王国法院士：6S智能化煤矿的技术特征和要求

作者简介

　　王国法,中国工程院院士，中国煤炭科工集团首席科学家，现任天地科技股份有限公司开采设计事业部总工程师。王国法院士是煤矿智能化的科技领军者，创新提出了液压支架与围岩“强度耦合、刚度耦合、稳定性耦合”的“三耦合”原理和设计方法；创立了综采配套、液压支架和煤矿智能化系统的理论、设计方法和标准体系；主持设计研发了薄煤层自动化综采、中厚煤层智能化综采、厚煤层大采高综采、大倾角综采、特厚煤层综放等系列首台套综采成套技术与装备；推动了煤炭开采技术变革和综采装备由引进发展到出口世界主要产煤国家。

一、6S 智能化煤矿内涵和架构

　　“十四五”时期以及未来更长一段时期，5G、大数据、人工智能、区块链等先进信息技术将加速对传统产业的融合与渗透，各种能源的比较优势从根本上取决于其技术创新的进展程度，以煤矿智能化为标志的煤炭技术革命、技术创新成为行业发展的核心驱动力，煤炭智能绿色开发与清洁低碳利用是发展主题，煤炭低碳利用技术的颠覆性创新将使煤炭成为最有竞争力的能源和原材料资源。

　　在双碳目标下，我国能源结构在化石能源主体基础上加快向多能融合发展，建立多能融合供应体系将是“十四五”时期及未来一段时间能源发展的重要任务：促进化石能源的清洁高效低碳利用，大力发展可再生能源，安全有序发展核电。到2030年，非化石能源在能源供应中的比例力争达到25%左右, 将形成煤炭、石油、天然气和非化石能源“四分天下”的格局。在双碳等新形势下，煤矿生产方式亟须变革，智能化、绿色化是新时期煤炭行业高质量发展的必由之路。这对于煤矿智能化提出了更高的要求，煤炭人将满怀信心地迈向6S智能化煤矿时代。

　　6S智能化煤矿以安全（Safety）与可靠（Security）为基础，通过专业化服务（Service）构建煤矿智慧生态（Smartness），从而建设以煤矿智能化为支撑的柔性煤炭开发供给体系（Sensitivity），最终保障煤炭可持续高质量发展（Sustainability）。6S智能化煤矿是以资源与环境和谐可持续开发为理念，以智能开发技术与装备为保障，以生态环境保护为硬约束，运用先进科学技术与现代管理理念，实现煤炭资源安全、智能、绿色开发，构建和谐有序、协调一致、智能高效、绿色可持续的煤炭资源开发模式。6S智能化煤矿技术架构和特征分别如图1、图2所示。

 

　　图1 6S智能化煤矿技术架构

 

　　图2 6S智能化煤矿技术特征

 

二、6S 智能化煤矿技术特征

Safety 安全

　　安全智能安全双重预防机制

　　智能安全双重预防机制将智能化软件、硬件技术与双重预防机制有机融合，在对煤矿个性化安全管理方法全面兼容的基础上，实现了从风险辨识、评估、分级管控、隐患排查、治理验收全流程的智能化，大幅提升企业安全治理效能，既是安全管理的未来发展方向，也是双重预防机制自我完善和发展的必然方向。

　　智能安全双重预防机制的创新性功能和技术特征主要体现在以下5个方面：

　　1）风险智能辨识和管控措施自动关联。通过智能视频识别、数据聚类、关联分析等方法，智能安全双重预防机制能够实现对风险的智能识别、管控措施的自动关联，大幅减少辨识工作量。

　　2）风险静态与动态智能评估。通过大数据分析，准确了解煤矿安全风险管控重点，科学评价静态风险等级；同时基于对与安全相关的“人、机、环、管”数据全面集成，采用机器学习等算法对不同层级的风险进行综合、动态评估，并对风险变化情况进行预测、预警。

　　3）智能风险管控与隐患排查。根据静态风险评估结果，优化企业安全管理资源计划，并根据动态评估的预测结果，动态调整资源配置。同时，可采用机器视觉、井下巡检机器人等智能化装备，实现远程、无人巡检。

