煤矿智能化建设中存在的问题及其对策研究

周洪军 周宗林

(国家矿山安全监察局安徽局，安徽省合肥市，230092)

矿山安全生产事关人民群众生命财产安全，事关经济发展和社会稳定大局，是安全生产的重中之重。党和政府高度重视煤矿安全发展，煤矿智能化开采是落实中办国办《关于进一步加强矿山安全生产工作的意见》[1]的重要举措，是煤矿安全高效开采的发展方向。在国家能源局和国家矿山安监局等机构的领导组织下，全国煤矿智能化建设取得了长足进展。煤矿智能化建设的目的就是减人、提效、增安，但通过对全国4省(区)20个单位煤矿智能化建设情况的调研，发现在法规及标准规范、智能技术及智能装备、管理层面等方面，均存在一些突出性问题。如果这些问题得不到及时解决，将直接影响全国煤矿智能化建设进程，影响煤炭行业持续稳定健康发展。

1.1 法律法规及标准规范方面

1.1.1 《煤矿安全规程》对煤矿智能化建设引领不充分

煤矿智能化建设，其目的是减人、提效和增安。目前，已通过国家级验收的智能化建设矿井，在标准、规范等方面，还存在部分条款制约煤矿智能化发展的情况，导致智能化信息化创新、重构的空间被制约，一些新技术难以落地。《煤矿安全规程》[2](以下简称《规程》)对地面主通风机房、提升机房、压风机房、变电所、井下中央变电所在什么条件可以无人值守没有作出清晰的规定；
地面瓦斯抽采泵房仍规定必须有专人值守；
《规程》中对部分设备、岗位要求必须安排专人操作或进行日检并详细记录；
井下瓦斯无人巡检系统在全矿各地点实时监测、上传，完全可以有效替代瓦检员人工巡检，但按照《规程》无法取消瓦检员。内蒙古自治区存在有的达标煤矿因瓦检员配备不足而被煤矿安全监管部门按照煤矿瓦斯治理存在重大隐患进行处罚的现象。同时，井下5G、信号强度、质量与巡检机器人无线充电技术等受井下设备“煤安认证”标准限制，无法发挥其最优能力。

1.1.2 标准规范存在不足

(1)井工煤矿《智能化示范煤矿验收评分方法(试行)》[3]中“I类煤矿供电与供排水系统评分指标(表9)”规定：关于供电系统要求“矿井高压供电系统具备智能防越级跳闸保护功能”，但安徽省很多煤矿供电实现不了高压防越级跳闸，贵州、云南、江西等省(区)也有不能实现的。因为上级变电所为保护自身开关设备及系统稳定，II段电流速断保护值往往比矿井进线开关整定值小；
若改为“矿井内部高压供电系统具备智能防越级跳闸保护功能”将更加切实可行。

(2)井工煤矿《智能化示范煤矿验收评分方法(试行)》中“I类煤矿安全监控系统评分指标(表10)”规定第5项冲击地压灾害防治有3小项共10分。但对大多数没有冲击地压的煤矿，本系统最高只能得96分。在《智能化示范煤矿验收评分方法》中，应规定无冲击地压的煤矿，此项不扣分。

(3)井工煤矿《智能化示范煤矿验收评分方法(试行)》中“III类煤矿地质保障系统评分指标(表18)”规定：关于勘探技术与装备要求“地质探测结果的精度满足地质模型构建需求”；
关于地质建模及应用要求“地质模型的精度满足智能化采煤、智能化掘进、智能化通风、智能化安全监控等系统的需要”对精度要求只定性不定量，现场验收不好把握。有的评分项目仅以“有”或“无”进行评分、无程度要求等等。有的通过省级验收的某矿地质模型建模精度仅<3 m，不能满足安全生产的需要，等等。

1.1.3 智能化综合分析管控平台建设缺少规范

煤矿企业通过智能化建设实现了数据采集与存储，但是海量的数据资产如何发挥出其应有的价值，是目前智能化建设发展遇到的瓶颈。目前煤矿企业数据分析治理缺少科学、有效的手段，数据建模、分析技术跟不上，积累的数据资产无法有效地为煤矿企业管理人员提供安全、生产、经营方面的决策引导。中煤科工集团西安研究院研究开发的《基于透明地质的矿井智能水害仿真系统》[4]，是一套集成水文地质模型、导水参数计算、水文在线监测、供排水路线、水淹模拟、人员逃生等功能的水害综合管控平台；
但从国家技术标准规范上，还缺乏能系统利用现有各子系统海量数据指导科研单位和软件开发公司研制的，符合煤矿安全生产实际需要的智能管控系统。

1.2 技术及装备方面

1.2.1 部分智能化关键技术仍未突破

近年来，煤矿智能化建设发展迅速，涌现出一批典型应用案例，但不同地区的井工煤矿井下条件各不相同，复杂条件下井工煤矿的地质精准建模、智能化采掘、煤矿机器人以及煤矿数据资源高效利用等技术未有突破性进展，尚处于初级阶段。

