智慧礦山深度研究報(bào)告

1.1智慧礦山是什么？智慧礦山，是指基于現(xiàn)代煤礦智能化理念，將物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、自動(dòng)控制、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人化裝備等與現(xiàn)代礦山開發(fā)技術(shù)深度融合，形成礦山全面感知、實(shí)時(shí)互聯(lián)、分析決策、自主學(xué)習(xí)、動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)、協(xié)同控制的完整智能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)礦井開拓、采掘、運(yùn)通、分選、安全保障、生態(tài)保護(hù)、生產(chǎn)管理等全過程的智能化運(yùn)行。通俗的講，智慧礦山與傳統(tǒng)煤礦就像智能手機(jī)和普通手機(jī)，智能汽車（無人駕駛）和傳統(tǒng)汽車。以無人駕駛為例，通過“地圖+規(guī)劃+預(yù)測(cè)”結(jié)合“大數(shù)據(jù)平臺(tái)+人工智能”可以實(shí)現(xiàn)信息化，通過“控制+定位”結(jié)合“機(jī)器學(xué)習(xí)+仿真訓(xùn)練”可以實(shí)現(xiàn)智能化駕駛。智慧煤礦也是在現(xiàn)有煤礦基礎(chǔ)上開發(fā)應(yīng)用各種新技術(shù)、不斷發(fā)展完善新理念實(shí)現(xiàn)煤礦智能化。普通煤礦如何發(fā)展成智慧煤礦，一是需要智能系統(tǒng)基站、遠(yuǎn)端控制平臺(tái)等基礎(chǔ)建設(shè)；二是需要煤機(jī)等裝備智能化改造或購(gòu)置；三是需要交互式信息平臺(tái)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)平臺(tái)等軟硬件建設(shè)；四是需要各子（分）控制系統(tǒng)和控制技術(shù)的相互銜接與融合，如綜采子系統(tǒng)、綜掘子系統(tǒng)、安全子系統(tǒng)、提升子系統(tǒng)等融合形成整個(gè)礦山的智能化成套控制系統(tǒng)。智慧礦山的主要特點(diǎn)：智慧礦山的顯著標(biāo)志就是“無人”，就是開采面無人作業(yè)、掘進(jìn)面無人作業(yè)、危險(xiǎn)場(chǎng)所無人作業(yè)、大型設(shè)備無人作業(yè)，直到整座礦山無人作業(yè)。整個(gè)礦山的各個(gè)方面都在智慧機(jī)器人和智慧設(shè)備下操作完成。智慧礦山情景邏輯1.2發(fā)達(dá)國(guó)家智慧礦山發(fā)展相對(duì)較早西方發(fā)達(dá)國(guó)家從上世紀(jì)90年代就開始研究智能開采技術(shù)，尤其是加拿大、美國(guó)等國(guó)家，為取得在采礦工業(yè)中的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，曾先后制定了“智能化礦山”和“無人化礦山”的發(fā)展規(guī)劃。加拿大國(guó)際鎳公司從20世紀(jì)90年代初開始研究自動(dòng)采礦技術(shù)，擬于2050年在某礦山實(shí)現(xiàn)無人采礦，通過衛(wèi)星操縱礦山的所有設(shè)備，實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)采礦；美國(guó)1999年對(duì)地下煤礦的自動(dòng)定位與導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行研究，獲得了商業(yè)化的研究成果；2008年，力拓集團(tuán)就啟動(dòng)了“未來礦山”計(jì)劃，部署了圍繞計(jì)算機(jī)控制中心展開的無人駕駛卡車、無人駕駛火車、自動(dòng)鉆機(jī)、自動(dòng)挖掘機(jī)和推土機(jī)，2018年底，力拓批準(zhǔn)投資26億美元，在西澳洲打造首個(gè)純“智能礦山”項(xiàng)目；2018年，英美資源集團(tuán)啟動(dòng)“未來智能礦山”計(jì)劃。海外大型礦山公司已經(jīng)布局智慧礦山：力勁集團(tuán)于2018年底決定投資26億美元將Koodaideri鐵礦項(xiàng)目打造成全球首個(gè)純智能礦山；2018年英美啟動(dòng)“未來智能礦山”計(jì)劃，采用機(jī)器人、虛擬技術(shù)、智能傳感代替人工。1.3煤礦開發(fā)經(jīng)歷機(jī)械化-自動(dòng)化-智能化

（1）煤礦機(jī)械化程度逐年提升我國(guó)從上世紀(jì)70年代引進(jìn)綜采綜掘設(shè)備，80年代推行綜合機(jī)械化開采，到自行研制大型煤礦機(jī)械裝備，實(shí)現(xiàn)了煤機(jī)裝備國(guó)產(chǎn)化，煤機(jī)裝備制造位于世界領(lǐng)先行列。煤機(jī)主要包括掘進(jìn)機(jī)、采煤機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、液壓支架等。截止2018年，全國(guó)采煤機(jī)械化程度達(dá)到78.5%，相比1978年的32.3%顯著提升。

