◎ 采寫丨科技日報記者 趙向南 韓榮
◎ 策劃丨趙英淑 滕繼濮
500多米深的煤礦井下機電硐室裏，小巧的機器人正代替礦工巡檢裝置；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新元公司智慧化煤礦采訪時看到的場景。
潞安化工集 團新元公司5G+智慧化綜采工作面 。 受訪者供 圖
「煤礦牽手高科技，顛覆了傳統采煤方式。」新元公司5G+智慧化礦井建設辦公室主任冀傑感慨，
「現在煤礦越來越有‘科技範兒’。」
近年來，山西、陜西、內蒙古等主要煤炭產區，大力推進煤礦智慧化建設，煤炭開采方式迎來革命性變革。 煤礦智慧化建設成效如何，面臨哪些瓶頸困難，如何高品質推進？ 日前，記者就此進行了深入調研采訪。
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煤礦智慧化建設初見端倪
改革開放以來，中國煤炭生產方式經歷了炮采、普通機械化開采、綜合機械化開采等階段，當前正加快進入智慧化開采階段。
自2020年2月國家能源局、科技部等八部門印發【關於加快煤礦智慧化發展的指導意見】以來， 山西、陜西、內蒙古、新疆、山東等地煤礦，在煤炭開采各環節，采用人工智慧、工業物聯網、雲端運算、大數據和智慧等技術，推動新一代資訊科技與煤炭生產技術走向深度融合。 一批多種型別、不同模式的智慧化礦井如雨後春筍破土而出。
陜西榆林大海則煤礦構建了全礦井「一張網」「一中心」「一張圖」「一平台」「一標準」的智慧化體系，實作了井下采掘等主要巷道的5G網路部署，以及井上井下的一網管控，實作了固定場所全面無人值守。智慧化采煤系統的高效運轉，使得煤炭源源不斷地透過傳送帶運往地面，井下人數、車輛、通風情況等數據和畫面透過網路攝影機和5G通訊網路即時傳輸回指揮中心，提高了作業的安全性和效率。
透過智慧化改造，內蒙古麻地梁煤礦的工作人員在排程中心點點滑鼠就能操控井下裝置進行采煤作業，改善了礦工的工作環境，降低了勞動強度，提高了生產效率。麻地梁煤礦還相繼建成了全視訊排程通訊系統、5G+智慧采煤系統、5G+智慧掘進系統等10大智慧礦山系統，實作了由「汗水」驅動向科技驅動轉變，由「專人、專崗、專技」到「無人值守、專人巡視」的轉變，智慧礦山得以提質增效。
晉能控股集團長治公司三元煤業，透過套用綜采面全景視訊拼接系統，采煤司機在地面就能直觀地看到機組執行畫面和數據，從而進行精準操控。系統的套用不僅提高了作業的精確性和安全性，還減少了對井下作業人員的依賴，降低了作業風險。
圖為山西晉能 控股 集團長治公司三元煤業安全生產指揮中心。科技日報記者 趙向南 攝
山西焦煤西山煤電馬蘭礦，利用無人機技術和配套軟體可自動構建礦山地形三維模型，完成了礦區地質災害的全覆蓋調查。該技術的套用提高了礦山管理的科學性和精準性，有助於預防和減少地質災害發生，保障礦區安全穩定執行。
位於毛烏素沙漠腹地的陜煤集團曹家灘煤礦，使用了被譽為「煤海蛟龍」的一體化快速掘進系統，每天可掘進34公尺左右，差不多是傳統掘進速度的3倍。裝置生產方中國煤炭科工集團太原研究院有限公司軟巖分院短壁裝置裝備廠廠長車利明說： 「掘進工作面，原來每個班需要18個人下礦，現在只需5個人。」
2023年，國家能源局公布80項煤礦智慧化建設典型案例，煤炭大省山西有15項入選。「可以說，山西在煤礦智慧化建設方面走在全國前列。」山西省能源局煤炭生產技術處處長毛曉文介紹， 截至目前，全省累計建成智慧化煤礦118座，智慧化采掘工作面1491處，3200處硐室實作無人值守。所有重要作業地點，均實作無監控不作業。
智慧化建設，提高了煤礦安全生產管理水平。 新元公司冀傑表示，全天候無死角智慧監控，能有效監管生產作業中的漏洞、盲點和隱患。三元煤業機電隊副隊長王沛雲認為，煤礦井下一旦發生險情，智慧化系統會規劃應急避災路線，並第一時間指導井下人員快速合理避災。
「煤礦智慧化是煤炭產業第四次重大技術變革，智慧化建設深入推進，為煤炭安全、高效開采提供了便利條件。」山東能源集團黨委書記、董事長李偉表示。
煤炭工業太原設計研究院集團有限公司礦山設計一院院長張建生認為，智慧化可以緩解當下煤礦招工難，還能改善礦工作業環境。「智慧化建設，體現的是以人為本、生命至上、安全第一發展理念。」張建生說。
