大型采煤機在地下自主割煤，能夠主動感知煤巖性狀，適應調整工作狀態，煤礦工人不再手動操作設備只需定時巡檢，井下采集的所有大數據都在5G網絡中快速交互鏈接……地下數百米的深處，智能化煤礦將賦予傳統采煤行業新的生機。
近日，國家發改委、國家能源局、應急管理部等八部委聯合發布了《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》（以下簡稱《指導意見》）。未來，人工智能、工業物聯網、云計算等將與現代煤炭開發利用深度融合。
“煤礦智能化的核心就是使礦山具有人類般的思考、反應和行動能力，實現物物、物人、人人的信息集成與智能響應，主動感知、分析，并快速做出正確處理。”深部煤炭資源開采教育部重點實驗室副主任、中國礦業大學教授方新秋告訴科技日報記者。
我國尚處智能化初級階段
許多礦業發達國家多年前已制定礦山信息化長遠發展規劃，信息化和自動化程度越來越高。
加拿大從20世紀90年代初開始研究自動采礦技術，擬于2050年通過衛星通信技術操縱礦山的所有裝備，實現自動智能采礦；美國于1999年對地下煤礦的自動定位與導航技術進行研究；澳大利亞于2001年開展了綜采工作面自動和智能化技術的研究，設計開發了LASC系統；德國于2015年建設了一套遠程控制自動化薄煤層綜采系統，已接近“無人工作面”。
近年來，我國智能化采煤工作面發展迅速。目前，全國已經有200個左右不同層次的智能化采煤工作面。記者從兗礦集團了解到，該集團鮑店煤礦打造了國內首個常態化智能綜放工作面，貴州能化發耳煤業建設成為西南地區唯一一個省級智能化采煤工作面，濟三煤礦以綜掘機“遙控截割”+液壓錨桿鉆車+破碎機+皮帶機“無人值守”配套模式建成國內領先的智能化掘進工作面。
“智能化與自動化有本質的區別，智能化采煤工作面距離智能煤礦的目標仍有較大差距。準確地說，目前我國還處于煤礦智能化的初級階段。”方新秋說。
“煤礦智能化是一個系統工程，要實現全過程的智能化運行，采煤、掘進、運輸、提升、排水、通風、地質信息、經營管理等環節必須智能協同。”中國礦業大學機電工程學院執行院長王忠賓教授告訴記者。
我國從2015年開始抓煤礦“四化”（機械化、自動化、信息化和智能化）建設。“四化”改造為煤礦智能化開采奠定了很好的基礎，但仍存在系統間數據感知難、信息交互難、實時性差、可靠性低、數據利用率不高和多智能系統協同弱等難題。
“比如地面導航有GPS和北斗，地下裝備怎么準確定位？煤炭行業有其特殊性，一些關鍵的智能技術仍需要突破。”王忠賓說，如煤層地質精準探測技術，煤巖性狀實時在線識別技術，采煤工作面高速高可靠無線傳輸技術，采煤裝備精確導航和定位技術，復雜工況計算機視覺識別技術，煤礦大數據技術等。
建設智能邊緣數據基礎設施
目前，華為、百度等科技公司已注意到煤礦智能化的行業需求，并深度參與其中。
華為參與的5G礦車投入運行，煤礦生產可實現盲區監控；百度參與了中國煤炭云建設，與陽泉煤業達成戰略合作；中興通訊、中國聯通與兗礦開展合作，成立了“5G+智慧礦業聯合實驗室”等。
“很期待即將到來的5G時代，比如現在井下數據傳輸采用的是光纖，當采礦設備大幅度移動和震動時，光纖就會發生故障，如果換成5G網絡將會有很大改變。”方新秋說。
“互聯網企業深度參與是一件好事，術業有專攻，需要在數據處理體系、通信技術、網絡架構和智能協同算法上面向行業互聯網應用開展專門的研究。”中國礦業大學網絡與信息中心主任孫彥景教授說。
《指導意見》還要求，對沖擊地壓、煤與瓦斯突出等災害嚴重的礦井，優先開展智能化采掘（剝）和危險崗位的機器人替代。
“去年我們與華為簽訂了戰略合作協議，并提出工業互聯網智能邊緣數據基礎設施的概念，未來智能煤礦將從網絡‘全連接’向數據‘全鏈接’發展，系統架構向‘云邊協同’發展。”孫彥景說。
他進一步解釋說，人工智能的特點是不斷學習演化，每一個煤礦每一個工作面的情況都不相同，智能采掘機器人在作業過程中，當遇到特殊情況時，可以由系統依據生產大數據進行學習分析和決策，也能讓智能終端自主處置，“這就是云邊協同的意義”。
“礦山自主決策和控制的前提是全面感知，而要確保感知信息可靠，就必須攻克相應的傳感器和信息交互等技術。”孫彥景說，比如智能視覺技術可以準確地識別車輛、行人和人臉，根據場景分析行為，并結合規則研判是否違章。
記者了解到，目前跨行業的智能煤礦合作已在廣泛建立之中，如中國礦業大學礦業工程學院已開設綠色開采、深地開發、智能采礦、未來礦業四大研究方向，設置智能開采研究所，創辦智能采礦特色班；中國煤炭學會和中國煤炭科工集團發起成立了“煤礦智能化創新聯盟”；中國煤炭科工集團、中國礦業大學（北京）和中國聯通成立了“5G地下空間創新實驗室”。
來源：《科技日報》