　　4）根据数据监测和预警信息，智能下发隐患整改任务，改变了隐患排查过于依靠人工的缺陷。

　　根据监测数据的阈值、模式异常判断、风险预警等信息，直接向相关责任单位下发隐患整改计划，掌握隐患排查的主动权。

　　5）智能双重预防机制持续改进。根据对双重预防机制运行过程数据的分析，智能双重预防能够对隐患排查、风险辨识与管控，以及整个管理体系自动提出改进建议，如隐患排查重点的调整、风险及其管控措施的改进、等级调整等，推动企业安全治理能力不断提升。智能双重预防管理体制如图3所示。

 

　　图3 智能双重预防管理体制

　　全时空安全信息感知监测系统

　　智能化煤矿的安全管理依赖于对煤矿各安全相关要素更加透彻、实时、全面地掌握。全时空安全信息感知监测系统能够对井（坑）下人、机、环等各要素进行全面、精细感知，将相关数据通过或专网传输到中心数据库或数据中台，并通过三维GIS、数字孪生等技术实现数据的可视化，为管理决策提供直观支持，为其他系统的数据分析等提供数据原料。

　　全时空安全信息感知监测系统的功能和技术特征包括：

1）建立面向人、机、环各要素的全面、实时监测监控传感体系。通过大量监测监控系统、设备工况系统、不安全行为监控系统，如瓦斯气体、风速、矿压、水量、设备温度、电压、转速、定位、工业视频、智能摄像头等，对危险因素的全面智能感知。

　　2）建立数据传输与数据中台（数据湖）。通过井（坑）下高速网络，将各类数据快速采集到企业的信息中心站或直接存储入数据中台（数据湖）。该部分功能还需要明确各类不同数据的格式和口径等，对各种数据进行预处理，为其他各系统的使用奠定基础。

　　3）实现数据孪生（数据可视化）。以各感知监测系统等获取的全面、实时动态数据，结合各种数据可视化方法在虚拟空间建立煤矿的数字孪生模型，实时反映井（坑）下的实际情况，为生产过程的透彻感知、安全管理的预测预控、经营活动的精益管理等各种决策提供直观支持。

　　智能安全闭环管控系统

　　安全管理必须要确保每一项工作都得到有效落实，使每一个危险因素都得到有效控制，为此必须要对安全工作进行闭环管控。智能化安全闭环管控系统能够实现从隐患排查计划、执行、上报、治理、督办、验收、销号的全过程闭环管控，及时明确各环节的责任，确保整个工作的高效率、高质量完成。

　　智能安全闭环管控系统的功能和技术特征包括以下5个方面：

1）实现隐患排查计划管理。根据风险分布情况和既往隐患排查数据，制定当期隐患排查计划。当计划与实际情况存在较大偏离时，智能安全闭环管控系统能够向责任单位、责任人发出提示和预警。

　　2）智能化隐患排查管理。各管理、技术、安监人员根据计划要求开展隐患排查工作，隐患排查具体行程通过人员定位系统与隐患排查计划管理系统相互印证。

　　3）智能化隐患治理与督办。隐患排查过程中发现隐患或智能化监测监控系统发现异常、超限后，系统生成隐患信息发送给责任单位和责任人，以及督办单位和督办人。系统支持责任人对隐患治理情况的完善，支持多媒体数据；支持对督办人的提示和督办信息的处理与推送。

　　4）智能化隐患验收与销号。系统在收到隐患责任人提交的信息或多媒体数据时，或通过监测监控系统感知异常、超限数据消失后，可以生成预验收，并通知验收人尽快验收。验收人验收后，系统对该隐患销号，实现全流程的闭环管理。

　　5）智能化数据分析。系统能够根据积累的隐患数据、闭环管理数据进行多维度数据分析，及时发现存在的问题，为下一周期安全管理决策提供科学依据。

Security可靠

　　煤矿智能化建设是高新技术融入矿山场景、渐进迭代发展的过程，智能化煤矿应具有3个基本要素：信息感知与获取能力、数据分析与决策能力和自动执行能力。实现数据智能和装备智能是实现煤矿智能化的重要抓手。系统可靠性则作为基础，为各种智能化高效实现提供包括基础数据、执行机构等关键保障。　　

