煤炭智能化开采：从“出煤不见煤”向“采煤不见煤”的大跨越

能源局将推动智能化技术和煤炭产业融合发展，煤炭行业要大变样。煤炭作为我国最大的最多的储备能源，拥有非常非常高的经济发展的战略价值。但是我国传统的煤炭运用效率及其低下，需要进行一些资源的供给改革，和一些技术发展壁垒的突破。提高煤炭的资源运用效率，现在是重中之重的问题。

传统煤炭运用

新技术下的煤炭

煤炭管理控制

一，传统煤炭的运用缺点

煤炭最为我国比较基础的资源，陪伴共和国走过了漫长的历史。传统煤炭行业的运用，也有着自己的弊端，已经不合适现在中国国情的发展。煤炭环境污染大，运用效率低，我国的人均资源本来就少，这样的运用下去，自然也不是办法。所以资源管理的新方式也就势在必行了。

二，技术加持下的煤炭产业合理分配资源

技术加持下的煤炭资源的合理分配，将会使我们国家的煤炭行业大变样，供给改革，对重要产业的优先配置，既可以解决生产问题，也可以减轻资源的消耗，还有污染物排放的降低。智能化技术可以将我国煤炭资源更加具有效率的进行处理和分配，是我国资源管理的一项巨大的尝试，这样的尝试肯定也会影响到我们生活的方方面面。

三，煤炭的管理控制是碳排放计划的必要产物

虽然我国的煤炭储备含量丰富，但是我国人员较多，地区发展的差异较大。人均资源低，所以合理地运用资源就是重中之重。资源的控制管理是势在必行的产物。对煤炭资源的运用效率也会进一步的提升，获得较多的资源合理分配才是国家的重大战略，而且减碳计划也在开始实施。智能化技术和煤炭产业的融合，也将为我们国家的减碳计划提供助力。

近年来，辽宁能源集团党委认真落实省委、省政府决策部署，结合自身实际，围绕生产运营智能化、产品创新数字化、产业体系生态化，积极推动互联网、大数据、人工智能等新技术与煤炭工业深度融合，全力打造智慧辽能、数字辽能。该集团坚持“整体规划、重点先行、分步实施、逐步完善”的原则，积极推进煤矿“四化”建设工作，所属煤矿企业的“四化”建设从一年前全省仅有一个智能化综采工作面的“一花独放”，到目前已“点、线、面”推开实现“百花齐放”。一年来，该集团“四化”建设累计投入5.12亿元，安装完成9个智能化综采工作面；20个煤矿完成了人员定位、瓦斯监测监控、工业视频监控系统的升级改造；所属煤矿井上下固定场所自动化、无人化改造完成228个，减少固定岗位人员745人；所属煤矿皮带运输机集中控制占比39%；所属煤矿井上下重要地点视频监控探头安装完成3066个，同比增加34%。

通过持续开展煤矿“四化”建设，全力推进机械化换人、自动化减人、智能化无人，进一步提高了工作效率，减轻了职工的劳动强度，增强了安全保障能力。

据了解，辽宁省国有煤炭企业计划在2022年底前，冲击地压矿井采煤工作面将实现智能化开采；2023年底前，地质条件具备的矿井将实现采煤工作面智能化开采。下一步，辽宁能源集团将以智能产业化为目标，以煤矿为突破口，以智能制造、传统产业智能化改造和智能化应用为抓手，打造一批样板车间、样板工厂，构建贯穿创新链、产业链的工业互联网生态，以智能化创新助推企业高质量发展。

6月6日，国家重点研发计划“大型矿井综合掘进机器人”项目启动会暨实施方案评审会在山西焦煤举行，标志着该项目正式落地山西焦煤。 作为 科技 部支持的国家重点研发计划“智能机器人”重点专项2020年度3个煤矿机器人项目之一，该项目拟用3年时间完成研发。项目研发成功后，可切实缓解改善煤矿采掘衔接紧张，实现大数据、人工智能与煤矿掘进、安全高效开采的有机融合，切实将一线掘进工人从最艰苦、安全无绝对保障的作业环境里解放出来，让矿工更加体面地工作和生活，对推动煤炭开采方式变革和山西省转型综改具有重大而深远的意义。

