目前，煤礦智能化建設已經(jīng)取得了階段性重大應用成果，但仍處于初級或中級智能化水平，存在系統性和實(shí)用性等問(wèn)題，智能化礦山建設步入深水區，高級智能化礦井建設勢在必行。本文在分析智能化煤礦建設存在問(wèn)題的基礎上，結合科學(xué)采礦、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、時(shí)空智能、大數據分析、智能制造和工業(yè)控制等技術(shù)，詳細闡述了高級智能化礦井建設“六體系、六化、兩模式或平臺、六鏈流”的“6626工程”，并對高級智能化礦井建設分類(lèi)、建設思路、經(jīng)濟與社會(huì )效益和相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了論述?！傲w系”包括標準體系、技術(shù)體系、裝備體系、管理體系、培訓體系和服務(wù)體系；“六化”包括裝備智能化、地測透明化、分析在線(xiàn)化、控制協(xié)同化、智能系統化、生產(chǎn)綠色化；“兩模式”包括基于透明化地測保障的智能化協(xié)同管控平臺及應用系統和基于精確時(shí)空信息的礦井采掘工作面少人或無(wú)人自適應截割協(xié)同管控平臺及應用系統；“六鏈流”包括煤鏈流、電鏈流、風(fēng)鏈流、水鏈流、物鏈流和綠色循環(huán)經(jīng)濟鏈流。高級智能化礦井建設的“6626工程”為智能化煤礦建設成功涉過(guò)深水區和可持續發(fā)展提供一種可行的路徑和技術(shù)支撐。

作者簡(jiǎn)介

毛善君，男，1964年8月生，北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院教授、博士生導師，北京大學(xué)鄂爾多斯能源研究院首席科學(xué)家，北京龍軟科技股份有限公司董事長(cháng)，國家科技部2018年度科技創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)人才，北京市安全生產(chǎn)領(lǐng)域學(xué)科帶頭人，主要從事地理信息系統教學(xué)及智能化煤礦科研及應用工作?，F為國際數字地球學(xué)會(huì )（ISDE）中國國家委員會(huì )數字能源專(zhuān)業(yè)委員會(huì )副主任、國家礦山安全監察局智能化建設專(zhuān)家委員會(huì )科技攻關(guān)分委會(huì )委員、智能采礦裝備技術(shù)全國重點(diǎn)實(shí)驗室咨詢(xún)委員、中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì )信息化分會(huì )第五屆理事會(huì )副會(huì )長(cháng)和中國地質(zhì)學(xué)會(huì )數學(xué)地質(zhì)與地學(xué)信息專(zhuān)業(yè)委員會(huì )副主任委員。負責或參與國家級課題7項（十二五、十三五、十四五），在國內外重要刊物或會(huì )議發(fā)表論文180多篇，授權國內外發(fā)明專(zhuān)利60多項，出版專(zhuān)著(zhù)5部，獲國家科技進(jìn)步二等獎2項、行業(yè)協(xié)會(huì )或省部級一等獎13項，多篇論文獲“領(lǐng)跑者5000——中國精品科技期刊頂尖學(xué)術(shù)論文”（F5000）。

主要內容

我國智能化煤礦建設成果豐碩,極大地促進(jìn)了煤炭工業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展,也為更高層次的智能化煤礦建設奠定了堅實(shí)的基礎。目前，已建成的智能化礦井仍然處于初級或中級水平,其系統性、集成性、實(shí)用性與行業(yè)或生產(chǎn)礦井管理及技術(shù)人員的預期存在一定的差距。

首先，詳細分析了初級或中級智能化礦井存在的問(wèn)題。主要問(wèn)題包括：裝備智能化整體功能弱；地測系統透明化、實(shí)用化程度低；分析在線(xiàn)化實(shí)時(shí)性不強;控制協(xié)同化關(guān)聯(lián)性少；人才高科技化比例太低；智能系統化還未形成；綠色低碳開(kāi)采技術(shù)尚未與智能化系統深度融合?；诖?，提出了建設高級智能化煤礦（Advanced Intelligent Coal Mine，簡(jiǎn)稱(chēng)AIC）的目標，并對其內涵進(jìn)行了定義：將時(shí)空智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數據、工業(yè)控制、機器人化裝備等與現代礦山開(kāi)發(fā)技術(shù)深度融合，形成全面感知、實(shí)時(shí)互聯(lián)、自主學(xué)習、超前預測、動(dòng)態(tài)決策、協(xié)同控制的集成智能化系統，實(shí)現礦井探測、開(kāi)拓、采掘、運通、分選、安全、生態(tài)、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理等全過(guò)程軟硬件系統的智能化、常態(tài)化自主運行。

