日前，在国家能源局组织召开的煤矿智能化建设和煤炭清洁高效利用工作推进会上，中国工程院院士、中国煤炭科工集团首席科学家王国法针对现阶段煤矿智能化建设中亟待解决的七大难题给出相关方案，以供参考。
当前，煤矿智能化高质量建设进入攻坚阶段，首批示范煤矿的一部分规划目标已实现、一部分未实现，存在很多待解难题。中国煤炭科工集团煤矿智能化团队结合《煤矿智能化建设指南》《智能化示范煤矿验收管理办法》等，剖析实际建设成效和验收结果，梳理出约千项难题，提出攻关方向。
其中，关键的技术难题集中在薄煤层无人化高效智能开采、冲击地压及超千米深井高效智能开采、智能化综采工作面新一代TSN控制系统研发与应用、综采工作面10千伏电压升级与节能传动设备更新、研发应用新一代安全智能监控与预警体系、加快露天煤矿智能化发展、建立智能化煤矿运维管理体系七个方面。
在薄煤层无人化高效智能开采方面，要创新总体解决方案，由可视远程干预模式向智能自适应模式方向迈进。研发薄煤层液压支架控制系统，实现设备小型化、轻量化、系统化，同时集成国产操作系统、故障诊断系统；开发煤矿井下精准智测系统，开发融合惯性测量单元（IMU）、测距传感器和视觉传感器的测量终端，配合井下多功能AI摄像仪，实现基于“图像+测量”的综采工作面高精度智能感知；研发多参量耦合规划截割系统，研究多源数据融合的智能调控与截割算法；构建数字孪生系统，实现开采过程仿真推演，高效验证智能开采策略。同时，要研发高可靠性新型薄煤层智能化采煤机和高可靠性新型薄煤层刮板输送机。
在冲击地压及超千米深井高效智能开采方面，大型装备与环境的智能协同等问题突出。需要合理控制采掘时空关系，避免采掘相互扰动；优化巷道层位设计，提高巷道抗冲击能力，如在厚煤层沿底布置的基础上探索沿顶留底煤布置方式；优化煤柱尺寸，降低应力集中程度，如采煤工作面沿空巷道优先选用小煤柱护巷，具备条件的可选择无煤柱或负煤柱布置。
针对新建矿井，可通过提前开采保护层、在岩石中掘进巷道、采取生产系统最优布置和各类煤柱最优尺寸等，避免形成冲击源头。实施随掘随测，找到潜在冲击地压源头，科学采取地面与井下预防性措施等；针对生产矿井，防冲重点在于灭源头、避源头、无源头。掘进时，监测系统全周期布设；回采时，随掘随测，提前找到潜在源头。
同时，要研发适应千米深井复杂条件的智能化掘进和采煤系统，发展智能无人化采掘作业机器人技术，防冲钻孔机器人实现自动定位、自主移动、自动钻进；底板卸压机器人实现自动化处理底煤等；应用防冲卸压AI智能识别技术，实现施工过程的智能识别，直观展示钻孔信息。
在智能化综采工作面新一代TSN（时间敏感网络）控制系统研发与应用方面，结合综采自动化系统的典型混合流量网络特性，进一步优化综采工作面网络通信链路，提高系统鲁棒性（面对不确定性的稳定性）；研发基于时间敏感网络的网络融合算法和工作面一体化控制系统软件，提高有线、无线通信系统的鲁棒性和控制实时性，解决中厚及薄煤层复杂地质条件下自适应开采问题；研究基于时间敏感网络的智能控制系统，开发TSN控制器、AI算力电源箱、手持交互终端，设计基于时间敏感网络的一体化智能型电液控制系统。
在综采工作面10千伏电压升级与节能传动设备更新方面，如今，大功率设备投入运行，使得现有3.3千伏线路启动电流、启动压降、线路损耗增加，供电质量受到严重影响。亟需将原有综采设备3.3千伏供电电压等级提升至10千伏供电电压等级，同时全面推进设备节能高效新技术推广应用。推广应用变频调速一体机高效电机、永磁变频一体传动等技术，推进10千伏综采工作面电压升级，推进轻量化设计、材料和结构的应用等。
全面推进井下设备完全电动化。加快推进井下充电、换电技术和产品及充换点硐室工程规范建设和安全认证，严格井下内燃尾气排放限制；加强蓄电池、燃料电池效能和安全性的基础研究；推进煤矿智能化高端技术装备和系统功能安全与质量分级认证；推进技术创新产品首次应用的安全特许认证；加强标准研究与完善，破除阻遏新技术应用的不合理安全准入限制。
在研发应用新一代安全智能监控与预警体系方面，要加强智能传感与监测监控技术装备研发应用，实现全时空“通—感—算”一体化，破解感知信息一站式汇接、数据就地快速处理、灾害趋势精准预测等难题，建立矿井全时空感知、地下空间三维重构和地图构建、地下场景识别、设备群位姿可靠监控、拓展融合基于视觉的感知技术应用，形成集监测、预警、防控、应急于一体的智能安全闭环管控体系，全面提升矿井智能安全保障能力。
比如，以物探、传感器、人工探测、图像识别等为基础，进行信息精准监测；通过指标体系、预警模型、特征辨识，进行分析智能预警；通过探放水、抽采卸压、快速控制等，进行灾害主动防控。
在加快露天煤矿智能化发展方面，要从大型化装备、连续化开采、智能化运行、系统化规划、一体化推进五方面，提高露天煤矿大型化、智能化水平。加快实现开采装备大型化和智能化，扩大半连续、连续化智能开采工艺应用范围，开展一矿一策系统化规划，解决露天矿传统设计与卡车无人驾驶作业不适应问题，提高矿卡等无人驾驶作业效率，推动露天矿常态化智能运行。
目前，露天矿传统设计与卡车无人驾驶作业存在“五个不适应”，即设计方式上，各部门设计缺少协同，穿爆采运排全流程作业计划未贯通，无人驾驶未融入；运输系统上，路径规划、路网参数、作业参数、交通规则等未考虑为无人驾驶创造条件；设计范畴上，缺少网络通信、道路养护、爆破质量等优化设计，影响无人驾驶车辆正常运行；计划时效上，传统静态设计计划与无人驾驶对生产计划动态调整的要求不适应；调度模式上，传统卡车调度规则与无人驾驶卡车对全环节集群调度的要求不适应。
为解决以上难题，建议从采矿与运输系统优化设计、智能设计平台集群调度系统、大载重机器人研发、组织管理模式变革方面入手。比如，生产一体化管控，统一设计基础，实现穿爆采运排生产计划贯通；对露天矿运输系统进行整体优化设计，确定无人驾驶高效运行开采作业参数；优化网络通信、道路养护、爆破质量等配套工程设计；优化露天矿三维地图实时更新及计划动态设计；全环节全设备调度，实现“车—铲—道路—环境—通信”全面协同；突破设计理念，推广大载重矿用电动智能高效运输系统。
在建立智能化煤矿运维管理体系方面，建议提高智能化常态运行质量。构建煤矿智能化运维管理体系，建设智能化服务平台、规范化流程制度、专业化运维队伍、精细化物资管理技术标准体系以及智能化煤矿运维知识库，形成以流程为导向、服务为核心、技术为支点的智能化煤矿运维与管理体系。
作者：王国法
来源：中国煤炭报