能源在我国国民经济发展过程中仍将继续扮演至关重要的角色。 由于我国尚未完成工业化，城镇化水平还将持续提高、电气化水平还有很大提升空间，尚处于对能源和原材料消费最旺盛的阶段。其中煤炭是我国城镇化建设的重要能源，2020年，全国煤炭消费量约40.1亿吨、同比增长0.9%，预计2035年煤炭占我国一次能源消费比例仍在40%以上。因此， 对于煤炭行业，我国一直在致力于推动智能化、化解过剩产能，提高能源利用率。

煤矿智能化是煤炭高质量发展的技术支撑， 我国采煤技术经历了人工炮采、普通机械化开采、综合机械化开采和目前的智能化开采4个主要阶段。煤矿智能化是第4次煤炭行业重大技术变革。

煤矿机器人就是推动煤炭行业智能化的关键一环。《煤矿机器人重点研发目录》将煤矿机器人分为掘进、采煤、运输、安控、救援五大类。在“十三五”期间，我国累计淘汰落后产能约10.7亿吨，面对煤矿智能化，开展了“大型矿井综合掘进机器人”、“复杂地质条件煤矿辅助运输机器人”、“面向冲击地压矿井防冲钻孔机器人等应用示范类”的专项，取得了一定成果，并对一些指标进行了规范。

在2019年初，《煤矿机器人重点研发目录》公布，提出聚焦关键岗位、危险岗位，重点推进5类、38种煤矿机器人研发。随着国家政策出台，不少科研机构、煤炭企业以及机器人制造企业开始 探索 研发煤矿井下机器人。

在十四五这一新发展时期，我国对于提高能源效率提出了新的发展要求，相关专项方向也进行了一定调整。

2020年3月，国家发展改革委等8部委印发了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》（以下简称“意见”），对于煤矿智能化发展提出了新方向和新条件，并再次强调了将持续深化煤炭行业智能化发展的目标任务。

“意见”指出，煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑，需要将人工智能、工业物联网、云计算、大数据、机器人、智能装备等与现代煤炭开发利用深度融合，最终形成全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的智能系统，从而能够实现煤矿开拓、采掘（剥）、运输、通风、洗选、安全保障、经营管理等过程的智能化运行。这种一体化、智能化发展方向对于提升煤矿安全生产水平、保障煤炭稳定供应具有重要意义。

而在2021年4月6日，安标国家矿用产品安全标志中心有限公司（以下简称安标国家中心）发布了《煤矿井下机器人安全标志管理方案》《煤矿井下机器人基本安全要求（试行）》，又对煤矿机器人提出安全要求，相关要求进一步明确、标准不断完善。

目前，我国一些煤矿正在开展智能化建设工作，但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，从市场需求、政策需求和技术要求等方面来看，煤矿机器人推广应用的难点也非常大。从需求方面来说，煤矿灾害发生不属于煤矿的常态事件，一些智能机器人的使用频率较低，研发迭代的速度不快，使救援效果受到一定影响。并且，煤矿救灾机器人需要专业团队进行维护和保养，需要培养专业操作人员队伍，而建立起这样一支专业队伍，成本相对较高。同时，安全许可、检测评定以及标准化等方面的政策和法律法规需要更加明确，引导煤矿机器人推广应用得更加高效合理。

此外，技术提升也是推进煤矿救灾机器人发展的一个重要方面，尤其在防爆设计、防爆材料、轻量化结构、电子设备集成化、人工智能以及测试手段等方面。这些是煤矿救灾机器人走向实用化过程中要解决的问题。有人提出，可借鉴其他领域的人工智能技术，应用到煤矿机器人中来，如语音识别和分析、图像增强和障碍物识别、危险气体组分分析和识别、基于图像特征的位置导航等技术。

