如何正确认识我国煤矿智能化？

　　我国是世界上最早认识和使用煤的国家，有悠久的历史。成书于公元前5世纪的《山海经·五藏山经》，已有关于煤的记载，而在西方关于煤的最早文字记载始于公元315年，比我国晚了近800年。

　　相关资料记载，中国古代采煤技术大多用掏槽的方法。先以手镐在工作面煤壁下部开一横槽,促使煤层产生裂隙，再用锤楔在上部敲凿,使煤块崩落。特厚煤层不能用全采高同时采出，采用分期开采法，先采出其中一部分，随即充填，待过若干时间，采空部周围岩石的压力使未采煤层移动，密合压实，再行开采。

　　1840年鸦片战争以后，中国的门户开放，进入了半封建半殖民地社会，开始出现近代航运业和机器工业，需要大量煤炭，而旧式手工煤窑生产已远远不能适应需要，因此，清廷洋务派积极酝酿引进西方先进的采煤技术和设备，近代煤矿开始出现。

　　1894年中日甲午战争之后，中国国势益衰，列强乘势接踵而来，外国资本大量侵入中国煤矿。1898年4月，中德签订的《胶澳租借条约》规定：“德国在山东境内自胶州湾修筑南北两条铁路，铁路沿线km)以内的矿产，德商有开采权。”此后，英、俄、法、日相继攫得了类似的权利。据不完全统计，从1895～1912年间，帝国主义攫取中国煤矿权的条约、协定和合同共42项(包括其他矿藏)，涉及辽、吉、黑、滇、桂、川、皖、闽、黔、鲁、浙、晋、冀、热、豫、鄂、藏、新等19省。开办了开平、滦州、焦作、孟县、平定州(现平定县)、潞安、泽州、平阳府属煤矿、本溪湖、临城等规模较大的煤矿。外资煤矿的产量占中国当时近代煤矿总产量的83.2%，基本上控制了中国的煤炭工业。帝国主义的侵略激起了中国人民的反抗，从1903年起，掀起了收回矿权运动，1911年达到。中国的爱国绅商，不满利源外流，在人民开展收回矿权的斗争的运动中，集资开办了一批煤矿。官僚买办见开煤矿有利可图，不愿坐失良机，亦想方设法开办煤矿。于是，从1895～1936年中国近代煤矿呈现出发展的趋势。

　　1937年“七•七”事变后，日本帝国主义侵占了我国的绝大多数煤矿，包括外资经营的，都陆续被其霸占，开采方式完全是掠夺性的。从1931～1945年，日本共霸占我国大小煤矿200多处，掠夺煤炭4.2亿吨，被其破坏的煤炭资源不计其数。

　　抗日战争时期，国民政府资源委员会直辖煤矿29处，还采取资助经费等办法，鼓励私人开办煤矿，共59处，年总产量约为600多万吨。在解放区，也办了一些小煤窑，供当地军民作燃料。据战后统计，晋、察、冀边区共有小煤窑473个，日产煤炭共计2739吨。

　　1945年抗日战争胜利后，日本霸占的煤矿小部分由解放区人民政府接管，大部分被政权接管。解放战争初期，受、军事形势多变的影响，有些煤矿几经易手，处于停产或半停产状态。1947年以后，国民政府逐步崩溃，直到1949年新中国诞生，这些煤矿才陆续回到人民政府手中，但已遭到严重的破坏。

　　1953年，我国开始了发展经济建设的第一个五年计划，为了保证钢铁基地炼焦用煤，解决华东地区缺煤和逐步改善煤矿布局等的需要，“一五”期间，重点扩建了15个老矿区，同时开始了10个新矿区的建设。煤炭产量从1949年的3243万吨上升到1957年的13073万吨,提高4倍以上。与此同时，为了适应煤矿生产建设的需要，逐步组建了地质勘探、煤矿设计、建井施工等配套的专业队伍。1955年7月又正式成立了煤田地质勘探、设计管理和基本建设三个总局，进一步加强了领导，强化了技术和队伍的培训工作，为以后煤炭工业的协调发展打下了坚实的基础。

　　经过改革开放40年的发展，我国煤矿实现了从普通机械化、综合机械化到自动化的跨越，并开始向智能化迈进。

　　煤矿智能化是非常复杂的巨系统，其总体架构包括8大智慧系统: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。当前全国建立了200个工作面智能开采系统。

　　我国“富煤、贫油、少气”的能源格局，决定了在未来很长一段时间内，煤炭仍将在我国一次能源消费中占据较例，主体能源地区很难动摇。而通过科技进步可以有效消除煤炭生产、利用环节的负效应，降低煤炭行业事故发生率，对提高煤炭行业整体发展水平作用明显。

