大型采煤機(jī)在地下自主割煤，能夠主動(dòng)感知煤巖性狀，適應(yīng)調(diào)整工作狀態(tài)，煤礦工人不再手動(dòng)操作設(shè)備只需定時(shí)巡檢，井下采集的所有大數(shù)據(jù)都在5G網(wǎng)絡(luò)中快速交互鏈接……地下數(shù)百米的深處，智能化煤礦將賦予傳統(tǒng)采煤行業(yè)新的生機(jī)。
近日，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局、應(yīng)急管理部等八部委聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《指導(dǎo)意見(jiàn)》）。未來(lái)，人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等將與現(xiàn)代煤炭開(kāi)發(fā)利用深度融合。
“煤礦智能化的核心就是使礦山具有人類(lèi)般的思考、反應(yīng)和行動(dòng)能力，實(shí)現(xiàn)物物、物人、人人的信息集成與智能響應(yīng)，主動(dòng)感知、分析，并快速做出正確處理。”深部煤炭資源開(kāi)采教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)教授方新秋告訴科技日?qǐng)?bào)記者。
我國(guó)尚處智能化初級(jí)階段
許多礦業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家多年前已制定礦山信息化長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃，信息化和自動(dòng)化程度越來(lái)越高。
加拿大從20世紀(jì)90年代初開(kāi)始研究自動(dòng)采礦技術(shù)，擬于2050年通過(guò)衛(wèi)星通信技術(shù)操縱礦山的所有裝備，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)智能采礦；美國(guó)于1999年對(duì)地下煤礦的自動(dòng)定位與導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行研究；澳大利亞于2001年開(kāi)展了綜采工作面自動(dòng)和智能化技術(shù)的研究，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了LASC系統(tǒng)；德國(guó)于2015年建設(shè)了一套遠(yuǎn)程控制自動(dòng)化薄煤層綜采系統(tǒng)，已接近“無(wú)人工作面”。
近年來(lái)，我國(guó)智能化采煤工作面發(fā)展迅速。目前，全國(guó)已經(jīng)有200個(gè)左右不同層次的智能化采煤工作面。記者從兗礦集團(tuán)了解到，該集團(tuán)鮑店煤礦打造了國(guó)內(nèi)首個(gè)常態(tài)化智能綜放工作面，貴州能化發(fā)耳煤業(yè)建設(shè)成為西南地區(qū)唯一一個(gè)省級(jí)智能化采煤工作面，濟(jì)三煤礦以綜掘機(jī)“遙控截割”+液壓錨桿鉆車(chē)+破碎機(jī)+皮帶機(jī)“無(wú)人值守”配套模式建成國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的智能化掘進(jìn)工作面。
“智能化與自動(dòng)化有本質(zhì)的區(qū)別，智能化采煤工作面距離智能煤礦的目標(biāo)仍有較大差距。準(zhǔn)確地說(shuō)，目前我國(guó)還處于煤礦智能化的初級(jí)階段。”方新秋說(shuō)。
“煤礦智能化是一個(gè)系統(tǒng)工程，要實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的智能化運(yùn)行，采煤、掘進(jìn)、運(yùn)輸、提升、排水、通風(fēng)、地質(zhì)信息、經(jīng)營(yíng)管理等環(huán)節(jié)必須智能協(xié)同。”中國(guó)礦業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院執(zhí)行院長(zhǎng)王忠賓教授告訴記者。
我國(guó)從2015年開(kāi)始抓煤礦“四化”（機(jī)械化、自動(dòng)化、信息化和智能化）建設(shè)。“四化”改造為煤礦智能化開(kāi)采奠定了很好的基礎(chǔ)，但仍存在系統(tǒng)間數(shù)據(jù)感知難、信息交互難、實(shí)時(shí)性差、可靠性低、數(shù)據(jù)利用率不高和多智能系統(tǒng)協(xié)同弱等難題。
