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煤矿智能化支撑煤炭工业高质量发展
王国法
煤炭是我国能源的基石，是国家能源安全的压舱石，也是可以清洁高效利用的最经济安全的能源。如何实现新时期煤炭工业高质量发展是煤炭行业面临的核心问题。近年来，全行业一直在探索高质量发展之路。八部委近日正式发布的《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，是一个纲领性文件，对煤炭工业发展具有里程碑意义。文件提出的十八条意见，内容丰富、指导性很强。特别是提出的三阶段目标为煤炭企业指明了发展方向，符合世界产业科技发展潮流，符合国家发展战略，符合企业发展要求，煤矿智能化已成为不可逆转的大趋势。
阶段性目标科学可行
煤矿智能化是煤矿综合机械化发展的新阶段，是煤炭生产力和生产方式革命的新方向。经过40多年的发展，我国煤矿综合机械化取得了历史性的巨大成绩，煤矿生产力和安全生产面貌发生了翻天覆地的变化，全国已基本实现煤矿机械化和综合机械化，为新时期发展煤矿智能化奠定了良好基础。
智能化煤矿就是要将物联网、云计算、大数据、人工智能、自动控制、移动互联网、智能装备等与煤炭开发技术与装备进行深度融合，形成全面自主感知、实时高效互联、智能分析决策、自主学习、动态预测预警、精准协同控制的煤矿智能系统，实现矿井地质保障、煤炭开采、巷道掘进、主辅运输、通风、排水、供电、安全保障、洗选运输、生产经营管理等全过程的安全高效智能运行。“十三五”以来，我国煤矿智能化发展很快，取得了一些重要成果，但总体上还处于煤矿智能化发展的初级阶段。
煤矿智能化是一个不断发展的过程，智能化水平也有一个不断提高的过程。《指导意见》提出的三阶段目标是基于我国煤矿智能化研究与实践和世界科技发展趋势提出的。第一阶段目标是到2021年将建成多种类型、不同模式的智能化示范煤矿，基本实现掘进工作面减人提效、综采工作面内少人或无人操作、井下和露天煤矿固定岗位的无人值守与远程监控。这是一个既紧迫又现实的目标。近年来，重点煤炭企业已在煤矿智能化建设中取得重要进展，技术装备研发取得一批重要成果，为煤矿智能化发展提供了支撑条件。按照典型示范、分类推进原则，通过加强统筹规划，到2021年因地制宜建设一批效果突出、带动性强的煤矿示范工程，形成多种煤矿智能化产业发展模式，这一目标是科学可行的。
重点建设十大智能系统
《指导意见》强调要加强顶层设计，科学谋划煤矿智能化建设。煤矿智能化是一个系统工程，智能化煤矿必须实现开拓、采掘(剥)、运输、通风、洗选、安全保障、经营管理等全过程的智能化运行，各个环节缺一不可。一些煤矿在信息化建设中因没有统一规划设计，造成多系统互不兼容，形成信息孤岛，使这些系统无法互联互通。因此，煤矿智能化建设必须吸取这些教训，把顶层设计作为总纲，一张蓝图绘到底。
智能化煤矿要重点建设十大智能系统，包括煤矿智慧中心及综合管理系统、煤矿安全实时通信网络及地下精准位置服务系统、地质保障及4D-GIS动态信息系统、巷道智能快速掘进系统、开采工作面智能协同控制系统、煤流及辅助运输与仓储智能系统、煤矿井下环境感知及安全管控系统、煤炭洗选智能化系统、矿井全工位设备设施健康智能管理系统、煤矿场区及绿色生态智能系统。煤矿十大主要智能系统分别由若干个相关煤矿智能化子系统组成，数以百计的煤矿智能化子系统协同运行，构成煤矿智能化巨系统。
开展关键技术攻关
《指导意见》提出，推进科技创新，提高智能化技术与装备水平，为“十四五”煤炭科技攻关指明了方向。一方面，我们应当瞄准未来5年~10年煤矿智能化发展面临的重大基础科学问题，从智能感知、分析、决策与控制等方面，加强从零到一的基础创新。另一方面，要推进建设国家级重点实验室和工程(研究)中心，支持建设煤矿智能化技术创新研发平台，加强对核心基础零部件、先进基础工艺、关键基础材料等共性关键技术的研发，重点突破精准地质探测、精确定位与数据高效连续传输、智能快速掘进、复杂条件智能综采、连续化辅助运输、露天开采无人化连续作业、重大危险源智能感知与预警、煤矿机器人及井下数码电子雷管等技术与装备。加快智能工厂和数字化车间建设，推进大型煤机装备、煤矿机器人研发及产业化应用，提高智能装备的成套化水平。
