煤炭是我國一次能源中最經(jīng)濟(jì)、可靠的資源，煤礦智能化是實(shí)現(xiàn)煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐。國家發(fā)展改革委、國家能源局等八部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》后，煤炭行業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革和高質(zhì)量發(fā)展腳步逐步加快，人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)與傳統(tǒng)采礦專業(yè)深度融合，推動(dòng)了整個(gè)煤炭行業(yè)科技發(fā)展與工程應(yīng)用至新的階段。

一、我國智能化煤礦建設(shè)最新進(jìn)展情況

在2019年國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“數(shù)字煤礦及智能化開采基礎(chǔ)理論研究”的支持下，相關(guān)學(xué)者開展了煤礦智能化基礎(chǔ)理論的研究。通過構(gòu)建煤礦數(shù)字邏輯模型、多源異構(gòu)數(shù)據(jù)處理理論方法、復(fù)雜系統(tǒng)智能控制基礎(chǔ)理論、智能化煤礦系統(tǒng)性維護(hù)及智能化開采基礎(chǔ)理論體系，為煤礦智能決策、精確控制、可靠性保障奠定了理論基礎(chǔ)。

　　（二）初步建立煤礦智能化標(biāo)準(zhǔn)體系

　　（三）提出和實(shí)施分類分級智能化煤礦建設(shè)路徑

　　（四）形成較為成熟的智能化高效開采模式

　　（五）智能化煤礦建設(shè)示范取得成效

　　在“煤礦智能化技術(shù)最新研發(fā)成果”部分，王國法院士分別從智能化煤礦數(shù)字邏輯模型與數(shù)據(jù)推送策略、煤礦巨系統(tǒng)智能化架構(gòu)與協(xié)同機(jī)制、5G＋智能化煤礦系統(tǒng)及應(yīng)用場景、礦井4D-GIS地理信息系統(tǒng)系統(tǒng)、1.1m薄煤層硬煤大功率高效智能化開采成套技術(shù)與裝備、“掘錨一體機(jī)＋錨運(yùn)破＋大跨距轉(zhuǎn)載” 遠(yuǎn)程控制智能快速掘進(jìn)系統(tǒng)成套技術(shù)與裝備、智能通風(fēng)系統(tǒng)、井下鋰電池驅(qū)動(dòng)人車無人駕駛系統(tǒng)及智能調(diào)度系統(tǒng)、固定崗位無人值守系統(tǒng)9個(gè)方面做了詳細(xì)介紹。　

　　（一）井下車輛和機(jī)器人電動(dòng)化問題

　　（二）井下無線發(fā)射功率問題

　　解決途徑和展望：建議聯(lián)合防爆、無線通信、電磁波等相關(guān)領(lǐng)域的優(yōu)質(zhì)資源，集中開展針對電磁波防爆標(biāo)準(zhǔn)限值的基礎(chǔ)性研究，從防爆機(jī)理入手，對適用于爆炸性環(huán)境的電磁波防爆技術(shù)進(jìn)行相關(guān)理論研究及基礎(chǔ)試驗(yàn)研究，提出滿足煤礦井下防爆安全要求的無線射頻設(shè)備安全技術(shù)要求及評估與檢測方法，進(jìn)行針對性的全方位研究。

　　（三）5G煤礦應(yīng)用場景與生態(tài)問題

　　截至目前，各大煤礦已結(jié)合自身特點(diǎn)分別在基于5G技術(shù)的高清視頻傳輸、固定硐室巡檢、掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制、多傳感器接入與互聯(lián)等方面做了大量有益的探索。但5G技術(shù)在煤礦的應(yīng)用仍處于網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)層面；其次，針對5G煤礦應(yīng)用的場景關(guān)鍵技術(shù)和業(yè)務(wù)模式尚未突破；再者，相關(guān)軟硬件生態(tài)尚未形成，難以形成技術(shù)和應(yīng)用爆發(fā)點(diǎn)。

　　（四）“透明地質(zhì)模型”問題

　　目前透明地質(zhì)模型構(gòu)建存在高精度實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)探查技術(shù)與裝備、多源地質(zhì)數(shù)據(jù)融合與建模算法、透明地質(zhì)集成與共享軟件平臺等方面的制約；探查技術(shù)與裝備智能化、精準(zhǔn)化、實(shí)效性、共享性還無法滿足智能化采掘需求；透明地質(zhì)建模對于多源地質(zhì)數(shù)據(jù)的挖掘不充分，嚴(yán)重依賴于點(diǎn)數(shù)據(jù)的內(nèi)插，建模算法的區(qū)域適配性不足；透明地質(zhì)模型在與煤礦采掘系統(tǒng)集成應(yīng)用和數(shù)據(jù)共享方面仍缺乏有效的融合聯(lián)動(dòng)和實(shí)時(shí)互饋，地質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)缺乏動(dòng)態(tài)地質(zhì)信息支撐。

