目前，我國仍處于對能源和原材料消費最旺盛的階段，而煤炭正是可以清潔高效利用且經濟安全的能源。在未來相當長的時期內，煤炭在我國難以被大規模替代。預計2030年和2050年，煤炭占我國一次能源消費比重仍將保持在50%和40%以上，“去煤化”脫離中國國情。我國煤礦綜合機械化經過40多年的發展，實現了生產力的巨大進步和安全生產面貌的根本改變，全行業基本實現綜合機械化，一些重要系統實現了自動化，為發展煤礦智能化奠定了良好基礎。然而，在科技飛速發展和全球氣候變化、低碳環保成為主要議題的大背景下，煤炭行業發展也面臨著前所未有的挑戰。一方面，新技術的發展推動人類生活方式進步，倒逼礦業領域改變傳統高強度的工作方式；另一方面，煤炭行業招工難、從業人員不足等現實，也倒逼煤礦盡快實現少人、甚至無人化開采。

新發展階段煤炭行業高質量發展之路

煤礦智能化是行業高質量發展的核心技術支撐和必由之路

       2020年2月，國家發展改革委、國家能源局等八部委聯合發布了《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》，吹響了煤炭工業向智能化進軍的沖鋒號，標志著煤炭工業邁進了實現智能化的新階段。2020年9月在原兗礦集團召開了全國煤礦智能化現場推進會，發出了加快煤礦智能化建設、推進行業高質量發展的號召，以煤礦智能化建設為標志的新一輪煤炭行業重大技術變革全面展開。我國采煤技術經歷了人工炮采、普通機械化開采、綜合機械化開采和目前的智能化開采4個主要階段(見圖)，煤礦智能化是新發展階段煤炭行業高質量發展的必由之路，早走晚走都得走，不走死路一條。

       煤礦智能化建設是機械化、數字化、自動化、信息化技術與采礦技術的相互結合 ，是一個復雜的多學科交叉融合問題。智能化煤礦要求開拓設計、地測、采掘、運通、選煤、安全保障、生產管理等主要系統具有自感知、自學習、自決策與自執行的基本能力。信息化、數字化是煤礦智能化的基礎和基本特征，是從不同視角對其主要技術特性的表征。煤礦智能化建設基礎是要依靠海量傳感器對井下環境、設備以及人員進行實時感知。傳統無線通訊、傳輸技術無法同時滿足海量傳感器的實時接入，一直制約著井下傳感網絡的建設。隨著5G技術的快速發展，以其大帶寬、低延時和廣連接三大技術優勢，深度契合了煤礦智能化全面感知網絡的技術需求。5G技術與大數據和云計算結合，將非實時的數據上傳到云端，對數據價值進行深度挖掘，將實時性強的數據下沉到設備端，降低數據傳輸與解算時延，為煤礦智能化運行提供了強有力的支撐。

       煤礦智能化要重點建設十大智能應用系統，如下圖所示，分別為綜合管控系統及大數據平臺、地質保障及4D-GIS動態信息系統、5G高速通信網絡及精準位置服務系統、巷道智能快速掘進系統、工作面智能協同控制系統、主煤流及輔助運輸智能系統、井下環境感知及安全管控系統、固定場所無人值守智能管理系統、煤礦智能選煤系統、智慧園區與經營管理系統，其中前3個系統屬于煤礦總體基礎平臺，第4、第5、第6個系統屬于井下采掘運系統，第7、第8個系統屬于井下安全系統，第9、第10個系統屬于煤礦輔助保障系統。

       去產能是行業高質量發展的必要條件煤礦智能化支撐先進產能，在加快煤礦智能化發展、提高先進產能的同時，繼續加大淘汰落后產能力度，通過產能總體減量達到供給與消費緊平衡，為行業發展創造有利的市場環境，以適應能源轉型和行業高質量發展的要求。已經頒布實施的《智能化煤礦分類、分級技術條件與評價》(T/CCS001-2020)標準，根據煤礦生產技術條件將其分為3類，其中，對于生產技術條件差的煤礦，如果不能在一定時間內改造達到智能化建設標準和安全生產質量要求，就應納入去產能關閉之列。

