500多米深的煤礦井下機(jī)電硐室里，小巧的機(jī)器人正代替礦工巡檢設(shè)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(tuán)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(tǒng)采煤方式。”新元公司5G+智能化礦井建設(shè)辦公室主任冀杰感慨，“現(xiàn)在煤礦越來越有‘科技范兒’。”
近年來，山西、陜西、內(nèi)蒙古等主要煤炭產(chǎn)區(qū)，大力推進(jìn)煤礦智能化建設(shè)，煤炭開采方式迎來革命性變革。煤礦智能化建設(shè)成效如何，面臨哪些瓶頸困難，如何高質(zhì)量推進(jìn)?日前，記者就此進(jìn)行了深入調(diào)研采訪。
煤礦智能化建設(shè)初見端倪
改革開放以來，我國煤炭生產(chǎn)方式經(jīng)歷了炮采、普通機(jī)械化開采、綜合機(jī)械化開采等階段，當(dāng)前正加快進(jìn)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(fā)《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》以來，山西、陜西、內(nèi)蒙古、新疆、山東等地煤礦，在煤炭開采各環(huán)節(jié)，采用人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)和智能等技術(shù)，推動新一代信息技術(shù)與煤炭生產(chǎn)技術(shù)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(gòu)建了全礦井“一張網(wǎng)”“一中心”“一張圖”“一平臺”“一標(biāo)準(zhǔn)”的智能化體系，實現(xiàn)了井下采掘等主要巷道的5G網(wǎng)絡(luò)部署，以及井上井下的一網(wǎng)管控，實現(xiàn)了固定場所全面無人值守。智能化采煤系統(tǒng)的高效運轉(zhuǎn)，使得煤炭源源不斷地通過傳送帶運往地面，井下人數(shù)、車輛、通風(fēng)情況等數(shù)據(jù)和畫面通過攝像頭和5G通信網(wǎng)絡(luò)實時傳輸回指揮中心，提高了作業(yè)的安全性和效率。
通過智能化改造，內(nèi)蒙古麻地梁煤礦的工作人員在調(diào)度中心點點鼠標(biāo)就能操控井下設(shè)備進(jìn)行采煤作業(yè)，改善了礦工的工作環(huán)境，降低了勞動強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。麻地梁煤礦還相繼建成了全視頻調(diào)度通訊系統(tǒng)、5G+智能采煤系統(tǒng)、5G+智能掘進(jìn)系統(tǒng)等10大智慧礦山系統(tǒng)，實現(xiàn)了由“汗水”驅(qū)動向科技驅(qū)動轉(zhuǎn)變，由“專人、專崗、專技”到“無人值守、專人巡視”的轉(zhuǎn)變，智慧礦山得以提質(zhì)增效。
晉能控股集團(tuán)長治公司三元煤業(yè)，通過應(yīng)用綜采面全景視頻拼接系統(tǒng)，采煤司機(jī)在地面就能直觀地看到機(jī)組運行畫面和數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行精準(zhǔn)操控。系統(tǒng)的應(yīng)用不僅提高了作業(yè)的精確性和安全性，還減少了對井下作業(yè)人員的依賴，降低了作業(yè)風(fēng)險。
山西焦煤西山煤電馬蘭礦，利用無人機(jī)技術(shù)和配套軟件可自動構(gòu)建礦山地形三維模型，完成了礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的全覆蓋調(diào)查。該技術(shù)的應(yīng)用提高了礦山管理的科學(xué)性和精準(zhǔn)性，有助于預(yù)防和減少地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，保障礦區(qū)安全穩(wěn)定運行。
位于毛烏素沙漠腹地的陜煤集團(tuán)曹家灘煤礦，使用了被譽(yù)為“煤海蛟龍”的一體化快速掘進(jìn)系統(tǒng)，每天可掘進(jìn)34米左右，差不多是傳統(tǒng)掘進(jìn)速度的3倍。設(shè)備生產(chǎn)方中國煤炭科工集團(tuán)太原研究院有限公司軟巖分院短壁設(shè)備裝備廠廠長車?yán)髡f：“掘進(jìn)工作面，原來每個班需要18個人下礦，現(xiàn)在只需5個人。”
2023年，國家能源局公布80項煤礦智能化建設(shè)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(shè)方面走在全國前列。”山西省能源局煤炭生產(chǎn)技術(shù)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(xiàn)無人值守。所有重要作業(yè)地點，均實現(xiàn)無監(jiān)控不作業(yè)。
