來(lái)源：中國煤炭報

數字化、自動(dòng)化、信息化、智能化，這些概念究竟是什么關(guān)系？事實(shí)上，我國煤炭工業(yè)幾十年來(lái)有一條綜合機械化發(fā)展的主線(xiàn)。理解了這條主線(xiàn)，就會(huì )理解，數字化、自動(dòng)化、信息化，是你中有我、我中有你的關(guān)系，是智能化發(fā)展的基礎，也是從不同視角對智能化的表征，彼此交融。

綜合機械化是智能化的基礎

我國煤礦綜合機械化發(fā)展，大概起步于上世紀70年代末80年代初；全面進(jìn)入綜合機械化發(fā)展，是在上世紀80年代中期。那時(shí)，我剛剛研究生畢業(yè)，來(lái)到煤炭科學(xué)研究總院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)煤科院）。國家支持煤炭部搞“百套引進(jìn)”計劃，吸收消化國外先進(jìn)裝備和技術(shù)，核心是提高煤炭生產(chǎn)力水平，支撐國家經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展。

煤礦綜合機械化最早是比較簡(jiǎn)單的。上世紀80年代中期，綜采和高檔普采兩種長(cháng)壁開(kāi)采方式同時(shí)發(fā)展。所謂高檔普采，就是工作面使用采煤機落煤、使用單體液壓體支護。所謂綜采，是實(shí)現工作面落煤、運煤、支護等全過(guò)程的機械化。

當年，在計劃經(jīng)濟體制下，國家統一從國外引進(jìn)了130多套綜采設備，分配給各礦務(wù)局，但很多煤礦分到設備后，卻不肯讓設備下井。對于煤礦來(lái)說(shuō)，越簡(jiǎn)單的生產(chǎn)方式越容易組織生產(chǎn)。而液壓支架和配套設備安裝工程量大，在井下設備壞了怎么辦，推不動(dòng)怎么辦，沒(méi)有產(chǎn)量怎么辦？這些問(wèn)題都是煤礦的顧慮。這就造成了早期對綜合機械化認識上的分歧，在推廣綜采時(shí)遇到了很多困難，而且引進(jìn)的液壓支架，不是針對我國煤礦條件設計的，適應性也不好。一些煤礦在使用綜采設備過(guò)程中出現很多事故，比如支架平衡千斤頂被拉斷了、工作面片幫冒頂導致支架推不動(dòng)，等等。

一直到上世紀90年代，業(yè)界對推行綜合機械化的分歧還是很大，特別是對綜采放頂煤開(kāi)采的認識長(cháng)期不能統一。支持者認為綜放是特厚煤層開(kāi)采的最有效方法，反對者則抓住其安全和回采率等問(wèn)題加以否定。

煤礦推行機械化開(kāi)采的前提條件是支護。在綜合機械化發(fā)展過(guò)程中，先要解決支架適應性、可靠性問(wèn)題，保障工作面支得住、走得動(dòng)。當時(shí)，煤科院北京開(kāi)采所是煤炭工業(yè)部液壓支架技術(shù)歸口研發(fā)單位。從“六五”到“十五”國家科技攻關(guān)計劃，液壓支架一直是科技攻關(guān)的重點(diǎn)，也同時(shí)帶動(dòng)了工作面成套設備的配套研發(fā)。

1995年以后，雖然爭議依然存在，但全國大型煤礦基本接受了綜合機械化開(kāi)采方式，逐漸認識到綜合機械化開(kāi)采是安全高效開(kāi)采的根本途徑。2000年以后，我們提出高效集約、建設安全高效礦井的概念和目標。

實(shí)際上，在綜合機械化發(fā)展過(guò)程中，已經(jīng)應用了自動(dòng)化技術(shù)，自動(dòng)化是綜合機械化的組成部分。從1990年到1995年，我們已經(jīng)有了電液控制系統的研發(fā)思路。1988年，我們去當時(shí)的神華集團推廣電液控制系統應用。當時(shí)，神東礦區建設借鑒美國煤礦高效集約化長(cháng)壁開(kāi)采模式和經(jīng)驗，開(kāi)始大規模引進(jìn)電液控制液壓支架和世界先進(jìn)裝備，實(shí)施裝備高端化，開(kāi)采集約化。

