智能煤礦技術研究與政策制定現狀

胡青松， 錢建生， 李世銀， 孫彥景

(1.中國礦業大學 地下空間智能控制教育部工程研究中心， 江蘇 徐州 221116；2.中國礦業大學 信息與控制工程學院， 江蘇 徐州 221116；3.中國礦業大學 徐州市智能安全與應急協同工程研究中心， 江蘇 徐州 221116)

0 引言

智能煤礦通過將人工智能、大數據、云計算等先進技術與煤炭行業深度融合，大幅提高了煤礦企業生產效率、安全等級和決策水平。從2020年2月25日國家發展改革委、國家能源局、應急部等八部委聯合發布《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》[1](以下稱“指導意見”)以來，高校和科研院所持續加大攻關力度，在頂層設計[2]、理論架構[3-4]、核心技術[5-6]、管控平臺[7-8]、建設路線[9-10]、標準制定[11-12]、評價體系[13-14]等方面取得了顯著進展，并有學者對研究現狀進行了綜述[5,15]。但目前并沒有文獻針對“指導意見”發布前后的技術研究變化情況、主要研究機構、熱點研究領域進行探討，而這些對領域研究人員和行業從業人員具有較為重要的借鑒意義。

智能煤礦建設除了具有技術密集型的特征之外，還具有資金密集型特征，需要由政策引導，形成匯聚政府、學術、產業、金融和用戶的合力。因此，前瞻性、針對性和引導性的政策制定十分重要?！爸笇б庖姟庇“l以來，國家層面和各個產煤大省先后發布了30余項針對智能煤礦建設的政策，涉及建設目標、建設內容、建設規范、建設保障、驗收評定等方面。對這些“百家爭鳴”的政策進行適時歸納梳理，不但可以總結現有成果、捋清政策發展脈絡，還可以為下一步政策規劃提供依據。

鑒此，本文以CNKI(中國知網)為工具，對煤礦智能化技術研究現狀進行了總結，并依據公開資料對國家和省級層面的智能煤礦政策進行分析整理，為智能煤礦研究和建設提供借鑒和助力。

1 智能煤礦技術研究現狀

以CNKI數據庫為數據來源，以煤礦智能化、智能煤礦、智慧煤礦、智能礦山和智慧礦山5個關鍵詞為檢索詞，從期刊、國內會議、國際會議、學術輯刊、碩士學位論文和博士學位論文6個庫中進行檢索，檢索結果不設年限限制，并包括網絡首發和增強出版論文，檢索日期截至2021年1月15日，采用CNKI計量可視化分析工具對檢索到的624條結果進行挖掘分析。

智能煤礦領域年度發文情況如圖1(a)所示，其中空心圓點為預測的2021年發文數，暫不考慮?？梢钥闯?016年之前只有零星文章探討智能煤礦技術，而在此之后發文量近乎呈指數上升，2017—2020年發文量分別為29，74，146，272篇，這與人工智能領域的發文趨勢(圖1(b))幾乎一致。所不同的是，人工智能領域的發文量在2019年產生了一個拐點，而智能煤礦領域則在2020年大幅上升，這與國家八部委發布“指導意見”及地方政府的大力支持和強力推動密切相關。

(a) 智能煤礦領域

從涉及的關鍵詞(圖2)看，智慧礦山和智能礦山排名前2位，二者之和超過了總發文量的50%。其他熱門關鍵詞還包括煤礦智能化、物聯網、智能化、數字礦山、大數據、智能化開采等。

從作者單位看，智能煤礦領域主要研究機構為中國煤炭科工集團有限責任公司、中國礦業大學、天地(常州)自動化股份有限公司等。從文獻來源看，該領域主要貢獻期刊為《煤炭科學技術》、《工礦自動化》、《中國煤炭工業》、《內蒙古煤炭經濟》和《煤炭學報》，5本期刊發文量超過整個行業的50%。

需要指出的是，智能煤礦的研究范圍遠非煤礦智能化、智能煤礦、智慧煤礦、智能礦山和智慧礦山5個關鍵詞所能涵蓋，智能工作面、礦井機器人、礦井無人駕駛、智能采煤、數字孿生、動目標定位等都屬于智能煤礦范疇，正如人工智能領域遠非1個“人工智能”關鍵詞就能涵蓋一樣。