智能化建設(shè)，提高了煤礦安全生產(chǎn)管理水平。新元公司冀杰表示，全天候無死角智能監(jiān)控，能有效監(jiān)管生產(chǎn)作業(yè)中的漏洞、盲點和隱患。三元煤業(yè)機(jī)電隊副隊長王沛云認(rèn)為，煤礦井下一旦發(fā)生險情，智能化系統(tǒng)會規(guī)劃應(yīng)急避災(zāi)線路，并第一時間指導(dǎo)井下人員快速合理避災(zāi)。
“煤礦智能化是煤炭產(chǎn)業(yè)第四次重大技術(shù)變革，智能化建設(shè)深入推進(jìn)，為煤炭安全、高效開采提供了便利條件。”山東能源集團(tuán)黨委書記、董事長李偉表示。
煤炭工業(yè)太原設(shè)計研究院集團(tuán)有限公司礦山設(shè)計一院院長張建生認(rèn)為，智能化可以緩解當(dāng)下煤礦招工難，還能改善礦工作業(yè)環(huán)境。“智能化建設(shè)，體現(xiàn)的是以人為本、生命至上、安全第一發(fā)展理念。”張建生說。
機(jī)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(yè)智能化建設(shè)，相繼頒布了政策和預(yù)期目標(biāo)。在大模型產(chǎn)業(yè)化落地的背景下，煤炭行業(yè)智能化被新工具、新技術(shù)推到了一個新的發(fā)展階段。
國家礦山安全監(jiān)察局要求大力推進(jìn)煤礦智能化建設(shè)，大力提升礦山安全水平。山西對推進(jìn)煤炭行業(yè)智能化進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)劃。該規(guī)劃提出，2024年全省煤礦智能化建設(shè)重點，將由目前的以采掘工作面為主，轉(zhuǎn)向全礦井智能化建設(shè)。
內(nèi)蒙古鄂爾多斯針對煤炭行業(yè)智能化提出，到2025年，全市生產(chǎn)煤礦要全部建成智能化煤礦，全部達(dá)到二級以上現(xiàn)代化煤礦標(biāo)準(zhǔn)。
“當(dāng)前煤炭行業(yè)不斷提出智能化目標(biāo)，政策不斷出臺，標(biāo)志著煤礦智能化已經(jīng)進(jìn)入了快速發(fā)展關(guān)鍵階段。”毛曉文認(rèn)為，一方面我國煤礦智能化建設(shè)取得很大進(jìn)展;另一方面我國煤炭行業(yè)持續(xù)發(fā)展，還需要進(jìn)一步提升自身水平。
事實上，在2023年9月18日國務(wù)院新聞辦舉行的新聞發(fā)布會上，國家礦山安全監(jiān)察局安全基礎(chǔ)司司長孫慶國就曾表示，我國礦山智能化建設(shè)總體水平還不夠高，還存在部分地區(qū)和部分企業(yè)認(rèn)識不夠到位、建設(shè)進(jìn)展不夠平衡、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不夠健全、部分技術(shù)裝備適應(yīng)性還不夠強(qiáng)等問題。
“目前大部分煤礦在智能化建設(shè)的理念、技術(shù)、市場等多方面仍受制約。”中國煤炭工業(yè)協(xié)會副會長劉峰說，煤礦智能化建設(shè)會改變其生產(chǎn)模式和管理方式，與每名礦工息息相關(guān)，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(shè)需要‘從上至下’和‘由下而上’相結(jié)合，實現(xiàn)從被動建設(shè)向主動建設(shè)的轉(zhuǎn)變。”劉峰坦言。
采訪中，不少業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，智能化建設(shè)是煤礦高質(zhì)量發(fā)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(tǒng)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(shè)，已經(jīng)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(shè)仍然處在初級示范引領(lǐng)階段，與系統(tǒng)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(tǒng)智能化水平高，但掘進(jìn)和輔運系統(tǒng)智能化水平相對低，如掘進(jìn)用的掘錨運一體設(shè)備，還需要工人手動補(bǔ)打錨桿。”曾參與馬蘭礦智能化建設(shè)的馬蘭礦機(jī)電副總王育江，對存在的不足有深刻的認(rèn)識。
王沛云也認(rèn)為，當(dāng)前煤礦智能化建設(shè)，很大一部分只是機(jī)械化和自動化的疊加，并未達(dá)到應(yīng)有的標(biāo)準(zhǔn)。
“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(xiàn)一鍵啟動，但還需要人工輔助運行，操控設(shè)備、巡查、現(xiàn)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(zhí)行，實現(xiàn)“一鍵運行”還有很長路要走。