(1)数据采集、编码标准不统一，制约了与上级集团公司及监管监察部门平台的对接与长远发展。

(2)5G工业应用推行难，设备5G接入难(有的设备接口协议不支持5G接入，集成的5G通讯模组少)，推广难度大，设备厂商对5G模组嵌入式开发积极性不高。

(3)数据综合分析利用不充分。近年来，通过工业互联网平台建设，实现了子系统数据采集、融合，但最终的系统集成、打破烟囱式零散系统管理，绝不能仅仅靠零散系统的数据采集与上传，而是要通过系统集中平台建设；
将采集的数据经过分析后直接向相关子系统发出控制决策，实现系统间智能联动(每一处智能联动，都会减少一次人工干预，都有可能缩减一名岗位工)，这是煤矿智能化建设努力的方向。但目前网络通信协议兼容性、业务系统兼容性、系统间协同控制兼容性较差，制约了相关技术的发展。

1.2.2 一些为煤矿智能化建设服务的单位、设备器材还不适应发展需要

(1)大多数技术服务企业都偏向在软件、平台层面向煤矿服务，有的底层数据感知、采集水平依 然落后，存在瓶颈。比如：缺少矿用井下水处理自动加药传感器、油质传感器 (用于采、掘、机运的乳化液泵站、液压泵站油质监测，便于更好地运维设备、开展油质全生命周期管理)、风速传感器、流量传感器等采集精度不足，无法支撑数据分析，影响了井下通风质量动态结算、主通风机与局部通风机自动调频和井下跑冒滴漏自动监测。同时，部分设备备件受国际关系影响，存在不确定性，链条、连接环、齿轮等材质与进口件还有差距。

(2)井下很多地点辅助作业依然采用人力(管路安装拆卸、工作面巷道U型棚回收、水仓清淤等)，有些机器人受井下防爆要求，比较笨重、不灵活，有些场景缺少机械化替人、机器人替人的应用潜力挖掘。

1.2.3 有些智能化采掘技术装备对煤层条件适应性差

(1)视频监控不够精准。如通过国家级验收的某矿在浅埋深、薄基岩段及大坡度下山段开采期间，设备操控主要以人工干预为主，难以通过智能化手段进行适应性开采；
采煤机5G远程控制，因地面采煤机司机很难通过视频监控真实看清工作面现场环境，无法对煤层变化、地质构造情况、煤机跟底情况等进行精准把控。

(2)近年来，部分煤矿企业通过不同手段开展了煤岩识别技术(声音、光谱、电磁波、视频分析等)研发、断链识别(振动、声音、视频分析)等，但均未能实现有效落地应用。很多开采块段受地质条件限制，开采过程中人工干预较多。这些问题制约了采煤工作面的智能化发展。

(3)采煤机惯导定位近年来应用不够成熟，如因工作面两巷坡度不一致或者工作面底板松软以及在受其他地质环境影响期间，惯导定位无法适应现场条件变化。

(4)掘锚一体机进尺效率较高，但近年来自动铺网、锚杆钻机自动定位、自动换杆打钻等技术未能取得实质性进展，掘、支、锚、运协同作业困难，且掘锚一体机不易开挖巷道硐室，造成掘进工作面操作人员多，后路运维人员多，难以在保障进尺的同时实现减人。

(5)掘进工作面进尺期间，掘进工作面粉尘控制缺少有效的技术手段，使用泡沫除尘、风机除尘等效果均不理想，工人现场作业环境差。

(6)政府投入需要进一步加大。目前很多前沿技术比如视频分析、声纹识别、煤岩识别等，在技术研究层面需要大量的数据分析、建模以及深度学习。目前主要靠煤矿企业推动此类技术研发、创新。而煤矿企业自身现有的数据量难以支撑场景的有效训练，导致此类技术发展缓慢，一部分场景难以训练出高质量、高准确度的算法模型。

1.3 管理层面

1.3.1 思想认识有偏差

不少煤矿对煤矿智能化建设认识模糊、盲目跟风，没有以问题梳理为导向，草率对标、不注重成效，有的煤矿管理理念不够先进，建设方案比较粗糙、缺乏科学的管理机制，导致投入后见效难，不利于煤矿智能化的发展与推进。有的煤矿系统好建不好用。主要存在现场管理、软件兼容、容错机制较差，人员素质不高、网络安全、系统维护不到位等方面问题，导致煤矿智能化建设成为花架子，不管用或者不用。

1.3.2 因投入较大而产生畏难情绪

智能化装备生产成本普遍较高，前期一次性投入较大，且基本由企业自身承担；
同时，智能化装备精密程度较高，受井下粉尘、高温、潮湿环境影响容易损坏，日常维护费用高，如工作面频繁安装和拆卸，各类传感器、阀组和线缆容易损坏，复用率低。如果投入和日常管理跟不上，则造成煤矿智能化建设不能持续达标。

