作者王公法肖像画。

　　在新疆准东宜化五彩湾一号矿控制室，工作人员对矿区车辆运输状况进行动态监管。

　　矿业是人类社会繁华成长弗成或缺的基本家当。从石器时代到工业革命，再到信息时代，每一次文明的跃升都离不开矿产资本的支撑。正如英国地质学家查尔斯·莱尔所言：“人类的汗青，就是一部矿产资本的开辟史。”

　　然而，现代矿业开辟面对各类复杂科学技巧难题和天然情况的挑衅，正所谓“登天轻易，入地难”，跟着浅层资本慢慢枯竭，深地、深海、复杂地质前提开采成为必定选择。传统的粗放式矿山开辟模式难以知足安然、高效和绿色的开辟请求。在此背景下，数智技巧加快与矿山开辟技巧深度融合，正推动矿业从人工功课向无人化智能开采跨越，开启超等矿山的壮美图景。

　　笔者作为煤炭无人化开采数智技巧全国重点实验主任，不仅见证了中国在聪明矿山范畴日新月异的技巧变革，并且带领科研团队为推动矿业数智化过程作出了应有的供献。多年来，我与团队成员致力于煤炭无人化开采理论和技巧立异研究，建立了煤矿智能化技巧体系架构并使其赓续完美，取得了关键设备研发冲破，实现了从跟跑到领跑的重大年夜跨越，推动了智能化煤矿示范扶植模式立异。

　　从经验驱动到数智驱动

　　中国矿产资本禀赋以深地资本为主，煤炭、金属矿产埋深跨越1000米的占比达60%以上。例如，湖南万古金矿田在2000米深度探获黄金资本量超300吨，新疆哈密发明10亿吨级铁矿，贵州探获6.5亿吨特大年夜型磷矿，华东华北等地区1000米以深煤炭资本丰富。深地开辟是资本保障的刚需，更是国度能源安然的核心计谋。然而，深地开采面对高地应力、高温、高瓦斯、强突水等极端情况，传统开采技巧无法知足深地资本安然、高效、绿色开采请求，急需技巧立异支撑深地资本开辟计谋实施。

　　全球矿业正加快向“高端化、智能化和绿色化”转型。德国提出“矿业4.0”，澳大年夜利亚履行“将来矿山筹划”，美国加快矿业数字化和智能化成长，中国则将聪明矿山列为“十四五”重点工程，《能源技巧革命立异行动筹划（2016—2030年）》提出, 到2030年实现煤炭智能化开采, 重点煤矿区根本实现工作面无人化。其核心是经由过程5G、AI、数字孪生等技巧，实现矿山全流程主动化运行、数据驱动决定计划和绿色高效安然临盆。例如，陕煤黄陵一矿和国度能源神东榆家梁煤矿，经由过程智能化扶植，实现工作面常态化无人开采，打造了全球无人化开采样板；新疆南露天煤矿和华能伊敏露天矿等周全实现矿卡无人驾驶全主动高效运行。

　　煤炭是中国主体能源和重要工业原料。自上世纪80年代以来，经由过程推动煤炭综合机械化，促进了行业的周全技巧进步，实现临盆力的巨大年夜进步，安然临盆面孔根本改变。今朝，煤炭仍占我国一次能源临盆量的67%和花费的56%，其干净高效应用是新型能源体系扶植的关键。中国工程院研究注解，经由过程超低排放技巧，燃煤电厂污染物排放已低于天然气电厂；而智能绿色开采则让煤炭成为可干净高效应用的“最安然、最经济”的能源选项。例如，山能兖矿金鸡滩煤矿和陕煤小保当煤矿，经由过程智能化扶植和数智技巧的立异应用，赓续冲破超高采高、超长工作面、超高效力指标，引领世界煤炭开采技巧成长。

　　实现理论与技巧立异

　　煤矿智能化是涉及多体系、多层次、多专业、多范畴互相匹配融合的复杂巨体系。我们团队多年来紧紧环绕煤矿数字化基本理论、煤炭无人化掘采运技巧、深部煤矿设备智能化技巧等3个方面，开展煤炭无人化开采基本理论和前沿工程技巧研究。