为推动煤炭行业高质量发展，促进煤炭产业转型升级，《意见》分了三部分的详细规划目标：

——到2021年，建成多种类型、不同模式的智能化示范煤矿，初步形成煤矿开拓设计、地质保障、生产、安全等主要环节的信息化传输、自动化运行技术体系，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。

——到2025年，大型煤矿和灾害严重煤矿基本实现智能化，形成煤矿智能化建设技术规范与标准体系，实现开拓设计、地质保障、采掘（剥）、运输、通风、洗选物流等系统的智能化决策和自动化协同运行，井下重点岗位机器人作业，露天煤矿实现智能连续作业和无人化运输。

——到2035年，各类煤矿基本实现智能化，构建多产业链、多系统集成的煤矿智能化系统，建成智能感知、智能决策、自动执行的煤矿智能化体系。

从目标及路径明确了三点：

1）煤炭智能化发展的愿景是：实现煤矿全时空多源信息实时感知，风险闭环管控本质安全；全流程人－机－环－管数字互联高效协同运行，生产现场全自动化作业，煤矿职工有更多幸福获得，煤炭企业有更多价值创造。

2）煤矿智能化建设应坚持分类建设，因矿施策；培育典型，示范引领；全面推进，分级达标；安全高效，质量第一的原则。

3）煤矿智能化的主要路径是“智能化生产决策控制+机器人作业”

与此同时，2020年12月，国家能源局、国家矿山安全监察局印发关于开展首批智能化示范煤矿建设的通知，确定71处煤矿作为国家首批智能化示范建设煤矿，其中井工矿66处，露天矿5处。智能化升级改造煤矿63处，新（改扩）建智能化煤矿8处。制定了《智能化煤矿分类、分级技术条件与评价》和《智能化采煤工作面分类、分级技术条件与评价》等煤矿智能化技术标准，研发了4种模式的智能化开采成套技术和装备，形成较为成熟的智能化煤矿建设推广模式。

从我国的能源结构上可以预见，在未来相当长时期内，煤炭难以被大规模替代，同时，未来在国际政治局势动荡、国际贸易保护措施盛行的大背景下， 在相当长时期内，煤炭仍是能源安全稳定供应的“压舱石”，支撑能源结构调整和转型发展的“稳定器”。

但在碳达峰碳中和这一总体要求下，也需要煤炭生产和利用方式转型，以第四次煤炭技术革命为契机，向数字化、智能化新产业和新业态转型。面对碳达峰碳中和目标，“十四五”时期能源发展需要全面贯彻“四个革命、一个合作”能源安全新战略，坚定走智能、绿色、可持续发展道路，煤炭作为我国基础能源，其高质量发展意义重大。

作为煤炭工业高质量发展的核心技术支撑，煤矿智能化是煤矿综合机械化、信息化发展的新阶段，是煤炭生产力和生产方式革命的新方向，是“第四次重要技术变革”。加快推进煤矿智能化建设，构建智能+绿色煤矿工业新体系，实现煤炭资源的智能化安全高效的开采与清洁利用是我国煤炭工业新时期高质量发展的战略任务跟必由之路。推动煤炭开发利用方式变革，也是实现煤炭碳减排，构建清洁低碳安全高效的能源体系提高能源供给质量，努力实现2030年碳达峰、2060年碳中和远景目标的重要措施。

希望未来也能有更多人能够参与到煤矿机器人的建设中，让人工智能、云计算、互联网和大数据等技术为煤矿行业保驾护航。

①地下精准定位导航系统

②随掘随采精准探测地质信息系统

③智能快速掘进和采准系统，矿井通风、供排水、主副运智能系统

④工作面智能开采系统

⑤危险源智能预警与灾害防控系统

⑥矿井全工位设备设施健康智能管理系统

⑦煤矿地面分选运销与生态建设智能系统

⑧煤矿物联网综合智能管理系统。

煤矿智能化是指煤矿开拓设计、地测、采掘、运通、洗选、安全保障、生产管理等主要系统具有自感知、自学习、自决策与自执行的基本能力。

针对控制中心页面的建设，运用丰富的可视化图表和动画效果，集成供水、通风、运输、掘锚机运作及井内三维漫游画面，形象的对井下多元应用场景进行详尽的数据解释；Hightopo可视化可融合智能感知设备数据，实现对矿井的生产环境、工作视角、设备分布、工艺流程、产量走势、巷道划分、设备运行实时状态

