机器人挖煤，远没有那么简单！大数据、人工智能目前已应用
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。
煤炭智能精准开采3.0关键技术简述如下：
1、远程人工干预技术液压支架自动化运作
液压机运作环境较为复杂，为了使液压机能够正常运作，一般需要大量技术员工对液压机进行实时动态监控，那么这必然会造成大量人力资源的浪费以及公司成本的增加，更重要的是针对出现的问题不能够及时发现，就会导致信息反馈不及时。
最终会造成整体煤炭开采工作的整个运作效率低下。如果可以实现液压机的运作能够处于实时的监控状态之下，那么这将会大大提高煤炭开采工作的运作效率。
2、视频监控技术实现综采工作面实时监控
对于煤矿企业来说，在煤矿开采的过程当中，必然会面临开采人员的人身安全问题，尤其是地下煤矿开采活动，为了能够降低安全事故的发生概率，并且对已发生的事故能够做出及时的响应，就需要在综采工作面安装监控系统，从而对地下环境实现实时动态监控。
通过监控中心与指挥中心的互联互通以及相互协作，不仅能够实现工作面的可视化，同时还提高了井下作业的安全性，实现了地面指挥中心对井下作业相关情况的及时捕获，并针对突发事故做出及时的反应。
3、综采自动化集中控制技术实现设备全面监控
我国大多数煤矿企业已经建立起了一套比较完整的自动化综采集中控制系统，在煤炭开采过程中，可以实现机械设备处于全面控制并且被实时监控的状态。例如，采煤专用设备，液压支架、供电设备等。此外，根据实际工作环境，设计合理的施工工序。
实现井下作业控制系统与地面控制中心控制系统集中控制综采工作面，不仅可以实现煤炭开采流程全自动，还可以实现井下作业的可视化，从而在很大程度上提升了井下作业的安全性以及提高煤炭开采的工作质量。
煤炭产业是同煤集团主业，更是企业发展的支柱与根基，能否做优做强煤炭主业关系着企业的发展大计。很长一段时间以来，尽管煤炭市场形势严峻，但同煤集团凭借70多年在煤炭开采方面的深厚积淀，以“36951”发展战略为引领，不断加大技术攻关力度，大力推广应用先进开采技术，全面提升标准化建设水平，加快推进煤炭产业转型升级步伐，在全省能源革命进程中作出了表率。特别是全国首个特厚煤层智能综放工作面在同忻煤矿公司建成，同煤集团从此开启了煤炭产业智能化发展的新纪元。塔山煤矿公司、麻家梁煤业公司等千万吨级现代化矿井紧随其后，相继上马智能化采煤工作面，并取得显著成效，使同煤集团智能化矿井建设步入了快车道，实现了从“出煤不见煤”向“采煤不见煤”的大跨越。
十年磨剑锻利刃
2019年10月26日，中央电视台在《新闻联播》中播出了一条塔山煤矿井下智能化采煤工作面的报道，对同煤集团煤矿智能化建设给予了高度评价。一石激起千层浪。很快，关于“国家‘十三五’ 科技 攻关项目——1500万吨级智能化放顶煤开采技术、装备及示范工程在同煤集团塔山煤矿公司8222工作面成功投用”的消息，就被央视《晚间新闻》《中国新闻》和《人民日报》《经济日报》等多家主流媒体宣传报道，同煤集团一跃成为全行业特厚煤层智能化开采的领跑者。然而，只有同煤人自己知道，在成功攻克井下煤炭智能化开采这一难题的背后，是十年如一日的 探索 与付出。
时间回到2009年，当时同煤集团建成了全煤系统第一个循环经济示范园区——塔山循环经济园区，正当全行业都为之赞叹时，同煤人心中却定下了更高的目标——向实现智能化开采、打造智慧矿山迈进。
作为行业领先的千万吨级矿井、塔山循环经济园区的支柱企业，塔山煤矿、同忻煤矿在同煤集团智能化开采 探索 道路上责无旁贷，必须先行先试。当时，这两座矿井所面对的特厚煤层开采在全世界尚属首次，在这样的背景下，要搞智能化开采困难可想而知。经过几年的钻研与摸索，到2014年，塔山煤矿在“千万吨级特厚煤层智能化综放开采关键技术研究及示范”项目上取得重大突破，跨出了向智能化迈进的关键一步。2016年8月，同忻煤矿再传捷报——国家发改委“千万吨级高效综采关键技术创新及产业化示范工程”项目在8202综采工作面成功投用，这标志着同煤集团首个具有智能化水平的生产工作面正式建成，为煤炭产业向数字化、信息化、智能化发展开辟了一条新路径。
技术攻坚再发力
如今，在塔山和同忻两座矿井，员工坐在调度室里操作采煤机开采煤炭早已不是新鲜事儿。煤矿工人“坐在办公室采煤”的夙愿变成了现实，这一切都得益于近年来同煤集团在 科技 攻关上的大量投入。
