1.1 智慧礦山是什么？

智慧礦山，是指基于現(xiàn)代煤礦智能化理念，將物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、自動控制、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、機器人化裝備等與現(xiàn)代礦山開發(fā)技術(shù)深度融合，形成礦山全面感知、實時互聯(lián)、分析決策、自主學(xué)習(xí)、動態(tài)預(yù)測、協(xié)同控制的完整智能系統(tǒng)，實現(xiàn)礦井開拓、采掘、運通、分選、安全保障、生態(tài)保護(hù)、生產(chǎn)管理等全過程的智能化運行。

通俗的講，智慧礦山與傳統(tǒng)煤礦就像智能手機和普通手機，智能汽車（無人駕駛）和傳統(tǒng)汽車。以無人駕駛為例，通過“地圖+規(guī)劃+預(yù)測”結(jié)合“大數(shù)據(jù)平臺+人工智能”可以實現(xiàn)信息化，通過“控制+定位”結(jié)合“機器學(xué)習(xí)+仿真訓(xùn)練”可以實現(xiàn)智能化駕駛。智慧煤礦也是在現(xiàn)有煤礦基礎(chǔ)上開發(fā)應(yīng)用各種新技術(shù)、不斷發(fā)展完善新理念實現(xiàn)煤礦智能化。

普通煤礦如何發(fā)展成智慧煤礦，一是需要智能系統(tǒng)基站、遠(yuǎn)端控制平臺等基礎(chǔ)建設(shè)；二是需要煤機等裝備智能化改造或購置；三是需要交互式信息平臺、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)平臺等軟硬件建設(shè)；四是需要各子（分）控制系統(tǒng)和控制技術(shù)的相互銜接與融合，如綜采子系統(tǒng)、綜掘子系統(tǒng)、安全子系統(tǒng)、提升子系統(tǒng)等融合形成整個礦山的智能化成套控制系統(tǒng)。

智慧礦山的主要特點：

智慧礦山的顯著標(biāo)志就是“無人”，就是開采面無人作業(yè)、掘進(jìn)面無人作業(yè)、危險場所無人作業(yè)、大型設(shè)備無人作業(yè)，直到整座礦山無人作業(yè)。整個礦山的各個方面都在智慧機器人和智慧設(shè)備下操作完成。

智慧礦山情景邏輯

西方發(fā)達(dá)國家從上世紀(jì)90 年代就開始研究智能開采技術(shù)，尤其是加拿大、美國等國家，為取得在采礦工業(yè)中的競爭優(yōu)勢，曾先后制定了“智能化礦山”和“無人化礦山”的發(fā)展規(guī)劃。

加拿大國際鎳公司從20 世紀(jì)90 年代初開始研究自動采礦技術(shù)，擬于2050 年在某礦山實現(xiàn)無人采礦，通過衛(wèi)星操縱礦山的所有設(shè)備，實現(xiàn)機械自動采礦；美國1999 年對地下煤礦的自動定位與導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行研究，獲得了商業(yè)化的研究成果；2008 年，力拓集團(tuán)就啟動了“未來礦山”計劃，部署了圍繞計算機控制中心展開的無人駕駛卡車、無人駕駛火車、自動鉆機、自動挖掘機和推土機，2018年底，力拓批準(zhǔn)投資26 億美元，在西澳洲打造首個純“智能礦山”項目；2018 年，英美資源集團(tuán)啟動“未來智能礦山”計劃。

海外大型礦山公司已經(jīng)布局智慧礦山：力勁集團(tuán)于2018年底決定投資26億美元將Koodaideri鐵礦項目打造成全球首個純智能礦山；2018年英美啟動“未來智能礦山”計劃，采用機器人、虛擬技術(shù)、智能傳感代替人工。

全球十大礦業(yè)公司基本信息

十大礦業(yè)公司2010-2019年合計營業(yè)收入變化

十大礦業(yè)公司2019年綜合凈利潤變化

（1）煤礦機械化程度逐年提升

我國從上世紀(jì)70 年代引進(jìn)綜采綜掘設(shè)備，80 年代推行綜合機械化開采，到自行研制大型煤礦機械 裝備，實現(xiàn)了煤機裝備國產(chǎn)化，煤機裝備制造位于世界領(lǐng)先行列。煤機主要包括掘進(jìn)機、采煤機、刮板運輸機、液壓支架等。截止2018 年，全國采煤機械化程度達(dá)到78.5%，相比1978 年的32.3% 顯著提升。 