　　存量煤矿进行改造实现全面智能化单矿一般需要投资5-10亿元。新建煤矿建设智能化系统需在传统机械设备投入的基础上增加30%。考虑到我国存量5000余座煤矿以及未来产能置换新建煤矿，煤矿智能化将打开煤机智能制造领域万亿级的市场。从上游智能化煤机制造企业的调研情况来看，当前供给端产能跟不上需求的增长，可以预见的是煤机智能制造将迎来一轮爆发性增长期。因此，智能化、机械化、无人化开采是我国煤炭发展的必经之路。

　　目前，在以“智能化”为核心的综采工作面开采技术方面，美国、德国和澳大利亚的煤炭企业发展较早，综采工作面智能化的研究取得了一定的成功，通过采用计算机技术、采煤机记忆截割技术、电液控制技术和变频软启动技术等，在地质条件好的中厚煤层实现了工作面3~5人的全自动化割煤，并探索实现工作面无人的智能化开采。

　　我国对煤炭智能化开采技术及装备的研究起步较晚，2007年才研制出首套国产电液控制系统，实现了对国外进口产品的替代，奠定了综采自动化系统国产化的基础。近10年来，我国加大了投入力度，国家、重点产煤省区和企业纷纷出台相关政策支持煤矿智能化建设。相关资料显示，2019年至今，国家煤监局、国家能源局，山西、河南、山东、贵州等省区，以及神华、陕煤、兖矿、平煤等重点企业纷纷出台了相关政策，大力推进煤矿智能化建设。到2021年，全国将建成多种类型、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。

　　我国煤矿工业机械化经过40年的发展，目前机械化程度已经达到78.5%，为煤矿智能化的发展奠定了良好的基础。但就算信息化发展比煤矿信息早了几十年的其他制造行业，到现在也只是实现单个车间、单个生产线的智能，也并未完全形成智能化管理体系，因此，北京大学博导毛善君曾说：“煤矿智能化建设不亚于卫星上天、蛟龙入海。”我们需要清晰的认识到中西方煤矿智能化的差距。

　　发展煤矿智能化不亚于攻克5G网络核心技术，因为煤矿智能化所涉及的面更广，它不但涉及到网络技技术，还涉及到采、掘、机、运、通、安全环境管理的方方面面，同时，由于井下环境的特殊性，行业应用成熟的技术到煤矿都有其不适应性，所以，煤矿智能化建设应该从理论的指导，到技术的突破，再到产品的定型，都有一个反复实践的复杂过程，这也是为什么国家8部委要求到2035年实现煤矿智能化了。

　　然而，从国家8部委下发《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》的通知仅仅半年时间，各类煤矿智能化仿佛如雨后春笋一样，遍地开花。我们常说：“看景，不如听景。”真正了解现场的都知道是怎么回事，举一个例子，年前，“煤矿机器人”炒的异常火热，从字面上理解“煤矿机器人”应该是一台科技含量很高的智能化融合体，然而，这些所谓的“煤矿机器人”在申办矿用产品许可证时，被国家相关部门定义为了“巡检装置”，“煤矿机器人”与“巡检装置”天壤之别，想想就知道与国家要求的煤矿智能化还有多大的差距了。

　　煤矿智能化建设是构建国家煤炭数字经济的基础，煤矿智能化大到国家对煤炭市场的宏观调控，小到煤矿对一个人、一台设备、一天生产的微观管控都都应在煤矿智能化体系里有具体的体现，可以说煤矿智能化就是一套点、线、面高度融合的有机体系，是以点带线、以线带面，牵一发而动全身的逻辑关联体系，所以，煤矿智能化体系的数据关联关系是支撑了煤矿智能化体系的关键，数据的唯一性和准确性是检验煤矿智能化建设的唯一标准。然而，我们看到一些所谓煤矿智能化平台，缺失恰恰是数据的唯一性和准确性，有这样一个平台，竟然出现了煤矿两天停产检修期间煤矿没有生产、没有产量、销售正常，而库存不减反增的怪事，从这可以看出平台连基本的逻辑关系都没有，你能说遍地开花的煤矿智能化又是什么？煤矿智能化技术已不是一个简单的煤矿自身问题，它是一个多学科的科技难题，煤矿智能化技术难题的科研攻关应该由国家相关部门牵头，进行统一顶层设计、统一技术规范要求，并组织科研团队进行攻关，破解这一难题。