　　煤矿巨系统可靠性

　　煤矿系统包含的子系统种类繁多，数量庞大，如地质勘探、巷道掘进、工作面回采、煤流运输、一通三防等，各系统变量众多且相互关联机制复杂，构成复杂巨系统。由于煤矿涉及系统众多，系统链任一环节出现问题都将对系统产生较大影响。因此煤矿巨系统的可靠性对于煤矿高效运行具有重要意义。

　　对于智能化煤矿巨系统，因其各系统相互之间的耦合关联机制，其系统可靠性也较为复杂，具体表现包括设备可靠性、传感器可靠性、数据可靠性、软件系统可靠性、人员可靠性等各种方面。针对煤矿巨系统应构建其可靠性工程，保障煤矿巨系统高效运行。

　　可靠性工程主要包括可靠性设计、可靠性试验、可靠性生产和可靠性管理等内容。可靠性设计发展得比较成熟，其包括根据系统的原理建立“可靠性模型”；将系统可靠性指标分配给各级组成部分的“可靠性分配”；根据设计方案对系统的可靠性进行预估的“可靠性预计”；在设计阶段就从设计资料上寻找可靠性薄弱环节的故障模式影响及危害性分析（FMECA）和故障树分析（FTA）；为降低工作应力提高可靠性和提高系统性能可靠性的“容差分析”；防止电磁干扰引起不可靠的“电磁兼容设计”；防止软件出现错误的“软件可靠性分析”等。

　　另外，对于煤矿巨系统管理过程也应构建可靠的管理体系，包括建立质量保证体系、制定可靠性工作计划、对转承制方及供应方的监督和控制、可靠性大纲评审、故障审查及组织、确定可靠性关键件和重要件、制定可靠性标准等，从而保证系统薄弱环节有效解决，避免因部分系统的故障造成整个系统停止运行。

　　数据可靠性

　　实现矿井人机环管的全面感知，实时互联，自主分析与决策。推进煤炭生产企业建立安全、共享、高效的煤矿智能化大数据应用平台，构建实时、透明的煤矿采、掘、机、运、通、分选等数据链条，实现煤矿智能化和大数据的深度融合与应用，是煤矿智能化的关键基础特征。数据是否准确可靠决定整个系统运行的结果。数据可靠性是指在数据的生命周期内，所有数据都是完全、一致和准确的。当前对于煤矿数据，其可靠性难以得到有效保障，综合而言表现在以下3个方面：

　　1）多数数据采集还依赖于手动输入，难以保证数据准确性和及时性。

　　2）数据在使用和流转过程中容易被篡改。

　　3）各系统数据格式不一致，数据冗余、数据值冲突、模式不匹配等问题突出。

　　因此，在煤矿智能化建设过程中，首先应构建煤矿数据全生命周期管理，以企业级数据字典为依据，制定数据质量检核和监控规则，以数据服务化的形式提供高可用、可管控、快捷的数据开放共享服务，构建煤矿数据生态。

　　煤矿数据全生命周期管理以数据质量管理为核心，对主数据、元数据、业务数据构建采集、存储、管理全生命周期管理，以基础类数据标准为指导，以关键系统数据模型为参考，通过元数据管理系统提供统一视图，为问题分析提供支撑，圈定影响范围，明确数据质量影响；根据规则分析机制制定规则，基于规则监控数据状况，提供数据告警和分析报告。数据管理平台可基于区块链技术，发挥区块链在促进数据共享、优化业务流程、降低运营成本、提升协同效率、建设可信体系等方面的作用，实现数据准确性、可用性、数据更改等方面的数据监管。

　　设备可靠性

　　煤机装备工作的地下开采环境随机性强，对设备的瞬间作用可能超出其正常负荷的几倍甚至几十倍，现有装备一般更注重新技术的应用、增大功率、尺寸等参数，但在内在品质、易用性、寿命等产品基础性能方面关注不够。而设备的可靠性是实现系统高效运行的核心基础。因此，必须深化构建煤矿关键元部件研发及可靠性保障体系。

　　综合而言，目前煤矿智能装备关键元部件主要集中于轻型高强度防爆材料、装备动力及驱动元部件、核心控制单元、长时供馈电技术等方面。煤炭智能装备关键元部件研发原理如图4所示。

 