高可靠性采掘裝備是實現(xiàn)工作面自動化、智能化開采的基本保障?！笆晃濉币詠?，國產(chǎn)大型煤機裝 備發(fā)展迅速，攻克了一系列制約煤機裝備發(fā)展的技術(shù)瓶頸，逐步建立了采、掘、運、支成套裝備， 成功研發(fā)了成套系列化國產(chǎn)煤機裝備，采煤機裝機總功率達(dá)到近3000kW，截割功率達(dá)到1150kW， 截割高度突破8.8m，生產(chǎn)能力達(dá)到4500t/h，達(dá)到世界領(lǐng)先水平。

（2）煤礦采煤自動化逐步升級

為了滿足煤礦開采技術(shù)要求，必須運用電氣自動化控制技術(shù)對采煤機性能進(jìn)行相應(yīng)改良，從傳統(tǒng)的機械采煤機逐步形成自動化控制程度更高的滾筒式采煤機。隨著電氣自動化技術(shù)的不斷更新，在機械設(shè)備的操控方面，電液控制技術(shù)不斷發(fā)展。采煤自動化技術(shù)在煤礦企業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，不僅可提高煤炭企業(yè)自身的生產(chǎn)效率，也減少人工成本。

（3）煤礦智能化是循序漸進(jìn)的過程

智慧煤礦逐步由單個系統(tǒng)智能化向多系統(tǒng)智慧化方向發(fā)展，建立“感知→互聯(lián)→分析→自學(xué)習(xí)→預(yù)測→決策→控制”的基本運行框架，初步形成空間數(shù)字化、信息集成化、設(shè)備互聯(lián)化、虛實一體化和控制網(wǎng)絡(luò)化的智慧礦山。智能化管控平臺在大數(shù)據(jù)技術(shù)的支持下可以對整個礦山運行的狀況進(jìn)行分析，并通過互聯(lián)網(wǎng)上傳到云平臺，但真正做到云計算、達(dá)到為生產(chǎn)決策和管理服務(wù)還需進(jìn)一步突破數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、分布式計算等核心技術(shù)。

煤礦開采技術(shù)逐步升級

煤礦機械化產(chǎn)品逐步升級

1.4 新基建將助力智慧礦山

中共中央政治局常務(wù)委員會3月4日召開會議提出要加快5G 網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)度。隨后，各地政府紛紛出臺了大規(guī)模的新基建投資計劃?？梢灶A(yù)見，以5G 網(wǎng)絡(luò)、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)中心等為代表的新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)將明顯提速，并成為我國新一輪經(jīng)濟增長的新動能。

我們認(rèn)為，新基建發(fā)展提速將促進(jìn)我國煤炭行業(yè)加速轉(zhuǎn)型升級，為煤炭行業(yè)智能化發(fā)展提供良好機遇。新基建提到的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)中心、5G 基站建設(shè)、人工智能等將極大提升煤炭行業(yè)智能化水平。

新基建包含的七大領(lǐng)域中四大領(lǐng)域與煤炭相關(guān)

《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》提出，到2035 年，各類煤礦基本實現(xiàn)智能化，構(gòu)建多產(chǎn)業(yè)鏈、多系統(tǒng)集成的煤礦智能化系統(tǒng)，建成智能感知、智能決策、自動執(zhí)行的煤礦智能化體系。目前，煤炭智能化開采還處于示范階段，適用于條件較好的工作面，隨著技術(shù)水平的提升，未來10-20 年內(nèi)或?qū)⒋蠓秶鷳?yīng)用。

存量煤礦改造市場規(guī)模上萬億：根據(jù)平煤集團(tuán)智能化改造實踐，單個煤礦投資約2 億元，在整個投資中的比例分為三部分：基礎(chǔ)設(shè)施占10%，集成平臺占10%，刮板機、運輸?shù)仍O(shè)備類投資占80%。目前，全國煤礦數(shù)量超過5000 處，整體投資規(guī)模將達(dá)到上萬億，其中智能設(shè)備市場約8000 億，與智能化相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施、集成平臺市場約2000 億。

新建單個千萬噸級煤礦投資10 億元：除了存量煤礦的智能化改造，新建煤礦可以實現(xiàn)從頂層設(shè)計-施工建設(shè)-運行維護(hù)一體化，從一開始就最大程度解決智慧礦山可能遇到相關(guān)問題，較為徹底的實現(xiàn)智能化開采。2020 年4 月，天地科技開采設(shè)計事業(yè)部將與陜西延長石油巴拉素煤業(yè)有限公司合作新建智能化示范煤礦（千萬噸級礦井），該項目研究、設(shè)計及部分系統(tǒng)建設(shè)經(jīng)費近5000 萬元，礦方后期配套智能系統(tǒng)建設(shè)總投資10 億元。

