日前，在國家能源局組織召開的煤礦智能化建設(shè)和煤炭清潔高效利用工作推進會上，中國工程院院士、中國煤炭科工集團首席科學(xué)家王國法針對現(xiàn)階段煤礦智能化建設(shè)中亟待解決的七大難題給出相關(guān)方案，以供參考。
當(dāng)前，煤礦智能化高質(zhì)量建設(shè)進入攻堅階段，首批示范煤礦的一部分規(guī)劃目標(biāo)已實現(xiàn)、一部分未實現(xiàn)，存在很多待解難題。中國煤炭科工集團煤礦智能化團隊結(jié)合《煤礦智能化建設(shè)指南》《智能化示范煤礦驗收管理辦法》等，剖析實際建設(shè)成效和驗收結(jié)果，梳理出約千項難題，提出攻關(guān)方向。
其中，關(guān)鍵的技術(shù)難題集中在薄煤層無人化高效智能開采、沖擊地壓及超千米深井高效智能開采、智能化綜采工作面新一代TSN控制系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用、綜采工作面10千伏電壓升級與節(jié)能傳動設(shè)備更新、研發(fā)應(yīng)用新一代安全智能監(jiān)控與預(yù)警體系、加快露天煤礦智能化發(fā)展、建立智能化煤礦運維管理體系七個方面。
在薄煤層無人化高效智能開采方面，要創(chuàng)新總體解決方案，由可視遠(yuǎn)程干預(yù)模式向智能自適應(yīng)模式方向邁進。研發(fā)薄煤層液壓支架控制系統(tǒng)，實現(xiàn)設(shè)備小型化、輕量化、系統(tǒng)化，同時集成國產(chǎn)操作系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)；開發(fā)煤礦井下精準(zhǔn)智測系統(tǒng)，開發(fā)融合慣性測量單元（IMU）、測距傳感器和視覺傳感器的測量終端，配合井下多功能AI攝像儀，實現(xiàn)基于“圖像+測量”的綜采工作面高精度智能感知；研發(fā)多參量耦合規(guī)劃截割系統(tǒng)，研究多源數(shù)據(jù)融合的智能調(diào)控與截割算法；構(gòu)建數(shù)字孿生系統(tǒng)，實現(xiàn)開采過程仿真推演，高效驗證智能開采策略。同時，要研發(fā)高可靠性新型薄煤層智能化采煤機和高可靠性新型薄煤層刮板輸送機。
在沖擊地壓及超千米深井高效智能開采方面，大型裝備與環(huán)境的智能協(xié)同等問題突出。需要合理控制采掘時空關(guān)系，避免采掘相互擾動；優(yōu)化巷道層位設(shè)計，提高巷道抗沖擊能力，如在厚煤層沿底布置的基礎(chǔ)上探索沿頂留底煤布置方式；優(yōu)化煤柱尺寸，降低應(yīng)力集中程度，如采煤工作面沿空巷道優(yōu)先選用小煤柱護巷，具備條件的可選擇無煤柱或負(fù)煤柱布置。
針對新建礦井，可通過提前開采保護層、在巖石中掘進巷道、采取生產(chǎn)系統(tǒng)最優(yōu)布置和各類煤柱最優(yōu)尺寸等，避免形成沖擊源頭。實施隨掘隨測，找到潛在沖擊地壓源頭，科學(xué)采取地面與井下預(yù)防性措施等；針對生產(chǎn)礦井，防沖重點在于滅源頭、避源頭、無源頭。掘進時，監(jiān)測系統(tǒng)全周期布設(shè)；回采時，隨掘隨測，提前找到潛在源頭。
同時，要研發(fā)適應(yīng)千米深井復(fù)雜條件的智能化掘進和采煤系統(tǒng)，發(fā)展智能無人化采掘作業(yè)機器人技術(shù)，防沖鉆孔機器人實現(xiàn)自動定位、自主移動、自動鉆進；底板卸壓機器人實現(xiàn)自動化處理底煤等；應(yīng)用防沖卸壓AI智能識別技術(shù)，實現(xiàn)施工過程的智能識別，直觀展示鉆孔信息。
在智能化綜采工作面新一代TSN（時間敏感網(wǎng)絡(luò)）控制系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用方面，結(jié)合綜采自動化系統(tǒng)的典型混合流量網(wǎng)絡(luò)特性，進一步優(yōu)化綜采工作面網(wǎng)絡(luò)通信鏈路，提高系統(tǒng)魯棒性（面對不確定性的穩(wěn)定性）；研發(fā)基于時間敏感網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)融合算法和工作面一體化控制系統(tǒng)軟件，提高有線、無線通信系統(tǒng)的魯棒性和控制實時性，解決中厚及薄煤層復(fù)雜地質(zhì)條件下自適應(yīng)開采問題；研究基于時間敏感網(wǎng)絡(luò)的智能控制系統(tǒng)，開發(fā)TSN控制器、AI算力電源箱、手持交互終端，設(shè)計基于時間敏感網(wǎng)絡(luò)的一體化智能型電液控制系統(tǒng)。
在綜采工作面10千伏電壓升級與節(jié)能傳動設(shè)備更新方面，如今，大功率設(shè)備投入運行，使得現(xiàn)有3.3千伏線路啟動電流、啟動壓降、線路損耗增加，供電質(zhì)量受到嚴(yán)重影響。亟需將原有綜采設(shè)備3.3千伏供電電壓等級提升至10千伏供電電壓等級，同時全面推進設(shè)備節(jié)能高效新技術(shù)推廣應(yīng)用。推廣應(yīng)用變頻調(diào)速一體機高效電機、永磁變頻一體傳動等技術(shù)，推進10千伏綜采工作面電壓升級，推進輕量化設(shè)計、材料和結(jié)構(gòu)的應(yīng)用等。