圖2 關鍵詞分布情況

2 智能煤礦政策制定現狀

2.1 國家層面政策情況

2016年4月7日，國家發展改革委和國家能源局聯合發布《能源技術革命創新行動計劃(2016—2030年)》[16]，要求提升煤炭開發效率和智能化水平，研發高效建井和快速掘進、智能化工作面等技術，重點煤礦區基本實現工作面無人化。這是國家層面站在人工智能及其行業應用的爆發前夜作出的重要前瞻部署。

2020年2月25日，國家八部委聯合發布“指導意見”。“指導意見”抓住當前的技術和產業發展機遇，提出建設“全面感知、實時互聯、分析決策、自主學習、動態預測、協同控制的智能系統，實現煤礦開拓、采掘(剝)、運輸、通風、洗選、安全保障、經營管理等過程的智能化運行”；確立了以2021，2025，2035年為時間節點的近期、中期和遠期發展目標，明確了頂層設計、標準建設、科技創新、智能改造、示范建設、綠色礦山、新一代信息技術、服務模式、人才培養和國際合作10個主要任務領域?！爸笇б庖姟睘橹悄苊旱V建設凝聚了共識，指明了方向，明確了任務，是智能煤礦研究和建設的重要分水嶺。

2020年12月24日，國家能源局綜合司和國家礦山安全監察局綜合司發布《智能化示范煤礦建設管理暫行辦法》和《煤礦智能化專家庫管理暫行辦法》[17]。前者對智能化示范煤礦的申報、建設、驗收和管理作出了明確要求，總的原則是“自愿申報、內部審核、評估驗收、動態管理”；后者旨在對煤礦智能化專家庫建設進行指導，明確了專家遴選、聘用、管理等事項，總的原則是“公平、公正、公開”。

2021年3月12日，國家能源局煤炭司發布《智能化煤礦建設指南(2021年版)(征求意見稿)》[18]，從頂層規范智能煤礦建設內容和建設方法，對井工煤礦、露天煤礦和選煤廠的智能化建設目標、技術架構、建設路徑、設計要求、建設內容、保障措施等進行了全方位指導，以保證“指導意見”3個階段目標落到實處。

感知數據是智能煤礦建設的基礎，只有將各類感知數據統一接入集控平臺，才能使煤礦產生智力、具有能力。為此，國家煤礦安全監察局在2019年10月發布《煤礦安全監控、井下作業人員、工業視頻感知數據接入細則(試行)》[19]，并于2021年1月6日發布《煤礦沖擊地壓感知數據接入細則(試行)》、《煤礦水害防治感知數據接入細則(試行)》和《煤礦重大設備感知數據接入細則(試行)》[20]。這些細則可視為《煤礦感知數據接入規范(試行)》的進一步細化說明，要求已經接入省安全監察局的數據，必須在2021年4月前接入國家礦山安全監察局，正在建設的應該盡快接入，做到“能接盡接、應接盡接”。

2.2 省級層面政策情況

省級層面的智能煤礦政策情況反映了該省建設智能煤礦的態度、決心和進度。以貴州、山東和山西3個省份為例，探討省級層面政策制定情況。

2017年9月14日，貴州省能源局發布《貴州省煤礦智能機械化建設與驗收暫行辦法》[21]，對智能機械化改造、綜合機械化改造和智能化升級進行了明確界定，給出了綜采工作面采煤機、液壓支架、刮板輸送機、轉載機、破碎機和乳化液泵站，以及綜掘工作面掘進機和支護設備的選用方法，對智能煤礦所需的信息基礎設施改造和升級作出了明確要求，并對智能化生產系統及其15個子系統、智能化管理系統及其5個子系統的功能進行了清晰界定。此外，還對智能機械改造升級的驗收方法和指標體系作出了詳細規定。

在此基礎上，貴州省能源局于2019年10月15日發布《深入推進貴州省煤礦智能化、機械化升級改造攻堅方案(2019—2020年)》[22]。針對不同煤礦的實際情況，制定了十大重點攻堅任務，已實施“兩化”(智能化、機械化)改造的要加快進度，尚未實施“兩化”改造的30萬t/a及以上礦井要重點推進，30萬t/a及以下礦井若要改造為30萬t/a及以上礦井，需要在改造時同步實施“兩化”升級改造，在建煤礦需全面實施“兩化”改造，停產停建礦井在復工復產后要進行“兩化”改造后才能投產。