图4 煤炭智能装备关键元部件研发原理

　　此外，针对我国大型煤机装备存在的质量差、寿命短、可靠性低等问题，构建煤矿装备全生命周期管理体系：在设计、制造环节进行可靠性仿真分析，研究数字样机在环境载荷组合条件下的温度、振动、应力响应，优化设计和制造工艺；在使用阶段进行设备健康管理，开展包括采煤机、液压支架和刮板输送机的寿命评估、故障预测、性能趋势监控技术和方法研究；开展虚拟维修技术与维修策略研究；完成煤机装备全生命周期故障发生规律及其故障预防、控制和修复，大幅提升煤机装备的可靠性水平，实现装备质量的跨越发展，降低维修费用和企业运行成本，提升企业核心竞争力。

　　特别地，以系统维护安全损失最小、总维护成本率最低和总维修时间最少为优化目标，自动识别生产状态与设备维修维护状态，提出生产调度与维护行为联合驱动的开采系统决策优化目标，进而生成维护策略，建立基于生产调度和维护行为的双层机会维修预知决策系统，如图5所示。

图5 基于生产调度和维护行为的双层机会维修预知决策系统

三、Sustainability可持续

资源保障可持续

　　近年来，随着煤炭资源的大规模、高强度、持续开发，导致浅部优质煤炭资源储量逐年减少，中东部矿区开采深度已经达到千米以上，部分省区后续储备不足，资源枯竭导致部分煤矿停产、限产、关停，严重制约了煤炭资源的安全稳定供给。煤炭资源保障可持续是指基于国家能源消费需求及供给结构现状，预测国家能源消费结构及供需变化趋势，并根据预测科学有序制定煤炭资源开发规划，保障煤炭资源持续、稳定、可靠供给。针对煤炭资源开发利用现状，应加大煤炭资源管理和地质勘探，调整煤炭生产供给结构，提高煤炭资源采出率与利用效率，将煤炭资源采出率与利用率作为一项重要的考核指标，制定相关奖惩机制，提高煤炭资源开发与利用水平；制定煤炭资源开发利用和可持续发展规划，实现煤炭资源的科学、有序、稳定供给。

高质量发展可持续（含生态环境可持续）

　　近年来，我国煤炭产业发展取得了长足进步，但在发展过程中仍然存在不协调、不平衡、不充分、不可持续等问题，制约了煤炭工业高质量发展。加快推进煤炭资源智能绿色开发，带动整个煤炭行业发掘其潜在的经济影响和价值创造，是实现煤炭行业高质量发展的核心技术支撑。

　　高质量发展可持续应遵循“四个革命、一个合作”的能源安全新战略原则，以创新为动力，实现煤炭开发利用全过程、全要素、全周期、全方位的高质量发展及绿色生态保护。其特征表现为：集约化开采模式、智能绿色开采技术与装备、高效率与高效益、井下无人少人作业、煤炭清洁低碳高效利用，实现环境生态化、开采方式智能化、资源利用高效化、管理信息数字化和矿区社区和谐化。

　　煤炭高质量可持续发展除了应实现安全、高效、智能、绿色开发，及清洁、低碳、高效利用之外，还应建立常态化的煤矿退出机制，推进老旧矿区生产与转型的超前对接。另外，还应考虑煤炭与太阳能、风能等非化石能源的深度耦合，走多能融合、多能互补的道路。

四、Sensitivity柔性（敏感）

柔性生产系统

　　煤炭智能柔性开发供给体系是将新一代信息技术与煤炭开发、运输、仓储、需求预测等进行深度融合，建立以数字化为基础、智能化赋能的多层次网状煤炭开发供应链，实现对煤炭需求的超前精准预测，并基于预测结果对煤炭生产、运输、仓储等进行自动智能优化调节，实现煤炭资源安全、高效、稳定、柔性供给。

　　柔性生产系统是指生产系统能够根据外部市场的需求变化而进行生产能力的动态响应，煤矿生产系统柔性是智能化柔性煤炭开发供给体系的核心，主要依托煤矿智 能化开采技术装备及智能管理系统实现。根据外部需求变化对矿井生产能力进行动态调整，当市场需求旺盛时可快速增加产能，当市场需求低迷时可低成本抑制产能，能够充分满足订单式生产要求。