智慧礦山可以應(yīng)用到非煤礦山、智慧城市等領(lǐng)域。在非煤礦山方面，全國還有3 萬多座，非煤礦山的風(fēng)險程度不亞于煤礦，智能化發(fā)展具有較大需求。在智慧城市方面，天地科技重慶研究院已經(jīng)將智慧安監(jiān)系統(tǒng)應(yīng)用到智慧城市領(lǐng)域。

2.1 智慧礦山已經(jīng)列入重點支持方向

煤炭智能化開采是國家重點支持的能源技術(shù)創(chuàng)新方向之一。2016 年6 月1 日，國家發(fā)展改革委和國家能源局對外發(fā)布《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃（2016-2030 年）》行動計劃，明確了能源技術(shù)創(chuàng)新的15 個重點任務(wù)：一是煤炭無害化開采技術(shù)創(chuàng)新。2030 年實現(xiàn)智能化開采，重點煤礦區(qū)基本實現(xiàn)工作面無人化，全國煤礦采煤機械化程度達(dá)到95%以上。

截止2019 年底，智能開采已在國內(nèi)主要的產(chǎn)煤地區(qū)進(jìn)行試驗和生產(chǎn)，先后在兗礦、神東、寧煤、中煤、陜煤、同煤、陽煤、平煤、晉煤、峰峰等礦區(qū)的200 多個工作面進(jìn)行了應(yīng)用。天地科技智能化開采技術(shù)應(yīng)用于國內(nèi)第一座智能煤礦，首次研制的綜采成套裝備智能化系統(tǒng)在黃陵一礦推廣應(yīng)用，實現(xiàn)了“工作面有人巡視，無人操作；順槽可視化控制，地面遠(yuǎn)程割煤”；工作面生產(chǎn)作業(yè)人員由11人遞減至3 人，生產(chǎn)效率提高25%。2019 年，國家煤監(jiān)局發(fā)布《煤礦機器人重點研發(fā)目錄》，明確將大力推動煤礦現(xiàn)場作業(yè)的少人化和無人化。

煤炭智能化開采工作面應(yīng)用采礦情況

2.2 八部委發(fā)布政策為行業(yè)指明方向

2020 年3 月2 日，國家發(fā)改委等8 部委聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》（以下簡稱“意見”），推動智能化技術(shù)與煤炭產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，提升煤礦智能化水平?！兑庖姟诽岢?，鼓勵金融機構(gòu)加大對智能化煤礦的支持力度。鼓勵企業(yè)發(fā)起設(shè)立相關(guān)市場化基金，形成支持煤礦智能化發(fā)展的長效機制。

（1）《意見》實施分為三階段

《意見》提出，到2021 年，建成多種類型、不同模式的智能化示范煤礦，初步形成煤礦開拓設(shè)計、地質(zhì)保障、生產(chǎn)、安全等主要環(huán)節(jié)的信息化傳輸、自動化運行技術(shù)體系，基本實現(xiàn)掘進(jìn)工作面減人提效、綜采工作面內(nèi)少人或無人操作、井下和露天煤礦固定崗位的無人值守與遠(yuǎn)程監(jiān)控。
到2025年，大型煤礦和災(zāi)害嚴(yán)重煤礦基本實現(xiàn)智能化，形成煤礦智能化建設(shè)技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)體系，實現(xiàn)開拓設(shè)計、地質(zhì)保障、采掘(剝)、運輸、通風(fēng)、洗選物流等系統(tǒng)的智能化決策和自動化協(xié)同運行，井下重點崗位機器人作業(yè)，露天煤礦實現(xiàn)智能連續(xù)作業(yè)和無人化運輸。到2035 年，各類煤礦基本實現(xiàn)智能化，構(gòu)建多產(chǎn)業(yè)鏈、多系統(tǒng)集成的煤礦智能化系統(tǒng)，建成智能感知、智能決策、自動執(zhí)行的煤礦智能化體系。

（2）《意見》提出了十大主要任務(wù)

包括加強頂層設(shè)計，科學(xué)謀劃煤礦智能化建設(shè)；強化標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)，提升煤礦智能化基礎(chǔ)能力；推進(jìn)科技創(chuàng)新，提高智能化技術(shù)與裝備水平；加快生產(chǎn)煤礦智能化改造，提升新建煤礦智能化水平；發(fā)揮示范帶動作用，建設(shè)智能化示范煤礦；實施綠色礦山建設(shè)，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展；推廣新一代信息技術(shù)應(yīng)用，分級建設(shè)智能化平臺；探索服務(wù)新模式，持續(xù)延伸產(chǎn)業(yè)鏈；加快人才培養(yǎng)，提高人才隊伍保障能力；加強國際合作，積極參與“一帶一路”建設(shè)。