1995年，我寫(xiě)了第一篇關(guān)于電液控制系統國產(chǎn)化可行性研究報告，建議研發(fā)國產(chǎn)化電液控制系統，推動(dòng)北京開(kāi)采所聯(lián)合德國Maco公司，建立天瑪電液控制系統合資公司，研發(fā)和推廣液壓支架電液控制系統。

2003年，兗礦集團首次在半個(gè)工作面成功應用了天瑪電液控制系統。自此，電液控制系統國產(chǎn)化逐漸開(kāi)始有了起色。同年，我們在當時(shí)的晉城煤業(yè)集團寺河礦研發(fā)了5.5米電液控制大采高液壓支架，這是高端綜采裝備國產(chǎn)化的真正開(kāi)始。隨后，煤炭行業(yè)“黃金十年”來(lái)臨，高端電液控制液壓支架從6米、7米、8米到10米，快速發(fā)展和大規模應用起來(lái)。

在不同的發(fā)展階段，煤炭工業(yè)的發(fā)展主題不同。2000年以后，煤炭工業(yè)發(fā)展主題是建設高產(chǎn)高效礦井。煤礦開(kāi)采以高效為目標，煤礦感受到高端裝備帶來(lái)的安全和經(jīng)濟效益。2005年至2009年，中國煤炭科工集團、神華集團、中煤能源集團合作完成重大裝備國產(chǎn)化項目——年產(chǎn)600萬(wàn)噸大采高綜采成套技術(shù)與裝備，全面推進(jìn)了綜采高端裝備國產(chǎn)化，該項目獲得國家科技進(jìn)步獎二等獎。

煤礦智能化發(fā)展尚處于初級階段

在煤礦綜合機械化不斷升級發(fā)展的基礎上，我們提出了煤礦智能化概念。2010年，國家發(fā)改委和工信部組織開(kāi)展智能制造專(zhuān)項研究，我們申報了煤礦綜采智能化系統項目，被列入國家智能制造專(zhuān)項。

煤礦智能化先從工作面開(kāi)始，首個(gè)項目在陜煤集團紅柳林礦業(yè)公司7米大采高工作面展開(kāi)。同時(shí)該集團黃陵礦業(yè)公司也找到了我們。

紅柳林礦以厚煤層為主，開(kāi)采條件好，適合超大采高智能化綜采，也是國內外第一個(gè)成功實(shí)現7米超大采高智能化綜采的煤礦。

黃陵礦區煤層有薄煤層、中厚煤層和厚煤層。2011年，我們在黃陵一礦開(kāi)始設計首個(gè)1.1米至2.2米薄煤層和中厚較薄煤層智能化工作面，解決了無(wú)人化作業(yè)等一系列難題，比如工作面三角煤的自動(dòng)截割等。2014年，該智能化開(kāi)采工作面建成并通過(guò)鑒定，成為全國第一個(gè)智能化示范工作面，開(kāi)創(chuàng )了“工作面一人巡視，無(wú)人操作”常態(tài)化遠程控制采煤“黃陵智能化開(kāi)采模式”。

智能開(kāi)采成為煤炭行業(yè)發(fā)展的新主題。最初的“自動(dòng)化”以實(shí)現液壓支架電液控制為支撐和標志；現在的“智能化”，要實(shí)現基于工作面全時(shí)空信息感知、智能決策、全自動(dòng)化運行，工作面內不需要人工操作。

對煤礦智能化概念的糾纏并無(wú)太大意義，那如何界定智能化？智能化至少要具備三個(gè)基本要素——裝備的自感知、自決策、自執行。當然，設備不可能一開(kāi)始就達到理想的智能化程度，但我們在判斷時(shí)，要看是否具備智能化的基本要素。煤礦智能化是一個(gè)不斷發(fā)展的過(guò)程，智能化系統和裝備需要不斷迭代升級。

