安标国家矿用产品安全标志中心网站,我国煤矿智能化建设存在的主要问题及对策分析

导读：在国家矿用产品安全标志中心网站上，国内存在智能化建设存在的主要问题及煤矿分析。来源:《透视》栏目，2022年第5期，智能矿山作者:康迎春，工程师，现任安标国家矿用产品安全标志中

在国家矿用产品安全标志中心网站上，国内存在智能化建设存在的主要问题及煤矿分析。

来源:

《透视》栏目，2022年第5期，智能矿山

作者:

康迎春，工程师，现任安标国家矿用产品安全标志中心有限公司审核发放中心主任。

加快智能化建设是党中央、国务院的一项重要决策部署。自2020年2月国家八部委发布《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》以来，我国通过大力推进煤矿智能化建设，进一步提升了煤矿的安全生产水平，为煤炭安全稳定供应提供了保障。我国煤矿智能化发展已初见成效，但目前煤矿智能化建设仍处于初级阶段，在关键技术和重大装备系统的研发和应用，以及各系统的互联互通方面还有很长的路要走。

作者从煤矿5G通信系统、煤矿人员定位系统、煤矿机器人、无人驾驶技术、图像识别技术、透明地质应用技术六个方面系统分析了煤矿智能在中国的发展现状，并从煤矿智能认知、技术、管理三个方面进行了分析。

01中国煤矿智能化发展现状

智能化煤矿是指将物联网、云计算、大数据、人工智能、自动控制、移动互联网、智能设备与煤炭开发技术装备深度融合，形成全面自主感知、实时高效互联、自主学习、智能分析决策、动态预测预警、精准协同控制的煤矿智能系统，实现矿井地质保障、煤炭开采、巷道掘进。尤其是在煤矿5G通信系统、煤矿人员定位系统、煤矿机器人、无人驾驶技术、图像识别技术、透明地质应用技术等方面。

煤矿 5G通信系统

5G是新一代蜂窝移动通信技术，具有高传输速率、低时延、高可靠性、大容量等优点，已在地面得到广泛应用。2020年7月，安标国家矿用产品安全标识中心有限公司(以下简称安标国家中心)发布了“煤矿5G通信系统安全技术要求(试行)”、煤矿5G通信系统安全标识管理方案(试行)”和煤矿5G通信系统安全标识检查方案(试行)”

煤矿5G通信系统不是根据煤矿井下安全生产的特点研发的，而是对地面使用的5G产品进行了防爆改造，只能用于矿井语音通信和视频图像传输。近年来，根据煤矿使用需求开发设计的5G通信系统层出不穷。但由于射频电磁能量防爆要求等因素的制约，5G基站的有效发射功率较低，5G通信系统在煤矿井下的实际使用效果仍需进一步提升。

煤矿人员定位系统

过去，煤矿大多是基于RFID技术实现区域定位的人事管理系统。近年来，随着技术的发展，精确定位技术在煤矿采矿中得到了应用。特别是2019年，山东煤矿安监局首次对全省安装的人员定位系统提出定位精度要求，规范了山东煤矿的人员精确定位。2021年，国家安全标准中心发布实施了“煤矿井下人员定位系统安全标志管理方案(试行)”、煤矿井下人员定位系统安全技术要求(试行)”和煤矿井下人员定位系统安全标志检查方案(试行)，也将定位精度指标纳入考核范围，并制定详细，此外煤矿人员定位系统行业标准也在制定中。

煤矿机器人

2019年，原国家煤矿安监局制定并公布了“煤矿机器人重点R&D目录”，针对掘进、采煤、交通运输、安全控制、救援等5大类38种煤矿机器人的重点R&D和应用，对每种机器人的功能提出了具体要求。

目前，国家安全标准中心已经发布实施了“煤矿井下机器人安全标志管理方案”和“煤矿井下机器人基本安全要求(试行)”。正在申请安全标志的产品包括沿传送带安装在轨道上的检查机器人、机电室内的检查机器人和采煤工作面的检查机器人等。，主要用于代替人工检查特殊场所的环境和设备状态。其中，挂轨巡视机器人(图1)是在原有井下挂轨巡视装置的基础上，通过增加图像识别、自主导航、自主避障等智能功能，并通过防爆安全设计研发而成。虽然外观和结构相似，但功能和技术指标都有很大提高。