（3）《意見》提出與現(xiàn)代信息技術(shù)深度融合

《意見》提出，各部門要加快智能工廠和數(shù)字化車間建設(shè)，推進(jìn)大型煤機裝備、煤礦機器人研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，實施機械化換人、自動化減人專項行動，提高智能裝備的成套化和國產(chǎn)化水平。要加快工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和車聯(lián)網(wǎng)、新一代通信技術(shù)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實等現(xiàn)代信息技術(shù)在煤炭工業(yè)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。要打造煤礦智能裝備和煤礦機器人研發(fā)制造新產(chǎn)業(yè)，建設(shè)具有影響力的智能裝備和機器人產(chǎn)業(yè)基地。

（4）鼓勵金融機構(gòu)加大對智能化煤礦的支持力度

加大政策支持力度，建立智能化發(fā)展長效機制。對驗收通過的智能化示范煤礦，給予產(chǎn)能置換、礦井產(chǎn)能核增等方面的優(yōu)先支持。在煤礦安全改造中央預(yù)算內(nèi)投資安排上，對積極推廣應(yīng)用井下智能裝備、機器人崗位替代、推進(jìn)煤礦開采減人提效的煤礦予以重點支持。對新建的智能化煤礦，在規(guī)劃和年度計劃中優(yōu)先考慮。將煤礦相關(guān)智能化改造納入煤礦安全技術(shù)改造范圍，探索研究將相關(guān)投入列入安全費用使用范圍。研究相關(guān)產(chǎn)業(yè)扶持政策，鼓勵金融機構(gòu)加大對智能化煤礦的支持力度。鼓勵企業(yè)發(fā)起設(shè)立相關(guān)市場化基金，形成支持煤礦智能化發(fā)展的長效機制。

2.3 重點省份出臺政策支持智能開采

我國中東部地區(qū)煤礦開采時間較長，山東、河南、山西、貴州等省份由于開采深度不斷下移，安全投入越來越高，紛紛發(fā)展煤礦智能化開采。

（1）山西

山西能源革命綜合改革試點動員部署大會提出，要變革煤炭開采方式，向綠色智能時代邁進(jìn)。山西將開展煤礦智能化改造試點及綠色開采技術(shù)試點示范，將智能化改造納入煤礦安全技術(shù)改造、相關(guān)投入列入安全費用使用范圍，對購置使用符合條件的煤炭清潔高效開發(fā)設(shè)備抵免企業(yè)所得稅等政策，加大金融支持力度，有效解決綠色智能礦山建設(shè)投入難題。全力推進(jìn)煤礦智能化改造，以5G 通信、先進(jìn)控制技術(shù)為牽引推進(jìn)智能煤礦建設(shè)，大力實施煤炭充填開采、保水開采、煤與瓦斯共采等綠色開采技術(shù)，實現(xiàn)煤炭開采“無（少）人化、減損化”變革。

中國煤科與山西綜改示范區(qū)簽約智慧礦山創(chuàng)新基地項目：2020 年3 月2 日，中國煤科與山西簽約“全國智慧礦山創(chuàng)新基地（一期）示范生產(chǎn)線建設(shè)項目”，計劃建設(shè)智慧礦山電液控制系統(tǒng)及安全監(jiān)測系統(tǒng)示范生產(chǎn)線，預(yù)計年內(nèi)完成首期建設(shè)。智慧礦山有限公司作為建設(shè)“全國智慧礦山創(chuàng)新基地”的平臺公司，正在加速推進(jìn)，將整合全球資源，創(chuàng)新體制機制，加大投資和研發(fā)力度，打造智慧煤礦生態(tài)圈，發(fā)展山西產(chǎn)業(yè)集群。

《關(guān)于山西省智能煤礦和智能綜采工作面建設(shè)試點的通知》：要求各建設(shè)試點采取積極措施，加大工作力度，盡早建成智能煤礦和智能綜采工作面，示范帶動煤炭產(chǎn)業(yè)鏈整體質(zhì)量效益的提升。

（2）河南

2019 年，河南全面啟動煤礦智能化建設(shè)，以推動煤炭產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級為主線，應(yīng)用先進(jìn)裝備和技術(shù)，加快煤炭生產(chǎn)技術(shù)變革，全面提升煤礦智能化水平，實現(xiàn)生產(chǎn)過程少人化、無人化，力爭到2021年底，實現(xiàn)60 萬噸及以上煤礦基本完成智能化改造，60 萬噸以下煤礦全面實現(xiàn)機械化生產(chǎn)。