煤矿智能化涉及与物联网、大数据、云计算、自动控制、人工智能等进行交叉融合创新;要充分借鉴他山之石，在5G、云、AI和工业互联网技术方面开展多元合作。由中国煤炭学会和中国煤炭科工集团发起成立的煤矿智能化创新联盟，协同推进相关技术发展，创新技术与资本多元合作的模式，逐步构建创新包容的煤矿智能化产业生态。
加大政策支持力度
煤矿智能化建设需要一定的资金投入，但能实现更高的效率和安全效益，这已被实践证明。煤矿智能化从根本上改变煤矿工人的作业方式和条件，是煤矿工人的最大福祉，也是煤炭企业发展的内在要求，技术与生产方式变革的大趋势倒逼煤炭企业要进行智能化建设。国家通过加大政策支持力度，建立智能化发展长效机制。对验收通过的智能化示范煤矿，给予产能置换、矿井产能核增等方面的优先支持。在煤矿安全改造中央预算内投资安排上，对积极推广应用井下智能装备、机器人岗位替代、推进煤矿开采减人提效的煤矿予以重点支持。对新建的智能化煤矿，在规划和年度计划中优先考虑。将煤矿相关智能化改造纳入煤矿安全技术改造范围，探索研究将相关投入列入安全费用使用范围。研究相关产业扶持政策，鼓励金融机构加大对智能化煤矿的支持力度。鼓励企业发起设立相关市场化基金，形成支持煤矿智能化发展的长效机制。
就目前智能化煤矿建设没有标准规范依据的突出问题，《指导意见》提出，强化标准引领，提升煤矿智能化基础能力。过去一年里，我们以中国煤炭科工集团为主体开展了煤矿智能化标准体系的研究，已提出了煤矿智能化标准体系框架，首先完成了“智能化煤矿分类、分级技术条件与评价指标体系”、“智能化综采工作面分类、分级评价技术条件与指标体系”等相关标准文本，并启动煤矿智能化技术标准专项。
下一步，要推动各企业制定具体实施方案，把煤矿智能化建设落到实处，解决发展中的实际问题，发挥好煤矿智能化创新联盟的作用，做好标准体系的建设和人才培养。
(作者系中国工程院院士、中国煤炭科工集团首席科学家)
煤矿迫切需要智能化改造高危作业岗位
煤矿机器人协同推进中心
八部委联合发布《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，对于提升煤矿安全生产水平具有重要意义。
煤炭行业灾害重、风险大、下井人员多、危险岗位多，是最典型的高危行业。煤炭从业人员中，从事采煤、掘进、设备安装、运输、灾害治理、煤仓清理的危险岗位和瓦斯检查、设备设施巡检等关键岗位的人员占比达60%以上，是目前最迫切需要开展机器人换人的高危行业。同时，由于受煤矿井下特殊的复杂恶劣作业环境的限制，煤矿机器人是特种机器人领域中研发技术难度最大的种类之一，在煤矿机器人研发过程中存在若干技术难点，现有地面机器人领域的成熟技术和装备不能直接移植到井下使用，需要组织相关部门和研发应用单位共同研究攻关。实施煤矿机器人下井工程，大力推进机器人替代，有利于降低煤矿安全生产风险，有利于煤矿减人提效，有利于降低矿工劳动强度，有利于解决煤矿招工难的问题。
煤矿机器人协同推进中心自2018年9月成立以来，按照国家煤矿安监局的统一部署，协调推进煤矿机器人研发应用，积极推动顶层设计、协调争取政策支持、搭建平台协同推进、扎实做好服务支撑、广泛开展宣传促进，为提升煤矿本质安全水平尽智出力，发挥了积极的作用。一是将煤矿机器人列入科技部国家重点研发计划。积极组织专家参与科技部重点专项指南的编制工作，首次将“大型高产矿井综合掘进机器人、复杂地质条件煤矿辅助运输机器人和面向冲击地压矿井防冲钻孔机器人”3种煤矿机器人列入2020年度“智能机器人”重点专项申报范围。目前，申报指南建议已完成社会公示征求意见工作，即将发布。二是将“煤矿智能装备及煤矿机器人研发应用”纳入企业安全生产费用的提取和使用范围，目前《企业安全生产费用提取和使用管理办法(修订稿)》已完成征求意见及相关修订工作。三是将煤矿“四化”技术装备和煤矿机器人纳入煤矿安全生产先进适用技术装备遴选范围，促进智能装备和煤矿机器人推广应用。四是将“煤矿智能化开采技术及煤矿机器人研发应用” 列入《产业结构调整指导目录(2019年本)》煤炭行业鼓励类目录。该目录已于2019年10月发布。五是将“推广应用井下智能装备、机器人岗位替代、推进煤炭开采减人提效”列入《煤矿安全改造中央预算内投资专项管理办法》煤矿安全改造专项重点支持范围。该办法已于2020年1月印发。
2019年是煤矿智能化建设和煤矿机器人应用在现场落地的快速发展之年，主要产煤省份高度重视煤矿智能化发展。河南省去年出台了《河南省煤矿智能化建设实施方案》， 山西省工信厅、山西省应急管理厅、山西省国资委、山西省能源局和山西煤监局五部门日前确定山西焦煤岚县正利煤业公司等10座煤矿为山西省智能煤矿建设试点，山西焦煤岚县正利煤业公司14—1106工作面等50个综采工作面为山西省智能综采工作面建设试点。另外，山东、河北、贵州等产煤省份也于去年出台了推进煤矿智能化发展的指导文件，建成了一批智能化工作面。