　　将来超等聪明矿山的愿景是，实现矿山全时空多源信息及时感知，安然风险双重预防闭环管控；全流程人—机—环—管数字互联高效协同运行，临盆现场全主动化功课和无人化开采。矿山职工有更多获得感、幸福感，矿山企业能创造更大年夜价值。

　　在数字煤矿聪明逻辑模型与跨体系全时空信息感知道理方面，我们经由过程分析解构煤矿复杂巨体系, 描述出煤矿数据层次、流向和接洽关系关系, 建立煤矿井下跨体系全时空感知体系总体框架。在此基本上, 我们提出了信息实体之间交互、融合、联想、衍活力制和虚实映射机理和基于常识需求模型的信息实体主动匹配与推送策略；构建了基于开采行动猜测推理的聪明逻辑模型进化机制, 形成了聪明煤矿信息框架模型, 为深层次梳理聪明煤矿海量信息接洽关系关系供给有效办法。

　　在智能开采设备群全局最优筹划和分布式协同控制办法方面，我们经由过程分析开采情况与临盆体系耦合关系, 建立综采设备群全位姿坐标变换及驱动关系模型，提出了开采设备群全局最优筹划办法, 将其归结为二次积分模型的最优解问题，给出了液压支架群组协同控制、同时推敲情况干扰和传感器数据时延特点的分布式协同控制办法, 为实现煤矿数据的逻辑推理、智能决定计划和协同控制供给了基本理论和关键技巧支撑。

　　在智能开采体系健康状况评价、寿命猜测与保护决定计划机制方面，我们经由过程构建开采体系设备群健康状况辨识与评估模型库、建立煤机设备健康状况评估指标体系和健康状况评估办法, 实现煤机健康状况高精度评估，提出了综采设备多工况下残剩寿命数据驱动猜测办法, 构建了推敲煤矿保护安然与保护成本的多目标决定计划优化模型, 实现了设备临盆筹划和保护过程的优化决定计划, 有效下出世产成本和停机率；经由过程煤矿数据感知道理、整体逻辑模型、智能控制办法和运维决定计划机制的研究, 为全部煤矿智能化扶植供给理论指导与技巧落地支撑。

　　张武昌绘

　　建立煤矿智能化总体架构

　　经由过程深刻研究，我们建立了煤矿智能化总体架构，明白了煤矿智能化运行各子体系的构成、核心功能和运作模式；建立了各子体系间的数据传输机制和逻辑接洽关系, 形成了一套物理对象与逻辑关系信息同一表达和处理的顶层设计架构，制订了智能化煤矿的技巧标准体系框架, 涵盖总体设计、术语定义、运行治理规范等方面。

　　特别值得一提的是，我们在数据的同一表达和处理方面, 确立了数据描述规范, 包含数据元素属性、标识符、定名规矩、核心元数据等内容, 确保数据交互的有效性和一致性；建立同一的数据通信标准, 实现多源异构感知数据的集成和融合, 打通数据感知和智能应用之间的樊篱。

　　经由过程安排矿级私有云软硬件构架、扩大及与混淆云体系, 我们确保体系的高可用性和扩大性；构建高效的数据治理体系和数据仓库, 包管数据的一致性和完全性；开辟煤矿大年夜数据主数据治理体系及数据仓库, 实现了数据的清洗、转换和加载；制订了数据共享和交换的标准, 促进不合体系之间的数据互通。经由过程研究基于微办事架构的组态化平台扶植, 构建了灵活、可扩大的智能化煤矿平台架构, 支撑多体系的集成和协同工作；研发煤矿多信息协同治理及设计体系, 开辟多信息协同治理平台, 实现了信息的集中治理和高效应用；研究煤矿临盆监控子体系与综合管控平台的融合与迁徙, 给出现有临盆监控子体系的腻滑迁徙和融合筹划, 确保了体系的无缝对接。