　　而现在，凡是涉及到煤矿专业的院校及各家公司，对全国4600家煤矿进行地盘瓜分，他们没有统一的顶层设计、没有统一的技术规范要求，各自为战，这样，怎能实现煤矿智能化？又怎能实现煤炭数字经济发展？看看华为，集中了几万名的科技人员攻克5G网络关键底层核心技术，再看看“北斗导航、卫星研究、蛟龙入海”那一家不是集万余名的科技人员从底层数据研究开始，才有了领先于世界的功绩。煤矿智能化没有捷径可走，前面的道路荆棘坎坷，需要我们煤炭人不懈努力去攻克一道道技术难关，而不是谁的声音大，谁就能够占领煤矿智能化这个市场，也许你得一时之势，没有突破煤矿智能化的核心技术，去敷衍煤矿，那么，今后，你将会面临溃口决堤，一泻千里，失去煤矿对你的信任。

　　2019年，全国煤炭产量38.46亿吨，占世界煤炭产量的47.3%，其中地下开采比例高达85%，是世界上煤炭产量和地下开采占比最高的国家。据王国法院士介绍，我国煤矿巷道掘进的机械化程度约为60%，普遍存在采掘失衡、掘支失衡等问题，巷道掘进智能化尚处于起步阶段，主要表现在：掘进工作面空间狭小、作业工序复杂，掘、支、锚、运协同作业困难；截割与支护设备的可靠性、适应性有待提高；强干扰、高粉尘、狭长作业空间难以实现掘进设备的定姿、定位；智能化快速掘进相关技术与装备投入低，技术进步缓慢。同时综放工作面智能化放顶煤技术一直未能有效突破，智能化开采技术对复杂煤层条件的适应性差，综采设备群智能协同控制效果有待提升；工作面端头支架、超前支架智能化水平较低；工作面上各类传感器、摄像头等相关感知信息的有效利用率较低，工作面设备的智能决策能力有待提升。

　　井工煤矿发展智能化不同于露天，露天煤矿智能连续作业，可以采用大型剥离机、转载机、移动式带式输送机等大型装备，但在井工煤矿，尤其是像贵州这类地质构造复杂、单矿产能较低、煤层倾角大的煤矿，对于智能化设备的运用更需要因地制宜。

　　同样值得关注的是人才方面的问题。智能化人才培养涉及人工智能、信息通信等多个学科，技术更新速度快，学科交叉跨度大，相关高校在师资力量、配套教材、实验室建设等方面明显不足而且行业企业尚不能满足高校在校生的实习和实践需要，影响着智能化人才培养的水平和进度。

　　目前我国人工智能产业人才总量不足，高端数据科学家严重匮乏，煤炭企业人才流失严重，行业高等学校部分专业招生困难，煤矿采掘一线招工接替问题凸量。专业人才缺口巨大，严重影响着煤矿智能化的发展。

　　对此要大力养青年煤炭科技人才，科技工作者要自觉的投身基层、投身生产一线，从基层锻炼自己，锤炼意志和实践能力，要大力培养年轻的科技工作者，这是实现十四五时期煤矿智能化发展的一个重要支撑。

　　煤矿智能化建设需要较大的资金投入，但是一些效益较差的企业智能化发展资金不足，特别是短期收益不明显，影响企业投入的决心，主要表现在：(1)煤矿智能化投入整体强度仍然偏低，企业间差距较大；(2)煤矿智能化短期主要表现为安全效益，经济效益不显著；(3)智能化煤矿运营过程中形成的大量数据资源价值尚未得到充分挖掘；(4)缺少客观、专业、真实反映煤矿智能化投入与效益的评价方法。

　　国家煤监局从2015年开始抓煤矿“四化”（机械化、自动化、信息化和智能化）建设，专门开展了“机械化换人、机器人作业、自动化减人”科技强安专项行动。5月在陕西黄陵召开全国煤矿自动化开采技术现场会。2016年国家发改委将煤炭智能化开采列为重点研究方向，国家能源技术创新行动计划（2016—2030年）将煤矿智能化开采作为重点研发任务，明确提出2030年重点煤矿区基本实现工作面无人化开采。2018年7月国家煤监局在山西潞安集团召开“全国煤矿安全基础建设推进大会”。2019年1月，发布《煤矿机器人重点研发目录》，同年8月在世界机器会上，专门设立了煤矿机器人专题论坛。近五年来，国家发改委、煤监局一直在煤矿智能化领域做一些推进和尝试。

　　各产煤省、职能部门应正确认识我国发展煤矿智能化的趋势，并加以行动。结合自身实际情况，加快推进煤矿智能化进程。

　　山西省在全国率先颁布了《山西省智能煤矿建设指导规范》，出台了《山西省煤矿智能化建设实施意见》。

　　山西省选取了10个煤矿和50个综采工作面作为试点先行先试。全省已建成智能化矿井3处、智能化综采工作面66处、智能化掘进工作面6处。

　　山西省推动大数据、区块链、物联网、5G通信技术与煤炭产业融合应用，助力自动化向智能化转变，推动中国移动5G智慧矿山联盟在山西成立。在阳煤集团新元煤矿建成国内首座5G煤矿的基础上，同煤集团塔山煤矿等4个煤矿陆续实现了5G入井。山西焦煤斜沟煤矿实现了“一部手机一个APP”远程管控。全省已有179个煤矿主排水泵房、468个井下变电所、397部带式输送机实现无人值守。