　　解決途徑與展望：①研發(fā)高精度隨鉆、隨掘和隨采動(dòng)態(tài)探查技術(shù)與裝備，實(shí)現(xiàn)采掘工作面模型實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新和預(yù)測預(yù)報(bào)；②研究礦井多源地質(zhì)數(shù)據(jù)融合技術(shù)，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)沉積規(guī)律優(yōu)化插值算法，充分利用地質(zhì)數(shù)據(jù)和適配算法構(gòu)建高精度多屬性地質(zhì)模型；③研發(fā)一體化透明地質(zhì)軟件平臺，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲、管理和融合；④采用優(yōu)化插值算法構(gòu)建高精度多屬性模型，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)探查數(shù)據(jù)與地質(zhì)模型的互饋，并與采掘系統(tǒng)深度融合聯(lián)動(dòng)和數(shù)據(jù)共享，實(shí)時(shí)提供并更新采掘截割軌跡及隱蔽致災(zāi)因素預(yù)測預(yù)報(bào)。

　　（五）智能巨系統(tǒng)兼容協(xié)同問題

　　煤礦智能化巨系統(tǒng)兼容協(xié)同制約因素主要表現(xiàn)為數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)尚未實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議兼容性差、業(yè)務(wù)系統(tǒng)兼容性較差、系統(tǒng)間協(xié)同控制兼容性差。

　　解決途徑與展望：①從全礦井設(shè)計(jì)出發(fā)，規(guī)范智能化煤礦數(shù)據(jù)中心、主干網(wǎng)絡(luò)等；②實(shí)行全面的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化；③網(wǎng)絡(luò)傳輸要具有強(qiáng)實(shí)時(shí)性，滿足智能系統(tǒng)長時(shí)可靠運(yùn)行的需求；④系統(tǒng)開放性，對于新建礦井，所選系統(tǒng)能夠支持多種開采裝備應(yīng)用程序的開發(fā)與部署。

　　存在的主要問題為采掘失衡、掘支失衡、裝備適應(yīng)性差。

　　解決途徑與展望：全面提高探、掘、支、運(yùn)、輔等各環(huán)節(jié)的自動(dòng)化水平，是智能化掘進(jìn)發(fā)展的重點(diǎn)。針對不同礦井和工作面條件，研究開發(fā)不同的設(shè)備配套模式，在設(shè)備選型前進(jìn)行專業(yè)化論證，提高技術(shù)適應(yīng)性；同時(shí)，需要不斷提升基礎(chǔ)工業(yè)水平，增強(qiáng)設(shè)備可靠性。

　　（七）采煤工作自動(dòng)調(diào)高與調(diào)直問題

　　針對工作面自動(dòng)調(diào)高的問題，難點(diǎn)不在于如何調(diào)高，而在于如何確定調(diào)高的依據(jù)和調(diào)高的策略。

　　解決途徑與展望：基于兩巷煤巖識別的截割曲線規(guī)劃或者調(diào)高控制策略研究是比較符合現(xiàn)場實(shí)際的解決方案之一。目前待發(fā)展的技術(shù)主要有回采煤層地質(zhì)體三維物探原理與技術(shù)、三維地質(zhì)精細(xì)建模技術(shù)、基于三維地質(zhì)精細(xì)模型的工作面自動(dòng)調(diào)高策略等。同時(shí)急需研發(fā)精度可控、常態(tài)可靠的推移執(zhí)行機(jī)構(gòu)和反饋測量傳感裝置。

　　（八）無人操作系統(tǒng)常態(tài)化運(yùn)行可靠性問題

　　目前研究的痛點(diǎn)問題主要包括傳統(tǒng)傳感器使用受限、設(shè)備可靠性相關(guān)傳感手段單一、缺乏故障特征樣本等。

　　解決途徑與展望：煤礦智能化系統(tǒng)可靠性技術(shù)架構(gòu)包含了物理設(shè)備層、信息采集層、數(shù)據(jù)處理層和模型應(yīng)用層。物理設(shè)備層包括采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)、掘進(jìn)機(jī)等設(shè)備，信息采集層包括數(shù)據(jù)采集與傳輸；數(shù)據(jù)處理層包括數(shù)據(jù)清洗、特征提取及結(jié)果存儲等；模型應(yīng)用層包括健康狀態(tài)評估、剩余壽命預(yù)測、維護(hù)決策等。

　　（九）ABCD＋煤礦技術(shù)體系問題

　　（十）柔性煤炭生產(chǎn)供給體系問題

　　主要問題為調(diào)節(jié)空間受限、影響煤炭企業(yè)正常生產(chǎn)工序、影響煤炭企業(yè)總收入、煤礦安全隱患增加等。

　　這項(xiàng)研究得到了國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目、中國煤炭科工集團(tuán)科技專項(xiàng)重點(diǎn)資助項(xiàng)目的資金支持。

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