图1 挂轨式巡检机器人图1挂轨检测机器人

无人驾驶技术

无人驾驶技术是比较受关注的智能技术，在露天煤矿(图2)已经实现了无人驾驶。如中煤平朔集团有限公司东露天煤矿，通过1台电铲+7辆矿用卡车+13辆辅助车辆的布局模式，实现了无人采、运、排全流程协同作业。国家能源集团准能黑岱沟露天煤矿实现多辆无人矿用卡车和电铲多个工作面同时编组作业，宝日希勒露天煤矿完成极寒复杂气候环境下无人卡车编组安全示范工程评估和科技成果鉴定；国家电力投资集团白音华露天矿完成2组12辆无人驾驶宽体自卸汽车联合试运行；华能益民煤电有限公司实现了有人车和无人车混合运行，无安全员；陕西沈燕煤业有限公司西湾露天煤矿实现了由地面调度指挥中心远程控制的露天煤矿作业区车队“无人化”开采。但是对于地下开采煤矿，由于没有卫星导航、环境恶劣(光线暗、粉尘大)、有爆炸危险、安全因素多等技术问题，无人驾驶技术一直无法达到现场应用的水平。

图2 露天煤矿无人驾驶矿用卡车图2露天煤矿无人采矿车

图像识别技术

图像识别技术在煤矿井下的主要应用场景是设备状态的识别，包括带式输送机的物料状态、仪器读数的视频识别、人脸和人的行为识别等。可以在一些特定的领域代替人值班和监管，实现带式输送机异物识别、煤量检测、违章作业监管等。也可用于煤矸石的识别和分选。目前，图像识别技术已经在部分矿井进行了尝试，但受煤矿井下环境影响，识别技术水平参差不齐，应用效果不尽相同。

透明地质应用技术

针对煤矿采矿、采掘、机械、运输、运输等整个生产过程和地质勘探的智能化，国内外学者进行了广泛深入的研发和实践。针对智能开采地质保障技术(图3)，提出煤矿地质透明度的概念，GIS(地理信息系统)与BIM(建筑信息模型)的融合，高精度地质模型的构建，地质云的构建等相关思路；针对制约煤巷快速掘进的主要因素，从分析掘进、支护、锚固、运输、破碎全过程入手，研发了适用于不同巷道条件的快速掘进技术和装备，提出了基于远程控制的智能快速掘进方法。针对我国煤层赋存和生产技术条件的多样性，开发了实现工作面智能开采的4套成套技术和装备模式，研制了采煤机自适应截割、液压支架自适应支护、刮板输送机智能调速、基于煤层厚度变化的多设备智能协同控制等技术和装备。然而，其中一些技术仍处于研究阶段，缺乏实际应用。

图3 透明地质平台（图片来源张双楼煤矿）图3透明地质平台(图片来源张双楼煤矿)

02目前国内煤矿智能化发展的主要问题存在

《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》明确了煤矿智能化发展的目标和任务。2020年9月召开的全国煤矿智能领域推进会进一步明确提出了加快煤矿智能化建设的要求，全面推进我国煤矿智能化发展。从近年来煤矿智能的发展来看，认知问题、技术问题和管理问题是决定煤矿智能发展的关键因素。

煤矿智能认知问题

目前对煤矿智能的典型态度有两种:一种是盲目否定；二是混淆概念，模糊内涵，制造“颠覆性”概念。煤矿智化的不统一，本质上不是智化概念的纠结，而是保守思维对技术变革的不适应，是技术变革大潮中的伪科学和玄学的思辨。我们应从新时期、新格局和行业发展规律来认识其必然性和本质。

煤矿智能的主要技术问题

(1)难以适应复杂的工作面。综放工作面智能放顶煤技术没有实质性突破；煤机设备的可靠性和自适应控制技术有待突破；综采设备群智能协同控制效果有待提高；工作面端头支护和超前支护智能化水平低；采煤机自动精确智能调高、工作面惯性导航自动调直等。没有取得良好的应用效果，相关感知信息的有效利用率低，不同类型感知信息的融合分析效果差，尚未形成完善的感知、分析、决策、控制闭环。特别是在复杂的开采条件下，大多数智能开采都没有取得理想的效果。

(2)大系统和多系统难以兼容和协调。煤矿智能化是一个复杂的巨系统。由于技术和业务利益等多重因素的影响，各子系统的设计标准和技术水平参差不齐，智能化/[k1/]不同系统间的数据兼容性、网络兼容性、业务兼容性和控制兼容性不好，主要表现在数据格式不统一、网络通信协议兼容性差、业务系统兼容性差、系统间协同控制兼容性差。

(3)无线控制的可靠性需要进一步研究。未来，5G、WiFi6等无线通信技术将广泛应用于煤矿地下。当无线通信应用于重要设备的控制时，其可靠性与以前的有线或现场控制相比有多大不同？目前缺乏依据和深入研究。能否替代有线和现场控制，是否需要冗余设计，还需要进一步研究。如果不能保证无线控制的可靠性，就需要铺设额外的有线设备，这将极大地限制井下无线通信的发展。