高可靠性采掘裝備是實(shí)現(xiàn)工作面自動(dòng)化、智能化開采的基本保障?！笆晃濉币詠?，國(guó)產(chǎn)大型煤機(jī)裝備發(fā)展迅速，攻克了一系列制約煤機(jī)裝備發(fā)展的技術(shù)瓶頸，逐步建立了采、掘、運(yùn)、支成套裝備，成功研發(fā)了成套系列化國(guó)產(chǎn)煤機(jī)裝備，采煤機(jī)裝機(jī)總功率達(dá)到近3000kW，截割功率達(dá)到1150kW，截割高度突破8.8m，生產(chǎn)能力達(dá)到4500t/h，達(dá)到世界領(lǐng)先水平。（2）煤礦采煤自動(dòng)化逐步升級(jí)為了滿足煤礦開采技術(shù)要求，必須運(yùn)用電氣自動(dòng)化控制技術(shù)對(duì)采煤機(jī)性能進(jìn)行相應(yīng)改良，從傳統(tǒng)的機(jī)械采煤機(jī)逐步形成自動(dòng)化控制程度更高的滾筒式采煤機(jī)。隨著電氣自動(dòng)化技術(shù)的不斷更新，在機(jī)械設(shè)備的操控方面，電液控制技術(shù)不斷發(fā)展。采煤自動(dòng)化技術(shù)在煤礦企業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，不僅可提高煤炭企業(yè)自身的生產(chǎn)效率，也減少人工成本。（3）煤礦智能化是循序漸進(jìn)的過程智慧煤礦逐步由單個(gè)系統(tǒng)智能化向多系統(tǒng)智慧化方向發(fā)展，建立“感知→互聯(lián)→分析→自學(xué)習(xí)→預(yù)測(cè)→決策→控制”的基本運(yùn)行框架，初步形成空間數(shù)字化、信息集成化、設(shè)備互聯(lián)化、虛實(shí)一體化和控制網(wǎng)絡(luò)化的智慧礦山。智能化管控平臺(tái)在大數(shù)據(jù)技術(shù)的支持下可以對(duì)整個(gè)礦山運(yùn)行的狀況進(jìn)行分析，并通過互聯(lián)網(wǎng)上傳到云平臺(tái)，但真正做到云計(jì)算、達(dá)到為生產(chǎn)決策和管理服務(wù)還需進(jìn)一步突破數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、分布式計(jì)算等核心技術(shù)。1.4新基建將助力智慧礦山中共中央政治局常務(wù)委員會(huì)3月4日召開會(huì)議提出要加快5G網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)度。隨后，各地政府紛紛出臺(tái)了大規(guī)模的新基建投資計(jì)劃?？梢灶A(yù)見，以5G網(wǎng)絡(luò)、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)中心等為代表的新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)將明顯提速，并成為我國(guó)新一輪經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的新動(dòng)能。我們認(rèn)為，新基建發(fā)展提速將促進(jìn)我國(guó)煤炭行業(yè)加速轉(zhuǎn)型升級(jí)，為煤炭行業(yè)智能化發(fā)展提供良好機(jī)遇。新基建提到的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)中心、5G基站建設(shè)、人工智能等將極大提升煤炭行業(yè)智能化水平。新基建包含的七大領(lǐng)域中四大領(lǐng)域與煤炭相關(guān)1.5智慧礦山發(fā)展前景廣闊《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》提出，到2035年，各類煤礦基本實(shí)現(xiàn)智能化，構(gòu)建多產(chǎn)業(yè)鏈、多系統(tǒng)集成的煤礦智能化系統(tǒng)，建成智能感知、智能決策、自動(dòng)執(zhí)行的煤礦智能化體系。目前，煤炭智能化開采還處于示范階段，適用于條件較好的工作面，隨著技術(shù)水平的提升，未來10-20年內(nèi)或?qū)⒋蠓秶鷳?yīng)用。存量煤礦改造市場(chǎng)規(guī)模上萬億：根據(jù)平煤集團(tuán)智能化改造實(shí)踐，單個(gè)煤礦投資約2億元，在整個(gè)投資中的比例分為三部分：基礎(chǔ)設(shè)施占10%，集成平臺(tái)占10%，刮板機(jī)、運(yùn)輸?shù)仍O(shè)備類投資占80%。目前，全國(guó)煤礦數(shù)量超過5000處，整體投資規(guī)模將達(dá)到上萬億，其中智能設(shè)備市場(chǎng)約8000億，與智能化相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施、集成平臺(tái)市場(chǎng)約2000億。