采用物联网、云计算、大数据、人工智能、自动控制、智能装备等与煤炭开发技术装备进行深度融合，形成全面自主感知、实时高效互联、自主学习、智能分析决策、动态预测预警、精准协同控制的煤矿智能系统。

智能化煤矿可实现矿井地质保障、煤炭开采、巷道掘进、通风排水、生产经营等全过程的安全高效智能运行。三维立体的巷道监管效果，有利于改善矿山环境及工程实施设计，能将巷道工程变迁情况客观无误的记录和展现。

点击按键可随意切换工作区视角和井内视角，方便运维人员从不同角度观察到每条巷道的名称、视点位置、设备分布及对应的数据。巷道内部漫游设有前进、倒退等功能，易于实时了解视点位置。此外，增添聚光灯的设计会让巷道整体更加真实，仿佛身临其境。

记忆割煤、滚筒换向、自动往返及故障诊断的联动控制功能，针对采煤机故障诊断提供切实的数据依据，加速扼杀故障的萌芽。通过地面调度室即可远程遥控操作，由此达成井下少人化作业，加大煤炭资源的开采效率，为采煤机的高效安全生产奠定基础。

通过强大的渲染功能，真实还原采煤机井下运动工况的行进效果，利用 HT 可视化图表将采煤机运行的关键数据进行直观呈现。

到 2025 年，大型煤矿和灾害严重煤矿基本实现智能化；到 2035 年，各类煤矿基本实现智能化，构建多产业链、多系统集成的煤矿智能化系统，建成智能感知、智能决策的煤矿智能化体系，实现安全绿色、高效、智能化生产。

由此可见，在矿业开采政策的呼吁下，对矿山以破坏环境的粗放开采形式都将面临淘汰。若要实现可持续发展，则需基于 5G、物联网、大数据等高新技术手段，将矿山的多类型传输网络、管理、自动化等系统进行高度集成，铸造“矿山大脑”。

随着国家环境保护力度的持续加大及能源消费结构的转型，正倒逼煤炭产业必须走绿色智能的清洁化生产之路，智慧矿山可视化解决方案恰到好处的助力实现低碳循环发展：将各生产线的控制集中于此，各生产环节信息共享、横向协作，辅助运维人员构建自主感知、智能分析、科学决策、集约高效的数字化矿山。

中国煤炭工业将继续保持旺盛的发展趋势，今后一个较长时期内，中国煤炭行业的发展前景都将非常广阔。

近年来，煤矿智能化建设不断提速，山西、内蒙古等地持续推进煤炭智能化开采。公开信息显示，截至 2021 年底，全国已建成 800 多个智能化采掘工作面，实现智能化工作面从薄煤层、中厚煤层到特厚煤层的综采、综放开采的全覆盖。但业内人士也指出，当前煤炭行业的科技创新体系。

目前国家正大力推动煤炭开采企业的整合，煤炭流通市场也将趋向集中，这将逐步提高煤炭流通企业的市场进入壁垒，小规模煤炭流通企业的生存空间将不断缩减，大规模、跨区域的流通服务商将成为主流。

在碳达峰碳中和背景下，控制煤炭消费是推动能源绿色低碳转型的重点方向，同时煤炭也肩负着保障我国能源安全的重要责任。中国要实现“3060”目标，需要优化产业结构和能源结构。煤炭是我国重要的基础能源，为国民经济和社会发展提供了可靠的能源保障。在智能化发展大潮之下，煤炭行业亟待借势转型。