“比如地面導(dǎo)航有GPS和北斗，地下裝備怎么準(zhǔn)確定位？煤炭行業(yè)有其特殊性，一些關(guān)鍵的智能技術(shù)仍需要突破。”王忠賓說(shuō)，如煤層地質(zhì)精準(zhǔn)探測(cè)技術(shù)，煤巖性狀實(shí)時(shí)在線識(shí)別技術(shù)，采煤工作面高速高可靠無(wú)線傳輸技術(shù)，采煤裝備精確導(dǎo)航和定位技術(shù)，復(fù)雜工況計(jì)算機(jī)視覺(jué)識(shí)別技術(shù)，煤礦大數(shù)據(jù)技術(shù)等。
建設(shè)智能邊緣數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施
目前，華為、百度等科技公司已注意到煤礦智能化的行業(yè)需求，并深度參與其中。
華為參與的5G礦車(chē)投入運(yùn)行，煤礦生產(chǎn)可實(shí)現(xiàn)盲區(qū)監(jiān)控；百度參與了中國(guó)煤炭云建設(shè)，與陽(yáng)泉煤業(yè)達(dá)成戰(zhàn)略合作；中興通訊、中國(guó)聯(lián)通與兗礦開(kāi)展合作，成立了“5G+智慧礦業(yè)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”等。
“很期待即將到來(lái)的5G時(shí)代，比如現(xiàn)在井下數(shù)據(jù)傳輸采用的是光纖，當(dāng)采礦設(shè)備大幅度移動(dòng)和震動(dòng)時(shí)，光纖就會(huì)發(fā)生故障，如果換成5G網(wǎng)絡(luò)將會(huì)有很大改變。”方新秋說(shuō)。
“互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)深度參與是一件好事，術(shù)業(yè)有專(zhuān)攻，需要在數(shù)據(jù)處理體系、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和智能協(xié)同算法上面向行業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)展專(zhuān)門(mén)的研究。”中國(guó)礦業(yè)大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與信息中心主任孫彥景教授說(shuō)。
《指導(dǎo)意見(jiàn)》還要求，對(duì)沖擊地壓、煤與瓦斯突出等災(zāi)害嚴(yán)重的礦井，優(yōu)先開(kāi)展智能化采掘（剝）和危險(xiǎn)崗位的機(jī)器人替代。
“去年我們與華為簽訂了戰(zhàn)略合作協(xié)議，并提出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)智能邊緣數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的概念，未來(lái)智能煤礦將從網(wǎng)絡(luò)‘全連接’向數(shù)據(jù)‘全鏈接’發(fā)展，系統(tǒng)架構(gòu)向‘云邊協(xié)同’發(fā)展。”孫彥景說(shuō)。
他進(jìn)一步解釋說(shuō)，人工智能的特點(diǎn)是不斷學(xué)習(xí)演化，每一個(gè)煤礦每一個(gè)工作面的情況都不相同，智能采掘機(jī)器人在作業(yè)過(guò)程中，當(dāng)遇到特殊情況時(shí)，可以由系統(tǒng)依據(jù)生產(chǎn)大數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)分析和決策，也能讓智能終端自主處置，“這就是云邊協(xié)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(yīng)的傳感器和信息交互等技術(shù)。”孫彥景說(shuō)，比如智能視覺(jué)技術(shù)可以準(zhǔn)確地識(shí)別車(chē)輛、行人和人臉，根據(jù)場(chǎng)景分析行為，并結(jié)合規(guī)則研判是否違章。
記者了解到，目前跨行業(yè)的智能煤礦合作已在廣泛建立之中，如中國(guó)礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院已開(kāi)設(shè)綠色開(kāi)采、深地開(kāi)發(fā)、智能采礦、未來(lái)礦業(yè)四大研究方向，設(shè)置智能開(kāi)采研究所，創(chuàng)辦智能采礦特色班；中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)和中國(guó)煤炭科工集團(tuán)發(fā)起成立了“煤礦智能化創(chuàng)新聯(lián)盟”；中國(guó)煤炭科工集團(tuán)、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）和中國(guó)聯(lián)通成立了“5G地下空間創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”。