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機械化加自動化不等於智慧化
2024年開年，中國多地圍繞煤炭行業智慧化建設，相繼頒布了政策和預期目標。在大模型產業化落地的背景下，煤炭行業智慧化被新工具、新技術推到了一個新的發展階段。
在井下200公尺深的山西焦煤西山煤電馬蘭礦18501智慧化綜采工作面。山西焦煤供圖
國家礦山安全監察局要求大力推進煤礦智慧化建設，大力提升礦山安全水平。山西對推進煤炭行業智慧化進行了詳細規劃。該規劃提出，2024年全省煤礦智慧化建設重點，將由目前的以采掘工作面為主，轉向全礦井智慧化建設。
內蒙古鄂爾多斯針對煤炭行業智慧化提出，到2025年，全市生產煤礦要全部建成智慧化煤礦，全部達到二級以上現代化煤礦標準。
「當前煤炭行業不斷提出智慧化目標，政策不斷出台，標誌著煤礦智慧化已經進入了快速發展關鍵階段。」毛曉文認為，一方面中國煤礦智慧化建設取得很大進展；另一方面中國煤炭行業持續發展，還需要進一步提升自身水平。
事實上，在2023年9月18日國務院新聞辦舉行的新聞釋出會上，國家礦山安全監察局安全基礎司司長孫慶國就曾表示，中國礦山智慧化建設總體水平還不夠高，還存在部份地區和部份企業認識不夠到位、建設進展不夠平衡、相關標準規範不夠健全、部份技術裝備適應力還不夠強等問題。
「目前大部份煤礦在智慧化建設的理念、技術、市場等多方面仍受制約。」 中國煤炭工業協會副會長劉峰說，煤礦智慧化建設會改變其生產模式和管理方式，與每名礦工息息相關，需要全體員工參與。
「隨著智慧化理念不斷更新和更多人員的參與，煤礦智慧化建設需要‘從上至下’和‘由下而上’相結合，實作從被動建設向主動建設的轉變。」劉峰坦言。
采訪中，不少業內人士認為，智慧化建設是煤礦高品質發展的趨勢。 但中國已建成的智慧化煤礦，整體處於示範培育階段，甚至還是探索階段，而且各煤礦系統智慧化程度也參差不齊。
劉峰說， 全國4300余座煤礦中只有700余座開展了智慧化建設， 已經透過驗收的全國首批智慧化示範礦都處於中級水平，煤礦智慧化建設仍然處在初級示範引領階段，與系統完備、執行可靠的高級智慧化煤礦要求仍存在不小差距。
「綜采、主運輸及各保障系統智慧化水平高，但掘進和輔運系統智慧化水平相對低，如掘進用的掘錨運一體裝置，還需要工人手動補打錨桿。」曾參與馬蘭礦智慧化建設的馬蘭礦機電副總王育江，對存在的不足有深刻的認識。
山西焦煤西山煤電馬蘭礦18501智慧化綜采工作面。張鵬 攝
王沛雲也認為，當前煤礦智慧化建設，很大一部份只是機械化和自動化的疊加，並未達到應有的標準。
「目前雖然我們已建成智慧化煤礦，就智慧綜采工作面而言，可以實作一鍵啟動，但還需要人工輔助執行，操控裝置、巡查、現場解決問題。」王沛雲表示，目前還做不到智慧感知、智慧決策、自動執行，實作「一鍵執行」還有很長路要走。
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煤炭系統「煙囪式」林立
導致數據「孤島」
新元公司是全國首座5G+智慧煤礦，實作了井下部份工作的視覺化、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網路攝影機。冀傑介紹，工作面安裝的傳感器，多達幾百甚至上千個，但是因其由多個廠家生產，標準不統一、互相不相容等原因，影響智慧化效果。
「從底層傳感器到主控制器，再到基層傳輸層、網路層、伺服器層，以及最終使用層，各環節的軟硬體裝置和數據標準，都存在著明顯差異。」在三元煤業智慧化建設中，王沛雲也發現了同樣問題。
「在煤礦生產環節，任一流程數據出現問題，都可能導致裝置維護難度大、自動控制系統難以穩定執行。」王沛雲說。
記者調查發現， 目前在煤礦智慧化建設中普遍存在裝置和資訊標準不統一、相容困難等問題。
「國能神東有1370多家主要裝置供應商，10萬台各類裝置、10余類作業系統、500多種需要適配對接的通訊協定。」國家能源集團神東煤炭集團黨委書記、董事長李新華曾指出，不同的裝置裝置，具有不同的作業系統，同一家供應商不同時期提供的作業系統及套用，彼此不相容，造成裝置之間數據共享難，資訊互通難，生產作業智慧聯動難。