積極宣傳煤礦安全生產取得的巨大進步，正確引導社會輿論

       煤炭行業作為傳統產業，以往確實存在很多的問題和難題。在新聞報道、政策文件、科研立項等很多場合，突出行業高危性、事故較多，宣傳煤礦安全生產成績較少，且一些媒體只是與國外以露天煤礦為主的煤炭產業進行簡單的、不科學的煤礦安全生產方面的對比，強調落后，形成了把渲染煤礦安全威脅、事故傷亡當成強調自身存在價值和立項必要性的傳統習慣思維。同時，長期使用“百萬噸死亡率”指標，造成社會對煤炭行業固化的負面認識；而美國等發達產煤國家并沒有針對煤礦的“百萬噸死亡率”指標，而是不分行業，統一用每年每千人死亡人數或每十萬人死亡率�，F代煤炭產業是需要高科技支撐的。改革開放40年來，煤炭行業依靠科技進步，在綜合機械化開采及其裝備領域持續創新，實現了煤礦安全的巨大進步，煤炭行業不再是高傷亡率行業，智能化煤礦和智能化管理為煤礦安全提供了根本保障。因此，是時候取消“百萬噸死亡率”這種不客觀的指標了，應與其他行業進行平等的安全評價。

       因此，應轉變傳統思維，積極宣傳煤礦安全的巨大進步，正確引導社會輿論。要樹立新發展階段煤炭行業的正面典型人物和大國工匠，宣傳相關科技創新成果；并向中央主流媒體推送宣傳，改變社會輿論對煤炭的負面認識，《中國煤炭報》等行業媒體應加強對行業的正面宣傳。

創新驅動行業高質量發展

       智能化技術保障和科學管理是提高礦井本質安全水平最為重要的抓手。要建立基于智能化煤礦大數據系統的管理流程再造機制，建立多層次的安全管控體系，實現安全管控閉環管理，所有危險因素都能夠及時預測、及時發現、及時處置，推動實現本質安全型礦井建設的目標。

新發展階段煤炭行業高質量發展之路是一條技術與裝備創新之路、產業變革之路和全面突破之路。煤礦智能化已經成為行業轉型和發展的源動力，是行業高質量發展的核心技術支撐。在技術創新推動的基礎上，還需管理創新、體制機制創新、科學施策等綜合配套，全面推進行業高質量發展。

因礦施策，分類分級建設智能化煤礦

       我國煤炭開采以井工開采為主，隨著開采技術和裝備的不斷發展，以及不同地區資源賦存條件的變化，各個煤礦生產企業生產水平差距正逐步在拉大，發展愈發不平衡。我國煤礦智能化建設尚處于初級階段，國內不同區域煤層賦存條件、開采技術與裝備水平、工程基礎、建設目標等存在較大差異，亟需建立完備的智能化煤礦分類、分級評價指標體系，從而根據礦井的實際地質條件因礦施策地建設智能化礦井。

       筆者領銜的研究團隊針對我國不同區域煤層地質賦存條件、生產技術條件，以及區域經濟社會發展多樣性、差異性和復雜性的特征，并基于智能化煤礦頂層設計研究成果，總結出不同條件煤礦智能化研究與實踐經驗，并廣泛參考相關技術標準化文件，制定了《智能化煤礦分類、分級技術條件與評價》(T/CCS001-2020)標準。根據生產能力、煤層埋深、煤層傾角、煤層穩定性等14個分類評價指標，結合智能化建設的難易程度，把煤礦按照智能化建設條件分為一類煤礦、二類煤礦和三類煤礦，并相應細分為初級智能化煤礦、中級智能化煤礦和高級智能化煤礦。智能化煤礦分類的目的就是調整不同煤炭資源賦存條件的智能化等級評價門檻；因此分類評價指標必須遵循2個原則：一是分類指標必須客觀；二是結合實際，體現智能化建設的相對難易程度。其中，一類煤礦代表一些我國西部煤炭資源賦存條件比較好的大礦；二類煤礦代表中東部煤炭資源賦存條件一般的礦井；三類煤礦則代表云南、貴州、四川等地煤炭資源賦存條件較差的礦井。

       煤礦智能化系統包括信息基礎設施、智能地質保障系統、智能掘進系統、智能開采系統、智能主煤流運輸、智能輔助運輸系統、智能通風系統、智能供電與給排水系統、智能安全監控系統、智能選煤系統、智慧園區與經營管理系統。根據11個子系統的建設情況，結合權重系數進行分級評價，將煤礦智能化等級分為初級、中級和高級。