煤炭系統(tǒng)“煙囪式”林立導(dǎo)致數(shù)據(jù)“孤島”
新元公司是全國首座5G+智能煤礦，實現(xiàn)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(dá)幾百甚至上千個，但是因其由多個廠家生產(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)層、服務(wù)器層，以及最終使用層，各環(huán)節(jié)的軟硬件設(shè)備和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，都存在著明顯差異。”在三元煤業(yè)智能化建設(shè)中，王沛云也發(fā)現(xiàn)了同樣問題。
“在煤礦生產(chǎn)環(huán)節(jié)，任一流程數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題，都可能導(dǎo)致設(shè)備維護(hù)難度大、自動控制系統(tǒng)難以穩(wěn)定運行。”王沛云說。
記者調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前在煤礦智能化建設(shè)中普遍存在設(shè)備和信息標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、兼容困難等問題。
“國能神東有1370多家主要設(shè)備供應(yīng)商，10萬臺各類設(shè)備、10余類操作系統(tǒng)、500多種需要適配對接的通信協(xié)議。”國家能源集團(tuán)神東煤炭集團(tuán)黨委書記、董事長李新華曾指出，不同的設(shè)備裝置，具有不同的操作系統(tǒng)，同一家供應(yīng)商不同時期提供的操作系統(tǒng)及應(yīng)用，彼此不兼容，造成設(shè)備之間數(shù)據(jù)共享難，信息互通難，生產(chǎn)作業(yè)智能聯(lián)動難。
王沛云給記者打了一個比方：手機(jī)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(dāng)下的煤礦智能化建設(shè)也是這個情形，缺少統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，各信息系統(tǒng)不能有效互聯(lián)互通。
“煤礦信息系統(tǒng)‘煙囪式’林立，系統(tǒng)與系統(tǒng)之間分散獨立，猶如一個個的數(shù)據(jù)‘孤島’，這樣不僅維護(hù)成本高，而且制約數(shù)據(jù)流通與協(xié)同應(yīng)用，建立統(tǒng)一行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)勢在必行。”王沛云說。
“智能化建設(shè)是一個迭代發(fā)展進(jìn)步的過程，不是一次性工程。”中國工程院院士、煤礦智能化創(chuàng)新聯(lián)盟理事長王國法認(rèn)為，一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程建設(shè)應(yīng)由單個系統(tǒng)向全面智能化、全生命周期、全產(chǎn)業(yè)鏈智能化邁進(jìn)。
“但目前，礦山行業(yè)數(shù)字化生態(tài)體系尚在雛形階段，數(shù)字化生態(tài)環(huán)境比較脆弱，呈現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈不完整、技術(shù)鏈片面、資源投入不平衡、標(biāo)準(zhǔn)體系難統(tǒng)一等問題。”王國法表示。
煤礦智能化關(guān)鍵是形成完整生態(tài)
傳統(tǒng)煤炭產(chǎn)業(yè)如何適應(yīng)新技術(shù)和高端智能裝備，直接影響著煤礦智能化建設(shè)進(jìn)程。
王國法認(rèn)為，推進(jìn)煤礦智能化建設(shè)，不僅是指礦井“采掘機(jī)運通”各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的運行，還包括采前智能地質(zhì)探測、采后智能洗選加工與增值利用等環(huán)節(jié)。“需要銜接的硬件、軟件接口越來越多，迫切要求統(tǒng)一系統(tǒng)的接口及性能指標(biāo)要求，形成模塊化、系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化的智能化系統(tǒng)模式。”王國法說。
華為礦山軍團(tuán)山西負(fù)責(zé)人郭巍認(rèn)為，煤礦智能化建設(shè)的核心在于建立基于人工智能技術(shù)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，形成一個完整的生態(tài)。“簡單的自動化裝備甚至智能化裝備，并不能全面推進(jìn)我國智能化煤礦建設(shè)。”郭巍舉例說，每個煤礦開采地質(zhì)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(jìn)智能化建設(shè)。
