煤礦智能化是煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐。加快煤礦智能化發(fā)展，建設(shè)智能+綠色煤炭工業(yè)新體系，實現(xiàn)煤炭資源的智能化安全高效綠色開發(fā)與清潔高效利用，是我國煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的戰(zhàn)略任務(wù)和必由之路。

近年來，我國煤礦智能化建設(shè)步伐加快，煤炭企業(yè)進行煤礦智能化建設(shè)的積極性非常高，機械化、自動化、信息化、智能化程度不斷提升，尤其是在薄煤層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。

但我國煤礦智能化發(fā)展仍處于初級階段，存在智能化建設(shè)標準與規(guī)范缺失、技術(shù)裝備保障不足、研發(fā)平臺不健全、高端人才匱乏等問題。

健全智能化標準體系

智能化煤礦的總體架構(gòu)包含智能化管控平臺（煤礦智慧大腦）、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺、大數(shù)據(jù)中心、GIS空間信息服務(wù)等在內(nèi)的10大主要智能化應(yīng)用系統(tǒng)，實現(xiàn)覆蓋整個礦區(qū)的通信和感知網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建煤礦大數(shù)據(jù)庫，滿足智能化開采的多樣承載需求，使煤礦生產(chǎn)能夠“看得見、管得了、控得住”。

煤礦智能化建設(shè)是一個多學(xué)科交叉融合的復(fù)雜問題，是涉及多系統(tǒng)、多層次、多專業(yè)、多領(lǐng)域、多工種相互匹配融合的復(fù)雜巨系統(tǒng)，亟須統(tǒng)一技術(shù)體系，實現(xiàn)深度互聯(lián)互通，其基礎(chǔ)是建立統(tǒng)一的標準體系，其建設(shè)過程隨著煤礦智能化技術(shù)不斷發(fā)展迭代更新，因此必須保證其技術(shù)標準體系具有體系性、繼承性和前瞻性。

要做到“一張藍圖繪到底”，需要科學(xué)規(guī)劃頂層設(shè)計，確定各標準的邊界范圍及適應(yīng)性，按照分類分級建設(shè)的原則，避免重復(fù)規(guī)范和過度標準化，確保智能化相關(guān)技術(shù)在煤礦得到有效應(yīng)用，同時強化智能化煤礦建設(shè)的規(guī)劃部署，建立智能化礦山協(xié)同推進機制，研究制定促進智能化煤礦建設(shè)的相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策，并借鑒其他行業(yè)現(xiàn)有成熟的智能技術(shù)，將其在煤炭生產(chǎn)領(lǐng)域進行轉(zhuǎn)化應(yīng)用。各行業(yè)參與煤礦智能化建設(shè)應(yīng)當以促進煤礦安全、少人、提效為目標，以完善利益聯(lián)結(jié)機制和提高煤礦智能化水平為核心，以制度、技術(shù)和商業(yè)模式創(chuàng)新為動力，著力推進煤炭生產(chǎn)全流程的智能化建設(shè)。

煤礦智能化標準體系總體框架應(yīng)充分考慮煤礦所在區(qū)域、建設(shè)規(guī)模、煤層地質(zhì)賦存條件、生產(chǎn)技術(shù)條件等的不平衡性，煤礦開拓、采掘、運通、洗選、安全保障、生態(tài)保護、生產(chǎn)經(jīng)營管理等全過程的關(guān)聯(lián)性，以及各指標要素對煤礦智能化主系統(tǒng)影響程度的差異性。

要加大攻關(guān)核心技術(shù)的力度和高端綜采綜掘智能化裝備、重大災(zāi)害應(yīng)急救援智能裝備等重大裝備的研發(fā)應(yīng)用，不斷提高煤礦智能化水平，為煤礦智能化建設(shè)提供高可靠性的先進裝備保障。

搭乘新基建紅利專車

隨著第四次工業(yè)革命席卷全球，新一代信息技術(shù)能夠大幅促進能源生產(chǎn)智能化、能源消費合理化、能源監(jiān)管透明化，成為能源轉(zhuǎn)型的先導(dǎo)力量。新一代信息技術(shù)與能源礦業(yè)工程的深度融合成為必然趨勢。

在礦業(yè)領(lǐng)域，通過部署各類傳感器實現(xiàn)對生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換以及消費數(shù)據(jù)進行全面感知，利用泛在的互聯(lián)5G網(wǎng)絡(luò)傳輸至大數(shù)據(jù)處理平臺，引入人工智能技術(shù)對數(shù)據(jù)進行分析處理，從而支撐人員、設(shè)備以及環(huán)境進行科學(xué)決策、精準管控和精準執(zhí)行，推動安全綠色、高效智能的能源開采、轉(zhuǎn)換與消費。