1.3.3 信息化智能化人才缺乏

煤矿招工难、老龄化严重、从业人员素质整体偏低，并且需要的人才难于引进，尤其是既精通智能化技术又了解煤矿生产业务流程、生产工艺的人才更为紧缺；
有的煤矿智能化系统维护往往依赖厂家。这些都导致智能化系统后期管理、运维难度大。

2.1 加强政府引导和政策支持

建议国家能源局和国家矿山安监局联合组织专家及时修订《规程》，结合煤矿安全生产标准化和煤矿智能化建设达标情况，明确矿井上下车房硐室在达到什么条件时，可以无人值守；
低瓦斯和高突矿井在什么条件下可以不设或少设专职瓦斯检查员；
明确煤矿安全生产标准化和煤矿智能化建设双达标矿井，可以在生产扩能、安全监察频次、安全生产许可证等方面享受相关鼓励政策。同时减轻在智能化煤矿建设过程中对推广使用新技术造成责任事故的问责力度，提高推广应用新技术的奖励，鼓励煤矿敢于应用新技术、新工艺。

2.2 加强智能化关键技术攻关

在现有财政专项奖补资金基础上，申请增加财政专项经费，由政府相关部门牵头，组织煤矿智能化建设关键技术攻关。组织创新联盟、交流平台等，集中优势力量分类施策，发掘汇聚煤矿企业、科研院所、装备企业优秀人才，集中优势技术资源，加强煤矿智能化建设协同创新，共同攻克相关技术难题；
采取财政补贴、税收减免等手段加大煤矿智能化建设支持力度。营造煤矿智能化发展的良好环境，增强企业信心、激发建设热情。2023年9月6日，中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《关于进一步加强矿山安全生产工作的意见》，提出要强化矿山安全科技支撑体系建设；
加强矿山重大灾害预防与治理研究，组织重大关键技术攻关；
推进矿山信息化、智能化装备和机器人研发及应用，实施一批矿山安全类重大科技项目。

2.3 及时修订标准规范

根据人工智能等技术发展程度，进行定期动态修订，提升煤矿智能化建设投入的有效性。降低《规程》和煤矿智能化建设验收相关标准中，对操作人员、检修试验等方面要求；
智能化验收标准中，对系统及设备设施功能的要求，应以适用、增效为目的，少定性、多定量，以便于各级验收把关。同时，对智能化设备生产标准，从国家层面要尽量规范；
对一些新技术的现场应用还需要国家政策或相关规范的支持，如井下无人驾驶等。

2.4 加强政策引领，提升煤炭科技创新驱动能力

创新是引领发展的第一动力，建设智慧、绿色矿山是煤矿企业高质量发展的方向。大力推进科技创新，应围绕智能化及大数据等技术，加大资金及新设备、新技术的投入，切实提高煤矿科技现代化水平。

2.5 做好煤矿智能化建设顶层设计

煤矿要以问题梳理为导向，明确建设内容，尤其是智能化建设的目的和企业通过智能化建设亟待解决的问题。细化建设方案，落实责任、建立目标考核等相关制度，全面认真抓好落实。同时要重视智能化相关设备及配件采购、网络安全和系统维护等环节的问题。

2.6 加强数据综合分析平台建设

煤矿建设初期要重视数据治理，注重各子系统之间的兼容性，避免形成信息孤岛。为打通煤矿智能化建设的数据通道，降低数据融合阻力，陕煤集团神木红柳林矿业有限公司对各业务应用厂商提出的4点要求值得借鉴[5]。

(1)业务应用厂商应配合数据治理厂商提供数据接口，实现统建数据平台的数据资产沉淀。

(2)业务应用厂商应配合数据治理厂商，完成源系统基本信息的调研，包括但不限于相关数据表、字段、数据字典等信息，以及数据相关业务术语及业务规则等的梳理工作。

(3)业务应用厂商提供的系统数据质量要符合客户相关数据标准。如暂时不能满足，业务系统厂商应配合修正。

(4)原则上各业务厂商应提供公开标准协议。如果提供私有协议，需要进行澄清说明。

2.7 加大适用人才培养力度

进一步加强企业、高校、科研院校与相关装备生产厂商的合作，加强信息共享，通过项目学科联合建设、共建产学研技术创新联盟、共建人才培训基地等方式，加大人才培养、技术交流，打破技术与业务、业务与业务之间的壁垒，共同推动智能化人才培养。强化煤矿现有人才培养、培训，由煤矿智能化建设牵头部门组织制定统一培训标准，进行行业统一培训，增强煤矿智能化建设专业技术人员的专业技能。

煤矿智能化建设是一项系统工程。相信有党和政府对煤矿安全发展的高度重视，在国家能源局和国家矿山安全监察局的坚强领导下，随着广大煤矿企业对智能化建设重要性认识的逐步提高和正确的智能化建设方式方法的运用，并在科研、软件开发、设备生产制造等单位的共同努力协作下，一定能解决煤矿智能化建设中出现的各种突出问题，全国煤矿智能化建设一定会提升至新的更高水平。

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