新建單個(gè)千萬噸級(jí)煤礦投資10億元：除了存量煤礦的智能化改造，新建煤礦可以實(shí)現(xiàn)從頂層設(shè)計(jì)-施工建設(shè)-運(yùn)行維護(hù)一體化，從一開始就最大程度解決智慧礦山可能遇到相關(guān)問題，較為徹底的實(shí)現(xiàn)智能化開采。2020年4月，天地科技開采設(shè)計(jì)事業(yè)部將與陜西延長(zhǎng)石油巴拉素煤業(yè)有限公司合作新建智能化示范煤礦（千萬噸級(jí)礦井），該項(xiàng)目研究、設(shè)計(jì)及部分系統(tǒng)建設(shè)經(jīng)費(fèi)近5000萬元，礦方后期配套智能系統(tǒng)建設(shè)總投資10億元。智慧礦山可以應(yīng)用到非煤礦山、智慧城市等領(lǐng)域。在非煤礦山方面，全國(guó)還有3萬多座，非煤礦山的風(fēng)險(xiǎn)程度不亞于煤礦，智能化發(fā)展具有較大需求。在智慧城市方面，天地科技重慶研究院已經(jīng)將智慧安監(jiān)系統(tǒng)應(yīng)用到智慧城市領(lǐng)域。●二、政策大力支持智慧礦山發(fā)展●2.1智慧礦山已經(jīng)列入重點(diǎn)支持方向煤炭智能化開采是國(guó)家重點(diǎn)支持的能源技術(shù)創(chuàng)新方向之一。2016年6月1日，國(guó)家發(fā)展改革委和國(guó)家能源局對(duì)外發(fā)布《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃（2016-2030年）》行動(dòng)計(jì)劃，明確了能源技術(shù)創(chuàng)新的15個(gè)重點(diǎn)任務(wù)：一是煤炭無害化開采技術(shù)創(chuàng)新。2030年實(shí)現(xiàn)智能化開采，重點(diǎn)煤礦區(qū)基本實(shí)現(xiàn)工作面無人化，全國(guó)煤礦采煤機(jī)械化程度達(dá)到95%以上。截止2019年底，智能開采已在國(guó)內(nèi)主要的產(chǎn)煤地區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)和生產(chǎn)，先后在兗礦、神東、寧煤、中煤、陜煤、同煤、陽(yáng)煤、平煤、晉煤、峰峰等礦區(qū)的200多個(gè)工作面進(jìn)行了應(yīng)用。天地科技智能化開采技術(shù)應(yīng)用于國(guó)內(nèi)第一座智能煤礦，首次研制的綜采成套裝備智能化系統(tǒng)在黃陵一礦推廣應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了“工作面有人巡視，無人操作；順槽可視化控制，地面遠(yuǎn)程割煤”；工作面生產(chǎn)作業(yè)人員由11人遞減至3人，生產(chǎn)效率提高25%。2019年，國(guó)家煤監(jiān)局發(fā)布《煤礦機(jī)器人重點(diǎn)研發(fā)目錄》，明確將大力推動(dòng)煤礦現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的少人化和無人化。煤炭智能化開采工作面應(yīng)用采礦情況2.2八部委發(fā)布政策為行業(yè)指明方向2020年3月2日，國(guó)家發(fā)改委等8部委聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》（以下簡(jiǎn)稱“意見”），推動(dòng)智能化技術(shù)與煤炭產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，提升煤礦智能化水平?！兑庖姟诽岢觯膭?lì)金融機(jī)構(gòu)加大對(duì)智能化煤礦的支持力度。鼓勵(lì)企業(yè)發(fā)起設(shè)立相關(guān)市場(chǎng)化基金，形成支持煤礦智能化發(fā)展的長(zhǎng)效機(jī)制。（1）《意見》實(shí)施分為三階段《意見》提出，到2021年，建成多種類型、不同模式的智能化示范煤礦，初步形成煤礦開拓設(shè)計(jì)、地質(zhì)保障、生產(chǎn)、安全等主要環(huán)節(jié)的信息化傳輸、自動(dòng)化運(yùn)行技術(shù)體系，基本實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)工作面減人提效、綜采工作面內(nèi)少人或無人操作、井下和露天煤礦固定崗位的無人值守與遠(yuǎn)程監(jiān)控。到2025年，大型煤礦和災(zāi)害嚴(yán)重煤礦基本實(shí)現(xiàn)智能化，形成煤礦智能化建設(shè)技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)體系，實(shí)現(xiàn)開拓設(shè)計(jì)、地質(zhì)保障、采掘(剝)、運(yùn)輸、通風(fēng)、洗選物流等系統(tǒng)的智能化決策和自動(dòng)化協(xié)同運(yùn)行，井下重點(diǎn)崗位機(jī)器人作業(yè)，露天煤礦實(shí)現(xiàn)智能連續(xù)作業(yè)和無人化運(yùn)輸。