“煤礦智能化建設(shè)必須實現(xiàn)統(tǒng)一架構(gòu)、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一數(shù)據(jù)規(guī)范，以確保不同系統(tǒng)和設(shè)備之間的兼容性和互操作性，促進(jìn)數(shù)據(jù)的集成和應(yīng)用的創(chuàng)新。但是目前單靠煤礦企業(yè)，這些問題很難有效解決。”郭巍說。
對此，毛曉文認(rèn)為，一方面，需要政府引導(dǎo)、政策支持，圍繞煤礦智能化建設(shè)“卡脖子”技術(shù)問題，集中社會力量攻關(guān)，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一協(xié)議，研發(fā)新設(shè)備、完善軟件系統(tǒng);另一方面，煤礦開采具有較強(qiáng)專業(yè)性、特殊復(fù)雜性，現(xiàn)有開采數(shù)據(jù)達(dá)不到人工智能學(xué)習(xí)的海量數(shù)據(jù)要求，所以現(xiàn)有智能算法大多無法直接套用。這需要在構(gòu)建數(shù)據(jù)積累與迭代的基礎(chǔ)上，讓人工智能根據(jù)具體應(yīng)用場景，精準(zhǔn)預(yù)測、決策，設(shè)計適應(yīng)不同煤礦地質(zhì)條件的模型，真正實現(xiàn)智能化開采。
針對煤企、專家普遍反映的設(shè)備數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的問題，國家有關(guān)部門和相關(guān)省份，包括一些大型煤炭集團(tuán)已經(jīng)開始行動。
近日，國家能源局印發(fā)了《煤礦智能化標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》，明確指出到2025年初步建立煤礦智能化標(biāo)準(zhǔn)體系。山西省發(fā)布《智能煤礦建設(shè)規(guī)范》，確保山西煤礦智能化建設(shè)有章可循、規(guī)范有序進(jìn)行。陜西陜煤黃陵礦業(yè)集團(tuán)制定了智能化綜采工作面設(shè)計等企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為智能化無人綜采技術(shù)管理提供了依據(jù)。三元煤業(yè)將27個子系統(tǒng)數(shù)據(jù)引入數(shù)據(jù)湖，為各廠商、各系統(tǒng)配套融合提供統(tǒng)一路徑，解決廠商間數(shù)據(jù)壁壘。
“數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是前提。”王沛云認(rèn)為，我國亟待組建一個以行業(yè)生態(tài)為支撐，各歸口管理部門、各企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)深度參與的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系制定團(tuán)隊，進(jìn)行總體規(guī)劃、頂層設(shè)計，將所有接入操作系統(tǒng)平臺的數(shù)據(jù)均使用統(tǒng)一的格式進(jìn)行交換與存儲，促進(jìn)數(shù)據(jù)之間兼容、互通。
山西晉云互聯(lián)科技有限公司搭建的山西煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，是全國首個省級煤炭行業(yè)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(shè)提供標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用軟件、智能化產(chǎn)品、人工智能算法和數(shù)據(jù)處理、分析服務(wù)。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，此舉有助于規(guī)范接口、打破壁壘，實現(xiàn)系統(tǒng)互通、數(shù)據(jù)跨系統(tǒng)流動及共享，推動AI技術(shù)與煤礦應(yīng)用系統(tǒng)整體適配。
未來煤礦智能化該如何推進(jìn)?
“各行業(yè)參與煤礦智能化建設(shè)應(yīng)以促進(jìn)煤礦安全、少人、提效為目標(biāo)，建立智能化礦山協(xié)同推進(jìn)機(jī)制，推進(jìn)煤炭生產(chǎn)全流程的智能化建設(shè)。”埃森哲大中華區(qū)董事總經(jīng)理、自然資源行業(yè)主管李喆表示，煤礦智能化是一個多學(xué)科交叉融合的復(fù)雜課題，也是涉及多系統(tǒng)、多層次、多專業(yè)、多領(lǐng)域、多工種相互匹配融合的復(fù)雜系統(tǒng)，迫切需要統(tǒng)一的技術(shù)體系，實現(xiàn)深度互聯(lián)互通。
來源：科技日報 記者 趙向南 韓 榮
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