煤矿智能化建设的系统思考

▊ 文/张科利 曹 豪

加快推进煤矿智能化建设，是保障煤矿安全高效生产的重要基础，是推动煤矿实现高质量发展的重大举措。我国煤矿智能化自2019年加快建设以来，已经进入从全面推进到局部突破、从系统建设到运维使用的转变过程，需要对煤矿智能化建设进行回顾、评估、思考、总结，重新审视煤矿智能化这个时代命题，剖析智能化“建、用”环节存在的漏洞与不足，多维系统地思考现阶段更贴近煤矿实际的智能化矿山建设方向。

一、煤矿智能化建设的意义

煤矿智能化是将智能装备、工业物联网、云计算、大数据、移动互联网、人工智能等技术与现代煤矿开发技术深度融合，形成全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的智能系统，实现煤矿开拓、采掘、运通、洗选、安全保障、经营管理等全过程的智能化运行。通过推进煤矿智能化建设，可以实现安全生产系统的智能化和经营管理的数字化，最终达成“减人、提效、增安”的总目标。

1.能够提高管理效率

通过使用现代信息技术，建立数据库，不仅能够及时、快速地收集生产信息，方便后续查询和资源评估，还能加强煤炭资源的监控和管理，切实提高煤矿管理工作效率。

2.能够保障安全生产

借助智能煤矿的各种信息体系，能够实现资源合理配置，加强矿区环境的监测，及时发现潜在的安全隐患，预防灾害事故的发生。

3.能够提高生产效率

智能化技术可以实现煤矿生产的自动化和智能化管理，在减少矿工劳动强度和改善工作环境的同时，减少人力投入，提高生产效率，降低成本，实现提质增效。

二、目前煤矿智能化建设存在的问题

当前，煤矿智能化建设取得阶段性成果，在实现系统自动化（包括远程操控）、减轻人员劳动强度、减少操作人员及增强安全保障等方面取得了长足发展。但同时必须认识到煤矿智能化仍处于初级阶段，存在发展理念不清晰、研发滞后于企业发展需求，关键工序突破性不成熟、实效性差；缺乏全面统筹和顶层设计、关键核心技术装备有待突破、管理与人才储备不足，煤矿智能化发展不能全面智能化常态化运行、数据分析结果指导性不足、现场结合度不高、经济效益差等诸多问题。

三、煤矿智能化建设的建议

“如何看待和界定煤矿智能化？怎么建设智能化煤矿？建设到什么水平？”是当前煤矿智能化建设的重要议题。经过现场调研、系统思考，对煤矿智能化建设建议如下。

1.必须正确认识煤矿智能化与自动化、信息化等的关系

一是要从煤矿“四化”并存的现状出发。“机械化、自动化、信息化、智能化”原则上为迭代关系，智能化是在信息化和自动化的基础上建立，自动化是在机械化的基础上建立，机械化是基础，是执行机构。但现阶段煤矿的现实情况为“四化”并存，如采煤实现了综合机械化、自动化；掘进大多处于单机机械化状态，还未完成全部工序的机械化；管路安装、线缆敷设、水沟开挖等作业还未实现机械化等。因此，现阶段煤矿智能化不应逾越机械化这一基础，单方面强调智能化，让智能化建设成为“空中楼阁”，而是应在部分工艺环节，首先在机械化和自动化上进行突破，“四化”并进，共同发力。

二是将“综合自动化+数智化”作为煤矿智能化的发展路径。目前煤矿大多将综合自动化的延伸当作智能化，把综合自动化的“加强版”当作智能化发展，认识不足，路径不对。就目前煤矿智能化总体水平而言，基本上处于综合自动化阶段，与智能化主要的差距就是数智化水平不高，如智能化采煤缺乏地质、环境安全等方面的数智化支撑，智能排水缺乏水文、气象的数智化支撑。因此，煤矿必须要正视“综合自动化+数智化=智能化”的客观发展路径，即煤矿智能化必须要有数据分析决策环节，智能感知、智能决策、自动执行是煤矿智能化体系的重要特征，反之不能称为智能化。并要将其作为一个朴素、客观的发展逻辑关系在煤矿形成共识。