到2035年，各類煤礦基本實(shí)現(xiàn)智能化，構(gòu)建多產(chǎn)業(yè)鏈、多系統(tǒng)集成的煤礦智能化系統(tǒng)，建成智能感知、智能決策、自動(dòng)執(zhí)行的煤礦智能化體系。（2）《意見》提出了十大主要任務(wù)包括加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，科學(xué)謀劃煤礦智能化建設(shè)；強(qiáng)化標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)，提升煤礦智能化基礎(chǔ)能力；推進(jìn)科技創(chuàng)新，提高智能化技術(shù)與裝備水平；加快生產(chǎn)煤礦智能化改造，提升新建煤礦智能化水平；發(fā)揮示范帶動(dòng)作用，建設(shè)智能化示范煤礦；實(shí)施綠色礦山建設(shè)，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展；推廣新一代信息技術(shù)應(yīng)用，分級(jí)建設(shè)智能化平臺(tái)；探索服務(wù)新模式，持續(xù)延伸產(chǎn)業(yè)鏈；加快人才培養(yǎng)，提高人才隊(duì)伍保障能力；加強(qiáng)國(guó)際合作，積極參與“一帶一路”建設(shè)。（3）《意見》提出與現(xiàn)代信息技術(shù)深度融合《意見》提出，各部門要加快智能工廠和數(shù)字化車間建設(shè)，推進(jìn)大型煤機(jī)裝備、煤礦機(jī)器人研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，實(shí)施機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人專項(xiàng)行動(dòng)，提高智能裝備的成套化和國(guó)產(chǎn)化水平。要加快工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和車聯(lián)網(wǎng)、新一代通信技術(shù)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等現(xiàn)代信息技術(shù)在煤炭工業(yè)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。要打造煤礦智能裝備和煤礦機(jī)器人研發(fā)制造新產(chǎn)業(yè)，建設(shè)具有影響力的智能裝備和機(jī)器人產(chǎn)業(yè)基地。（4）鼓勵(lì)金融機(jī)構(gòu)加大對(duì)智能化煤礦的支持力度加大政策支持力度，建立智能化發(fā)展長(zhǎng)效機(jī)制。對(duì)驗(yàn)收通過的智能化示范煤礦，給予產(chǎn)能置換、礦井產(chǎn)能核增等方面的優(yōu)先支持。在煤礦安全改造中央預(yù)算內(nèi)投資安排上，對(duì)積極推廣應(yīng)用井下智能裝備、機(jī)器人崗位替代、推進(jìn)煤礦開采減人提效的煤礦予以重點(diǎn)支持。對(duì)新建的智能化煤礦，在規(guī)劃和年度計(jì)劃中優(yōu)先考慮。將煤礦相關(guān)智能化改造納入煤礦安全技術(shù)改造范圍，探索研究將相關(guān)投入列入安全費(fèi)用使用范圍。研究相關(guān)產(chǎn)業(yè)扶持政策，鼓勵(lì)金融機(jī)構(gòu)加大對(duì)智能化煤礦的支持力度。鼓勵(lì)企業(yè)發(fā)起設(shè)立相關(guān)市場(chǎng)化基金，形成支持煤礦智能化發(fā)展的長(zhǎng)效機(jī)制。2.3重點(diǎn)省份出臺(tái)政策支持智能開采我國(guó)中東部地區(qū)煤礦開采時(shí)間較長(zhǎng)，山東、河南、山西、貴州等省份由于開采深度不斷下移，安全投入越來越高，紛紛發(fā)展煤礦智能化開采。（1）山西山西能源革命綜合改革試點(diǎn)動(dòng)員部署大會(huì)提出，要變革煤炭開采方式，向綠色智能時(shí)代邁進(jìn)。山西將開展煤礦智能化改造試點(diǎn)及綠色開采技術(shù)試點(diǎn)示范，將智能化改造納入煤礦安全技術(shù)改造、相關(guān)投入列入安全費(fèi)用使用范圍，對(duì)購(gòu)置使用符合條件的煤炭清潔高效開發(fā)設(shè)備抵免企業(yè)所得稅等政策，加大金融支持力度，有效解決綠色智能礦山建設(shè)投入難題。全力推進(jìn)煤礦智能化改造，以5G通信、先進(jìn)控制技術(shù)為牽引推進(jìn)智能煤礦建設(shè)，大力實(shí)施煤炭充填開采、保水開采、煤與瓦斯共采等綠色開采技術(shù)，實(shí)現(xiàn)煤炭開采“無（少）人化、減損化”變革。中國(guó)煤科與山西綜改示范區(qū)簽約智慧礦山創(chuàng)新基地項(xiàng)目：2020年3月2日，中國(guó)煤科與山西簽約“全國(guó)智慧礦山創(chuàng)新基地（一期）示范生產(chǎn)線建設(shè)項(xiàng)目”，計(jì)劃建設(shè)智慧礦山電液控制系統(tǒng)及安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示范生產(chǎn)線，預(yù)計(jì)年內(nèi)完成首期建設(shè)。