　　我们构建了以万兆网为骨干, 混淆无线高速接入的超宽带、强及时矿用通信收集, 创成了高速通信+井下物联的煤矿综合信息采集、传输平台, 为聪明煤矿的靠得住通信和信息采集供给了基本；以开放办事体系为基本架构, 建立了井下无线超宽带定位体系, 为井下动目标跟踪、胶轮车治理等应用供给高精度、大年夜容量的及时地位办事。

　　我们赓续完美工作面智能化和无人化开采体系, 进级基于TSN（时光敏感收集）综采协同控制体系、工作面主动调直工艺与技巧设备、端头与超前支护、运输体系调和联动与同步推动技巧等，实现综采设备姿势的周全感知和综采设备群的自立协同运行、无人控制协同推动, 达到工作面和超前区域无人操作目标。

　　（作者王公法为中国工程院院士、煤炭无人化开采数智技巧全国重点实验室主任、中国煤炭科工集团首席科学家、煤矿智能化工作委员会主任、煤矿智能化立异联盟理事长、中国主动化学会聪明矿山专业委员会主任，获国度科技进步奖一等奖1项、二等奖5项和三等奖1项）

　　针对高强度开采前提下, 涌水、煤尘和冲击地压等复合灾害隐患, 我们研发了新一代安控体系，保障对工作面智能开采和人员安然。建立水害智能监测、采动应力监测、智能通风、智能防降尘体系、智能防灭火体系、安然监控等7项安然感知体系, 冲破监控设备数字化、智能化以及高靠得住性难题, 监控数据上传时光缩短至毫秒内, 井下实现多体系融合与应急联动。以监控设备智能化、微型化、低功耗、自供电、自定位、标准化为目标, 以智能感知、地位办事、边沿计算、云计算应用为平台, 打造矿山类全坐标体系地位办事和一体化矿山物联网两大年夜智能化基本体系, 实现各类数据的态势分析、超前猜测和报警、自立智能控制, 为灾害的多维度、全方位、精准感知和智能管控供给决定计划根据。

　　采取煤流智能控制体系、巡检机械人等进技巧, 我们实现了主煤流体系协同联动、异常状况应急处理等功能, 有效削减主运输体系功课人员, 确保持续、安然、稳定运输, 高低游皮带参数优化和总体运力优化, 进行自立变频调速。基于井下精准地位办事体系建立帮助运输车辆智能治理及综合调剂体系, 建立5G+管控平台+物流体系融合的帮助运输治理体系, 提出与GIS体系融合的同一车辆调剂优化筹划, 开辟井下主动驾驶功能的智能车辆, 初步实现长途控制, 无人驾驶、长途故障诊断、大年夜数据调剂治理等新的物流配送模式, 大年夜幅晋升煤矿帮助运输安然保障程度。立异研发了运输机械人技巧、防爆高等驾驶帮助技巧、煤矿智能物流技巧、高等检测技巧。

　　我们研发推广应用井下固定岗亭包含水泵房、变电所、井筒等无人值守体系，研发了泵房智能巡检机械人、主变电所智能巡检机械人、井筒罐道智能安监机械人、绳轨式回风立井智能安监机械人等系列智能巡检机械人, 解决井下固定场合智能巡检难题。我们在机械人上安装红外温度检测传感器、有害气体传感器、风速传感器、高清图像采集装配等, 并将信息上传至同一平台, 实现固定岗亭信息的及时感知与预警。

　　我们研发了主动化钻锚一体化智能化巷道快速掘进体系, 简化掘进支护工艺, 大年夜幅晋升支护效力；冲破掘进机激光、倾角传感器、惯导组合的导航技巧与装配, 实现掘进设备准肯定位；开辟长途虚拟三维集控平台, 实现掘进过程的长途集中展示和控制。

　　我们以智能无人选煤厂为总体目标, 实现选煤厂主动感知、主动分析、快速处理, 无人、少人值守的订单化临盆治理；研发应用智能辨认、智能重介、智能加药、智能压滤、智能巡检、智能视频辨认、临盆治理履行体系；开辟选煤厂临盆与设备物联信息体系、选煤厂设备智能考验与检修体系、流媒体通信体系、选煤厂移动可视化协作平台等智能选煤厂相干产品, 实现选煤设备智能运行与运维、状况智能监测、过程智能控制、工艺参数智能设定等。