5G通信網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等為代表的新一代信息技術(shù)與能源與礦業(yè)行業(yè)的深度融合，將發(fā)揮越來越重要的支撐賦能作用。

新基建為煤礦智能化、煤礦企業(yè)和相關(guān)企業(yè)發(fā)展帶來了新機遇。新基建即以5G、人工智能和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)為代表的新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。與傳統(tǒng)基建如鐵路、公路、橋梁、水利工程等不同，新基建具有鮮明的科技特征和科技導(dǎo)向，以現(xiàn)代科技特別是信息科技為支撐，包括了通信網(wǎng)絡(luò)等信息基礎(chǔ)設(shè)施、智能交通等融合基礎(chǔ)設(shè)施，以及產(chǎn)業(yè)技術(shù)等創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施，旨在構(gòu)建數(shù)字經(jīng)濟時代的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，推動實現(xiàn)經(jīng)濟社會數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

新基建推進煤炭企業(yè)加快轉(zhuǎn)型發(fā)展步伐，吸收數(shù)字化時代賦予的科技力量，充分釋放工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的連接、融合、共享價值，依靠技術(shù)、管理、商業(yè)模式創(chuàng)新，提高精細化運營和精細化管理水平，實現(xiàn)科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)升級相互促進。

在方興未艾的第四次工業(yè)革命浪潮中，搭上新基建的紅利專車，抓住智能化發(fā)展的機遇，對煤炭行業(yè)實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級高質(zhì)量發(fā)展至關(guān)重要。從國情出發(fā)，我國應(yīng)該科學(xué)提升能源與礦業(yè)智力水平，深化能源體制改革，為能源與礦業(yè)治理保駕護航。

（作者系中國工程院院士，中國煤炭科工集團首席科學(xué)家）

 “5G+生態(tài)”賦能煤炭智能化趙國瑞

從通信技術(shù)發(fā)展史來看，1G、2G一直到現(xiàn)在的第五代通信技術(shù)，除了速度更快、用戶體驗更好外，標準也不斷地向融合方向發(fā)展——前幾代通信技術(shù)都有幾種不同標準，現(xiàn)在的第五代通信技術(shù)只有一種標準。

5G優(yōu)勢可以總結(jié)為三大方面：大帶寬、廣連接、低延時。其可以應(yīng)用于萬人體育場實時播放、智慧城市、智慧工廠、遠程醫(yī)療、無人機等不同場景。將這三大優(yōu)勢進行組合，可以搭起物理空間和信息空間溝通的橋梁。

像工業(yè)制造領(lǐng)域的機床一樣，5G作為一個基礎(chǔ)工具結(jié)合不同的材料或技術(shù)就能加工成不同的產(chǎn)品，以滿足不同的應(yīng)用需求。通過組合各種技術(shù)，5G可以同時支持各種差異化場景，實現(xiàn)業(yè)務(wù)場景的定制和組件化。

不同于以往的通信技術(shù)，5G技術(shù)的主攻方向是垂直行業(yè)的應(yīng)用，如工業(yè)控制場景等。5G技術(shù)需要與其他新興技術(shù)結(jié)合，為工業(yè)應(yīng)用場景的實現(xiàn)提供基礎(chǔ)設(shè)施保障，從而重塑傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)；牽引云大物智移深度融合，創(chuàng)新應(yīng)用和服務(wù)，實現(xiàn)萬物互聯(lián)和數(shù)據(jù)價值的提升。

煤礦智能化需要5G的支撐

無論是傳感層、傳輸層、控制層還是后端的應(yīng)用開發(fā)層，發(fā)展煤礦智能化都需對傳統(tǒng)煤礦業(yè)務(wù)場景進行重塑，而煤礦智能化應(yīng)用和系統(tǒng)融合等對承載的網(wǎng)絡(luò)也提出了新要求和新標準。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能滿足煤礦智能化的要求，需要從系統(tǒng)工程的角度，利用5G技術(shù)重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)整體架構(gòu)、創(chuàng)新應(yīng)用場景和新業(yè)務(wù)模式。

在數(shù)據(jù)層面，智能化開采感知數(shù)據(jù)有三大特征：數(shù)據(jù)類型多樣化、數(shù)據(jù)生成速度快、數(shù)據(jù)體量增長快。從數(shù)據(jù)類型來看，除了傳統(tǒng)視頻、語音、文本等外，又增加了高清視頻等，這些新增數(shù)據(jù)類型對網(wǎng)絡(luò)也有了更多個性化需求。

在智能化開采傳輸需求層面，隨著智能化開采的不斷推進，數(shù)據(jù)類型越來越多樣化，5G切片管理技術(shù)能夠提高網(wǎng)絡(luò)資源利用效率，實現(xiàn)不同場景的隔離劃分，滿足智能化開采對網(wǎng)絡(luò)高效利用和數(shù)據(jù)安全傳輸?shù)男枨蟆?/p>