通過對煤礦智能化水平進行分類、分級評價，形成了統一的評價指標、原則、體系和標準，為智能化建設提供了量化參考標準。

科學頂層設計，實現煤礦智能系統化融合高效運行

      智能化礦山建設需融合上百個子系統，以實現總體優化、智能協同、安全生產。在這一過程中，需要根據實際情況進行科學的頂層設計，才能打通信息壁壘、解決信息孤島、避免重復建設、跨系統跨平臺集成應用等問題，真正實現智能化。頂層設計應以“網絡互聯互通、數據共享交換、信息融合安全、功能協同聯動、能源節約利用”為總原則，將人工智能與采礦工藝技術深度融合，讓智能化更好地替代人工操作。群體智能、系統交互、感知學習是未來人工智能技術的發展方向，實現群體智能首先需要給出科學、合理和完整的技術架構。煤礦智能系統化頂層設計架構如圖所示，需要在各個系統層面實現數據互通，打造橫向一體化平臺，在礦級、部門級和區隊級實現業務、數據和人機協同；基于獲取的大數據實現生產、安全和保障場景的流程再造。

      在實際建設過程中，分別針對生產礦井、新建礦井和露天煤礦智能化建設，總結了以下亟需加快完成的煤礦智能化建設的重點任務。認為，應循序漸進、重點培育，打造一批高質量的智能化示范煤礦，并對可復制的經驗在總結后全面推廣。

生產礦井智能化改造

       新建礦井智能化建設不受已有系統限制，可以從一開始就統籌考慮整體系統的建設，統一接口、標準、網絡、建設方式和順序，最大程度打通數據壁壘，提升系統運行效率和子系統間的配合度，支撐礦井安全、高效生產。新建礦井全面智能化建設總體技術架構如圖所示。

       整個架構包括智能生產應用服務及生產調度平臺和智慧園區管控平臺兩部分。

智能生產應用服務及生產調度平臺由智能生產應用服務及Web服務，大數據服務中心和生產執行平臺組成。其中，智能生產應用服務及Web服務利用現有成熟的系統架構進行定制化開發，既能保證平臺最終的可用性，也能夠有效避免新系統研發所面臨的時間、技術風險，提升系統的整體可靠性。大數據服務中心應用目前流行的Hadoop 大數據平臺進行數據的存儲、清洗和應用，可與ROMA平臺進行數據對接。在生產系統中，大數據平臺對上支撐智能生產應用，對下支撐生產執行平臺的工控協同。

       煤礦智慧園區管控平臺要適應多個規模、現狀及功能定位各異的園區需求，對系統的靈活性和可擴展性要求非常高；同時需要吸納和集成業內外多領域創新技術和應用。因此從技術架構上選擇云化+平臺化+服務化策略，以適應目前及未來的業務需求。智慧園區管理平臺基于一個物聯網架構，主要包括應用軟件、ROMA平臺、底層控制模塊和各個子系統。新建礦井智能化系統建設主要包括以下幾方面。

(1)全面建設領先的信息化基礎設施。高標準建設智能化綜合管控平臺、大數據中心、5G網絡，建設地面智能綜合調度指揮中心，集成智能化指揮、調度、管控、辦公、培訓、展示等功能，實現對井上下各系統的統一協調管控。建設工業設施智能保障系統，具有智能安防、智能車輛管理、智能道路管理、智能門禁閘機管理、智能供熱、智能洗浴管理、智能宿舍管理、智能信息發布、智能食堂管理、智能園區灌溉、對講及個人移動終端管理，實現工業設施保障系統的智能決策和數據共享。

(2)建設主動感知、智能決策、自動執行的高效生產系統。建設實現掘進機位姿檢測與導航、巷道三維建模與成形質量智能監測、掘進設備遠程集中監控功能的智能化掘進系統；實現工作面設備群的智能聯控和基于數字孿生技術的無人開采。主煤流運輸系統全面推廣應用基于AI視頻的煤量智能識別技術，實現主煤流運輸系統的智能調速。進一步提升智能巡檢機器人的檢測功能與精度。輔助運輸系統實現井下車輛的精準定位和井下車輛無人駕駛。