2.必须重视综合组网，优化智能化基础网络

一是统筹有线与无线传输。网络是实现数据实时、可靠传输的重要基础，是煤矿智能化的“神经网络”，由有线和无线两部分组成。其中，无线网络摆脱了终端电缆的束缚，可以更加方便地解决井下移动设备数据传输问题，但相较于有线传输有着软连接等特点，存在结构复杂、带宽低、不稳定等劣势。因此，目前煤矿必须统筹发挥有线与无线的特点，以有线传输为主要手段，并辅之以移动场景下的无线网络，建立有线与无线结合，以5G通信为主干，协同Wi-Fi、蓝牙、UWB等无线通信方式的矿井通信网络。

二是细分频段。矿用5G无线网络由3.5/2.6/2.1G、700/900M等频段组成，不同的频段拥有不同的上下行带宽和覆盖距离。传输网络不仅需要考虑带宽、时延、稳定性，还需要根据多协议适配能力、场景匹配度等维度进行考量。因此，煤矿要根据矿井数据总荷载数量及要求、分布、数据特点，优化矿井网络架构，完善相应场景的解决方案，开展5G多频段融合组网，重点解决煤矿井下不同区域对信号覆盖的影响和各终端传输对网络不同的特性需求。如在采煤、掘进等核心工作区，作业环境复杂、条件恶劣，存在着低时延远程控制的需要，需要运用3.5/2.6G上行带宽来满足采掘面数据交互量大、低时延等需求；在主运输、辅助运输大巷，设备少、距离长、覆盖面广，需要运用700/900M频段低时延、低频、高穿透、强绕行的技术特性，增加大巷的有效通信距离，提升绕射和穿透能力，有效解决采掘工作面拐弯、上山/下山环境起伏等死角覆盖问题。

3.必须重视人机协同，实现煤矿智能化常态运行

一是在智能化技术不完善的岗位要重视人工作用。截至2023年6月底，全国约有1100个智能化综采工作面，但全智能化常态化运行的工作面很少。究其原因，除认知水平不高和员工素质较低外，在目前的技术水平条件下，系统设备的适应性和可靠性还不能完全满足智能化的需求，如煤机装备及其配套的各类传感器、摄像头等传感器的可靠性和灵敏度与智能化开采还有差距，智能感知信息的有效利用率较低，工作面集控中心智能决策能力有待提升。煤岩识别、刮板输送机的姿态调整、工作面找直、两巷支护等在采煤作业过程还需人工干预。因此，现阶段智能化采煤应该按照“机器智能+人工”的方式，逐步提升智能化水平。

二是在智能化技术完善的固定岗位实行无人值守。变电、排水、通风、压风等岗位自动化技术成熟，运行稳定。因此，煤矿应在这些岗位坚决贯彻《煤矿安全规程》，提高认识，坚定不移执行无人化运行；同时，煤矿开展固定岗位无人值守也需要综合考虑各种因素，包括技术、人员、安全和管理等方面，要定期评估无人值守的效果和效益，收集反馈意见，不断进行改进和优化，根据实际情况，调整工作流程和技术配置，以提高无人值守的效率和质量。

4.必须重视提升煤矿的可视化条件

一是加强矿井粉尘治理，提高智能化的可靠性。煤矿井下往往粉尘大，能见度低，摄像头、红外线、超声波等传感器精度受粉尘影响很大，煤矿井下低照度、多粉尘和狭长的环境，也给视觉、光感、激光等光学传感器智能装备运行带来了巨大的挑战，直接影响智能化系统的正常运行。因此，煤矿必须将井下粉尘治理作为一个系统工程来实施，综合考虑矿井的特点、工艺流程、设备配置等因素，制定相应的粉尘综合治理方案。

二是要重视人工作用，为现阶段煤矿可视化提供保障。可视化管理是一种用来判断现场是否受控，在异常发生时发出警报的实用方法，是人机交互的监控系统。目前煤矿智能化还处于初级阶段，各智能系统的可靠性和运行验证时间还不够，不能单独、可靠、放心地运行，还需要在人工监视下运行，尤其是“关、大、精、稀”设备以及生产系统，如采煤工作面割煤、运输系统各转载点、主通风机周围等，必须要重视人工作用，对其进行兜底保障。