智慧礦山有限公司作為建設(shè)“全國(guó)智慧礦山創(chuàng)新基地”的平臺(tái)公司，正在加速推進(jìn)，將整合全球資源，創(chuàng)新體制機(jī)制，加大投資和研發(fā)力度，打造智慧煤礦生態(tài)圈，發(fā)展山西產(chǎn)業(yè)集群。《關(guān)于山西省智能煤礦和智能綜采工作面建設(shè)試點(diǎn)的通知》：要求各建設(shè)試點(diǎn)采取積極措施，加大工作力度，盡早建成智能煤礦和智能綜采工作面，示范帶動(dòng)煤炭產(chǎn)業(yè)鏈整體質(zhì)量效益的提升。（2）河南2019年，河南全面啟動(dòng)煤礦智能化建設(shè)，以推動(dòng)煤炭產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)為主線，應(yīng)用先進(jìn)裝備和技術(shù)，加快煤炭生產(chǎn)技術(shù)變革，全面提升煤礦智能化水平，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程少人化、無人化，力爭(zhēng)到2021年底，實(shí)現(xiàn)60萬噸及以上煤礦基本完成智能化改造，60萬噸以下煤礦全面實(shí)現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)。《河南省煤礦智能化建設(shè)實(shí)施方案》3年計(jì)劃（3）山東為加快實(shí)現(xiàn)山東省煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，助力全省新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換，山東省政府先后出臺(tái)了《山東省新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換重大工程實(shí)施規(guī)劃》和《山東省煤炭行業(yè)加快新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)實(shí)施意見》，提出“到2022年，煤炭開采基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、信息化和智能化，力爭(zhēng)1/3以上工作面實(shí)現(xiàn)智能化無人開采、智能化開采產(chǎn)量比重達(dá)到40%以上，生產(chǎn)管理系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)智能化遠(yuǎn)程可視控制，井下高危崗位職工人數(shù)再減少30%，加快建設(shè)一批智能、安全、高效的現(xiàn)代化礦井。”山東已有多座煤礦在智慧化建設(shè)、改造方面取得成效；5G商業(yè)應(yīng)用的興起，助力山東煤炭行業(yè)的智能化發(fā)展。2018年下半年，兗礦集團(tuán)先期開展5G技術(shù)礦業(yè)應(yīng)用的研究與探索，與中國(guó)聯(lián)通、中興通訊等5G運(yùn)營(yíng)技術(shù)廠商進(jìn)行多輪磋商后，在兗礦總部、東灘煤礦選煤廠、國(guó)宏化工公司分別進(jìn)行5G基站實(shí)驗(yàn)性部署，實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)區(qū)域5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋，積極推進(jìn)礦用5G智能傳輸平臺(tái)研發(fā)設(shè)計(jì)、東灘選煤廠無人機(jī)視頻巡檢、國(guó)宏化工AR遠(yuǎn)程維修和VR安全教育等場(chǎng)景研究測(cè)試工作。兗礦集團(tuán)與山東能源集團(tuán)智能化建設(shè)（4）貴州2019年5月20日，中國(guó)煤科與貴州省能源局簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議。根據(jù)合作協(xié)議，雙方將進(jìn)一步加強(qiáng)煤礦智能裝備產(chǎn)業(yè)合作，加快推動(dòng)貴州省煤礦“兩化改造”進(jìn)程，加強(qiáng)科技合作，在智慧礦山、煤炭大數(shù)據(jù)中心等方面進(jìn)行研究。2019年10月，貴州省煤炭工業(yè)淘汰落后產(chǎn)能加快轉(zhuǎn)型升級(jí)工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室印發(fā)了《深入推進(jìn)貴州省煤礦智能化、機(jī)械化升級(jí)改造攻堅(jiān)方案（2019-2020年）》（黔煤轉(zhuǎn)型升級(jí)辦〔2019〕54號(hào)），深入推進(jìn)貴州省煤礦智能化、機(jī)械化升級(jí)改造。方案中提出，全面提高煤礦安全生產(chǎn)保障能力，有效提升煤礦生產(chǎn)效率。