進(jìn)ICT技術(shù)與礦業(yè)的深度融合與產(chǎn)業(yè)落地，實(shí)現(xiàn)礦山的安全化、無人化作業(yè)，最終推進(jìn)礦業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
科技日報：您曾提到“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(qiáng)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。”目前中國比較知名的煤礦企業(yè)生產(chǎn)過程智能化程度大致處于什么水平？5G已經(jīng)或?qū)⒃谄渲邪缪菔裁唇巧?/div>
葛世榮：截至2022年4月，我國有近400座煤礦開展了智能化建設(shè)，已建成煤礦智能化采掘工作面813個，其中采煤工作面477個，掘進(jìn)工作面336個，智能化技術(shù)在煤礦減人增安提效方面做出了重要貢獻(xiàn)。國家能源集團(tuán)已建成神東大柳塔、烏海黃白茨、新疆烏東等智能化示范煤礦16處，產(chǎn)能2.25億噸。未來，國家能源集團(tuán)要實(shí)現(xiàn)智能采煤工作面、智能掘進(jìn)工作面、智能選煤廠100%全覆蓋，固定崗位100%無人值守，煤礦智能化技術(shù)及建設(shè)覆蓋率100%。
中煤能源集團(tuán)已建成智能化采煤工作面36個、智能化掘進(jìn)工作面25個，將新建智能化采掘工作面140個以上，建成15處以上智能化煤礦，3處煤礦建成智能化煤礦行業(yè)標(biāo)桿，建設(shè)1個面內(nèi)無人常態(tài)化智能采煤工作面，推進(jìn)1個年產(chǎn)500萬噸級單班下井50人以下、1個年產(chǎn)2000萬噸單班下井200人以下示范煤礦建設(shè)。目前的初級智能化采煤工作面基于5G通信和邊緣計算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了工作面全景高清視頻監(jiān)控、基于視頻AI分析的液壓支架狀態(tài)識別以及人員“三違”行為識別等智能化應(yīng)用，已達(dá)到“一鍵啟停、無人操作、有人巡視、遠(yuǎn)程干預(yù)”的智能化建設(shè)目標(biāo)。
在露天礦無人駕駛方面，國家能源集團(tuán)聯(lián)合中國礦業(yè)大學(xué)（北京）、航天重工、中科院自動化研究所等國內(nèi)礦山無人駕駛領(lǐng)域主要科研院所和企業(yè)，共同研發(fā)露天礦機(jī)器人化自主運(yùn)輸裝卸系統(tǒng)，將在露天礦無人駕駛、裝卸協(xié)同、群體調(diào)度、安全保障技術(shù)等方面持續(xù)突破，推動無人駕駛技術(shù)在露天礦更深更廣的應(yīng)用。
在這些煤礦智能化技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用中，5G通信技術(shù)充分發(fā)揮了其大帶寬、低時延的特點(diǎn)，一方面為海量感知數(shù)據(jù)的高速接入提供了更加便捷的傳輸通道，有效提高了工作面及其他危險作業(yè)區(qū)域的透明化程度；另一方面為裝備群的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同控制提供了超低時延的交互路徑，有效解決了信息反饋不及時、執(zhí)行動作不到位等致命問題，保證了控制行為的快速性和準(zhǔn)確性，提升了智能化作業(yè)系統(tǒng)的安全性。當(dāng)前，煤礦行業(yè)正在廣泛開展“5G下礦井”工程應(yīng)用，神東上灣煤礦、山西新元煤礦、陜煤小保當(dāng)和曹家灘煤礦等數(shù)十個煤礦已率先建成基于5G的礦山移動通信專網(wǎng)，國家能源集團(tuán)、中煤集團(tuán)等大型煤礦企業(yè)所屬的數(shù)十處礦山也正在開展5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。基于5G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的煤礦工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是煤礦智能化系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，將會使得數(shù)據(jù)接入更便捷、數(shù)據(jù)傳輸更高速、決策控制更加及時可靠，有力促進(jìn)煤礦智能化水平的整體提升。