　　市场敏感性（供需响应）

　　煤炭市场敏感性(供需响应)可以用煤炭开发供给柔性度来衡量，包括煤炭生产能力柔性系数、煤炭运销能力柔性系数、煤炭开发供给综合柔性度。

　　煤矿生产能力柔性即煤矿生产能力、实际产量能够灵活变化以及时应对煤炭需求变化的能力；煤炭运销能力柔性即煤炭供应链上的铁路、港口等煤炭运输能力应对煤炭需求变化的能力。

　　1) 煤矿生产能力柔性系数 U₁ = ∑（ ψ_i + z_i ）/ ∑ x_i 。

　　其中： U₁为煤矿生产能力柔性系数； ψ_i 为煤矿i的基本生产能力；z_i 为煤矿i的科学增产能力；x_i 为煤矿i的实际产量。

　　核定基本生产能力是矿井常态生产计划依据，科学增产潜能是根据矿井生产技术条件和智能化水平核定的具有安全可靠增产能力。若 U₁=1，则说明煤矿正处于全负荷生产；若 U₁>1，则说明煤矿具有柔性增产潜力；若U₁ <1，则说明煤矿正处于超安全能力生产。<>

　　2) 煤炭运销能力柔性系数U₂ = 2( α + α_z ) /( M+X_p )。其中：U₂为煤炭运销能力柔性系数；α为煤炭每周实际运输量； α_z 为每周可增加运量潜力； M为每周煤炭销售量；X_p 为每周煤炭生产量。若U₂=1，则说明产运销能力基本平衡；若U₂ >1，则说明运输能力富裕（因生产侧、消费侧一般都会有一定库存，用短期生产与消费量可以体现产运销情况，敏感捕捉运输销售端的问题）；若U₂ <1，则说明运输能力不足。<>

　　3) 煤炭开发供给综合柔性度 U =（ X_p + α ) /[2( K - H )]。其中： U 为煤炭开发供给柔性度； K 为每周煤炭消费总量； H 为每周煤炭进口量。

　　将 U =1为供给平衡点，可设定 U =0.99为紧平衡点，高于1则表明供应侧宽松或出现过剩， U 低于0.95黄色预警， U 低于0.90红色预警。　　

　　柔性供给体系

　　智能柔性煤矿建设是煤炭柔性开发供给体系的基础，将新一代信息技术（5G、人工智能、物联网、云计算、大数据、区块链等）与煤炭开发、运输、销售、利用等进行深度融合，支撑构建煤炭智能柔性开发供给体系。煤炭智能柔性开发供给体系以煤矿生产系统柔性和运输柔性为核心，以煤炭开发供给柔性度为基础，以物联网、大数据、区块链等新一代信息技术为代表的支撑技术和以横向集成、纵向集成等使能技术为支撑，实现煤炭供给的智能柔性生产、安全稳定供给、动态供需平衡目标。煤炭柔性供给体系如图6所示。

图6 煤炭柔性供给体系

　　煤炭智能柔性开发供给体系具有以下3个核心要素：

　　1) 智能化柔性煤矿是建设煤炭智能柔性开发供给体系的关键。提高煤炭开发供给体系的柔性，关键在于提高生产端的柔性，由于传统煤炭开发方式下的产能利用率普遍呈刚性，增加煤矿生产能力柔性系数的关键在于通过智能化开采技术对煤矿的产能进行柔性调节。

　　2) 新一代信息技术与煤炭开发、运输、销售进行融合是建设煤炭智能柔性开发供给体系的基础。

　　5G通信技术以其特有的大带宽、低延时和广连接优势，不仅可以为煤矿智能化建设构建数据高速稳定传输通道，还可以为煤炭智能柔性供给体系的构建搭建数据传输高速公路，确保信息高速、可靠传输。运用物联网、大数据等技术不仅可以对煤矿进行实时、多维度安全监控，从而实现煤矿减人、增安、提效，而且可以为煤炭供需响应模型的构建提供数据、算法支撑。