到2020年底，全省生產(chǎn)煤礦采煤機(jī)械化率達(dá)到96%、機(jī)械化改造實(shí)施覆蓋率達(dá)到100%，輔助系統(tǒng)智能化、信息化服務(wù)管理和監(jiān)控覆蓋率均達(dá)到100%。2.4科技創(chuàng)新將持續(xù)提升煤礦智能化我國(guó)陸續(xù)建立了一系列煤礦領(lǐng)域創(chuàng)新聯(lián)盟，“智慧礦山產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”“煤礦智能化開采技術(shù)創(chuàng)新中心”“中國(guó)智慧礦山協(xié)同創(chuàng)新聯(lián)盟”“中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）智慧礦山與機(jī)器人研究院”“煤礦機(jī)器人協(xié)同推進(jìn)中心”“山東省煤礦智能開采工程實(shí)驗(yàn)室”“煤礦智能化創(chuàng)新聯(lián)盟”等單位相繼建立，為我國(guó)煤炭行業(yè)智能化開采技術(shù)推廣和智能化礦井建設(shè)起到積極推動(dòng)作用。智慧礦山領(lǐng)域創(chuàng)新聯(lián)盟●三、智慧礦山新技術(shù)需求和八大系統(tǒng)●物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及人工智能、云計(jì)算技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)解決系統(tǒng)架構(gòu)和互通、數(shù)據(jù)處理決策及高級(jí)計(jì)算問題，其研究及應(yīng)用程度決定智慧煤礦的發(fā)展水平。3.1智慧礦山新技術(shù)需求（1）基于互聯(lián)網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)基于互聯(lián)網(wǎng)+的物聯(lián)網(wǎng)是智慧煤礦的信息高速公路，將承擔(dān)大數(shù)據(jù)的穩(wěn)定、可靠傳輸任務(wù)，起到了精確、及時(shí)上傳下達(dá)的作用，決定了智慧煤礦系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性和可靠性。因此，智慧煤礦的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)必須具有精確定位、協(xié)同管控、綜合管控與地理信息一體化的特點(diǎn)。（2）大數(shù)據(jù)處理及人工智能技術(shù)智慧煤礦的核心技術(shù)之一便是大數(shù)據(jù)的挖掘與知識(shí)發(fā)現(xiàn)。大量傳感器的應(yīng)用必將產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的規(guī)模效應(yīng)給存儲(chǔ)、管理及分析帶來了極大的挑戰(zhàn)。需要充分利用大數(shù)據(jù)處理技術(shù)挖掘數(shù)據(jù)背后的規(guī)律和知識(shí)，為安全、生產(chǎn)、管理及決策提供及時(shí)有效的依據(jù)。人工智能是近年來迅速發(fā)展的科技領(lǐng)域之一，它是在大數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法和技術(shù)。深度學(xué)習(xí)是人工智能的核心；能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)自主更新和升級(jí)是其顯著特征。智慧礦山要成為一個(gè)數(shù)字化智慧體就必須要有深度學(xué)習(xí)能力。未來，在云平臺(tái)和大數(shù)據(jù)平臺(tái)上，融合多源在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、專家決策知識(shí)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)發(fā)現(xiàn)，采用人工智能技術(shù)進(jìn)行計(jì)算、模擬仿真及自學(xué)習(xí)決策，基于GIS的空間分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備、環(huán)境、人員及資源的協(xié)調(diào)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)開采模式的自動(dòng)生成和動(dòng)態(tài)更新。（3）云計(jì)算技術(shù)智慧煤礦物聯(lián)網(wǎng)使得物和物之間建立起連接，伴隨著互聯(lián)網(wǎng)覆蓋范圍的增大，整個(gè)信息網(wǎng)絡(luò)中的信源和信宿也越來越多；信源和信宿數(shù)目的增長(zhǎng)，必然使網(wǎng)絡(luò)中的信息越來越多，即在網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生大數(shù)據(jù)；大數(shù)據(jù)處理技術(shù)廣泛而深入的應(yīng)用將數(shù)據(jù)所隱含的內(nèi)在關(guān)系揭示的也越清晰、越及時(shí)。