從全國煤礦總數(shù)來看，建成智能化工作面的煤礦數(shù)量占比有限，但近年煤炭產(chǎn)能加速向現(xiàn)代化大型煤礦聚集，這些礦山是煤炭供應(yīng)的中堅力量，資源存量大、地質(zhì)條件好，利于智能設(shè)備鋪開，經(jīng)歷多年發(fā)展，逐漸成為煤礦智能建設(shè)“排頭兵”。
 

中國煤炭工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)顯示，截至今年一季度末，我國煤炭智能開采產(chǎn)能占比歷史性突破50%，1.6萬余個高危崗位實現(xiàn)無人化替代，煤礦安全高效發(fā)展進入新階段。從全國煤礦總數(shù)來看，建成智能化工作面的煤礦數(shù)量占比有限，但近年煤炭產(chǎn)能加速向現(xiàn)代化大型煤礦聚集，這些礦山是煤炭供應(yīng)的中堅力量，資源存量大、地質(zhì)條件好，利于智能設(shè)備鋪開，經(jīng)歷多年發(fā)展，逐漸成為煤礦智能建設(shè)“排頭兵”。

但與此同時，智能化發(fā)展面臨的難題在大型現(xiàn)代化煤礦同樣存在。智能設(shè)備自分析、自決策和自執(zhí)行方面投入少、研究進展慢，礦山不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)智能設(shè)備的協(xié)同也存在不足。當前，一批煤炭企業(yè)正加速攻關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建完整高效的智能礦山生產(chǎn)作業(yè)體系。

智能煤礦如何“以少產(chǎn)多”

截至去年底，全國煤礦總數(shù)約為4300處，而到今年4月，建成智能化工作面的煤礦達907處，接近占煤礦總數(shù)比例四分之一。那么，為何煤礦智能開采產(chǎn)能占比能夠超過50%？近年煤炭產(chǎn)能向大型現(xiàn)代化煤礦轉(zhuǎn)移的趨勢可以回答這個問題。

據(jù)中國煤炭工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2014年全國煤礦數(shù)量約1.5萬處，伴隨全國資源開發(fā)格局優(yōu)化，煤礦數(shù)量大幅減少，單井規(guī)模大幅提高，大型現(xiàn)代化煤礦、露天礦產(chǎn)量比重增加。到去年底，全國建成年產(chǎn)千萬噸級特大型煤礦83處、產(chǎn)能達到13.6億噸/年；露天煤礦產(chǎn)量占全國25%左右；大型現(xiàn)代化煤礦產(chǎn)量占全國的85%左右。

大型現(xiàn)代化煤礦的背后往往是大型煤炭企業(yè)，這些企業(yè)的技術(shù)和資金實力雄厚，是煤礦智能化建設(shè)的“排頭兵”。國能準能集團相關(guān)負責人告訴記者，截至今年7月底，集團兩座露天煤礦的103臺卡車已具備無人駕駛功能，常態(tài)化運行數(shù)量約40臺。今年以來，無人駕駛礦卡已累計拉運巖石約1000萬立方米。此外，集團兩礦還各有1臺液壓鏟實現(xiàn)遠程操控作業(yè)，并引入智能穿爆管理系統(tǒng)和鉆機遠程操控，實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場“減人贈安”。

中煤陜西大海則煤礦相關(guān)負責人介紹，近年來該礦提升智能采煤常態(tài)化應(yīng)用能力，建立三維地質(zhì)模型，利用遠程控制軟件，自動修正規(guī)劃截割曲線。采煤機由現(xiàn)場人員操控模式轉(zhuǎn)為“超前巡視規(guī)劃+地面交互調(diào)整+軟件智能修正”，單班智能化率保持在89%以上，工作面內(nèi)單班作業(yè)人員減至5人，單班可采煤6至7刀，日產(chǎn)原煤近6萬噸，具備雙工作面百萬噸生產(chǎn)能力。

現(xiàn)代礦井也有“智能難題”

盡管大型現(xiàn)代化煤礦的智能化程度通常較高，但“現(xiàn)代化”仍不能和“智能化”畫等號。
 

首先，何為智能化？中國礦業(yè)大學（北京）能源與礦業(yè)學院教授閆少宏解釋：“煤礦智能化，涉及煤礦生產(chǎn)中采煤、掘進、運輸、排水等七大系統(tǒng)。目的是要讓這些系統(tǒng)在運行過程中實現(xiàn)自監(jiān)測、自識別、自分析、自決策、自執(zhí)行，真正實現(xiàn)生產(chǎn)過程的無人干預(yù)、無人操作。”