　　3) 构建柔性协同管理系统是实现煤炭智能柔性供给的保障。建设煤炭智能柔性开发供给体系，不仅需要在支撑技术、使能技术等方面发力，更需要用系统思维对供应链中的信息流、物流进行规划和控制，围绕智能柔性供给目标，促进信息共享和协调经营，以提高各环节运作效率和动态响应水平，实现安全、稳定、柔性的供需关系。基于新一代信息技术构建从集团至矿业公司再至企业的多级大数据中心，通过煤矿开采全过程的数据链条，支撑煤矿决策的智能化和运行的自动化，达到集成化管理，实现煤炭智能柔性供给。　　

五、Service服务

　　推广新一代信息技术应用，分级建设智能化平台是煤矿智能化建设的重要任务之一，其依赖于煤矿生产管理经营大数据的综合管控。在煤矿行业集聚不同生产模式、不同地质条件煤矿企业的数据，深度整合数据信息，深耕数据应用场景，以庞大的数据中心加上专用的数据终端，形成数据采集、信息萃取、价值传递的完整链条，能够实现煤矿行业数据价值最大化。

　　由于煤矿场景复杂多变，亟需具有专业背景并了解煤矿工艺的相关技术人员进行专业化的处理，才能够实现数据知识化，现有数据由各大煤矿企业进行数据存储，专业研究人员可接触到的数据较少，而煤矿企业面对数据又无从下手，造成数据上下游无法打通。

　　针对煤矿大数据服务模式，综合来说主要在公有云增值服务、企业内部专业化服务、社会专业化运维服务等方面发力，打通不同层面之间的数据，构建数据生态，使开发、应用、优化成为有机整体。

　　公有云增值服务

　　公有云增值服务主要通过构建行业云基础设施，搭建煤炭工业互联网平台和煤炭工业大数据中心，汇聚煤炭行业全产业链数据资源，通过感知、互联、分析、自学习、预测、决策、控制技术集成，提供面向行业上下游企业、政府、协会等综合数据服务，从而促进煤炭产业数字化能力提升，煤炭公有云业务架构如图7所示。

图7 煤炭公有云业务架构

　　公有云围绕煤炭行业业务特点，以全中心资源共享开放为核心，面向专业应用提供快速构建的通用业务支撑服务，统一用户、统一认证、统一权限，以满足不同用户的需求。统一汇聚煤炭行业共性服务接口（数据服务接口和应用服务接口），通过抽取和提炼应用系统的共性业务需求，进行模块化封装，基于应用支撑平台提供的API网关服务能力，将共性业务模块以接口的形式对外发布，支持其他业务应用访问及调用，满足业务应用的快速开发需求，实现部门之间的业务互通，助力应用创新。

　　通过公有云服务，一方面为中小型煤矿企业提供资源、算力及运维服务；另一方面，构建开发者（研究单位）与应用者（煤矿企业）之间的共享平台，解决煤矿生产系统信息孤岛问题，将数字与算法真正资产化，促进煤矿企业与研究机构之间的互联共同。

　　企业内部专业化服务

　　企业内部专业化服务面向煤矿实际生产场景，一方面在矿端，构建数据全生命周期管理系统，通过数据服务的形式支撑各业务系统，避免原有点对点的数据对接，打通信息壁垒，构建煤矿主体化专业化大数据的数据服务；另一方面，在集团侧部署云数据中心，构建区域化协同分析，将同类地质条件工况情况下的各类数据进行关联分析，应用人工智能算法构建智能数据引擎，完成模型训练，知识库构建等，并可为各矿侧提供算力，保证业务有效落地。

　　数据集市服务是基于数据资产管理的数据共享开放功能建立，利用数据资产管理建立不同的业务或服务主题，经过数据管理员的授权提供数据服务，为煤矿业务应用系统、第三方应用系统提供数据支持。

　　数据集市服务在技术架构上，使用微服务架构和开放API形式对外提供服务，具备高内聚、低耦合的轻量级松散架构，同时具备权限控制和基于主题的授权功能。在扩展性上支持灵活的数据建模功能，可持续对外提供不同的数据主题服务。

　　现阶段煤矿数据集市主要提供以下功能服务：地图数据服务，空间数据服务，生产数据服务，安全数据服务，管理数据服务，市场动态数据服务，消息数据服务。

　　以地图、空间数据服务为例，数据移动平台的地图、空间数据调度任务，从 “一张图”GIS系统中抽取相关地理信息数据，进入数据融合平台存入地图、空间库，数据管理员在数据分析平台中可根据地图、空间库，自助设计相关可视化展示界面，也可在数据资产管理平台中，建立地图、空间主题并设置权限开放共享，供其他系统使用。