在智能化開采決策控制需求層面，不僅數(shù)據(jù)需求更加廣泛、全面，協(xié)同控制互聯(lián)互通更加頻繁，而且遠程實時性控制要求更高，如果延時過長就可能導(dǎo)致隱患，通過重構(gòu)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，5G技術(shù)的低延時特征可以解決這一問題。

在場景應(yīng)用需求方面，新技術(shù)采用云、邊、端互訪更多，新技術(shù)發(fā)展端到端訪問更加頻繁，新場景資源調(diào)配靈活度要求更高。通過梳理包含煤礦智能工作面、高精密傳感器、工業(yè)圖像處理等在內(nèi)的30多種智能化開采應(yīng)用場景，對比帶寬要求等，發(fā)現(xiàn)4G能夠滿足的應(yīng)用場景越來越少，5G技術(shù)才能解決當前的痛點問題。

煤礦5G建設(shè)和應(yīng)用要有產(chǎn)業(yè)鏈和生態(tài)意識

礦山5G應(yīng)用急需解決的問題是礦用5G標準和專有頻段的確定與合法化。

MEC邊緣計算的核心就是將業(yè)務(wù)向邊緣遷移或下沉、微服務(wù)化，這也是未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢。

網(wǎng)絡(luò)切片是5G網(wǎng)絡(luò)的核心價值，基于共享的無線網(wǎng)絡(luò)、傳輸網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)絡(luò)，面向特定業(yè)務(wù)需求（如大帶寬、低延時、大連接）提供差異化的服務(wù)等級。網(wǎng)絡(luò)切片能有效降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，具備網(wǎng)絡(luò)的智能化能力和靈活組網(wǎng)能力，并保持業(yè)務(wù)隔離，保障業(yè)務(wù)安全。網(wǎng)絡(luò)切片+邊緣計算是5G保障行業(yè)部署的基礎(chǔ)能力。

智能化開采不僅要有網(wǎng)絡(luò)等硬件基礎(chǔ)設(shè)施的開發(fā)，針對后續(xù)應(yīng)用的軟件開發(fā)同樣不可缺少。不同場景間有一定關(guān)聯(lián)，結(jié)合大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)能夠開發(fā)出新的場景，比如遠程運維問題。隨著煤礦智能化的深入發(fā)展，高端設(shè)備運維的門檻會越來越高，依賴傳統(tǒng)設(shè)備制造企業(yè)派人維修的方式已不能滿足煤礦安全高效生產(chǎn)的需求，運用5G技術(shù)將現(xiàn)場高清視頻、設(shè)備識別終端、機器人化執(zhí)行終端和遠程專家知識等融合起來可實現(xiàn)遠程實時維修。

在軟件開發(fā)方面，5G技術(shù)和其他技術(shù)的應(yīng)用場景有很大的不同，現(xiàn)在的軟件開發(fā)必須考慮5G網(wǎng)絡(luò)本身的特性，這也是5G技術(shù)后期開發(fā)時需要注意的問題。

5G應(yīng)用平臺建設(shè)需要注意頂層設(shè)計系統(tǒng)專業(yè)、多網(wǎng)融合靈活配置、轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)嚴格控制和工業(yè)控制安全為先等關(guān)鍵點。

5G技術(shù)不單是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，是要結(jié)合應(yīng)用場景的專業(yè)化設(shè)計，所以需要在建設(shè)前完成頂層設(shè)計。同時，5G不是要消滅其他網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，而是能夠和其他網(wǎng)絡(luò)融合應(yīng)用，并讓各網(wǎng)更加高效地運行。再者，煤礦5G應(yīng)用是一個產(chǎn)業(yè)鏈行為，不是單純建網(wǎng)，更不是網(wǎng)絡(luò)運營商或建設(shè)商能夠獨立完成的事，需要智能終端商、智能應(yīng)用軟件開發(fā)商、煤炭開采企業(yè)等上下游企業(yè)共同打造和維護煤礦5G應(yīng)用生態(tài)，以5G撬動人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等一批先進技術(shù)的煤礦落地應(yīng)用，相應(yīng)產(chǎn)業(yè)模式也應(yīng)隨之改變。以往大而全的獨立發(fā)展模式將會變得非常困難，注重專業(yè)化并加強產(chǎn)業(yè)合作將是未來的發(fā)展方向。

（作者系中煤科工集團開采研究院有限公司副研究員）

 做好智能化開采頂層設(shè)計與總體架構(gòu)任懷偉

智能化礦山建設(shè)不僅僅是煤炭行業(yè)傳統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的改造升級，更是其在服務(wù)于國民經(jīng)濟過程中的地位、作用改變的體現(xiàn)。