(3)建設主動安全的智能一體化管控平臺。首先，建設礦井通風環境參數智能監測系統，建設風門遠程智能監控系統，建設智能局部通風系統，建設通風系統智能分析決策軟件模塊，主動調節通風系統參數；其次，建設完善的供排水系統，排水系統與礦井水文監測系統能夠實現智能聯動，固定排水作業點能夠根據水壓、水位進行智能抽排，實現與各采區排水系統的智能聯動，排水系統實現無人值守作業；第三，建設礦井安全監測數據中心，將水災、火災與頂板災害等相關數據與人員定位數據、地理信息系統等數據進行深度挖掘與有效融合，實現災害的智能預測、預警與避災路線的智能規劃；第四，建設礦井安全管控模塊，根據事故或隱患的級別、類別和處置方式，建立分級優先、分類派送、智能聯動的報警機制，并根據相關災害類型與相關設備進行智能聯動控制。

(4)智能化選煤廠建設。選煤廠設備運行狀態與工藝參數的采集與存儲、3D可視化監測監控系統、配電網的實時監測監控、自動配煤控制、煤泥水自動配藥控制、材料配件的智能管理；研發應用選煤廠巡檢機器人、煤泥清理機器人等智能機器人，研發應用AR智能巡檢技術與裝備，建設數字孿生選煤廠綜合管控平臺。

(5)智能化管理升級。組建智能化煤礦聯合運維團隊，設置煤礦智能化專職業務部門，負責本礦井的智能化建設和管理。

露天煤礦智能化建設

       露天煤礦煤炭產量目前已經占我國煤炭總產量的14%左右，其智能化建設也關系到我國煤礦整體生產力水平的提升。相比井工煤礦，露天煤礦更易于應用先進的智能化技術，主要包括以下內容。

(1)卡車無人化技術應用。開展電控開車無人化改造、升級，實現自動對位、自主導航、自動卸載、主動避讓等功能，在運煤線進行實際路況下的無人駕駛測試，實現寬體車的多編組作業；升級無線通訊為5G網絡，實現主設備數據上傳。

(2)綜合管控平臺建設。實現礦內現有生產數據、管理數據的綜合應用；主要設備實現遠程監測，基于設備維護、管理的大數據應用取得實效；變電所、加壓泵站等實現集中監控、無人值守；電鏟、連續系統排土機具備自動作業能力；完成輸煤系統智能監控升級，有效提高對帶式輸送機系統、現場環境的智能監管；基于設備本身的安全防控體系得到全面應用。初步形成煤礦采礦設計、地測、生產、檢修、安全等主要環節的信息化傳輸、自動化運行技術體系。

(3)主要智能化系統建設。構建露天煤礦多維信息網，優化地質鉆探及物探等工藝；優化露天煤礦開采工藝智能化決策、控制系統；開發露天煤礦裝備智能運營系統，建立鉆機、采掘設備、排土及輔助裝備無人操作系統，帶式輸送機智能控制系統和車輛無人駕駛系統等；開發露天煤礦智能調度系統，包括車輛智能調度系統、設備維修智能管理系統和設備智能管控系統；研發露天煤礦“空-天-地”安全預警系統，加強露天煤礦地質災害與工程事故的智能化預測、預警技術與裝備研發，開發技術集成的露天煤礦“空-天-地”智能聯合預警系統；研發露天煤礦全生命周期綠色開采系統，推進基于網絡與大數據的露天煤礦云服務平臺建設。

加強煤礦智能化建設保障措施

煤礦智能化建設不僅僅是應用先進技術，還需要多方面的保障措施，才能更好地推動智能化技術落地實施。

頂層規劃與領導力

       加強智能化煤礦頂層設計，開展智能化煤礦分類、分階段建設規劃管理，明確階段性建設目標與技術路徑，建立健全智能化煤礦驗收與獎懲機制，重點突破、全面推進、鞏固提升，由點到面逐步推進煤礦智能化建設。充分激發煤炭企業的內生動力和創新活力；強化煤炭企業主體責任和“一把手”責任，充分發揮智能化建設主體的積極性；加強規劃和政策引導，完善支持政策，營造煤礦智能化發展的良好環境。

