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让矿山自主感知分析决策 煤矿智能化前景可期

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【摘要】:

      大型采煤机在地下自主割煤,能够主动感知煤岩性状,适应调整工作状态,煤矿工人不再手动操作设备只需定时巡检,井下采集的所有大数据都在5G网络中快速交互链接……地下数百米的深处,智能化煤矿将赋予传统采煤行业新的生机。

  近日,国家发改委、国家能源局、应急管理部等八部委联合发布了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》(以下简称《指导意见》)。未来,人工智能、工业物联网、云计算等将与现代煤炭开发利用深度融合。

  “煤矿智能化的核心就是使矿山具有人类般的思考、反应和行动能力,实现物物、物人、人人的信息集成与智能响应,主动感知、分析,并快速做出正确处理。”深部煤炭资源开采教育部重点实验室副主任、中国矿业大学教授方新秋告诉科技日报记者。

  我国尚处智能化初级阶段

  许多矿业发达国家多年前已制定矿山信息化长远发展规划,信息化和自动化程度越来越高。

  加拿大从20世纪90年代初开始研究自动采矿技术,拟于2050年通过卫星通信技术操纵矿山的所有装备,实现自动智能采矿;美国于1999年对地下煤矿的自动定位与导航技术进行研究;澳大利亚于2001年开展了综采工作面自动和智能化技术的研究,设计开发了LASC系统;德国于2015年建设了一套远程控制自动化薄煤层综采系统,已接近“无人工作面”。

  近年来,我国智能化采煤工作面发展迅速。目前,全国已经有200个左右不同层次的智能化采煤工作面。记者从兖矿集团了解到,该集团鲍店煤矿打造了国内首个常态化智能综放工作面,贵州能化发耳煤业建设成为西南地区唯一一个省级智能化采煤工作面,济三煤矿以综掘机“遥控截割”+液压锚杆钻车+破碎机+皮带机“无人值守”配套模式建成国内领先的智能化掘进工作面。

  “智能化与自动化有本质的区别,智能化采煤工作面距离智能煤矿的目标仍有较大差距。准确地说,目前我国还处于煤矿智能化的初级阶段。”方新秋说。

  “煤矿智能化是一个系统工程,要实现全过程的智能化运行,采煤、掘进、运输、提升、排水、通风、地质信息、经营管理等环节必须智能协同。”中国矿业大学机电工程学院执行院长王忠宾教授告诉记者。

  我国从2015年开始抓煤矿“四化”(机械化、自动化、信息化和智能化)建设。“四化”改造为煤矿智能化开采奠定了很好的基础,但仍存在系统间数据感知难、信息交互难、实时性差、可靠性低、数据利用率不高和多智能系统协同弱等难题。

  “比如地面导航有GPS和北斗,地下装备怎么准确定位?煤炭行业有其特殊性,一些关键的智能技术仍需要突破。”王忠宾说,如煤层地质精准探测技术,煤岩性状实时在线识别技术,采煤工作面高速高可靠无线传输技术,采煤装备精确导航和定位技术,复杂工况计算机视觉识别技术,煤矿大数据技术等。

  建设智能边缘数据基础设施

  目前,华为、百度等科技公司已注意到煤矿智能化的行业需求,并深度参与其中。

  华为参与的5G矿车投入运行,煤矿生产可实现盲区监控;百度参与了中国煤炭云建设,与阳泉煤业达成战略合作;中兴通讯、中国联通与兖矿开展合作,成立了“5G+智慧矿业联合实验室”等。

  “很期待即将到来的5G时代,比如现在井下数据传输采用的是光纤,当采矿设备大幅度移动和震动时,光纤就会发生故障,如果换成5G网络将会有很大改变。”方新秋说。

  “互联网企业深度参与是一件好事,术业有专攻,需要在数据处理体系、通信技术、网络架构和智能协同算法上面向行业互联网应用开展专门的研究。”中国矿业大学网络与信息中心主任孙彦景教授说。

  《指导意见》还要求,对冲击地压、煤与瓦斯突出等灾害严重的矿井,优先开展智能化采掘(剥)和危险岗位的机器人替代。

  “去年我们与华为签订了战略合作协议,并提出工业互联网智能边缘数据基础设施的概念,未来智能煤矿将从网络‘全连接’向数据‘全链接’发展,系统架构向‘云边协同’发展。”孙彦景说。

  他进一步解释说,人工智能的特点是不断学习演化,每一个煤矿每一个工作面的情况都不相同,智能采掘机器人在作业过程中,当遇到特殊情况时,可以由系统依据生产大数据进行学习分析和决策,也能让智能终端自主处置,“这就是云边协同的意义”。

  “矿山自主决策和控制的前提是全面感知,而要确保感知信息可靠,就必须攻克相应的传感器和信息交互等技术。”孙彦景说,比如智能视觉技术可以准确地识别车辆、行人和人脸,根据场景分析行为,并结合规则研判是否违章。

  记者了解到,目前跨行业的智能煤矿合作已在广泛建立之中,如中国矿业大学矿业工程学院已开设绿色开采、深地开发、智能采矿、未来矿业四大研究方向,设置智能开采研究所,创办智能采矿特色班;中国煤炭学会和中国煤炭科工集团发起成立了“煤矿智能化创新联盟”;中国煤炭科工集团、中国矿业大学(北京)和中国联通成立了“5G地下空间创新实验室”。