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(jìn)會上，中國工程院院士、中國煤炭科工集團(tuán)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(jìn)入攻堅(jiān)階段，首批示范煤礦的一部分規(guī)劃目標(biāo)已實(shí)現(xiàn)、一部分未實(shí)現(xiàn)，存在很多待解難題。中國煤炭科工集團(tuán)煤礦智能化團(tuán)隊(duì)結(jié)合《煤礦智能化建設(shè)指南》《智能化示范煤礦驗(yàn)收管理辦法》等，剖析實(shí)際建設(shè)成效和驗(yàn)收結(jié)果，梳理出約千項(xiàng)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(yùn)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(jìn)。研發(fā)薄煤層液壓支架控制系統(tǒng)，實(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)開采過程仿真推演，高效驗(yàn)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(jī)和高可靠性新型薄煤層刮板輸送機(jī)。
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(hù)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(hù)層、在巖石中掘進(jìn)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(shí)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(diǎn)在于滅源頭、避源頭、無源頭。掘進(jìn)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(jìn)和采煤系統(tǒng)，發(fā)展智能無人化采掘作業(yè)機(jī)器人技術(shù)，防沖鉆孔機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動定位、自主移動、自動鉆進(jìn)；底板卸壓機(jī)器人實(shí)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(shí)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(jìn)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(shí)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(yùn)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(jìn)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(jī)高效電機(jī)、永磁變頻一體傳動等技術(shù)，推進(jìn)10千伏綜采工作面電壓升級，推進(jìn)輕量化設(shè)計、材料和結(jié)構(gòu)的應(yīng)用等。
全面推進(jìn)井下設(shè)備完全電動化。加快推進(jìn)井下充電、換電技術(shù)和產(chǎn)品及充換點(diǎn)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(qiáng)蓄電池、燃料電池效能和安全性的基礎(chǔ)研究；推進(jìn)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(jìn)技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)品首次應(yīng)用的安全特許認(rèn)證；加強(qiáng)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(qiáng)智能傳感與監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)裝備研發(fā)應(yīng)用，實(shí)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(jìn)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(jìn)行分析智能預(yù)警；通過探放水、抽采卸壓、快速控制等，進(jìn)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(yùn)行、系統(tǒng)化規(guī)劃、一體化推進(jìn)五方面，提高露天煤礦大型化、智能化水平。加快實(shí)現(xiàn)開采裝備大型化和智能化，擴(kuò)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(yùn)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(yùn)排全流程作業(yè)計劃未貫通，無人駕駛未融入；運(yùn)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(hù)、爆破質(zhì)量等優(yōu)化設(shè)計，影響無人駕駛車輛正常運(yùn)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(yùn)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(jī)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(shí)現(xiàn)穿爆采運(yùn)排生產(chǎn)計劃貫通；對露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行整體優(yōu)化設(shè)計，確定無人駕駛高效運(yùn)行開采作業(yè)參數(shù)；優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)通信、道路養(yǎng)護(hù)、爆破質(zhì)量等配套工程設(shè)計；優(yōu)化露天礦三維地圖實(shí)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(shí)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(yùn)輸系統(tǒng)。
在建立智能化煤礦運(yùn)維管理體系方面，建議提高智能化常態(tài)運(yùn)行質(zhì)量。構(gòu)建煤礦智能化運(yùn)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(yùn)維隊(duì)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(yùn)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(diǎn)的智能化煤礦運(yùn)維與管理體系。
作者：王國法
來源：中國煤炭報