王沛雲給記者打了一個比方：手機剛流行時，充電器插頭形狀各式各樣，扁的、長的、圓頭，相互之間不通用。當下的煤礦智慧化建設也是這個情形，缺少統一的行業標準，各資訊系統不能有效互聯互通。
「煤礦資訊系統‘煙囪式’林立，系統與系統之間分散獨立，猶如一個個的數據‘孤島’，這樣不僅維護成本高，而且制因數據流通與協同套用，建立統一行業標準勢在必行。」 王沛雲說。
圖為山西呂梁市臨縣華燁煤業有限公司智慧化排程指揮中心。華燁煤業有限公司供圖
「智慧化建設是一個叠代發展進步的過程，不是一次性工程。」中國工程院院士、煤礦智慧化創新聯盟理事長王國法認為，一項復雜的系統工程建設應由單個系統向全面智慧化、全生命周期、全產業鏈智慧化邁進。
「但目前，礦山行業數位化生態體系尚在雛形階段，數位化生態環境比較脆弱，呈現產業鏈不完整、技術鏈片面、資源投入不平衡、標準體系難統一等問題。」王國法表示。
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煤礦智慧化
關鍵是形成完整生態
傳統煤炭產業如何適應新技術和高端智慧裝備，直接影響著煤礦智慧化建設行程。
王國法認為，推進煤礦智慧化建設，不僅是指礦井「采掘機運通」各業務系統的執行，還包括采前智慧地質探測、采後智慧洗選加工與增值利用等環節。「需要銜接的硬體、軟體介面越來越多，迫切要求統一系統的介面及效能指標要求，形成模組化、系統化、標準化的智慧化系統模式。」王國法說。
華為礦山軍團山西負責人郭巍認為， 煤礦智慧化建設的核心在於建立基於人工智慧技術的工業互聯網平台，形成一個完整的生態。 「簡單的自動化裝備甚至智慧化裝備，並不能全面推進中國智慧化煤礦建設。」郭巍舉例說，每個煤礦開采地質條件千差萬別，如果沒有高級的智慧化，就必須一礦一策，甚至一面一策地推進智慧化建設。
「煤礦智慧化建設必須實作統一架構、統一標準、統一數據規範，以確保不同系統和裝置之間的相容性和互操作性，促進數據的整合和套用的創新。但是目前單靠煤礦企業，這些問題很難有效解決。」郭巍說。
對此，毛曉文認為，一方面，需要政府引導、政策支持，圍繞煤礦智慧化建設「卡脖子」技術問題，集中社會力量攻關，統一標準、統一協定，研發新裝置、完善軟體系統；另一方面，煤礦開采具有較強專業性、特殊復雜性，現有開采數據達不到人工智慧學習的海量數據要求，所以現有智慧演算法大多無法直接套用。這需要在構建數據積累與叠代的基礎上，讓人工智慧根據具體套用場景，精準預測、決策，設計適應不同煤礦地質條件的模型，真正實作智慧化開采。
針對煤企、專家普遍反映的裝置數據標準不統一的問題，國家有關部門和相關省份，包括一些大型煤炭集團已經開始行動。
近日，國家能源局印發了【煤礦智慧化標準體系建設指南】，明確指出到2025年初步建立煤礦智慧化標準體系。山西省釋出【智慧煤礦建設規範】，確保山西煤礦智慧化建設有章可循、規範有序進行。陜西陜煤黃陵礦業集團制定了智慧化綜采工作面設計等企業標準，為智慧化無人綜采技術管理提供了依據。三元煤業將27個子系統數據引入數據湖，為各廠商、各系統配套融合提供統一路徑，解決廠商間數據壁壘。
「數據標準是前提。」王沛雲認為， 中國亟待組建一個以行業生態為支撐，各歸口管理部門、各企業及科研機構深度參與的行業標準體系制定團隊，進行總體規劃、頂層設計， 將所有接入作業系統平台的數據均使用統一的格式進行交換與儲存，促進數據之間相容、互通。
山西晉雲互聯科技有限公司搭建的山西煤炭工業互聯網平台，是全國第一個省級煤炭行業智慧化賦能平台，平台以礦山AI大模型為核心，為煤礦智慧化建設提供標準化的套用軟體、智慧化產品、人工智慧演算法和數據處理、分析服務。業內人士認為，此舉有助於規範介面、打破壁壘，實作系統互通、數據跨系統流動及共享，推動AI技術與煤礦套用系統整體適配。
未來煤礦智慧化該如何推進？
「各行業參與煤礦智慧化建設應以促進煤礦安全、少人、提效為目標，建立智慧化礦山協同推進機制，推進煤炭生產全流程的智慧化建設。」埃森哲大中華區董事總經理、自然資源行業主管李喆表示，煤礦智慧化是一個多學科交叉融合的復雜課題，也是涉及多系統、多層次、多專業、多領域、多工種相互匹配融合的復雜系統，迫切需要統一的技術體系，實作深度互聯互通。
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