特别是2018年，同煤集团新一届领导班子上任后，进一步明确了“ 科技 创新能力就是核心竞争力”的理念，仅2018到2019年，全集团共投入科研经费10多亿元，先后获得省部级科学技术奖50项，其中5项还荣获中国煤炭工业科学技术一等奖，参与和承担了3个国家 科技 重大专项项目，获得国家专利授权138项，其中特厚煤层智能放煤技术、小煤柱开采技术、煤矸精准识别技术、国产采煤机惯导技术等更是填补了国内煤炭行业技术空白。这些成果为同煤集团加快推进矿井智能化建设奠定了坚实基础。
去年，塔山煤矿承担了国家“十三五”资源领域重点研发计划“深地资源勘查开采”重点专项“千万吨级特厚煤层智能化综放开采关键技术研究及示范”项目研究。项目以千万吨级特厚煤层智能化综放开采为核心，以“智能群组放煤机理－智能放煤方法－煤矸精准识别技术－智能放煤控制技术及装备－工程示范”为主线，旨在全面攻克“特厚煤层运移和冒放理论与自动化放煤机理研究、特厚煤层采放协调智能放煤工艺模型及方法、特厚煤层综放开采煤矸精准识别技术、综放工作面智能化放煤控制关键技术与装备、特厚煤层智能化综放开采成套技术装备及示范工程”5个课题。其中，自动化放煤系统、基于高光谱及音频振动的煤矸识别样机、国产采煤机惯性导航系统、顶煤厚度测量装置几项关键技术目前已开始工业试验，并达到了预期效果，为同煤集团智能化开采技术向更高水平跨越创造了有利条件。
升级提效 蹚 新路
智能化综采工作面究竟怎么样？实际效果最有说服力。
从第一个工作面建成到现在，同忻煤矿公司在5年时间里，已经先后建成了5个智能化工作面，完成了从1.0到10.1的智能化升级，现在正在开采的8102智能化工作面，是同煤集团首个双侧临空小煤柱工作面，高集成度、全自动的智能化水平，使该工作面员工人数进一步减少到6人，并创造了同忻煤矿稳装质量最优、效率最佳 、智能化程度最高、安全最有保障的 历史 最好纪录。随着智能化水平的不断升级，同忻煤矿公司由传统每年人均生产330吨煤，提升至464吨，原煤回采率提高了20.8%，仅去年一年就增加收益2.964亿元，实现了效率、效益“双提升”。
现在，“安全、精准、高效”已成为同煤集团上下对煤矿智能化综采工作面的共识。塔山煤矿、同忻煤矿在智能化建设中收到的实效也让其他生产矿井紧随其后，加大了智能化工作面的建设力度。从今年开始，同煤集团在智能化建设过程中捷报频传：3月15日，挖金湾煤业公司智能化综采设备联合试运转成功，并在4月30日投入生产；8月29日，晋华宫矿智能化综采设备联合试运转成功；9月12日，麻家梁矿智能化综采设备试运转成功；9月20日，马脊梁矿智能化综采设备试运转成功，与此同时，燕子山矿智能化综采设备也已准备就绪，正在紧张有序地进行最后调试。到今年年底，同煤集团将有10个智能化工作面同时进行生产，智能化工作面占比将达到13.6%。
相信随着矿井智能化工作面建设不断加速，同煤集团智能化水平将大幅提升，一座座本质安全型智慧矿山将会遍布同煤大地，在未来更加激烈的能源产业竞争中取得先机，为加快全煤行业转型升级蹚出一条新路。（文/刘振华 兰培德）
煤矿开采是很危险的作业，但是不需要你去，你只要负责技术类的指导就可以了，所以对你来说是不存在风险的工资待遇都很高的。煤矿开采技术专业现在属于冷门专业，毕竟年轻人很少愿意在煤矿工作上班的，远离城市。
郭屯煤矿 作为首批国家级智能化示范建设煤矿，高度重视项目建设、产学结合、人才培养和示范引领工作，以“减人、提效、保安全”为目标，以实现煤炭资源的安全、绿色、智能、高效开采为主线，以建设智能化示范煤矿为抓手，围绕煤炭工业与物联网、大数据、人工智能等深度融合的关键环节，大力推进智能系统、智能装备的技术创新和应用，全面提升矿井智能化水平。
郭屯煤矿立足自身实际，顺应行业发展态势，坚定不移推进矿井智能化建设，成立了信息基础、采煤、掘进、机电等11个专业的智能化建设保障小组，在工业万兆环网应用、采煤工作面自适应截割、掘进工作面综掘机远工位操作、机电设备远程控制、矿井灾害智能监测方面持续进行科研攻关，深入 探索 应用，实现了主要生产环节的数字化传输、智能化决策、自动化运行。
智能化煤矿的建设提高了设备运行安全系数、从业人员劳动工效和职工的幸福指数，颠覆了人们对煤矿高耗能、高污染的传统认识。
郭屯煤矿智能化建设从无到有、从点到面，也正处于起步发展阶段，在建设过程中，遇到了标准缺失、信息孤岛、协议不一、人才匮乏等诸多制约因素，在一定程度上影响智能化建设推进速度。
在今后一个时期，智能化建设必须一矿一策，分层次、分阶段、分重点逐步推进。明确发展理念、完善技术标准、补充技能人才，解决技术、装备创新与现有规章、规程的矛盾。遵循煤矿开采规律，将人工智能与采矿工艺、技术、装备深度融合，全面激发煤炭企业发展智能化技术与装备的积极性和创造性，实现安全高效生产新模式下的煤矿智能化。
中国煤炭报
作者：张明 系山东能源郭屯煤矿智能化建设办公室副主任