黨的十九屆四中全會(huì )以后，人工智能、5G、大數據、區塊鏈等新技術(shù)得到重視，各行各業(yè)開(kāi)始推廣智能化。從煤炭工業(yè)發(fā)展角度看，實(shí)現高質(zhì)量發(fā)展需要以科技創(chuàng )新作為核心驅動(dòng)力，而支撐煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心，在于全面推進(jìn)煤礦智能化建設。

2019年，我和中國工程院10位院士一起，向中辦和國辦提交了一份“關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的建議”的院士建議。此份建議是八部委發(fā)布《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導意見(jiàn)》的重要基礎，涵蓋了發(fā)展原則、分階段目標、主要任務(wù)以及保障措施等?！蛾P(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導意見(jiàn)》的出臺，使煤礦智能化建設真正上升到國家層面。

從智能化開(kāi)采到全礦井智能化，涉及層面很多。對于井工煤礦來(lái)說(shuō)，智能化系統更復雜。在頂層設計里，我們梳理出至少上百個(gè)子系統，再把系統歸納為十大應用系統。我們團隊這幾年的研究成果，就是把煤礦智能化建設架構全部清晰化、細節化，研發(fā)出十大應用系統關(guān)鍵技術(shù)，并找到不同類(lèi)型煤礦智能化建設的有效路徑和落地實(shí)施方案，研究建立煤礦智能化的基礎理論和技術(shù)標準體系。

2019年至今，我們開(kāi)展了一系列典型智能化煤礦系統頂層設計和所需裝備研發(fā)，針對不同類(lèi)型礦井條件，探索不同建設路徑。比如，在張家峁煤礦全面智能化改造中，提出煤礦智能化系統與關(guān)鍵裝備的研發(fā)，取得十大創(chuàng )新成果，為已生產(chǎn)煤礦智能化升級提供了樣板；在巴拉素煤礦和可可蓋煤礦，我們從設計規劃開(kāi)始，全面植入智能化基因，全系統、全環(huán)節統一進(jìn)行智能化設計和礦井建設施工。

目前，煤礦智能化尚處于初級階段或培育示范階段，一些關(guān)鍵技術(shù)還存在瓶頸。我們應力爭突破瓶頸，形成全面的智能化技術(shù)支撐。

按照當前速度，用不了很長(cháng)時(shí)間，煤礦智能化就會(huì )像綜合機械化一樣，逐漸完善并走向成熟。在綜合機械化發(fā)展早期，很多采煤隊不愿用綜采設備，覺(jué)得單體支柱搬起來(lái)就能走，液壓支架又大又重，安裝搬家耗時(shí)耗力。但到了后來(lái)，沒(méi)人愿意搬單體支柱了。智能化也一樣。發(fā)展到成熟階段，不搞智能化就沒(méi)人愿意干了。

我們提出的煤礦智能化愿景，就是實(shí)現煤礦全時(shí)空信息實(shí)時(shí)感知、安全風(fēng)險雙重預防閉環(huán)管控，生產(chǎn)過(guò)程全部自動(dòng)化作業(yè)，讓職工更幸福、企業(yè)更高質(zhì)量地發(fā)展。這是符合科學(xué)規律的，是一定能夠實(shí)現的。

新形勢下的煤礦智能化發(fā)展方向

當前，煤炭行業(yè)雖面臨政策、環(huán)境等壓力，但能源保供基本面依然決定煤炭行業(yè)有很好的發(fā)展機遇。落后產(chǎn)能逐漸淘汰，產(chǎn)業(yè)集中度進(jìn)一步提高，有助于發(fā)揮智能化集約化礦井的產(chǎn)能優(yōu)勢。毫無(wú)疑問(wèn)，今后煤礦要發(fā)展智能化?！半p碳”目標對于優(yōu)勢煤炭企業(yè)來(lái)說(shuō)，其實(shí)更多是利好。