科技日報：您曾提出“利用數(shù)字孿生搭建智能化新平臺”，模擬實(shí)際采煤。這樣的平臺建設(shè)還有哪些障礙，在哪些環(huán)節(jié)會用到5G/6G技術(shù)？
葛世榮：數(shù)字孿生是近年來快速發(fā)展的工業(yè)數(shù)字化技術(shù)，2020年我們率先提出了煤礦數(shù)字孿生概念，系統(tǒng)闡述了數(shù)字孿生的內(nèi)涵，提出了融合5G 通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和仿生智能技術(shù)的數(shù)字孿生智采工作面10項關(guān)鍵技術(shù)。
目前煤礦數(shù)字孿生系統(tǒng)還停留在頂層規(guī)劃和系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計層面，還存在眾多理論和技術(shù)問題需要突破。首先要解決煤礦地質(zhì)精細(xì)化模型構(gòu)建問題，為數(shù)字孿生系統(tǒng)的虛實(shí)交互提供高度逼真的仿真環(huán)境；其次要研發(fā)礦山多物理場仿真引擎，為數(shù)字孿生體模型的精確構(gòu)建和運(yùn)行狀態(tài)的高精度仿真預(yù)測提供工具軟件及開發(fā)環(huán)境；此外，還需要突破數(shù)字孿生建模、虛實(shí)交互、自主決策、智能控制與三維可視化等技術(shù)。5G/6G技術(shù)也將會在煤礦數(shù)字孿生系統(tǒng)中發(fā)揮作用，例如在孿生體與實(shí)體系統(tǒng)的虛實(shí)交互方面，數(shù)字孿生系統(tǒng)會產(chǎn)生大量的雙向交互數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸捄蜁r延有很高的要求，這正是5G/6G通信技術(shù)的優(yōu)勢；特別是在礦用移動裝備（例如露天礦作業(yè)車輛和井工礦無軌膠輪車等）的數(shù)據(jù)接入方面，5G/6G應(yīng)該是首選的通信技術(shù)。
科技日報：2021年9月，國家能源集團(tuán)與華為聯(lián)合發(fā)布了礦鴻操作系統(tǒng)，您怎么看它的價值？目前我國煤礦行業(yè)還在使用哪些操作系統(tǒng)？
葛世榮：操作系統(tǒng)是計算機(jī)系統(tǒng)最基本和最重要的基礎(chǔ)性系統(tǒng)軟件，自主可控的操作系統(tǒng)對于我國國家安全具有非常重要的意義。2021年9月，國家能源集團(tuán)與華為公司聯(lián)合發(fā)布了礦鴻操作系統(tǒng)，其價值體現(xiàn)在：可使井下多種設(shè)備間的連接更緊密，設(shè)備的交互對話有了統(tǒng)一語言，為構(gòu)建煤礦工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提供了重要技術(shù)支撐。目前，礦鴻操作系統(tǒng)的全礦適配應(yīng)用正在烏蘭木倫煤礦緊鑼密鼓地進(jìn)行，有18個廠家的33種500余臺套設(shè)備接入礦鴻操作系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)獨(dú)特的“軟總線”和近場通信技術(shù)，以統(tǒng)一的接口和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，解決了不同廠家設(shè)備協(xié)同與互通的問題，實(shí)現(xiàn)設(shè)備“無屏變有屏、固定按鍵操作變手機(jī)移動操作”、巡檢機(jī)器人和傳感器“近場無感式”快速數(shù)據(jù)采集等功能。
此外，礦鴻操作系統(tǒng)有助于解決我國煤礦行業(yè)長期存在的“七國八制、數(shù)據(jù)孤島”等問題，對于推動煤礦工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建、提升煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)的智能系統(tǒng)化水平具有重要意義。礦鴻操作系統(tǒng)是應(yīng)用于煤礦終端設(shè)備的嵌入式操作系統(tǒng)，目前煤礦裝備使用的操作系統(tǒng)種類繁多，例如嵌入式Linux，uC/OS-Ⅱ，F(xiàn)reeRTOS，RT-Thread，VxWorks等，據(jù)統(tǒng)計，一臺采煤機(jī)上最多有20多種不同的操作系統(tǒng)，由不同的廠家開發(fā)和維護(hù)，給數(shù)據(jù)的統(tǒng)一接入帶來了不便，現(xiàn)在基于礦鴻操作系統(tǒng)提供的統(tǒng)一接口和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，可以更加方便地實(shí)現(xiàn)多種設(shè)備的數(shù)據(jù)融合接入和智能決策控制。