科技推送煤炭行业“高能”运转，全方位推动选煤厂精细化管理工作，实现减人增效的目的。

随着人工智能、5G 等新一代信息技术的迅猛发展，正处于从工业经济向数字经济转型过渡的大变革时代。

以“黑色煤炭、绿色发展、高碳能源、低碳利用”的管理理念，以精细化的管理模式，建立的智能化洗煤厂平台，最大限度以用户需要提供优质信息，发掘业务协同价值，多维度多层次展现，帮助用户迅速做出决策，提高选煤厂业务效率及质量。搭建选煤厂区建筑及生产设备、管线等设施的三维场景，将生产数据采集、安全监测监控与生产时空有机结合，构建了集智能巡检、设备安全监测、预警功能、企业管理于一体的三维可视化管理系统。

整体场景采用航拍建模方式获取，利用飞机或无人机搭载多台传感器，对选煤厂进行拍摄采集，快速高效获取真实反映厂区情况的数据信息。在线监测核心设备运行情况，对选煤厂智能管控实现全覆盖，避免监控不到位、工作人员疏忽等问题所造成的各类事故的出现，确保了选煤厂机电设备的正常、平稳、持续、高效的工作。

日常管控、企业历程、应急管控为主体进行展示。系统聚焦产品运输、洗选加工关键流程管控，化繁为简，从根本上堵塞管理漏洞，通过精准监督推动企业高质量发展。系统可实时显示重介旋流器、精煤皮带、振动筛、原煤皮带等重要设备的动态数据，当点选不同楼层设备时，自动弹出设备多重信息，创建多参数实时在线监测。

数据信息包括运行设备的振动频率、温度、故障信号、趋势信号等数据，管理人员可通过此功能，进行调用查看设备运行状态、故障属性及导致故障发生的相关联信息历史数据。

搭建的压滤车间可视化管理系统，通过引擎将压滤车间的压滤机以及楼层分布进行 1:1 还原，可随时查看设备基本信息、运行信息、故障信息等。点击左侧面板压滤机以及楼层展开，即可查看车间楼层分布情况以及压滤机工作状态。

实时监测系统内压滤机状态信息，包括松开、压紧、进料等各进程状态，打破压滤机与压滤机之间、压滤机与智能压滤检测系统相关辅助设备之间的信息孤岛。实现智能压滤检测系统内所有设备及相关信息的统一集中监管，降低岗位巡检工的劳动强度，方便生产监管。

展示了厂区所有建筑用能、重要设备或工艺的能源消耗。点选内场景建筑图标，可以清晰明了地看出对应建筑当日及一周内用水、用电、用气的累计值以及变化趋势，能源管理一键触达。

支持模拟无人机视角漫游，当经过厂区建筑时，可自动弹出对应设备信息及瞬时带煤量变化趋势、在线统计设备故障数量，值班人员根据实时显示的数据进行复查留存，实现对煤炭产量的实时准确监管，有效解决职工不履职、工作疏忽容易造成事故隐患的现象，防止皮带断带等事故的发生。

打造健康舒适厂区

系统对接环境监测系统，实时采集厂区内各监测指标，以及选煤厂房内各有害气体，并选用Hightopo丰富的图表、平面图等形式形象展示，通过设置环境数据预警值和告警值实现平台环境监测的自动告警。

优化选煤厂用能

能耗监测系统的监测范畴涵盖厂区的电、水、气，通过智能设备对能源消耗进行全面感知，对各类能耗进行采集统计，并经过能耗分析挖掘对厂区生产生活的整体用能优化。

完善选煤厂安全建设

通过搭载智慧化物联网设备，对厂区资产信息进行统计分析，实现厂区资产的数字化管理。同时也能进行物资定位与盘点，实现管理人员对物资的全生命周期管理。

保障厂区生产生活安全

对每日巡更计划的实施情况进行有效监测，并可联动 3D 场景查看巡更计划在厂区中路线、视频点位等信息。同时图表化展示巡更过程中的异常上报趋势，分析出巡更异常的高发时间段与区域。