“煤”說“智”言：當采煤人遇到智能化，會碰撞出怎樣的火花？

2024中國貴州國際能源產(chǎn)業(yè)博覽交易會于6月20日在貴陽國際會議展覽中心開幕，其中設立的“煤礦智能化技術裝備展”格外引人注目。煤礦從業(yè)者總是給人一種豪放、粗獷的印象，似乎與智能化不沾邊?？墒牵斨悄芑暮诳萍寂c“采煤”相遇，會碰撞出怎樣的火花呢？且聽“煤”說“智”言！

01 那些智能采煤“黑科技”

?無人的智能采煤機

當大多數(shù)人沉浸在路遙筆下煤礦工人臟苦累、強度大、風險性高的固有印象時，如今在深邃的百米地下，采煤機刀頭飛旋，有條不紊地截割煤壁，在采煤工作面卻看不到一個人。

國家能源集團神東煤炭的神東大柳塔煤礦的采煤工作面，由全自動液壓支架支撐（來源：新華社）

這都是無人智能綜采技術的功勞。以往“黑黢黢”的采煤技術員可以西裝革履地坐在干凈整潔的智能化調(diào)度控制中心，輕點“一鍵啟動”，幾千米以外的地下采煤機就飛速旋轉(zhuǎn)起來，采煤機記憶截割、液壓支架自動跟機、刮板輸送機自動推移，“三機設備”默契配合，大塊“烏金”從煤壁剝落，通過刮板運輸機和輸煤皮帶源源不斷地來到地面。

?無形的電子圍欄

看過西游記的人都知道，孫悟空每次出去化齋之前都要給唐僧畫一個圈，以保證他的安全。而在百米深的采煤一線，也會給我們煤礦工人師傅們畫個圈，這個圈就是煤礦的井下電子圍欄，又稱人員接近防護系統(tǒng)，廣泛應用于掘進工作面、煤倉、密閉墻、帶式輸送機等井下關鍵危險區(qū)域的安全預警。

當井下有人接近預警危險區(qū)域時，系統(tǒng)會自動發(fā)出聲光報警提示并觸發(fā)裝備停機，從而最大限度保證井下作業(yè)人員的生命安全。

?無人駕駛的拉煤車

當近年來路面無人駕駛汽車測試如火如荼的時候，百米深的露天采礦場，無人駕駛礦卡與電鏟遠程操控技術早已司空見慣：3000米外的遠程控制室內(nèi)，駕駛員通過5G網(wǎng)絡傳輸?shù)牟僮餍盘?，精確控制著設備的每一個動作；盤山公路上，無人駕駛的卡車滿載著黑亮的煤炭井然有序地自動運輸。無人駕駛不僅降低了不規(guī)范作業(yè)造成的車輛維修、油耗高、胎損等成本，同時規(guī)避了人員傷亡事故，真正實現(xiàn)了生產(chǎn)作業(yè)的本質(zhì)安全。

2019年中國國際礦業(yè)大會上展示的無人駕駛礦車模型（來源：視頻截圖）

?七十二變的智能礦燈

礦燈是煤礦工人井下通行作業(yè)的“照明”必備武器。近年來，隨著煤礦智能化礦井升級建設，礦燈可不止管“照明”了，而是融入了以智能穿戴為核心的物聯(lián)網(wǎng)平臺，華麗轉(zhuǎn)型為集定位、視頻、無線通信、環(huán)境監(jiān)測等多功能于一體的“N合1”智能礦燈。

通過移動通信技術，地面人員可通過礦燈直接查看井下視頻、環(huán)境參數(shù)、位置信息、礦工井下實時工作情況，真正做到一燈在手，下井不愁。而在出礦后，礦燈的充電工作也可直接通過虹膜識別技術交給智能礦燈充電柜。