今后一個(gè)時(shí)期，我國能源需求仍將保持增長(cháng)，但不確定性因素增加，這就需要應對煤炭需求的彈性要求。有人提出要搞煤炭戰略?xún)?，建應急煤礦。我認為煤炭與油氣不同，存放久了會(huì )自燃，不應與油氣、糧食等一樣進(jìn)行產(chǎn)品戰略?xún)?，而應科學(xué)布局產(chǎn)能儲備。

在此背景下，我提出建設以煤礦智能化為支撐的煤炭柔性生產(chǎn)供給體系，該體系只有借助智能化技術(shù)才能實(shí)現。

柔性生產(chǎn)供給體系實(shí)際上是從智能制造領(lǐng)域引伸來(lái)的概念。智能制造柔性生產(chǎn)線(xiàn)可滿(mǎn)足個(gè)性化產(chǎn)品需求，提供訂單式生產(chǎn)選擇。煤炭生產(chǎn)要滿(mǎn)足彈性需求，柔性生產(chǎn)供給體系是一個(gè)必然方向。因此，我們提出了建立智能柔性煤炭生產(chǎn)供給體系的科學(xué)構想，提出了柔性生產(chǎn)供給體系模型和技術(shù)架構，界定了相關(guān)概念，比如什么是柔性生產(chǎn)供給體系、什么是柔性度系數。

從國家能源發(fā)展和能源安全戰略出發(fā)，我認為建設智能柔性煤炭生產(chǎn)供給體系是保障國家能源安全、建設現代能源體系中最貼近實(shí)際的一條路徑。建設柔性生產(chǎn)供給體系，需要煤礦智能化技術(shù)的支撐，即在需求旺盛的時(shí)候，柔性生產(chǎn)供給體系能在保證安全生產(chǎn)的情況下，快速增加產(chǎn)量；在市場(chǎng)低迷的時(shí)候，也可以快速減少產(chǎn)量，不會(huì )對礦山造成較大的系統和人員成本等損失。

此外，我還提出了建設5G+ABCD智能化支撐技術(shù)體系，構建現代能源與礦業(yè)治理體系。應用5G通信技術(shù)與人工智能、區塊鏈、云計算、大數據等技術(shù)相結合，建設“煤智云”煤炭行業(yè)智能化大數據中心，建立一個(gè)從礦井、集團、省級到國家層面的四級全國煤炭和能源智能管理和交易平臺。

要滿(mǎn)足柔性生產(chǎn)供給，必須使信息能在全國范圍共享。我們對柔性生產(chǎn)供給系統運行模式提出了設想，要有全國智能系統平臺、中間服務(wù)機構等，及時(shí)把需求端、生產(chǎn)端的信息連接起來(lái)，便于提前預測煤炭的消費需求變化，及時(shí)調整煤礦生產(chǎn)計劃。

我最新提出的6S智能化煤礦概念，也是我們對煤礦智能化本質(zhì)的思考。智能化煤礦的基本要求是什么？6S（Safety、Security、Sustainability、Sensitivity、Service、Smartness）最符合煤礦智能化的特征和要求。具體而言，第一是安全，煤礦要保證系統、設備、信息、功能等各方面的安全。第二是可靠，運行系統、設備要可靠。第三是可持續，資源可持續、生態(tài)可持續、發(fā)展可持續，保證運行質(zhì)量和效率。第四是系統敏感性或系統柔性，系統的柔性主要體現在技術(shù)核心要素、技術(shù)架構上，這需要對供需鏈條上的信息敏感、對響應敏感等。第五是系統的全面服務(wù)，建立新型的服務(wù)體系，從提供設備向提供全生命周期增值服務(wù)轉變。第六是智慧，系統智能與人文智慧高度融合，形成煤礦綜合智慧生態(tài)。

社會(huì )科技發(fā)展進(jìn)入智能化時(shí)代。新一代信息技術(shù)與傳統產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，是社會(huì )基本發(fā)展規律。我們科研人員需要做的，是適應規律，要在社會(huì )科技變革、工業(yè)革命的過(guò)程中不掉隊，使煤炭行業(yè)實(shí)現健康、高質(zhì)量發(fā)展。