　　社会专业化运维服务（含设备系统供应商全生命周期运维服务模式创新）

　　目前，各矿加大煤矿智能化建设投入，但在各先进系统建设的同时，由于煤矿智能化相关技术人才匮乏，各煤矿的智能化技术与装备主要由设备厂家进行维护，存在维护不及时、整体性差、沟通不畅等问题，严重影响智能化设备、系统的稳定可靠运行，煤矿缺乏专业化运维团队问题凸显。

　　在公有云模式下，各设备厂商、专业院所可为煤矿企业、国家能源局、国家矿山安全监察局等提供专业化的运维及咨询服务。专业人员以软件工具、接口、问诊服务、咨询服务、金融服务等，吸引聚拢大量免费用户，通过专业化运营活跃平台，培育用户体验感，衍生服务、产品销售、项目实施等需求。

　　具体而言，从系统维护尤其是信息化系统运维的角度，通过公有云构建统一远程运维运营专线体系，按照“一切资源化、资源目录化”的原则，实现所有基础设施资源、各类软件资源、数据资源、应用资源、服务资源等的统一运营运维管理；对于设备运维管理，设备系统供应商可从设计到使用建立全生命周期管理运维服务模式，对设备从出厂到使用全寿命过程的健康状况进行监测与管理，根据设备健康特征对维修策略进行决策并给出合理维修建议，从而实现对煤矿全工位机电设备的健康智能管理；另外，可由专业团队对生产安全等煤矿关键数据进行态势分析，主动向煤矿生产企业或监管部门推送分析报告并给出合理化建议策略，实现安全态势预警、专家远程会诊、供应链协同、煤炭资源规划等业务应用。　　

六、Smartness智慧

　　系统智能化与智能系统化

　　煤矿智能化应实现结合现代煤炭开采工艺和装备技术，将矿山信息化和工业自动化深度融合，建立全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的智能化系统。实现矿山数据的精准实时采集和高效可靠传输、信息的有序规范集成和动态可视展现、生产的自动协同运行和自主决策控制、业务的安全高效运营和全面精细管控。通过工艺、技术和管理持续改进与创新，建设煤炭无人少人化生产的安全、高效、绿色新型矿山。

　　智慧是煤矿智能化的基本特征，其包含2个方面的内涵。一方面是对于现有生产及安全系统与新一代信息技术相结合，包括5G高可靠性传输网络、应用先进智能传感手段，应用大数据人工智能等实现数据赋能等，使原有系统具有智能化特征，更好地为煤矿服务；另一方面，借助目前机器视觉等新的人工智能技术与煤矿实际应用场景相结合，使之成为“感知-决策-执行”的完整系统，从而解决煤矿现有系统的不足，助力煤矿智能化升级。机器视觉在综采工作面的智能系统化如图8所示。

图8 机器视觉在综采工作面的智能系统化

　　系统智能与人文智慧融合的煤矿生态

　　新型智慧矿山建设应强调“以人为本”，以造福职工，创造企业价值，建设以人为本的智慧矿山新生态为根本目标。智慧矿山是系统智能与人文智慧的融合。系统智能是指矿山运行系统具有全流程人-机-环-管数字互联高效协同，智能决策自动化运行的能力；人文智慧人的智慧在矿山运营中的决定性作用，是借助信息通信技术和人工智能技术，将管理者的思想、知识、要求等变成系统决策的依据，提高决策水平，降低劳动强度，实现安全高效、绿色低碳、健康运行。

　　以信息化、自动化、智能化带动矿井行业的改造和发展，开创安全、高效、绿色和可持续发展的新模式。形成智慧生产、安全保障、智能决策的组织机构和保障体系，融技术管理、生产管理、经营管理、安全环保、新技术推广应用为一体的智能管理体系。

　　对于智能化生产管理集成系统设计、生产接续计划、生产技术、地质及测量、机电运输、生产调度、煤质进行优化，特别是对安全生产进行优化，打通全矿数据从人、机、环、管4个角度实现矿井“大安全”。根据智能化要求，设立技术服务中心、生产管理中心、安全保障中心、运维保障中心和经营管理中心这5大职能中心，各中心内部、外部协同工作。