《河南省煤礦智能化建設(shè)實施方案》3 年計劃

（3）山東

為加快實現(xiàn)山東省煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，助力全省新舊動能轉(zhuǎn)換，山東省政府先后出臺了《山東省新舊動能轉(zhuǎn)換重大工程實施規(guī)劃》和《山東省煤炭行業(yè)加快新舊動能轉(zhuǎn)換實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級實施意見》，提出“到2022 年，煤炭開采基本實現(xiàn)自動化、信息化和智能化，力爭1/3 以上工作面實現(xiàn)智能化無人開采、智能化開采產(chǎn)量比重達(dá)到40%以上，生產(chǎn)管理系統(tǒng)基本實現(xiàn)智能化遠(yuǎn)程可視控制，井下高危崗位職工人數(shù)再減少30%，加快建設(shè)一批智能、安全、高效的現(xiàn)代化礦井?！?/span>

山東已有多座煤礦在智慧化建設(shè)、改造方面取得成效；5G 商業(yè)應(yīng)用的興起，助力山東煤炭行業(yè)的智能化發(fā)展。2018 年下半年，兗礦集團(tuán)先期開展5G 技術(shù)礦業(yè)應(yīng)用的研究與探索，與中國聯(lián)通、中興通訊等5G 運營技術(shù)廠商進(jìn)行多輪磋商后，在兗礦總部、東灘煤礦選煤廠、國宏化工公司分別進(jìn)行5G 基站實驗性部署，實現(xiàn)重點區(qū)域5G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋，積極推進(jìn)礦用5G 智能傳輸平臺研發(fā)設(shè)計、東灘選煤廠無人機視頻巡檢、國宏化工AR 遠(yuǎn)程維修和VR 安全教育等場景研究測試工作。

兗礦集團(tuán)與山東能源集團(tuán)智能化建設(shè)

（4）貴州

2019 年5 月20 日，中國煤科與貴州省能源局簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議。根據(jù)合作協(xié)議，雙方將進(jìn)一步加強煤礦智能裝備產(chǎn)業(yè)合作，加快推動貴州省煤礦“兩化改造”進(jìn)程，加強科技合作，在智慧礦山、煤炭大數(shù)據(jù)中心等方面進(jìn)行研究。

2019 年10 月，貴州省煤炭工業(yè)淘汰落后產(chǎn)能加快轉(zhuǎn)型升級工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室印發(fā)了《深入推進(jìn)貴州省煤礦智能化、機械化升級改造攻堅方案（2019-2020 年）》（黔煤轉(zhuǎn)型升級辦〔2019〕54 號），深入推進(jìn)貴州省煤礦智能化、機械化升級改造。方案中提出，全面提高煤礦安全生產(chǎn)保障能力，有效提升煤礦生產(chǎn)效率。到2020 年底，全省生產(chǎn)煤礦采煤機械化率達(dá)到96%、機械化改造實施覆蓋率達(dá)到100%，輔助系統(tǒng)智能化、信息化服務(wù)管理和監(jiān)控覆蓋率均達(dá)到100%。

2.4 科技創(chuàng)新將持續(xù)提升煤礦智能化

我國陸續(xù)建立了一系列煤礦領(lǐng)域創(chuàng)新聯(lián)盟，“智慧礦山產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”“煤礦智能化開采技術(shù)創(chuàng)新中心”“中國智慧礦山協(xié)同創(chuàng)新聯(lián)盟”“中國礦業(yè)大學(xué)（北京）智慧礦山與機器人研究院”“煤礦機器人協(xié)同推進(jìn)中心”“山東省煤礦智能開采工程實驗室”“煤礦智能化創(chuàng)新聯(lián)盟”等單位相繼建立，為我國煤炭行業(yè)智能化開采技術(shù)推廣和智能化礦井建設(shè)起到積極推動作用。

智慧礦山領(lǐng)域創(chuàng)新聯(lián)盟

物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及人工智能、云計算技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)解決系統(tǒng)架構(gòu)和互通、數(shù)據(jù)處理決策及高級計算問題，其研究及應(yīng)用程度決定智慧煤礦的發(fā)展水平。

3.1 智慧礦山新技術(shù)需求

（1）基于互聯(lián)網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)平臺

基于互聯(lián)網(wǎng)+的物聯(lián)網(wǎng)是智慧煤礦的信息高速公路，將承擔(dān)大數(shù)據(jù)的穩(wěn)定、可靠傳輸任務(wù)，起到了精確、及時上傳下達(dá)的作用，決定了智慧煤礦系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性和可靠性。因此，智慧煤礦的物聯(lián)網(wǎng)平臺必須具有精確定位、協(xié)同管控、綜合管控與地理信息一體化的特點。