　　同时，山西省大力推动科技研发创新。推动精英数智与华为、煤科院签署战略合作协议，共同研发建设“煤矿大脑”

　　面对煤矿灾害严重的实际，河南省委、省政府从2019年开始锚定煤矿智能化发展方向，破解安全发展难题。

　　《河南省煤矿智能化建设实施方案》《河南省煤矿智能化建设标准》《河南省煤矿智能化建设验收办法》相继出台，使全省煤矿智能化建设有章可循。在智能化采煤方面，先后建成了薄中厚不同煤层的智能化采煤模式；在智能化掘进方面，积极探索盾构技术和远程可视化控制技术；在机电运输方面，全面推广各类大型固定设备智能控制技术，652个固定场所和设备实现无人值守或远程控制；在示范煤矿建设方面，积极探索5G+采煤、5G+掘进等技术应用。

　　河南省加强资金支持，提高煤矿智能化建设项目配套资金额度；加强人才培养，做好智能化建设人才培训和人才储备工作；加强合作创新，推动河南理工大合组建智能开采研究院；加强指导服务，组织技术指导组深入煤矿企业解疑难、理思路。

　　通过“一优三减”和“四化”建设，河南省煤矿压减生产水平18个、采区29个、采掘工作面70个，80%以上正常生产煤矿实现“一井一面”或“一井两面”。煤矿用工大幅减少，智能化煤矿采煤区队作业人员由原来的140人至160人减少到60人以内，工作面人数由原来的25人至30人减少到9人以下。

　　针对地质条件复杂、适配性技术缺乏的问题，贵州省发布煤矿机械化开采、智能采掘2个技术榜单，制定了贵州智能煤矿建设管理规定，明确了煤矿智能化数据交换技术要求。

　　贵州省精心选择不同地质构造、不同井型、不同灾害级别的优强煤矿先行先建。目前，33处煤矿开展采掘智能工作面建设，5G技术成功在煤矿应用、煤矿企业与技术单位联合研发成功井下运输系统巡检机器人。

　　贵州省委、省政府主要领导亲自谋划推动，组建验收专家库，煤矿企业按照“一矿一策”编制安全和“两化”改造方案，形成多方联动协调推进煤矿机械化、智能化改造攻坚工作格局。贵州先后出台11个智能化发展和安全保障的政策文件，建立智能化全过程、全周期的政策体系；加大资金支持力度，探索财政资金引导、社会资金跟进的投贷联动机制，撬动银行100多亿元，带动煤矿企业投资300多亿元。

　　二、建立智能化煤矿建设标准与技术规范体系。规范智能化煤矿数据中心、主干网络、云平台、井下人员与设备定位、智能化地质保障系统、智能化掘进、智能化采煤、智能化主煤流运输、智能化辅助运输、智能化供电、智能化排水、智能化通风、智能化安全监测监控，制定智能化煤矿建设指南，为智能化煤矿建设提供标准指引。

　　三、研究应用5G+F5G+WiFi6的高效、高可靠性融合组网技术，研究5G等新一代无线通信技术在煤矿井下不同应用场景的可行性及应用前景，开展井上下5G应用场景研发与示范。研究煤炭板块云、数据中心建设技术，构建智能化煤矿知识图谱，为煤矿各系统的智能分析决策提供支撑。

　　煤矿智能化无人开采是煤炭工业的重大技术变革，是行业升级转型的重点内容与方向，无论是国家还是行业都给予了高度重视和大力支持，并进行了大量的理论与实际的探索与实践。根据相关数据记载，存量煤矿进行智能化改造一般需要投资5-10亿元/单矿，新建煤矿建设智能化系统需在传统机械设备投入的基础上增加30%，而根据我国现有存量及新建煤矿数量，预测煤矿智能化将打开煤机智能制造领域万亿级的市场。

　　但在煤炭智能化无人开采技术的实现道路上，仍然存在许多尚未解决的问题：目前的煤炭智能化无人开采仍然处于综采自动化结合可视化远程干预的半自动阶段；存在科技成果转化率低、重概念宣传轻实际应用以及面对各种复杂地质条件适应性差的现象。距离真正实现智能化、无人化、常态化应用尚且遥远，仍须在管理观念、投入力度、研发团队建设等多方面下大工夫。

　　相信随着先进制造、传感、计算科学技术等相关基础行业和科技水平的发展，煤炭智能化开采之路必将实现。