　　与社会协同的智慧生态

　　新型智慧矿山在打造煤矿自身生态圈的同时，也应注重与社会实现协同的智慧生态，主要表现在以下6个方面：1）建设智能绿色矿业与社会协调发展国家级综合试验区。在西部资源富集区设立智能绿色矿业与社会协调发展的国家级综合试验区，设立智能绿色开发技术试验中心与实践基地，建设国家级智能绿色示范矿井、智慧矿区，高质量开发利用西部矿产资源，将西部资源优势转化为经济优势，引领西部地区产业升级，推进西部大开发形成新格局、高质量。

　　2）建设智能绿色矿业示范基地。打造一批支撑试验区建设的智慧矿山、矿区生态环境修复、矿井下空间利用等示范基地。大型露天矿开发与生态治理并举，以开发促生态改善。推进矿产开发、废弃闭坑矿井资源开发利用，智慧矿山建设与区域经济一体化高质量发展，优化资源配置，构建国家级智能绿色矿业样板工程，形成全面智能运行、科学绿色开发的新型矿业产业生态。

　　3）创新培育矿产资源型地区（城市）数字化产业新业态。支持矿产资源型地区（城市）培育新一代信息技术、高端装备、新能源、绿色环保等产业。加强对综合试验区“5G+工业互联网”基础建设的支持力度，建设智慧矿区公共信息服务平台，发展以数字化为核心的智慧物流、智能制造、机器人等产业，形成一批战略性新兴产业集群，支持在示范区建设数字产业急需应用型人才培养基地。

　　4）开展矿区-城市智慧绿色小镇建设示范。在综合示范区打造集矿业科技研发、能源与技术交易、数字产业技术孵化、技术交流培训、工业文化展示、地域风情旅游和绿色智慧生活空间等为一体的矿区-城市智慧绿色小镇，深化矿区与城市双向互动，探索融汇绿色能源、绿色生态、智慧物流、数字产业-特色文化的矿区-城市融合新模式，为资源型地区矿业与社会协调发展新型城镇建设提供样板。

　　5）建立矿区立体化开发体系。推进煤与共伴生矿产资源、地热资源、动力能量等资源协同化勘查、开发与利用；推进矿产资源协同开发，在矿区就近开发建设智能化选矿、矿产深加工，延伸产业链和价值链。

　　6）建设多能耦合低碳发展体系。以煤电为核心，与太阳能、风电协同发展，构建风、光、电、热、气多元协同的清洁能源系统。利用废弃矿井开展抽水储能、压缩空气储能。

七、6S 智能化煤矿建设要求

　　6S智能化煤矿建设是“一把手工程”，应具有创新、开放、追求一流的理念和职业情怀，有良好的企业文化生态；具有大规模、安全高效开发的资源条件、环境条件、生产技术条件和建设条件；遵循一流标准、科学一流的总体规划和顶层设计、系统协同设计和一流的工程建设实施质量；全面配套一流高可靠性智能装备、无突出短板、高水平全生命周期健康运维管理；系统智能与人文智慧深度融合，高质量运行和管理团队、管理体系；一流的安全、生态、效率、效益，一流的职工工作条件和物质文化获得感。

　　由于我国不同区域煤矿的地质条件、建设基础等存在较大差异，应根据矿井建设条件与基础进行矿井智能化整体规划设计，确定矿井柔性科学产能与智能开采供给计划，通过将智能化软件、硬件技术与双重预防机制进行有机融合，实现从风险辨识、评估、分级管控、隐患排查、治理验收全流程的智能化，提高矿井安全水平；采用新一代信息技术（5G、大数据、物联网、云计算、区块链等）对井下人、机、环、管等信息进行全面感知、传输、分析、处理、控制，通过构建公有云、私有云或混合云，实现矿井数据资产的云化存储与模型化应用，提高系统可靠性及智能化水平；通过采用高可靠技术与装备，实现减人、增安、提效目标。采用智能绿色开采与生态复垦一体化技术，实现矿井的可持续高质量开发。

    来源：智能矿山杂志  作者：王国法,庞义辉,杜毅博