（2）大數(shù)據(jù)處理及人工智能技術(shù)

智慧煤礦的核心技術(shù)之一便是大數(shù)據(jù)的挖掘與知識發(fā)現(xiàn)。大量傳感器的應(yīng)用必將產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的規(guī)模效應(yīng)給存儲、管理及分析帶來了極大的挑戰(zhàn)。需要充分利用大數(shù)據(jù)處理技術(shù)挖掘數(shù)據(jù)背后的規(guī)律和知識，為安全、生產(chǎn)、管理及決策提供及時有效的依據(jù)。

人工智能是近年來迅速發(fā)展的科技領(lǐng)域之一，它是在大數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法和技術(shù)。深度學(xué)習(xí)是人工智能的核心；能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)自主更新和升級是其顯著特征。智慧礦山要成為一個數(shù)字化智慧體就必須要有深度學(xué)習(xí)能力。

未來，在云平臺和大數(shù)據(jù)平臺上，融合多源在線監(jiān)測數(shù)據(jù)、專家決策知識庫進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘與知識發(fā)現(xiàn)，采用人工智能技術(shù)進(jìn)行計算、模擬仿真及自學(xué)習(xí)決策，基于GIS 的空間分析技術(shù)實現(xiàn)設(shè)備、環(huán)境、人員及資源的協(xié)調(diào)優(yōu)化，實現(xiàn)開采模式的自動生成和動態(tài)更新。

（3）云計算技術(shù)

智慧煤礦物聯(lián)網(wǎng)使得物和物之間建立起連接，伴隨著互聯(lián)網(wǎng)覆蓋范圍的增大，整個信息網(wǎng)絡(luò)中的信源和信宿也越來越多；信源和信宿數(shù)目的增長，必然使網(wǎng)絡(luò)中的信息越來越多，即在網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生大數(shù)據(jù)；大數(shù)據(jù)處理技術(shù)廣泛而深入的應(yīng)用將數(shù)據(jù)所隱含的內(nèi)在關(guān)系揭示的也越清晰、越及時。而這些大數(shù)據(jù)內(nèi)在價值的提取、利用則需要用超大規(guī)模、高可擴展的云計算技術(shù)來支撐。高維的智慧煤礦模型需要計算能力高且具有彈性的云計算技術(shù)。
將上述物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及人工智能、云計算技術(shù)與生產(chǎn)、安全及保障系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)裝備結(jié)合，共同發(fā)展和建立智慧煤礦的八大系統(tǒng)。

（4）5G 技術(shù)

隨著煤礦生產(chǎn)智能化程度的提高，井下無人機、智能VR/AR 等設(shè)備必將大量采用，以便能夠?qū)ΜF(xiàn)場進(jìn)行及時巡查，對設(shè)備故障進(jìn)行遠(yuǎn)程會診，而無論是無人機飛行控制、無人機巡檢視頻回傳，還是VR/AR 智能遠(yuǎn)程設(shè)備故障診斷與維修，不僅需要極大地消耗網(wǎng)絡(luò)帶寬資源，更需要快速的信息反饋和實時的狀態(tài)控制。

5G 網(wǎng)絡(luò)的時延(典型)約為10ms，上行穩(wěn)定帶寬約為150Mbps，連接數(shù)為106 個/km2，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service，QoS)最高可達(dá)99.9999%。5G 網(wǎng)絡(luò)為煤礦智能生產(chǎn)各業(yè)務(wù)場景的實現(xiàn)提供了強有力的支撐。

開采決策多樣化的需求場景

（5）VR/AR 技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(VR)與增強現(xiàn)實(AR)是能夠徹底顛覆傳統(tǒng)人機交互內(nèi)容的變革性技術(shù)，在煤礦的應(yīng)用未來可期。其應(yīng)用可分為3 個階段：

①主要用于三維建模和虛擬展示，如現(xiàn)在的裸眼3D 等技術(shù)，其基本需求為20Mbps 帶寬+50ms 延時，現(xiàn)有的4G+WiFi 基本可以滿足。

②主要用于互動模擬和可視化設(shè)計等，如多人井下培訓(xùn)系統(tǒng)，其基本需求為40Mbps 帶寬+20ms 延時，Pre5G 基本可以滿足。

③主要用于混合現(xiàn)實、云端實時渲染和虛實融合操控，如虛擬開采、協(xié)同運維等，其基本需求為100Mbps~10Gbps 帶寬+2ms 延時要求，需5G 或更先進(jìn)技術(shù)才可滿足。