總體規劃和建設方案要與上級智能化規劃、信息化規劃一致，對各礦井進行集中統一的指揮管理，推動實現“強中心、實現場”的目標。

技術與裝備保障

       我國煤機裝備制造經過40多年的發展，實現了液壓支架、采煤機、掘進機、運輸設備等成套采掘裝備的國產化，支撐了煤礦綜合機械化水平的極大提高，為煤礦智能化奠定了較好基礎。但是，智能化技術與裝備保障不足仍是煤礦智能化建設的“瓶頸”。煤礦智能化建設亟待在新基建、新技術、新材料、新裝備、新產品、新業態上不斷取得突破。要針對煤礦智能化核心技術與裝備加強攻關，從關鍵技術的基礎理論、關鍵元器件、智能傳感器、智能決策與控制技術、特殊材料與制造工藝、智能制造技術、設備的適應性與可靠性關鍵技術等方面開展產學研協同創新，不斷研發新裝備，為智能化煤礦建設提供可靠的技術與裝備保障。

管理機制與規范

       根據煤礦賦存條件、資源儲量、生產能力等情況，采用不同條件的智能化煤礦建設模式，制定不同類別、模式智能化建設技術路徑與激勵政策，開展智能化示范煤礦建設。加快建設智能化業務平臺、管理平臺、運營平臺，努力實現煤礦專業化管理、集約化經營和科學化發展。加強信息安全建設，為信息應用和共享奠定安全基礎。

資金與投入

       加大智能化煤礦資金支持力度。設立煤礦智能化專項資金，優先支持煤礦智能化技術與裝備研發、工程建設等項目，將煤礦智能化裝備納入國家智能制造發展規劃，對高端綜采綜掘智能化裝備、重大災害應急救援智能裝備等重大裝備研發和應用給予財稅政策支持。每個智能化礦井建設根據實際情況給予配套資金支持，優先安排項目資金、成果評價及驗收推廣等事宜；在下達產量計劃、核增產能、相關指標及重點工作任務方面，應充分考慮煤礦智能化建設水平、試驗運行狀況、管理變革、人才建設等方面因素。對相關單位列入智能化煤礦建設及技術研發方面投入的資金，應給予視同研發投入的政策支持。

       同時，應充分考慮煤礦所在區域、建設規模、煤層地質賦存條件、生產技術條件等不平衡性，以及各指標要素對智能化主系統影響程度的差異性，引導企業進行科學合理的智能化建設投資。

運行維護保障

       推進運行維護體系建設，形成信息技術人員和業務骨干相結合的聯合運行維護團隊。設置煤礦智能化專職業務部門，負責本礦井的智能化建設和管理。建設生產過程精益化管理體系，加強生產系統的運行、維修、保養精細化管理，形成智能化煤礦的管理、運行保障條件；加強運維人才培養，支撐新技術、新裝備應用，以期為智能化煤礦的管理、運行提供保障。組織建設全國煤礦大數據中心及應用云平臺，形成智能化煤礦高質量運行的新模式。

人才培養及崗位培訓

       高層次人才隊伍是推動煤礦智能化建設和行業高質量發展的最重要力量。亟需建立煤炭行業新時期人才體系，加快培養領軍人才，開發高層次、高技能、復合型的煤炭工業創新人才。加大自有人才培養力度，設立智能化開采技術培訓平臺，培養既懂煤炭生產工藝又具有自動化、信息化研發能力的復合型人才；在生產服務方面培養滿足工作面智能化開采現場需求，懂生產、能管理、全面掌握工作面生產設備、熟悉工藝、熟練應用計算機控制系統的復合型人才。加大人才激勵以及引進力度，以工匠精神和勞模引領為突破口，加強專業技術和高技能人才培育，在職級評定、工資待遇等方面向智能化開采技術研發及服務人員傾斜。

效果評價與檢驗

       智能化建設是一個逐步完善的過程，需要在完成某些階段的建設任務后進行效果的評價和檢驗，以便及時掌握整體建設方向、調整后續建設內容。智能化建設效果受到地質條件、技術進步、運行管理、資金支持、人才素質等多種因素影響，不同條件礦井的建設難易程度和最終效果存在很大差異，很難用單一標準對所有煤礦的智能化建設水平進行評價。因此，需針對不同的系統制定分類、分級評價標準。目前已完成《煤礦智能化標準體系》，制定了《智能化煤礦分類、分級技術條件與評價》《智能化采煤工作面分類、分級技術條件與評價》。后續還需對掘進、災害感知、綜合管控平臺、大數據系統等進行分類、分級。