　　兼顾推敲煤矿的水资本应用，我们把全矿井的三大年夜水体系纳入一个管控体系，建立以大年夜数据分析和云计算为基本的煤矿水处理智能管控平台, 支撑基于智妙手机的移动端应用, 实现对煤矿水处理各单位数据的及时监测、动态调控和及时预警, 为治理层的决定计划供给技巧根据。

　　促进示范扶植模式立异

　　2019年，笔者与业内专家一路提出《加快煤矿智能化成长的建议》，为国度有关方面供给决定计划参考。2020年2月，国度成长改革委等八部分结合宣布《关于加快煤矿智能化成长的指导看法》，提出了加快煤矿智能成长的分阶段目标、义务和技巧路径，推动全国煤矿智能扶植进入快速成长阶段。

　　针对临盆型煤矿智能化扶植面对子体系浩瀚、架构不一致、协定不同一、数据不集中等难题，我们在陕煤集团张家峁煤矿率先开展临盆型矿井周全智能化扶植, 以解决“同一全矿井信息感知、传输和控制”和“临盆链一体化智能决定计划”两类问题为出发点, 以同一智能管控体系为核心, 以泛在收集和大年夜数据云平台为手段, 基于“全局优化、区域分级、多点协同”控制模式, 形成了覆盖临盆、生活、办公、办事各个环节的聪明、便捷、高效、保障的煤矿综合生态体系。

　　在延长矿业巴拉素煤矿实施新建煤矿智能化体系扶植中, 我们聚焦平台、数据和场景, 立异提出新建矿井顶层架构与管控体系, 建立以5G收集为核心的高速数据传输网, 实现安然监控、人员及帮助运输高精地位办事、融合通信等多义务场景数据同一高速传输；研发煤矿采—掘—运临盆链分布式协同控制体系, 直接和多个临盆履行子体系进行对接, 实现上层软件平台对基层设备的垂直控制；研发采取高靠得住性持续稳定采掘设备, 建成切切吨级智能少人工作面、千米级智能快掘体系群, 实现采掘均衡；开辟了煤矿情况感知与安然管控“全—智—联”多灾害融合监控装配及体系, 实现全矿井安然监测、超前猜测和报警。

　　针对煤矿井下帮助功课情况复杂、防爆请求高、用人多、效力低、标准化程度低、安然风险高等问题, 我们在陕煤集团柠条塔煤矿开展智能化煤矿机械人集群研发应用，研究帮助功课机械人定位导航、自立移机、智能感知、精准控制等关键共性问题, 重点攻关井下帮助功课类机械人, 集成应用成熟机械人设备, 研发智能化煤矿综合管控与机械人协同调剂的一体化平台, 形成集群效应, 推动全矿井、全环节、全过程的智能化运行。

　　到过现代先辈矿山的人往往被面前的场景所震动：地下机械自立运行，地面工作人员像写字楼里的白领一样工作着，采煤不见煤，地下煤炭等资本源源赓续地经由过程封闭的运输体系输送到用户端……

　　重塑矿业文明范式

　　现代绿色聪明矿山开辟重视与生态情况调和成长，在采矿的同时进行生态保护和修复。矿业开辟投入了大年夜量资金，也产出了巨额财富，促进了资本地区的社会经济成长，大年夜幅度增长了生态治理的投入才能，内蒙古鄂尔多斯和陕北榆林煤田开辟30多年来生态情况明显向好变更，把往日的毛乌素戈壁变成了桃红柳绿的绿洲，这是煤炭开辟促进地区绿色成长的有力证实。

　　从上世纪80年代的综合机械化，到今天的无人化开采，中国矿业用40年走完了西方百年的技巧过程。站在新起点上，数智技巧正在重塑矿业文明范式。将来超等矿山将是数智技巧驱动的“资本—能源—生态”聪明综合体，在这条征途上，无人化开采已从几代矿工的妄图变成实际，超等矿山的将来出现出无比壮美的气候。

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