科技日報：我國煤炭綠色開采的最大難題是什么？機(jī)器人能在多大程度上發(fā)揮作用？
葛世榮：我國煤炭綠色開采的重要難題是如何實(shí)現(xiàn)煤炭開采的低損化和低碳化。在低損化開采方面，要重點(diǎn)解決煤炭開發(fā)帶來的地下水破壞和地表生態(tài)損傷等問題，一方面要推廣應(yīng)用低損化開采技術(shù)，例如膏體充填開采技術(shù)等，另一方面要加快礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)治理，例如利用微生物提升土壤肥力等；在低碳化開采方面，一方面要降低煤炭開發(fā)過程的碳排放，開展礦區(qū)能耗及碳排放管理和優(yōu)化，加大高能耗生產(chǎn)環(huán)節(jié)和裝備的節(jié)能改造力度，鼓勵有條件的礦區(qū)加大新能源消納及綜合能源系統(tǒng)建設(shè)力度，降低礦區(qū)碳排放強(qiáng)度，推廣應(yīng)用二氧化碳捕集與封存技術(shù)，建設(shè)零碳或負(fù)碳礦區(qū)，另一方面要嚴(yán)格控制煤炭開采過程的甲烷排放量，大力推廣煤層氣抽采、低濃度瓦斯利用等技術(shù)。
煤礦機(jī)器人是實(shí)現(xiàn)煤礦智能化的主要載體，主要還是在智能化減人增安提效方面發(fā)揮作用。2019年，原國家煤礦安監(jiān)局發(fā)布了《煤礦機(jī)器人重點(diǎn)研發(fā)目錄》，近年來，煤礦機(jī)器人的研發(fā)和應(yīng)用已取得了長足的進(jìn)步，采煤、掘進(jìn)機(jī)器人群已成為智能采煤工作面和智能掘進(jìn)工作面的主要裝備。巡檢、安控、運(yùn)輸、輔助作業(yè)等煤礦機(jī)器人也得到了大量應(yīng)用，例如國家能源集團(tuán)已研發(fā)應(yīng)用巡檢、噴漿、選矸等各類機(jī)器人200余臺（套），替代850余名操作工；中煤能源已有25處煤礦機(jī)器人應(yīng)用項目，已應(yīng)用的機(jī)器人種類包括運(yùn)輸類、安控類、救援類等5大類共計56臺(套)。未來，將會有越來越多的危險環(huán)境和繁重作業(yè)崗位被煤礦機(jī)器人所替代，這也是我們煤礦行業(yè)堅持人民至上、生命至上，實(shí)現(xiàn)廣大礦工更加安全、更加體面、更有尊嚴(yán)的勞動作業(yè)，不斷增強(qiáng)他們的獲得感、幸福感、安全感的主要措施和途徑。
科技日報：作為本屆世界5G大會5G與智慧礦山論壇主席，您對這個論壇有什么期待？
葛世榮：首先，我期待5G在礦山行業(yè)得到更多的落地應(yīng)用，更好地促進(jìn)智慧礦山的建設(shè)與發(fā)展，發(fā)掘更多的5G應(yīng)用場景，構(gòu)建更加良好的5G生態(tài)圈。因此，我期待在本屆世界5G大會上能夠看到越來越多的科研院所、高科技公司、行業(yè)企業(yè)能夠投身到智慧礦山5G生態(tài)圈的構(gòu)建中來，從而進(jìn)一步豐富5G在智慧礦山的應(yīng)用。
其次，世界5G大會匯聚了國內(nèi)眾多的頂尖學(xué)者、行業(yè)專家和著名企業(yè)家，是一個思想和技術(shù)交互碰撞、激發(fā)創(chuàng)新靈感的大會，5G作為一項新技術(shù)，其本身也在不斷演進(jìn)之中，我期待著參會各方能夠帶來更多的新技術(shù)、新理念和新模式，并共同探討在礦山領(lǐng)域落地的可能性和實(shí)現(xiàn)途徑，促進(jìn)5G與礦山的深度融合。
再次，世界5G大會作為一個交流合作平臺，為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界、通信領(lǐng)域和礦山領(lǐng)域提供了很好的交流機(jī)會，能有效促進(jìn)不同領(lǐng)域的跨界融合，期待本次論壇能夠成為一個產(chǎn)、學(xué)、研、用各方進(jìn)行有效交流的平臺，能夠促進(jìn)更多的合作，在互利互惠的同時，共同促進(jìn)智慧礦山的發(fā)展。