(4)网络与信息安全水平有待进一步提高。与之前相比煤矿的信息化水平有了很大提高，部分煤矿将井下和井下系统都接入了外部公网，在一定程度上方便了煤矿的信息化工作，但信息安全隐患也有了很大改善。煤矿信息网络的安全性和可靠性直接影响/[/k1]。

(5)机器人的可靠性和适应性不足。煤矿机器人存在基础共性关键技术存在诸多不足，动力、行走机构、定位、自主感知与决策、精确导航、避障、续航管理、轻质防爆材料等相关技术尚未突破；现有的煤矿机器人智能低，体积大，灵活性差，对复杂煤层适应性差；特种作业机器人亟待发展。

煤矿智能管理问题

(1)相关标准缺乏对实际效果的评价。现有的大部分智能矿山相关标准，基本上都规定了各个生产环节和分系统的技术装备和软件功能，量化了评分标准和评价方法，强化了达标的观念。但还是存在争抢技术装备，忽视应用效果。比如，大部分标准都提到了矿山巡检机器人的应用，但是并没有规定机器人必须完成的详细功能或者最终能够达到的应用效果。一个指数的描述往往不涉及覆盖面，只强调对标不缺项。比如主运输的电子围栏功能，实际应用现场有几条传送带。如果只配置了一条符合要求的传送带，其他都没有配置，那么整个系统是否符合要求？没有统一的标准。

(2)相关标准法规需要与时俱进。智能雷的发展和存在中一些标准法规的滞后，一定程度上影响了智能雷的应用效果。比如，“煤矿安全规定”对巡视检查、值班、瓦检等都有明确的规定。，并要求煤矿工作人员实现巡检，对智能巡检机器人和设备的大规模应用和普及会产生一定的影响。

(3)缺乏相关的政策引导。煤矿地下交通一直是煤矿安全的重要组成部分。但是，目前对于煤矿地下无人交通缺乏政策引导。比如是否可以在轨道交通设备上进行无人驾驶试点测试；或者考虑到目前的无人驾驶技术，只允许辅助驾驶，无人驾驶的相关要求会在技术成熟后逐步放开。此外，由于地下交通安全的重要性，无人驾驶一旦发生事故，责任划分问题也需要重点考虑。

03对我国煤矿智能化发展的建议

针对目前煤矿智能发展存在存在的问题，为了更好地做好煤矿智能发展，为煤矿安全生产提供更好的支撑，提出以下三点建议:

(1)制定适合各种煤矿实际情况的智能标准。

智能化标准是煤矿建设、设备厂商设计生产等过程中必须遵守的要求和规定；因此，制定标准时应当充分考虑各类不同特点的矿井，明确其应该达到的智能化要求，并且应当考虑智能化给煤矿带来的实际效果及解决的问题，避免出现比拼技术装备的情况，避免人力物力浪费。

(2)促进多系统整合。

目前煤矿使用的系统均需经过本安关联检验，多系统融合之间的本安关联与配接问题直接与煤矿井下防爆安全相关。其次，还需要推进煤矿信息通信协议的统一。应针对目前煤矿各种用途、各种应用层级以及各种通信方式的协议统一，从前端数据采集、网络传输、逻辑控制等多方面统一煤矿通信协议。原国家煤矿安全监察局科技装备司在“十三五”期间实施的“煤矿安全监控系统升级改造”中，首次从协议统一的角度提出了对格式规范性的强制要求，将之前厂家“各自为政”“制定专有协议”的局面，统一到了目前的5种通用协议。只有在保证防爆安全、协议统一的基础上，才能真正实现煤矿各种系统、设备间的融合、联动与统一协调管控。

(3)建立无线和有线井下通信网络。

如前文中所提到的，无线通信用于对重要设备的远程控制，缺少对其可靠性及稳定性的相关研究。因此，一方面要加强相关领域的研究，另一方面为了保证煤矿安全，采用无线与有线相结合的方式，对重要安全设备的控制以及安全信息数据的采集，应采用有线或有线无线相结合的设计，而普通数据的传输可采用高质量无线传输的方式，建立煤矿井下高效、高可靠性融合组网技术。

总结:以上内容是安标国家矿用产品安全标志中心网站的详细介绍，中国煤矿智能建筑存在存在的主要问题及对策分析。文章部分内容转载自互联网，希望对您了解安标国家矿用产品安全标志中心有所帮助和参考价值。