某種意義上講，手機的發(fā)展路徑就是智能化礦山建設(shè)的路徑。我們在解決了現(xiàn)有煤礦開采問題的基礎(chǔ)上，又融合了高端的先進技術(shù)來實現(xiàn)傳統(tǒng)煤礦生產(chǎn)運營的升級發(fā)展。

智能化存在的問題主要在三個方面

自動化和智能化的區(qū)別在于一個是自動執(zhí)行，一個是主動執(zhí)行。自動化更多是按照我們設(shè)置的既定程序自動執(zhí)行，智能化則代表了主動性。一個系統(tǒng)到底是自動化還是智能化就要看其自主工作機制，比如能夠根據(jù)工作面的地質(zhì)條件自動做出調(diào)整，或是在安全監(jiān)測過程中做出預(yù)測分析、主動報警等，都是智能化的體現(xiàn)。

目前，我國以中國煤炭科工集團、中國礦大等為代表的研發(fā)機構(gòu)在地質(zhì)信息探測、礦山建模、生產(chǎn)自動化、安全監(jiān)控、管理信息化等方面開展了大量理論和技術(shù)研究。黃陵礦業(yè)、神東礦區(qū)、陜北張家峁、延長石油巴拉素等在數(shù)字化礦山建設(shè)、生產(chǎn)系統(tǒng)智能化等應(yīng)用方面取得了突破性進展。

數(shù)字礦山及智能化開采將控制、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)采礦科學(xué)融合發(fā)展，是煤礦開采領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展趨勢和當前研究的熱點問題。建設(shè)智能化礦山已經(jīng)成為國內(nèi)外煤炭企業(yè)的必然選擇。

但是，在智能化礦山建設(shè)發(fā)展過程中仍存在一些問題，主要包括信息孤島、標準不健全、關(guān)鍵技術(shù)未突破等三個方面。信息孤島體現(xiàn)為各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)沒有深度融合、無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的充分利用和智能化管控；標準不健全體現(xiàn)在數(shù)字化建模、通信、智能化礦山架構(gòu)等方面缺少統(tǒng)一的標準，難以實現(xiàn)跨系統(tǒng)、跨平臺集成應(yīng)用；在關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，井下定位、高清視頻圖像獲取及應(yīng)用、智能化采掘裝備等技術(shù)尚未突破。

深度融合人工智能與采礦工藝技術(shù)

智能化礦山更偏向于一些信息化和自動化控制的技術(shù)，但煤炭行業(yè)從業(yè)人員更關(guān)心的還是煤礦井下。不論井上井下都是相互關(guān)聯(lián)的，有所偏頗可能就會影響智能化建設(shè)效果。

智能化礦山建設(shè)以“網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)共享交換、信息融合安全、功能協(xié)同聯(lián)動、能源節(jié)約利用”為方案設(shè)計的總原則。在智能化煤礦頂層設(shè)計和建設(shè)中，要遵循“打通信息壁壘”“鏟除信息煙囪”“消除信息孤島”“避免重復(fù)建設(shè)”的技術(shù)方法，同時將人工智能與采礦工藝技術(shù)深度融合，讓智能化更好地替代人類工作。

礦山總體架構(gòu)及綜合管控操作平臺具有可視化、事件響應(yīng)和報警、維修維護、趨勢分析和報告、質(zhì)量分析、網(wǎng)絡(luò)報告、移動端報告等頂層功能，可分為數(shù)據(jù)采集與智能感知、高速信息傳輸網(wǎng)絡(luò)、智能化生產(chǎn)系統(tǒng)、智能安全保障系統(tǒng)、全礦井設(shè)備和設(shè)施管理、供應(yīng)鏈經(jīng)營管理系統(tǒng)等方面。

智能化礦山在井下要做的工作主要包括生產(chǎn)技術(shù)、安全技術(shù)、保障技術(shù)三個方面。生產(chǎn)技術(shù)包括開采、掘進以及洗選、裝車等；安全技術(shù)包括頂板、瓦斯、防滅火、人員安全等災(zāi)害的監(jiān)測，也就是感知、分析和趨勢預(yù)測等；保障技術(shù)則包括排水、通風(fēng)、物流調(diào)度等管理以及供電等。

在井上，智能化礦山的主要工作是獲取生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)并且將其放入統(tǒng)一的綜合管控大數(shù)據(jù)庫中，用大數(shù)據(jù)庫支撐智能化管控平臺的應(yīng)用，包括各種數(shù)據(jù)的分析、顯示，以及趨勢預(yù)測、報警等；在分析過程中，會用到如大數(shù)據(jù)處理、云計算等人工智能技術(shù)，在這些技術(shù)的支撐和推動下，才能提升現(xiàn)有的煤礦生產(chǎn)技術(shù)水平。