而這些大數(shù)據(jù)內(nèi)在價(jià)值的提取、利用則需要用超大規(guī)模、高可擴(kuò)展的云計(jì)算技術(shù)來支撐。高維的智慧煤礦模型需要計(jì)算能力高且具有彈性的云計(jì)算技術(shù)。將上述物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及人工智能、云計(jì)算技術(shù)與生產(chǎn)、安全及保障系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)裝備結(jié)合，共同發(fā)展和建立智慧煤礦的八大系統(tǒng)。（4）5G技術(shù)隨著煤礦生產(chǎn)智能化程度的提高，井下無人機(jī)、智能VR/AR等設(shè)備必將大量采用，以便能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行及時(shí)巡查，對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行遠(yuǎn)程會(huì)診，而無論是無人機(jī)飛行控制、無人機(jī)巡檢視頻回傳，還是VR/AR智能遠(yuǎn)程設(shè)備故障診斷與維修，不僅需要極大地消耗網(wǎng)絡(luò)帶寬資源，更需要快速的信息反饋和實(shí)時(shí)的狀態(tài)控制。5G網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延(典型)約為10ms，上行穩(wěn)定帶寬約為150Mbps，連接數(shù)為106個(gè)/km2，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量(QualityofService，QoS)最高可達(dá)99.9999%。5G網(wǎng)絡(luò)為煤礦智能生產(chǎn)各業(yè)務(wù)場(chǎng)景的實(shí)現(xiàn)提供了強(qiáng)有力的支撐。開采決策多樣化的需求場(chǎng)景（5）VR/AR技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)是能夠徹底顛覆傳統(tǒng)人機(jī)交互內(nèi)容的變革性技術(shù)，在煤礦的應(yīng)用未來可期。其應(yīng)用可分為3個(gè)階段：①主要用于三維建模和虛擬展示，如現(xiàn)在的裸眼3D等技術(shù)，其基本需求為20Mbps帶寬+50ms延時(shí)，現(xiàn)有的4G+WiFi基本可以滿足。②主要用于互動(dòng)模擬和可視化設(shè)計(jì)等，如多人井下培訓(xùn)系統(tǒng)，其基本需求為40Mbps帶寬+20ms延時(shí)，Pre5G基本可以滿足。③主要用于混合現(xiàn)實(shí)、云端實(shí)時(shí)渲染和虛實(shí)融合操控，如虛擬開采、協(xié)同運(yùn)維等，其基本需求為100Mbps~10Gbps帶寬+2ms延時(shí)要求，需5G或更先進(jìn)技術(shù)才可滿足?；?G的多源決策控制示意基于5G的遠(yuǎn)程運(yùn)維場(chǎng)景3.2智慧礦山的八大系統(tǒng)將上述物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及人工智能、云計(jì)算技術(shù)與生產(chǎn)、安全及保障系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)裝備結(jié)合，共同發(fā)展和建立智慧煤礦的八大系統(tǒng)。（1）基于北斗系統(tǒng)的精準(zhǔn)地質(zhì)信息系統(tǒng)煤礦地質(zhì)信息是一種隨著采掘活動(dòng)在時(shí)間與空間不斷發(fā)生變化的四維動(dòng)態(tài)資料，隨著信息技術(shù)、遙感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等數(shù)據(jù)采集、儲(chǔ)存、管理與傳輸技術(shù)的發(fā)展，以北斗系統(tǒng)定位導(dǎo)航、GIS、三維地質(zhì)建模、虛擬現(xiàn)實(shí)等為基礎(chǔ)的實(shí)時(shí)空間－地質(zhì)信息技術(shù)將形成天地一體化的智能信息傳感網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)礦山地質(zhì)信息的實(shí)時(shí)智能采集、存儲(chǔ)與應(yīng)用。基于北斗系統(tǒng)的精準(zhǔn)地質(zhì)信息系統(tǒng)（2）智能礦井通風(fēng)排運(yùn)系統(tǒng)智能通風(fēng)系統(tǒng)：利用現(xiàn)代通信技術(shù)、監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)及自動(dòng)化控制技術(shù)進(jìn)行礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、實(shí)施方案的優(yōu)化及風(fēng)量、風(fēng)速的智能實(shí)時(shí)控制。