全面推進井下設(shè)備完全電動化。加快推進井下充電、換電技術(shù)和產(chǎn)品及充換點硐室工程規(guī)范建設(shè)和安全認(rèn)證，嚴(yán)格井下內(nèi)燃尾氣排放限制；加強蓄電池、燃料電池效能和安全性的基礎(chǔ)研究；推進煤礦智能化高端技術(shù)裝備和系統(tǒng)功能安全與質(zhì)量分級認(rèn)證；推進技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)品首次應(yīng)用的安全特許認(rèn)證；加強標(biāo)準(zhǔn)研究與完善，破除阻遏新技術(shù)應(yīng)用的不合理安全準(zhǔn)入限制。
在研發(fā)應(yīng)用新一代安全智能監(jiān)控與預(yù)警體系方面，要加強智能傳感與監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)裝備研發(fā)應(yīng)用，實現(xiàn)全時空“通—感—算”一體化，破解感知信息一站式匯接、數(shù)據(jù)就地快速處理、災(zāi)害趨勢精準(zhǔn)預(yù)測等難題，建立礦井全時空感知、地下空間三維重構(gòu)和地圖構(gòu)建、地下場景識別、設(shè)備群位姿可靠監(jiān)控、拓展融合基于視覺的感知技術(shù)應(yīng)用，形成集監(jiān)測、預(yù)警、防控、應(yīng)急于一體的智能安全閉環(huán)管控體系，全面提升礦井智能安全保障能力。
比如，以物探、傳感器、人工探測、圖像識別等為基礎(chǔ)，進行信息精準(zhǔn)監(jiān)測；通過指標(biāo)體系、預(yù)警模型、特征辨識，進行分析智能預(yù)警；通過探放水、抽采卸壓、快速控制等，進行災(zāi)害主動防控。
在加快露天煤礦智能化發(fā)展方面，要從大型化裝備、連續(xù)化開采、智能化運行、系統(tǒng)化規(guī)劃、一體化推進五方面，提高露天煤礦大型化、智能化水平。加快實現(xiàn)開采裝備大型化和智能化，擴大半連續(xù)、連續(xù)化智能開采工藝應(yīng)用范圍，開展一礦一策系統(tǒng)化規(guī)劃，解決露天礦傳統(tǒng)設(shè)計與卡車無人駕駛作業(yè)不適應(yīng)問題，提高礦卡等無人駕駛作業(yè)效率，推動露天礦常態(tài)化智能運行。
目前，露天礦傳統(tǒng)設(shè)計與卡車無人駕駛作業(yè)存在“五個不適應(yīng)”，即設(shè)計方式上，各部門設(shè)計缺少協(xié)同，穿爆采運排全流程作業(yè)計劃未貫通，無人駕駛未融入；運輸系統(tǒng)上，路徑規(guī)劃、路網(wǎng)參數(shù)、作業(yè)參數(shù)、交通規(guī)則等未考慮為無人駕駛創(chuàng)造條件；設(shè)計范疇上，缺少網(wǎng)絡(luò)通信、道路養(yǎng)護、爆破質(zhì)量等優(yōu)化設(shè)計，影響無人駕駛車輛正常運行；計劃時效上，傳統(tǒng)靜態(tài)設(shè)計計劃與無人駕駛對生產(chǎn)計劃動態(tài)調(diào)整的要求不適應(yīng)；調(diào)度模式上，傳統(tǒng)卡車調(diào)度規(guī)則與無人駕駛卡車對全環(huán)節(jié)集群調(diào)度的要求不適應(yīng)。
為解決以上難題，建議從采礦與運輸系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計、智能設(shè)計平臺集群調(diào)度系統(tǒng)、大載重機器人研發(fā)、組織管理模式變革方面入手。比如，生產(chǎn)一體化管控，統(tǒng)一設(shè)計基礎(chǔ)，實現(xiàn)穿爆采運排生產(chǎn)計劃貫通；對露天礦運輸系統(tǒng)進行整體優(yōu)化設(shè)計，確定無人駕駛高效運行開采作業(yè)參數(shù)；優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)通信、道路養(yǎng)護、爆破質(zhì)量等配套工程設(shè)計；優(yōu)化露天礦三維地圖實時更新及計劃動態(tài)設(shè)計；全環(huán)節(jié)全設(shè)備調(diào)度，實現(xiàn)“車—鏟—道路—環(huán)境—通信”全面協(xié)同；突破設(shè)計理念，推廣大載重礦用電動智能高效運輸系統(tǒng)。
在建立智能化煤礦運維管理體系方面，建議提高智能化常態(tài)運行質(zhì)量。構(gòu)建煤礦智能化運維管理體系，建設(shè)智能化服務(wù)平臺、規(guī)范化流程制度、專業(yè)化運維隊伍、精細(xì)化物資管理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系以及智能化煤礦運維知識庫，形成以流程為導(dǎo)向、服務(wù)為核心、技術(shù)為支點的智能化煤礦運維與管理體系。
作者：王國法
來源：中國煤炭報