其次，提出了解決目前智能化煤礦建設和應用存在問(wèn)題的路徑，即“北大-龍軟”高級智能化礦井建設模式（簡(jiǎn)稱(chēng)“6626工程”），并對6626工程結構、管控總體架構以及“六體系”“六化”“兩模式或兩平臺”和“六鏈流”的具體內容進(jìn)行了闡述。其中，“兩模式或兩平臺”是高級智能化管控的重要基礎，涉及的部分技術(shù)具有原創(chuàng )性和實(shí)用性：（1）基于透明化地測保障的智能化綜合協(xié)同管控模式或平臺：通過(guò)實(shí)現精細化高精度三維透明地測模型與“六鏈流”管控、災害防治、安全決策的深度實(shí)時(shí)融合和應用，提高管控效率和預測精度，確保安全生產(chǎn)；（2）基于精確時(shí)空信息的礦井采掘工作面少人或無(wú)人自適應截割管控模式或平臺：包括“透明化地測模型+自動(dòng)調平陀螺全站儀精確定位+數字孿生管控+矢量空間視頻流”四大關(guān)鍵技術(shù)，為實(shí)現煤礦采掘工作面的精準遠程控制、沉浸式巡檢及無(wú)人化生產(chǎn)目標提供了高科技保障。數字孿生和矢量空間視頻流，將實(shí)現對采掘工作面實(shí)時(shí)安全生產(chǎn)信息的遠程相互印證和相互補充。

再次，對高級智能化煤礦進(jìn)行了分級分類(lèi)。（1）初等級高級智能化礦井（AIC1），主要特點(diǎn)包括：有氧生產(chǎn)場(chǎng)所；裝備智能化，主要是對現有設備的改造，部分創(chuàng )新性設備；地測透明化，地質(zhì)數據整體精度在60%~90%之間；分析在線(xiàn)化，大數據和簡(jiǎn)單智能分析；控制協(xié)同化，自適應協(xié)同控制比例為60%~90%；智能系統化，智能化程度在50%左右；生產(chǎn)綠色化，整體在50%左右；實(shí)現部分生產(chǎn)場(chǎng)所無(wú)人，采掘面少人或無(wú)人，人的交互式作用很關(guān)鍵，部分機器人發(fā)揮作用。（2）中等級高級智能化礦井(AIC2)，主要特點(diǎn)包括：有氧生產(chǎn)場(chǎng)所；裝備智能化，主要是新設備的研發(fā)和生產(chǎn)，部分老舊設備的改造；地測透明化，地質(zhì)數據整體精度在90%以上；分析在線(xiàn)化，系統性的智能分析；控制協(xié)同化，自適應協(xié)同控制比例為100%；智能系統化，智能化程度大于90%；生產(chǎn)綠色化，整體在90%左右；實(shí)現包括采掘面在內的主要生產(chǎn)場(chǎng)所少人或無(wú)人，人和機器人的作用同等重要。（3）高等級高級智能化礦井(AIC3)，主要特點(diǎn)包括：無(wú)氧生產(chǎn)場(chǎng)所；主要是機器人和少量的穿戴采礦服的采礦員；裝備智能化，主要是創(chuàng )新性設備；地測透明化，地質(zhì)數據整體精度為95%以上；分析在線(xiàn)化，系統性智能分析；控制協(xié)同化，自適應協(xié)同控制比例為100%；智能系統化，智能化程度達100%；生產(chǎn)綠色化，整體達100%；實(shí)現包括采掘面在內的主要生產(chǎn)場(chǎng)所無(wú)人，機器人巡檢和操控為主、采礦員為輔。

最后，對高級智能化煤礦的建設思路、技術(shù)路線(xiàn)以及經(jīng)濟與社會(huì )效益進(jìn)行了闡述和分析。基于“科技引領(lǐng)、政府主導、頂層設計、分類(lèi)謀劃、典型示范、以點(diǎn)帶面”的行動(dòng)路線(xiàn)，著(zhù)力建設“六化、六體系”，推動(dòng)試點(diǎn)示范工程，高級智能化煤礦將實(shí)現安全、經(jīng)濟和社會(huì )效益“三豐收”。不分成果已在生產(chǎn)礦井和系統研發(fā)過(guò)程中得到初步應用和驗證，為我國能源領(lǐng)域實(shí)現“雙碳”戰略目標和煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有重要的意義。