能源利用

2024中国贵州国际能源产业博览交易会于6月20日在贵阳国际会议展览中心开幕，其中设立的“煤矿智能化技术装备展”格外引人注目。煤矿从业者总是给人一种豪放、粗犷的印象，似乎与智能化不沾边。可是，当智能化的黑科技与“采煤”相遇，会碰撞出怎样的火花呢？且听“煤”说“智”言！

01 那些智能采煤“黑科技”

▶无人的智能采煤机

当大多数人沉浸在路遥笔下煤矿工人脏苦累、强度大、风险性高的固有印象时，如今在深邃的百米地下，采煤机刀头飞旋，有条不紊地截割煤壁，在采煤工作面却看不到一个人。

国家能源集团神东煤炭的神东大柳塔煤矿的采煤工作面，由全自动液压支架支撑（来源：新华社）

这都是无人智能综采技术的功劳。以往“黑黢黢”的采煤技术员可以西装革履地坐在干净整洁的智能化调度控制中心，轻点“一键启动”，几千米以外的地下采煤机就飞速旋转起来，采煤机记忆截割、液压支架自动跟机、刮板输送机自动推移，“三机设备”默契配合，大块“乌金”从煤壁剥落，通过刮板运输机和输煤皮带源源不断地来到地面。

▶无形的电子围栏

看过西游记的人都知道，孙悟空每次出去化斋之前都要给唐僧画一个圈，以保证他的安全。而在百米深的采煤一线，也会给我们煤矿工人师傅们画个圈，这个圈就是煤矿的井下电子围栏，又称人员接近防护系统，广泛应用于掘进工作面、煤仓、密闭墙、带式输送机等井下关键危险区域的安全预警。

当井下有人接近预警危险区域时，系统会自动发出声光报警提示并触发装备停机，从而最大限度保证井下作业人员的生命安全。

▶无人驾驶的拉煤车

当近年来路面无人驾驶汽车测试如火如荼的时候，百米深的露天采矿场，无人驾驶矿卡与电铲远程操控技术早已司空见惯：3000米外的远程控制室内，驾驶员通过5G网络传输的操作信号，精确控制着设备的每一个动作；盘山公路上，无人驾驶的卡车满载着黑亮的煤炭井然有序地自动运输。无人驾驶不仅降低了不规范作业造成的车辆维修、油耗高、胎损等成本，同时规避了人员伤亡事故，真正实现了生产作业的本质安全。

2019年中国国际矿业大会上展示的无人驾驶矿车模型（来源：视频截图）

▶七十二变的智能矿灯

矿灯是煤矿工人井下通行作业的“照明”必备武器。近年来，随着煤矿智能化矿井升级建设，矿灯可不止管“照明”了，而是融入了以智能穿戴为核心的物联网平台，华丽转型为集定位、视频、无线通信、环境监测等多功能于一体的“N合1”智能矿灯。

通过移动通信技术，地面人员可通过矿灯直接查看井下视频、环境参数、位置信息、矿工井下实时工作情况，真正做到一灯在手，下井不愁。而在出矿后，矿灯的充电工作也可直接通过虹膜识别技术交给智能矿灯充电柜。

02煤矿智能化的技术瓶颈

煤矿智能化需要地质勘探、无线探测感知、无线通信、电气自动化等多学科的共同努力和长期合作，现阶段，仍有一些技术瓶颈与堵点需要突破。

▶井下通信问题

不同于地面信息的传输，矿井下的通信面临高温高压高湿等恶劣环境与严格防爆的安全要求，此外还有传播距离远、穿透能力强、信号延迟短等严苛技术要求。

从总体上看，目前5G技术在煤矿的应用仍整体处于网络改进层面，应用场景关键技术和业务模式尚未突破，应用软件兼容性、安全性和可靠性难以得到保障，难以形成技术和应用爆发点。

矿井工作人员展示可通过手机实时查看井中各项指标（来源：新华社）

▶透明地质模型问题

在目前探测技术下，我们还无法完全切实掌握煤矿井下地质体的三维形态和容貌，即井下地质体的三维模型与形态尚不能充分建立。近年来，虽然我国在透明地质建模取得了一系列理论成果及实用技术，但在地质模型与实时动态探查数据融合方面还有诸多障碍，探查技术与采矿装备智能化、精准化、实效性还有差距，这些都在一定程度上制约了煤矿的采矿智能化。

▶系统兼容协同问题

煤矿生产系统是一个典型的复杂巨系统，涉及采、掘、机、运、通等各业务系统，子系统具有种类繁多、数量庞大、层次多等特点。因此，智能化煤矿需要建设基础应用平台、掘进系统、开采系统等近百个子系统，并且需要考虑不同系统之间的数据、网络、业务和控制兼容问题，从而形成在开拓、采掘、运通、分选、安全保障、生产管理等全过程智能化运行的智慧煤矿。然而目前，煤矿智能系统仍存在数据标准不能统一、网络通信协议兼容性差、业务系统兼容与协同控制性差等技术瓶颈。

03煤矿智能化的未来技术展望

未来，随着新一轮煤矿科技革命和数字革命，人工智能、区块链、云计算、大数据技术日新月异。通过集聚不同生产模式、不同地质条件煤矿生产和作业数据，深度整合数据信息与应用场景，形成集数据采集、信息萃取、价值传递为一体的完整链条，将成为破解煤矿智能化开采的不二法门。为了达成这一目的，我们需要：

塔山煤矿调度指挥中心内，井下工作时的各类数据显示在监控屏幕上。（来源：新华社）

1、构建开放的大数据平台，系统整合煤矿各流程数据，提供统一专业开放的数据服务；

2、构建煤矿数据治理与管理体系，对煤矿主数据、元数据、业务数据进行全生命周期管理，从而实现煤矿数据管理与应用；

3、建设综合性煤矿行业云平台，通过构建多元数据模型，真正实现采矿的智能化、自动化、无人化！

参考文献：

[1]王国法.煤矿智能化最新技术进展与问题探讨[J].煤炭科学技术, 2022, 50(1):27.

[2]杨沐岩. “电子围栏”如何护好煤矿安全[N].中国能源报, 2024-04-22 (015).

[3]张潇. 平庄煤业智能化综合管控平台建设 [J]. 工矿自动化, 2023, 49 (S1): 7-11.

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