智能運(yùn)輸系統(tǒng)：對(duì)帶式輸送機(jī)的帶速、運(yùn)量、滾筒溫度、膠帶狀態(tài)等進(jìn)行遠(yuǎn)程集中智能控制。通風(fēng)系統(tǒng)智能控制（3）危險(xiǎn)源智能預(yù)警和消災(zāi)系統(tǒng)危險(xiǎn)源智能預(yù)警和消災(zāi)系統(tǒng)是以風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警為核心，對(duì)不同類型的危險(xiǎn)源進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，利用危險(xiǎn)源風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)算法對(duì)礦井各區(qū)域發(fā)生災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)性進(jìn)行實(shí)時(shí)在線評(píng)估，確定風(fēng)險(xiǎn)類型、等級(jí)及解決方案。（4）智能快速掘進(jìn)和采準(zhǔn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能快速掘進(jìn)是解決采掘接續(xù)矛盾、快速形成采準(zhǔn)系統(tǒng)和智能化開采的先決條件，智能快速掘進(jìn)需要解決“掘－行統(tǒng)一”、“掘－支一體”和“掘－運(yùn)連續(xù)”三大核心難題。（5）機(jī)器人化智能開采系統(tǒng)機(jī)器人化智能開采系統(tǒng)多工種機(jī)器人協(xié)同工作，機(jī)器人群組的控制、聯(lián)動(dòng)及協(xié)同是智能開采的核心。通過構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，保證采－裝－運(yùn)－支等工序環(huán)節(jié)各機(jī)器人群組自動(dòng)化運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)煤礦無人值守、遠(yuǎn)程監(jiān)視、自主決策。（6）礦井全工位設(shè)備設(shè)施健康智能管理系統(tǒng)設(shè)備預(yù)測(cè)與健康管理(PrognosticsandHealthManagement，PHM)技術(shù)近年來得到廣泛關(guān)注，主要在軍工、航空航天等領(lǐng)域開始展開具體研究。健康管理的主要過程和內(nèi)容是對(duì)大型機(jī)械系統(tǒng)全生命周期各階段的管理和健康維護(hù)，主要包括對(duì)系統(tǒng)健康指標(biāo)的建立、檢查檢測(cè)、健康評(píng)價(jià)和健康恢復(fù)等。礦井全工位設(shè)備設(shè)施健康智能管理系統(tǒng)機(jī)電系統(tǒng)綜合維修決策數(shù)據(jù)庫(kù)（7）礦山綠色開發(fā)與生態(tài)再造系統(tǒng)礦山綠色開發(fā)主要是指在煤炭開采過程中，最大程度的開發(fā)煤炭資源與伴生資源，并且將煤炭開采對(duì)地表生態(tài)環(huán)境、地下水資源等的影響、破壞降至最低，實(shí)現(xiàn)資源效益、生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，如采用充填開采、煤與瓦斯共采、循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)建設(shè)、分布式地下水庫(kù)等。（8）智慧煤礦集中管理系統(tǒng)集成建設(shè)以云計(jì)算數(shù)據(jù)中心為基礎(chǔ)，以安全管控平臺(tái)和四維綜合管理平臺(tái)為核心的智慧煤礦系統(tǒng)，對(duì)礦井各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行有效整合、集中管控，及時(shí)處理、指導(dǎo)和調(diào)節(jié)各生產(chǎn)系統(tǒng)和環(huán)節(jié)的運(yùn)行，建設(shè)智慧煤礦集中管理系統(tǒng)。其中主要包括生產(chǎn)計(jì)劃管理系統(tǒng)、礦山能耗管理系統(tǒng)、供電及動(dòng)力系統(tǒng)控制系統(tǒng)等。智慧煤礦生產(chǎn)計(jì)劃管理系統(tǒng)智慧煤礦能耗管理系統(tǒng)供電及動(dòng)力系統(tǒng)上述八大系統(tǒng)形成了基于四維多變量的“透明開采”系統(tǒng)，各個(gè)運(yùn)行的子系統(tǒng)在礦井的所有空間剖面和時(shí)間剖面上都能夠?qū)崿F(xiàn)信息的相互關(guān)聯(lián)、控制的相互協(xié)同；不但能夠掌控生產(chǎn)過程的狀態(tài)，而且