基于5G的多源決策控制示意

基于5G 的遠(yuǎn)程運維場景

3.2 智慧礦山的八大系統(tǒng)

將上述物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及人工智能、云計算技術(shù)與生產(chǎn)、安全及保障系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)裝備結(jié)合，共同發(fā)展和建立智慧煤礦的八大系統(tǒng)。

（1）基于北斗系統(tǒng)的精準(zhǔn)地質(zhì)信息系統(tǒng)

煤礦地質(zhì)信息是一種隨著采掘活動在時間與空間不斷發(fā)生變化的四維動態(tài)資料，隨著信息技術(shù)、遙感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等數(shù)據(jù)采集、儲存、管理與傳輸技術(shù)的發(fā)展，以北斗系統(tǒng)定位導(dǎo)航、GIS、三維地質(zhì)建模、虛擬現(xiàn)實等為基礎(chǔ)的實時空間－地質(zhì)信息技術(shù)將形成天地一體化的智能信息傳感網(wǎng)，從而實現(xiàn)礦山地質(zhì)信息的實時智能采集、存儲與應(yīng)用。

基于北斗系統(tǒng)的精準(zhǔn)地質(zhì)信息系統(tǒng)

（2）智能礦井通風(fēng)排運系統(tǒng)

智能通風(fēng)系統(tǒng)：利用現(xiàn)代通信技術(shù)、監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)及自動化控制技術(shù)進(jìn)行礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、實施方案的優(yōu)化及風(fēng)量、風(fēng)速的智能實時控制。智能運輸系統(tǒng)：對帶式輸送機的帶速、運量、滾筒溫度、膠帶狀態(tài)等進(jìn)行遠(yuǎn)程集中智能控制。

通風(fēng)系統(tǒng)智能控制

（3）危險源智能預(yù)警和消災(zāi)系統(tǒng)

危險源智能預(yù)警和消災(zāi)系統(tǒng)是以風(fēng)險預(yù)警為核心，對不同類型的危險源進(jìn)行實時在線監(jiān)測，利用危險源風(fēng)險指數(shù)評價算法對礦井各區(qū)域發(fā)生災(zāi)害的風(fēng)險性進(jìn)行實時在線評估，確定風(fēng)險類型、等級及解決方案。

（4）智能快速掘進(jìn)和采準(zhǔn)系統(tǒng)

實現(xiàn)智能快速掘進(jìn)是解決采掘接續(xù)矛盾、快速形成采準(zhǔn)系統(tǒng)和智能化開采的先決條件，智能快速掘進(jìn)需要解決“掘－行統(tǒng)一”、“掘－支一體”和“掘－運連續(xù)”三大核心難題。

（5）機器人化智能開采系統(tǒng)

機器人化智能開采系統(tǒng)多工種機器人協(xié)同工作，機器人群組的控制、聯(lián)動及協(xié)同是智能開采的核心。通過構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，保證采－裝－運－支等工序環(huán)節(jié)各機器人群組自動化運行，實現(xiàn)煤礦無人值守、遠(yuǎn)程監(jiān)視、自主決策。

（6）礦井全工位設(shè)備設(shè)施健康智能管理系統(tǒng)

設(shè)備預(yù)測與健康管理(Prognostics and Health Management，PHM)技術(shù)近年來得到廣泛關(guān)注，主要在軍工、航空航天等領(lǐng)域開始展開具體研究。健康管理的主要過程和內(nèi)容是對大型機械系統(tǒng)全生命周期各階段的管理和健康維護(hù)，主要包括對系統(tǒng)健康指標(biāo)的建立、檢查檢測、健康評價和健康恢復(fù)等。

礦井全工位設(shè)備設(shè)施健康智能管理系統(tǒng)

機電系統(tǒng)綜合維修決策數(shù)據(jù)庫

（7）礦山綠色開發(fā)與生態(tài)再造系統(tǒng)

礦山綠色開發(fā)主要是指在煤炭開采過程中，最大程度的開發(fā)煤炭資源與伴生資源，并且將煤炭開采對地表生態(tài)環(huán)境、地下水資源等的影響、破壞降至最低，實現(xiàn)資源效益、生態(tài)效益、經(jīng)濟效益和社會效益的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，如采用充填開采、煤與瓦斯共采、循環(huán)經(jīng)濟園區(qū)建設(shè)、分布式地下水庫等。

（8）智慧煤礦集中管理系統(tǒng)

