王國法院士：智能裝備，撐起“智慧”煤礦的明天

　　為貫徹能源安全新戰(zhàn)略，保障煤炭及相關(guān)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，前不久，國家能源局發(fā)布了《中華人民共和國煤炭法（修訂草案）》（征求意見稿）(下稱《征求意見稿》)。據(jù)了解，此次征求意見稿是自1996年《中華人民共和國煤炭法》發(fā)布以來，第一次大規(guī)模修訂。

　　在征求意見稿中，就煤炭智能生產(chǎn)技術(shù)裝備的研究、應(yīng)用和重大工程示范作了專門要求，以期推動煤炭生產(chǎn)的提質(zhì)增效和安全生產(chǎn)。

　　中國工程院院士、中國煤炭科工集團（煤炭科學(xué)研究總院）首席科學(xué)家王國法在接受《中國科學(xué)報》采訪時表示：“總體來看，當前我國煤礦智能化發(fā)展處于一個培育示范推廣階段，企業(yè)的實踐也表明，煤礦智能化是未來煤炭行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，要堅定不移地沿著這一方向向前推進。”

　　發(fā)展趨勢 核心支撐

　　我國煤炭資源儲量豐富，能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主。據(jù)統(tǒng)計，新中國成立以來，煤炭占我國一次能源生產(chǎn)量的70%、消費總量的60%以上。

　　“在我國一次能源中，煤炭是最經(jīng)濟和可清潔高效利用的能源。”王國法指出，盡管近一兩年來，煤炭占一次能源生產(chǎn)和消費量的比例略有下降，但在未來相當長一段時間內(nèi)，煤炭仍將在我國能源結(jié)構(gòu)中占較大比例，仍是我國的戰(zhàn)略能源，是我國能源安全的“壓艙石”。

　　面對煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的要求，和實現(xiàn)安全高效綠色開采和更加清潔高效利用的發(fā)展目標，煤礦智能化是核心技術(shù)支撐已成為行業(yè)共識。

　　王國法表示，煤炭領(lǐng)域的智能化信息化是將大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算等信息技術(shù)與煤炭開發(fā)技術(shù)與裝備進行深度融合，形成全面自主感知、實時高效互聯(lián)、智能分析決策、自主學(xué)習(xí)、動態(tài)預(yù)測預(yù)警、精準協(xié)同控制的煤礦智能系統(tǒng)，實現(xiàn)礦井的安全高效智能運行。“這也是煤炭工業(yè)實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的必然要求。

　　今年2月，國家發(fā)展改革委、國家能源局等8部委聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》（以下簡稱《指導(dǎo)意見》），明確了煤礦智能化發(fā)展的階段目標、主要任務(wù)以及相關(guān)保障措施。

　　“該指導(dǎo)意見推動了行業(yè)進一步凝聚共識、統(tǒng)一思想。”令王國法感到欣喜的是，除了煤炭企業(yè)自身，例如三大移動運營商、華為公司等信息技術(shù)的龍頭企業(yè)都以前所未有的高漲熱情參與煤礦智能化建設(shè)。

　　的確，煤礦智能化既是未來趨勢，更是發(fā)展需求。

　　“當前我國煤炭領(lǐng)域在信息化智能化建設(shè)方面，主要聚焦減少煤礦井下作業(yè)人員。”過去30多年，中國礦業(yè)大學(xué)（北京）原副校長孫繼平教授一直從事煤礦安全生產(chǎn)信息化與智能化等研究創(chuàng)新工作，他作為國務(wù)院煤礦事故調(diào)查專家組組長參加了10起煤礦重特大事故調(diào)查工作。

　　他對煤礦井下智能化、無人化發(fā)展的迫切性有著深刻體會。“事故調(diào)查表明，煤礦井下作業(yè)人員越多，發(fā)生事故的概率越大，事故傷亡人數(shù)越多。因此，減少煤礦井下作業(yè)人員，是減少煤礦重特大事故和傷亡人數(shù)的有效措施。減少煤礦井下作業(yè)人員也是降低煤礦用人成本，解決招工難的有效措施。”孫繼平說。

　　他表示，我國在煤礦井下無人和少人作業(yè)方面還需加大研發(fā)力度，如采煤工作面無人和少人作業(yè)，掘進工作面無人和少人作業(yè)，礦用車輛無人駕駛，供電、輸送機和排水無人值守等。

　　部分領(lǐng)跑 “井下”待突破

　　煤礦智能裝備是煤礦智能化的核心，煤礦智能化對裝備適應(yīng)性和可靠性的要求極高。

　　以井下開采為例，孫繼平告訴《中國科學(xué)報》，煤礦井下巷道斷面小、巷道長度達10余千米、有瓦斯等爆炸性氣體、礦塵大，瓦斯、水災(zāi)、火災(zāi)、沖擊地壓、頂板等事故威脅著煤礦安全生產(chǎn)，這也是提升煤炭科技裝備面臨的難點和痛點。“因此，需要針對煤礦井下特殊環(huán)境和特殊要求，研發(fā)適用于煤礦安全生產(chǎn)需求的技術(shù)和裝備。”

　　事實上，自新中國成立以來，我國綜合機械化水平有著巨大提升，實現(xiàn)了生產(chǎn)力和生產(chǎn)方式的大跨越，這為智能裝備發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)條件。

　　王國法表示，煤礦智能裝備和煤礦機器人的內(nèi)涵是一致的，是指具有自感知、自決策和自動運行功能，可替代人工完成煤礦特殊作業(yè)的機器。

　　2019年1月，國家煤礦安監(jiān)局正式公布了《煤礦機器人重點研發(fā)目錄》，提出了重點研發(fā)的掘進、采煤、運煤、安控和救援5類、38種煤礦機器人，并對每種機器人的功能提出了具體要求，力爭把煤礦工人從惡劣環(huán)境與危險繁重的勞動中解放出來。

