“煤”說(shuō)“智”言：當(dāng)采煤人遇到智能化，會(huì)碰撞出怎樣的火花？

2024中國(guó)貴州國(guó)際能源產(chǎn)業(yè)博覽交易會(huì)于6月20日在貴陽(yáng)國(guó)際會(huì)議展覽中心開幕，其中設(shè)立的“煤礦智能化技術(shù)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?，當(dāng)智能化的黑科技與“采煤”相遇，會(huì)碰撞出怎樣的火花呢？且聽“煤”說(shuō)“智”言！

01 那些智能采煤“黑科技”

?無(wú)人的智能采煤機(jī)

當(dāng)大多數(shù)人沉浸在路遙筆下煤礦工人臟苦累、強(qiáng)度大、風(fēng)險(xiǎn)性高的固有印象時(shí)，如今在深邃的百米地下，采煤機(jī)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(gè)人。

國(guó)家能源集團(tuán)神東煤炭的神東大柳塔煤礦的采煤工作面，由全自動(dòng)液壓支架支撐（來(lái)源：新華社）

這都是無(wú)人智能綜采技術(shù)的功勞。以往“黑黢黢”的采煤技術(shù)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(diǎn)“一鍵啟動(dòng)”，幾千米以外的地下采煤機(jī)就飛速旋轉(zhuǎn)起來(lái)，采煤機(jī)記憶截割、液壓支架自動(dòng)跟機(jī)、刮板輸送機(jī)自動(dòng)推移，“三機(jī)設(shè)備”默契配合，大塊“烏金”從煤壁剝落，通過(guò)刮板運(yùn)輸機(jī)和輸煤皮帶源源不斷地來(lái)到地面。

?無(wú)形的電子圍欄

看過(guò)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(gè)圈，以保證他的安全。而在百米深的采煤一線，也會(huì)給我們煤礦工人師傅們畫個(gè)圈，這個(gè)圈就是煤礦的井下電子圍欄，又稱人員接近防護(hù)系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于掘進(jìn)工作面、煤倉(cāng)、密閉墻、帶式輸送機(jī)等井下關(guān)鍵危險(xiǎn)區(qū)域的安全預(yù)警。

當(dāng)井下有人接近預(yù)警危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警提示并觸發(fā)裝備停機(jī)，從而最大限度保證井下作業(yè)人員的生命安全。

?無(wú)人駕駛的拉煤車

當(dāng)近年來(lái)路面無(wú)人駕駛汽車測(cè)試如火如荼的時(shí)候，百米深的露天采礦場(chǎng)，無(wú)人駕駛礦卡與電鏟遠(yuǎn)程操控技術(shù)早已司空見慣：3000米外的遠(yuǎn)程控制室內(nèi)，駕駛員通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟僮餍盘?hào)，精確控制著設(shè)備的每一個(gè)動(dòng)作；盤山公路上，無(wú)人駕駛的卡車滿載著黑亮的煤炭井然有序地自動(dòng)運(yùn)輸。無(wú)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(shí)規(guī)避了人員傷亡事故，真正實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)作業(yè)的本質(zhì)安全。

2019年中國(guó)國(guó)際礦業(yè)大會(huì)上展示的無(wú)人駕駛礦車模型（來(lái)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(lái)，隨著煤礦智能化礦井升級(jí)建設(shè)，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(tái)，華麗轉(zhuǎn)型為集定位、視頻、無(wú)線通信、環(huán)境監(jiān)測(cè)等多功能于一體的“N合1”智能礦燈。

通過(guò)移動(dòng)通信技術(shù)，地面人員可通過(guò)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(shí)時(shí)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(guò)虹膜識(shí)別技術(shù)交給智能礦燈充電柜。

02 煤礦智能化的技術(shù)瓶頸

煤礦智能化需要地質(zhì)勘探、無(wú)線探測(cè)感知、無(wú)線通信、電氣自動(dòng)化等多學(xué)科的共同努力和長(zhǎng)期合作，現(xiàn)階段，仍有一些技術(shù)瓶頸與堵點(diǎn)需要突破。

?井下通信問(wèn)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(yán)格防爆的安全要求，此外還有傳播距離遠(yuǎn)、穿透能力強(qiáng)、信號(hào)延遲短等嚴(yán)苛技術(shù)要求。

從總體上看，目前5G技術(shù)在煤礦的應(yīng)用仍整體處于網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)層面，應(yīng)用場(chǎng)景關(guān)鍵技術(shù)和業(yè)務(wù)模式尚未突破，應(yīng)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(shù)和應(yīng)用爆發(fā)點(diǎn)。

礦井工作人員展示可通過(guò)手機(jī)實(shí)時(shí)查看井中各項(xiàng)指標(biāo)（來(lái)源：新華社）

?透明地質(zhì)模型問(wèn)題

在目前探測(cè)技術(shù)下，我們還無(wú)法完全切實(shí)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(lái)，雖然我國(guó)在透明地質(zhì)建模取得了一系列理論成果及實(shí)用技術(shù)，但在地質(zhì)模型與實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)探查數(shù)據(jù)融合方面還有諸多障礙，探查技術(shù)與采礦裝備智能化、精準(zhǔn)化、實(shí)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(wèn)題

煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)是一個(gè)典型的復(fù)雜巨系統(tǒng)，涉及采、掘、機(jī)、運(yùn)、通等各業(yè)務(wù)系統(tǒng)，子系統(tǒng)具有種類繁多、數(shù)量龐大、層次多等特點(diǎn)。因此，智能化煤礦需要建設(shè)基礎(chǔ)應(yīng)用平臺(tái)、掘進(jìn)系統(tǒng)、開采系統(tǒng)等近百個(gè)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(luò)、業(yè)務(wù)和控制兼容問(wèn)題，從而形成在開拓、采掘、運(yùn)通、分選、安全保障、生產(chǎn)管理等全過(guò)程智能化運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)不能統(tǒng)一、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議兼容性差、業(yè)務(wù)系統(tǒng)兼容與協(xié)同控制性差等技術(shù)瓶頸。

03 煤礦智能化的未來(lái)技術(shù)展望

未來(lái)，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(jì)算、大數(shù)據(jù)技術(shù)日新月異。通過(guò)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(yīng)用場(chǎng)景，形成集數(shù)據(jù)采集、信息萃取、價(jià)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(dá)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(shí)的各類數(shù)據(jù)顯示在監(jiān)控屏幕上。（來(lái)源：新華社）

1、構(gòu)建開放的大數(shù)據(jù)平臺(tái)，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(wù)；

2、構(gòu)建煤礦數(shù)據(jù)治理與管理體系，對(duì)煤礦主數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行全生命周期管理，從而實(shí)現(xiàn)煤礦數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用；

3、建設(shè)綜合性煤礦行業(yè)云平臺(tái)，通過(guò)構(gòu)建多元數(shù)據(jù)模型，真正實(shí)現(xiàn)采礦的智能化、自動(dòng)化、無(wú)人化！

參考文獻(xiàn)：

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

作者：劉漢斌 山西省煤炭地質(zhì)局高級(jí)工程師

審核：劉欽節(jié) 安徽理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院教授

出品：科普中國(guó)

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