集成建設(shè)以云計算數(shù)據(jù)中心為基礎(chǔ)，以安全管控平臺和四維綜合管理平臺為核心的智慧煤礦系統(tǒng)，對礦井各個子系統(tǒng)進(jìn)行有效整合、集中管控，及時處理、指導(dǎo)和調(diào)節(jié)各生產(chǎn)系統(tǒng)和環(huán)節(jié)的運行，建設(shè)智慧煤礦集中管理系統(tǒng)。其中主要包括生產(chǎn)計劃管理系統(tǒng)、礦山能耗管理系統(tǒng)、供電及動力系統(tǒng)控制系統(tǒng)等。

智慧煤礦生產(chǎn)計劃管理系統(tǒng)

智慧煤礦能耗管理系統(tǒng)

供電及動力系統(tǒng)

上述八大系統(tǒng)形成了基于四維多變量的“透明開采”系統(tǒng)，各個運行的子系統(tǒng)在礦井的所有空間剖面和時間剖面上都能夠?qū)崿F(xiàn)信息的相互關(guān)聯(lián)、控制的相互協(xié)同；不但能夠掌控生產(chǎn)過程的狀態(tài)，而且可實現(xiàn)對開采各個系統(tǒng)變化的全要素“透視”，進(jìn)而執(zhí)行下一步控制策略，真正實現(xiàn)礦山信息化和智能化控制的深度融合。

1.陽煤集團(tuán)推動5G 技術(shù)深度應(yīng)用

2019 年9 月5 日，陽煤集團(tuán)與中國移動、華為公司聯(lián)手推進(jìn)5G 礦用進(jìn)程，建設(shè)全國首個5G 煤礦專網(wǎng)。2020 年4 月29 日全國首家取得無線傳輸設(shè)備的隔爆認(rèn)證。5G 煤礦專網(wǎng)為實現(xiàn)“5G+智能采煤”“5G+智能掘進(jìn)”“5G+智能巡檢”等各類5G 礦井應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。陽煤集團(tuán)將進(jìn)一步豐富5G應(yīng)用場景，以“5G”技術(shù)為牽引推進(jìn)智能煤礦建設(shè)，實現(xiàn)井下“人、機、物、環(huán)”的自動監(jiān)測、實時互聯(lián)，打造全國“5G+智慧礦山”標(biāo)桿。

2.大唐集團(tuán)寶利露天煤礦實現(xiàn)5G 賦能無人駕駛

2019 年，中國聯(lián)通內(nèi)蒙古分公司和中國聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院，攜手青島慧拓智能機器有限公司、聯(lián)通智網(wǎng)科技有限公司、華為技術(shù)有限公司簽署框架合作協(xié)議，開展基于5G 網(wǎng)絡(luò)智慧礦山無人礦車駕駛示范項目實施，在內(nèi)蒙古鄂爾多斯市達(dá)拉特旗大唐集團(tuán)寶利煤礦開展落地實測。5G 智慧礦山在內(nèi)蒙古礦山成功示范運營，解決了露天礦區(qū)運營生產(chǎn)痛點，滿足智慧礦山的安全、經(jīng)濟、高效等各方面需求，進(jìn)一步提高礦山運營安全，顯著提升礦山作業(yè)挖掘效率。

陽煤集團(tuán)井下5G裝備

礦山遠(yuǎn)程駕駛系統(tǒng)

（3）兗礦集團(tuán)鮑店煤礦實現(xiàn)井上井下智能化生產(chǎn)

兗礦集團(tuán)深入推進(jìn)智能礦山建設(shè)，從井上到井下，各種智能化的設(shè)備在提高生產(chǎn)力的同時，也為工人的安全提供了保障。在鮑店煤礦，7302 智能綜采工作面已經(jīng)逐漸將“采煤無人”變?yōu)楝F(xiàn)實。在通信方面，兗礦集團(tuán)與多家5G 運營技術(shù)廠商達(dá)成戰(zhàn)略合作并成立5G 聯(lián)合實驗室，全力建設(shè)“5G+智能礦山”，走在了煤礦智能化的前沿。

鮑店煤礦實現(xiàn)了采煤機智能控制、三機一鍵啟停、液壓支架自動跟機、采煤機記憶截割、時間頻次自動放煤以及可視化遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能，全力打造了“自動控制為主，人工干預(yù)為輔”的智能化生產(chǎn)新模式。

采煤機操作工作室

（4）5G助力全球最大稀土礦“智慧”轉(zhuǎn)型

在全球最大的稀土礦——白云鄂博礦區(qū)，巨大的猶如天眼的礦坑里，大型礦用車輛正忙碌地穿梭著。這里有高6.8米、載重170噸的礦卡，也有長13.5米、寬度近8米、重達(dá)150噸的電鏟車，但令人嘆為觀止的是，這些“巨無霸”里沒有任何駕駛?cè)藛T，前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、裝卸，都由車輛“自主”完成。