閆少宏進一步表示：“現(xiàn)代化礦井是指井型大、機械化程度高、礦井系統(tǒng)簡單、生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)先進的礦井，以機械化、自動化為基礎(chǔ)。煤礦智能化則是以數(shù)據(jù)驅(qū)動、智能決策為基礎(chǔ)。兩者有一定的區(qū)別，現(xiàn)代化是用機器換人，而智能化是讓機器自主思考。也可以理解為，現(xiàn)代化是高級的自動化，智能化是自動化的高級階段。”

智能化發(fā)展面臨的難題，在大型現(xiàn)代化煤礦同樣存在。例如煤礦回采、掘進設(shè)備動態(tài)運轉(zhuǎn)，面臨的地質(zhì)條件不斷變化，這類系統(tǒng)的智能化是煤礦智能建設(shè)的難點和重點。閆少宏建議，我國大型現(xiàn)代化礦井集中于陜西、內(nèi)蒙古、山西、新疆這些新興煤炭基地，這些礦井普遍地質(zhì)條件好、煤層較為穩(wěn)定、地質(zhì)構(gòu)造簡單，因此這些礦井實現(xiàn)智能化相對容易，應(yīng)首先在這些礦井研發(fā)試點重點技術(shù)。

閆少宏補充道：“當然，條件好并不等于完全實現(xiàn)了智能化，這些礦井依然有許多技術(shù)需要攻關(guān)。技術(shù)裝備研發(fā)應(yīng)以提高效率、提高安全、減人為目標。注重應(yīng)用性、關(guān)鍵技術(shù)與裝備的研發(fā)，也要注重裝備與工藝、巖層控制智能化結(jié)合的研發(fā)。只有真正為企業(yè)帶來效益的智能化，才能為其在小型礦井的推廣起到促進作用。”

“智能協(xié)同”成為新方向

“從國際角度看，澳大利亞、美國的煤礦智能化發(fā)展更關(guān)注重點技術(shù)、難點技術(shù)，如傳感器、安全、健康、系統(tǒng)協(xié)同等技術(shù)研發(fā)。通常是先攻關(guān)難點問題，再集成推廣。”閆少宏表示，和國外相比，我國在研發(fā)總體布局、思路與重點上有所不同，采取全方位研發(fā)、全方位推廣，注重通信系統(tǒng)搭建，目前在狀態(tài)監(jiān)測、信息傳輸與展現(xiàn)方面已有很大進展。

在閆少宏看來，盡管我國智能化全面鋪開，但仍屬初級階段。主要是因為我們在生產(chǎn)系統(tǒng)的自監(jiān)測、自認識方面的投入與工作做得多，而在自分析、自決策和自執(zhí)行方面仍投入少、進展慢。另外，我們在不同生產(chǎn)系統(tǒng)協(xié)同方面的研究進展也較慢，這是智能化礦井建設(shè)的難點。

對煤炭企業(yè)來說，進一步推進裝備智能化改造升級、提升不同系統(tǒng)的智能設(shè)備協(xié)同水平，成為布局智能化下一步發(fā)展的關(guān)鍵。上述準能集團相關(guān)負責人表示，集團計劃未來全面推進無人作業(yè)模式，打通智能爆破、智能采剝、無人駕駛、智能輔助等工藝鏈，建立完整的智能露天煤礦生產(chǎn)作業(yè)體系。還將通過優(yōu)化電鏟裝車作業(yè)模式、提升無人駕駛識別功能、構(gòu)建卸載區(qū)中控調(diào)度平臺，提升采、運、排等礦山多個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的效率。

而對大海則煤礦來說，“復(fù)雜條件煤礦巷道快速智能掘進”是當前重點攻關(guān)的課題。當前該礦通過改進掘進施工工藝和工序流程，利用智能裝備替代人工作業(yè)降低了事故風險，緩解了采掘接續(xù)緊張局面。接下來，該礦還將重點研發(fā)升級智能快掘裝備群組位姿感知技術(shù) 、錨桿和錨索自動支護技術(shù)，提升復(fù)雜地質(zhì)條件下掘進效率與安全管控水平，構(gòu)建“感知—決策—執(zhí)行—運維”全鏈條智能掘進體系。