现在，地方政府和煤矿企业发展煤矿智能化的积极性都比较高。下一步，煤矿机器人协同推进中心将继续按照应急管理部、国家煤监局的要求，积极协调推进煤矿机器人的研发应用，加快推进煤矿智能化发展，提升煤矿安全生产水平。
构建新型煤炭数字化生态
李首滨
在国家能源安全新战略的总体布局下，八部委联合发布《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，明确了煤矿智能化的内涵和目标，指明了煤炭这一传统产业的发展方向，标志着从国家层面正式将煤矿智能化作为煤炭工业高质量发展的核心技术支撑，对于推动煤炭行业高质量发展、促进煤炭产业转型升级具有里程碑意义。
从事煤矿智能化、自动化开采的科学研究与管理工作30年来，作为中国煤炭科工集团天玛公司总工程师，我率领团队，从早期技术国内空白进口电液控制系统到具有完全自主知识产权的智能化采煤系统，从昔日的跟随者到今日的领跑者，成功走出一条“引进、消化、吸收、再创新”的路子，也奠定了天玛公司智能开采领跑者的行业地位。到目前为止，天玛公司自主研制的可视化远程干预型的智能化开采系统已在全国近200个工作面成功应用，具有完全自主知识产权的电液控制系统已销售近500套，助力200多个煤矿实现了自动化、智能化转型。
未来，天玛公司将继续秉承央企使命，落实《指导意见》，充分调动技术、智能制造等优势力量，坚持以客户为中心，致力煤矿智能无人化开采，为煤矿智能化发展贡献力量。
我国煤矿智能化建设存在基础理论研发滞后、技术标准与规范不健全、平台支撑作用不够、技术装备保障不足、高端人才匮乏等问题，同时低水平建设、系统集成困难、数据深度应用不够等问题突出。
中国煤科于2019年专门组建了矿业智能化专门科研机构——中央研究院矿山大数据研究院并且委任我为院长。核心任务是探索研究世界最先进的数据科学，利用大数据、人工智能技术推动矿业领域技术革命，开发基于工业互联网的矿山复杂系统大数据平台，引领智慧矿山工业大脑生态系统建设。根据《指导意见》，未来，我们将围绕人工智能、大数据、工业互联网在矿山领域应用的基础理论、核心算法、关键模块、复杂系统、基础软件等方面进行深入研究，并充分发挥中国煤科的科研技术优势、人才优势，重点突破矿山智能化相关的共性、关键性、前瞻性技术难题。我们将把培养矿山大数据高端人才，打造矿业大数据战略技术高地，建成集聚顶尖人才，攀登科技高峰，激扬第一动力的世界一流矿山大数据创新研究中心作为目标。
2019年底，中国煤科与山西省委、省政府就共同建设“全国智慧矿山创新基地”签署《全面合作框架协议》，并在山西省委、省政府的支持下于2020年2月28日和山西省综改区签订了《全国智慧矿山创新基地(一期)示范生产线建设项目框架协议》。作为中国煤科在山西省设立的智能矿山有限公司的董事长，我认为，《指导意见》也为智能矿山有限公司指明了发展道路。《指导意见》的发布，对于进一步推动山西省全面落实《关于在山西开展能源革命综合改革试点的意见》和“四个革命、一个合作”能源安全新战略，实施山西省“项目为王”战略和落实“四为四高两同步”总体思路和要求，大力推进山西实施新发展理念、创新驱动发展战略，聚焦打造能源革命排头，在“两转”基础上全面推动山西省转型发展提供了切实的保障。
根据《指导意见》，2020年，智能矿山有限公司将依托整个中国煤科技术和产品资源，秉承典型示范、分类推进和自主创新、开发合作的原则，围绕十三项指导任务和五项保障措施，聚力为山西省打造智慧矿山样板;聚合山西省煤炭行业资源优势打造“全国智慧矿山创新基地”，打造山西省与中央企业合作创新的新模式新典范，为全国、全球煤炭工业发展提供“山西方案”;为加快全国煤炭工业智能化进程，促进全行业实现真正的从传统行业向新型数字经济体转型，使整个行业变得更安全、更高效、更绿色贡献一份力量。
未来，5G技术、AI、工业互联网等多种智能技术的新型煤炭数字化经济体融合在一起，将形成更有活力、更加多元化的新型煤炭数字化生态。这对整个煤炭工业发展具有革命性意义，很期待这一天的到来。
(作者系中国煤科中央研究院矿山大数据研究院院长、中国煤科天玛公司总工程师、中国煤科智能矿山有限公司董事长)