02 煤礦智能化的技術瓶頸

煤礦智能化需要地質(zhì)勘探、無線探測感知、無線通信、電氣自動化等多學科的共同努力和長期合作，現(xiàn)階段，仍有一些技術瓶頸與堵點需要突破。

?井下通信問題

不同于地面信息的傳輸，礦井下的通信面臨高溫高壓高濕等惡劣環(huán)境與嚴格防爆的安全要求，此外還有傳播距離遠、穿透能力強、信號延遲短等嚴苛技術要求。

從總體上看，目前5G技術在煤礦的應用仍整體處于網(wǎng)絡改進層面，應用場景關鍵技術和業(yè)務模式尚未突破，應用軟件兼容性、安全性和可靠性難以得到保障，難以形成技術和應用爆發(fā)點。

礦井工作人員展示可通過手機實時查看井中各項指標（來源：新華社）

?透明地質(zhì)模型問題

在目前探測技術下，我們還無法完全切實掌握煤礦井下地質(zhì)體的三維形態(tài)和容貌，即井下地質(zhì)體的三維模型與形態(tài)尚不能充分建立。近年來，雖然我國在透明地質(zhì)建模取得了一系列理論成果及實用技術，但在地質(zhì)模型與實時動態(tài)探查數(shù)據(jù)融合方面還有諸多障礙，探查技術與采礦裝備智能化、精準化、實效性還有差距，這些都在一定程度上制約了煤礦的采礦智能化。

?系統(tǒng)兼容協(xié)同問題

煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)是一個典型的復雜巨系統(tǒng)，涉及采、掘、機、運、通等各業(yè)務系統(tǒng)，子系統(tǒng)具有種類繁多、數(shù)量龐大、層次多等特點。因此，智能化煤礦需要建設基礎應用平臺、掘進系統(tǒng)、開采系統(tǒng)等近百個子系統(tǒng)，并且需要考慮不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡、業(yè)務和控制兼容問題，從而形成在開拓、采掘、運通、分選、安全保障、生產(chǎn)管理等全過程智能化運行的智慧煤礦。然而目前，煤礦智能系統(tǒng)仍存在數(shù)據(jù)標準不能統(tǒng)一、網(wǎng)絡通信協(xié)議兼容性差、業(yè)務系統(tǒng)兼容與協(xié)同控制性差等技術瓶頸。

03 煤礦智能化的未來技術展望

未來，隨著新一輪煤礦科技革命和數(shù)字革命，人工智能、區(qū)塊鏈、云計算、大數(shù)據(jù)技術日新月異。通過集聚不同生產(chǎn)模式、不同地質(zhì)條件煤礦生產(chǎn)和作業(yè)數(shù)據(jù)，深度整合數(shù)據(jù)信息與應用場景，形成集數(shù)據(jù)采集、信息萃取、價值傳遞為一體的完整鏈條，將成為破解煤礦智能化開采的不二法門。為了達成這一目的，我們需要：

塔山煤礦調(diào)度指揮中心內(nèi)，井下工作時的各類數(shù)據(jù)顯示在監(jiān)控屏幕上。（來源：新華社）

1、構(gòu)建開放的大數(shù)據(jù)平臺，系統(tǒng)整合煤礦各流程數(shù)據(jù)，提供統(tǒng)一專業(yè)開放的數(shù)據(jù)服務；

2、構(gòu)建煤礦數(shù)據(jù)治理與管理體系，對煤礦主數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)、業(yè)務數(shù)據(jù)進行全生命周期管理，從而實現(xiàn)煤礦數(shù)據(jù)管理與應用；

3、建設綜合性煤礦行業(yè)云平臺，通過構(gòu)建多元數(shù)據(jù)模型，真正實現(xiàn)采礦的智能化、自動化、無人化！

參考文獻：

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[2]楊沐巖. “電子圍欄”如何護好煤礦安全[N].中國能源報, 2024-04-22 (015).

[3]張瀟. 平莊煤業(yè)智能化綜合管控平臺建設 [J]. 工礦自動化, 2023, 49 (S1): 7-11.

作者：劉漢斌 山西省煤炭地質(zhì)局高級工程師

審核：劉欽節(jié) 安徽理工大學礦業(yè)工程學院教授

出品：科普中國

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