大型采煤機在地下自主割煤，能夠主動感知煤巖性狀，適應調(diào)整工作狀態(tài)，煤礦工人不再手動操作設(shè)備只需定時巡檢，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。

近日，國家發(fā)改委、國家能源局、應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)展的指導意見》(以下簡稱《指導意見》)。未來，人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計算等將與現(xiàn)代煤炭開發(fā)利用深度融合。

“煤礦智能化的核心就是使礦山具有人類般的思考、反應和行動能力，實現(xiàn)物物、物人、人人的信息集成與智能響應，主動感知、分析，并快速做出正確處理。”深部煤炭資源開采教育部重點實驗室副主任、中國礦業(yè)大學教授方新秋告訴科技日報記者。

我國尚處智能化初級階段

許多礦業(yè)發(fā)達國家多年前已制定礦山信息化長遠發(fā)展規(guī)劃，信息化和自動化程度越來越高。

加拿大從20世紀90年代初開始研究自動采礦技術(shù)，擬于2050年通過衛(wèi)星通信技術(shù)操縱礦山的所有裝備，實現(xiàn)自動智能采礦;美國于1999年對地下煤礦的自動定位與導航技術(shù)進行研究;澳大利亞于2001年開展了綜采工作面自動和智能化技術(shù)的研究，設(shè)計開發(fā)了LASC系統(tǒng);德國于2015年建設(shè)了一套遠程控制自動化薄煤層綜采系統(tǒng)，已接近“無人工作面”。

近年來，我國智能化采煤工作面發(fā)展迅速。目前，全國已經(jīng)有200個左右不同層次的智能化采煤工作面。記者從兗礦集團了解到，該集團鮑店煤礦打造了國內(nèi)首個常態(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)唯一一個省級智能化采煤工作面，濟三煤礦以綜掘機“遙控截割”+液壓錨桿鉆車+破碎機+皮帶機“無人值守”配套模式建成國內(nèi)領(lǐng)先的智能化掘進工作面。

“智能化與自動化有本質(zhì)的區(qū)別，智能化采煤工作面距離智能煤礦的目標仍有較大差距。準確地說，目前我國還處于煤礦智能化的初級階段。”方新秋說。

“煤礦智能化是一個系統(tǒng)工程，要實現(xiàn)全過程的智能化運行，采煤、掘進、運輸、提升、排水、通風、地質(zhì)信息、經(jīng)營管理等環(huán)節(jié)必須智能協(xié)同。”中國礦業(yè)大學機電工程學院執(zhí)行院長王忠賓教授告訴記者。

我國從2015年開始抓煤礦“四化”(機械化、自動化、信息化和智能化)建設(shè)。“四化”改造為煤礦智能化開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、實時性差、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。

“比如地面導航有GPS和北斗，地下裝備怎么準確定位?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，如煤層地質(zhì)精準探測技術(shù)，煤巖性狀實時在線識別技術(shù)，采煤工作面高速高可靠無線傳輸技術(shù)，采煤裝備精確導航和定位技術(shù)，復雜工況計算機視覺識別技術(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礦車投入運行，煤礦生產(chǎn)可實現(xiàn)盲區(qū)監(jiān)控;百度參與了中國煤炭云建設(shè)，與陽泉煤業(yè)達成戰(zhàn)略合作;中興通訊、中國聯(lián)通與兗礦開展合作，成立了“5G+智慧礦業(yè)聯(lián)合實驗室”等。

“很期待即將到來的5G時代，比如現(xiàn)在井下數(shù)據(jù)傳輸采用的是光纖，當采礦設(shè)備大幅度移動和震動時，光纖就會發(fā)生故障，如果換成5G網(wǎng)絡(luò)將會有很大改變。”方新秋說。

“互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)深度參與是一件好事，術(shù)業(yè)有專攻，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)應用開展專門的研究。”中國礦業(yè)大學網(wǎng)絡(luò)與信息中心主任孫彥景教授說。

《指導意見》還要求，對沖擊地壓、煤與瓦斯突出等災害嚴重的礦井，優(yōu)先開展智能化采掘(剝)和危險崗位的機器人替代。

“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。

他進一步解釋說，人工智能的特點是不斷學習演化，每一個煤礦每一個工作面的情況都不相同，智能采掘機器人在作業(yè)過程中，當遇到特殊情況時，可以由系統(tǒng)依據(jù)生產(chǎn)大數(shù)據(jù)進行學習分析和決策，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，就必須攻克相應的傳感器和信息交互等技術(shù)。”孫彥景說，比如智能視覺技術(shù)可以準確地識別車輛、行人和人臉，根據(jù)場景分析行為，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，如中國礦業(yè)大學礦業(yè)工程學院已開設(shè)綠色開采、深地開發(fā)、智能采礦、未來礦業(yè)四大研究方向，設(shè)置智能開采研究所，創(chuàng)辦智能采礦特色班;中國煤炭學會和中國煤炭科工集團發(fā)起成立了“煤礦智能化創(chuàng)新聯(lián)盟”;中國煤炭科工集團、中國礦業(yè)大學(北京)和中國聯(lián)通成立了“5G地下空間創(chuàng)新實驗室”。(記者 張 曄 通訊員 李 秀)