　　“從全球來看，我國在解決復(fù)雜條件開采的技術(shù)裝備領(lǐng)域處于引領(lǐng)水平。其中，發(fā)展最快的應(yīng)當是煤礦綜采智能裝備體系，或稱綜采機器人群。而掘進機器人群差距則相對較大。”王國法說。

　　經(jīng)過多年發(fā)展，我國煤炭綜采技術(shù)裝備已從依賴進口到全部國產(chǎn)化。特別在近10年來，我國通過智能化開采技術(shù)與裝備的創(chuàng)新研發(fā)，突破多項關(guān)鍵技術(shù)，在薄和較薄煤層智能化綜采，大采高和超大采高智能化綜采以及特厚煤層綜放開采智能化技術(shù)與裝備方面實現(xiàn)領(lǐng)跑。

　　此外，在部分企業(yè)的積極推動下，我國已建成一批以工作面智能化開采和數(shù)字化信息化管理系統(tǒng)為標志的先進煤礦。

　　王國法認為，未來，要特別重視共性關(guān)鍵技術(shù)和短板技術(shù)的研發(fā)工作。

　　孫繼平也表示，目前，綜采工作面已實現(xiàn)采煤機、液壓支架、刮板輸送機等聯(lián)動和記憶割煤；帶式輸送機根據(jù)運煤量自動調(diào)速。煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)、礦井人員精確定位系統(tǒng)，以及礦用膠輪車運輸、礦用電機車和礦井供電等監(jiān)控系統(tǒng)，礦井移動和礦井救災(zāi)等通信系統(tǒng)等已推廣應(yīng)用。

　　“煤礦井下無人開采是當前急需的煤炭開采關(guān)鍵技術(shù)，包括采煤工作面、掘進工作面無人或少人作業(yè)，煤礦井下車輛無人駕駛，煤礦井下供電、帶式輸送機、水泵房等無人值守等。目前，已有皮帶巡檢機器人等在煤礦井下應(yīng)用。”孫繼平說。

　　借5G之勢 分類分級推進

　　盡管我國智能煤礦建設(shè)取得了重要進展，但必須看到的是，智能化程度遠未達到理想狀態(tài)。

　　“煤礦是一個非常復(fù)雜的巨系統(tǒng)，其中至少包括100個以上的子系統(tǒng)。”王國法把智能化煤礦建設(shè)重點分為十大智能系統(tǒng)，包括煤礦智慧中心及綜合管理系統(tǒng)、煤礦安全實時通信網(wǎng)絡(luò)及地下精準位置服務(wù)系統(tǒng)等。“十大主要智能系統(tǒng)分別由若干個相關(guān)煤礦智能化子系統(tǒng)組成，數(shù)以百計的煤礦智能化子系統(tǒng)協(xié)同運行，構(gòu)成煤礦智能化巨系統(tǒng)。”

　　作為新一代信息技術(shù)的代表，5G技術(shù)的商業(yè)化運營為智能煤礦發(fā)展帶來了新的機遇。

　　王國法表示，5G在煤礦的應(yīng)用與5G的商業(yè)化應(yīng)用基本是同時起步的。5G技術(shù)具有大帶寬、廣連接和低時延的優(yōu)勢，契合了煤礦智能化發(fā)展需要更廣泛數(shù)據(jù)接入、更大數(shù)據(jù)傳輸帶寬和更低延時控制的要求，為打通煤礦智能化開采上下行傳輸?shù)母咚偻ǖ赖於嘶A(chǔ)。

　　近年來，在信息技術(shù)企業(yè)的支持投入下，我國已在部分礦區(qū)布局井下5G網(wǎng)絡(luò)、基站等。

　　王國法說，未來，要進一步開發(fā)5G基站設(shè)備，滿足井下組網(wǎng)的要求。此外，還要根據(jù)應(yīng)用場景進一步提升5G技術(shù)，包括網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，邊緣計算的技術(shù)，云計算相關(guān)技術(shù)，以解決“云、邊、端”控制流程的各種相關(guān)難題。

　　孫繼平最早進行礦用5G研究，研究了礦用5G技術(shù)及其適用范圍，他表示，礦用5G宜采用本質(zhì)安全型防爆、用于控制的礦用5G應(yīng)具有較強的抗干擾能力、采煤工作面和掘進工作面地面遠程控制與井下車輛無人駕駛地面遠程控制宜選用礦用5G。

　　“煤礦井下有瓦斯等易燃易爆氣體，礦井無線傳輸衰減大等特殊性，制約著5G直接在煤礦井下應(yīng)用。”孫繼平強調(diào)，還需根據(jù)煤礦井下特殊需求，研究礦用5G技術(shù)和系統(tǒng)，而不僅僅是對現(xiàn)有地面5G產(chǎn)品進行防爆改造。

　　面對未來，王國法表示，我國各地煤層賦存條件、開采技術(shù)條件具有復(fù)雜性和多樣性，區(qū)域發(fā)展不平衡性比較突出。據(jù)此，要分類分級推進煤礦智能化建設(shè)工作。“我們已經(jīng)起草制定了煤礦智能化技術(shù)標準體系、智能化煤礦分類分級技術(shù)條件與評價標準、智能化開采工作面技術(shù)條件與評價標準等，即將發(fā)布實施，為全國不同層次煤礦智能化建設(shè)明確建設(shè)目標，提供建設(shè)標準和技術(shù)指導(dǎo)，推動我國煤礦智能化整體發(fā)展。”

備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。