2020年7月20日，貴州省能源局、貴州省發展和改革委員會等8個部門聯合發布《貴州省煤礦智能化發展實施方案(2020—2025年)》[23]，提出了2020，2022，2025年這3個階段目標。其中，2020年為示范啟動階段，需完成“兩化”升級改造，編制實施方案并開展煤礦智能化示范。2021—2022年為重點推進階段，重點推進采掘工作面智能化建設和煤礦機器人應用。2023—2025年為全面實施階段，全面推進綜采和綜掘工作面智能化建設和煤礦機器人應用。

2020年10月10日，貴州省能源局發布《貴州省智能煤礦建設暫行管理規定(征求意見稿)》[24]，并進一步于2020年12月16日升級為《貴州省智能煤礦建設指引(試行)》[25](以下稱“建設指引”)。“建設指引”對智能煤礦建設基礎設施(通信網絡、硬件設施、軟件設施、數據中心、調度監控中心和數據及網絡安全設施)作了明確要求，重點規范了綜合管控平臺、生產系統和安全管理系統，并規定了生產技術管理、生產經營管理、環保、通信、專家支持等系統應具備的功能，鼓勵使用先進無線通信、煤礦機器人等技術。

2020年12月30日，貴州省能源局印發《貴州省智能煤礦評定辦法(暫行)》[26]，規定了“建設指引”中提到的各系統評分方法和評分標準，通過對各系統得分加權，得出合格(不低于80分)和不合格(低于80分)的結論。“建設指引”中的專家支持系統和先進技術應用屬于加分項，共5分；其他系統屬于必建項，共100分。在必建系統中，生產系統是重中之重，分值占比達50%；其次是智能煤礦綜合管控平臺、輔助生產系統和安全管理系統，占比分別為16%，10%，10%；其他系統(生產技術管理、生產經營管理、環保、通信)共占比14%。

從前文分析可知，貴州省智能煤礦政策出臺具有清晰的脈絡：關鍵生產環境的全機械化→機械裝備智能化→智能煤礦建設宏觀規劃與階段任務劃分→建設內容與功能要求→建設效果評價與定級。這也充分反映了參與各方對智能煤礦建設的認知過程，符合事物發展的內在規律。

接下來分析山東省的煤礦智能化政策情況。2019年3月29日，山東煤礦安全監察局和山東省能源局發布《關于加快推進沖擊地壓礦井智能化工作的通知》[27]，要求沖擊地壓礦井在2019年底前完成采掘工作面的智能化改造，以期大幅減少高危崗位人員數量，有效防范和遏制沖擊地壓事故。在2019年6月發布的《關于加強全省煤礦智慧化建設和智能化改造的指導意見》[28]中，繼續以高沖擊地壓礦井為抓手，重點實現采掘工作面的全面智能化，大力推進煤礦機器人的研發應用，實現關鍵、危險崗位的無人代替，做到無人值守、有人巡視，打造一批示范智慧礦井，構建智慧煤礦體系。

2019年12月5日，山東省能源局印發《山東省煤礦智能化建設實施方案》[29]，分階段、分步驟進行智能煤礦建設。2019—2020年為重點突破階段，重點對41處沖擊地壓礦井進行智能化改造，建成5～10處省級示范礦井，力爭建成3～5處國家級示范礦井。2021—2025年為全面推進階段，逐步推進全省采掘工作面綜合機械化、智能化、無人/少人化，實現主要環節智能化決策、自動協同運行，建成一批智慧化煤礦。2026—2030年為鞏固提升階段，建成多系統集成、多產業鏈協同的智能煤礦系統，構建智能感知和自動決策執行的智能煤礦體系。

在此基礎上，山東煤礦安全監察局和山東省能源局于2020年3月24日發布《關于進一步加快全省煤礦智能化建設工作的通知》[30]，要求加快進度、落實責任、加大支持、加強執法、報送進度，省屬煤礦、120萬t/a以上煤礦、高危(高瓦斯、煤與瓦斯突出)煤礦必須實現智能化開采，要在全國率先建成一批無人運輸、透明開采、100人以下無人/少人示范智能礦井。

2020年5月25日，山東省能源局和山東煤礦安全監察局發布《山東省煤礦智能化驗收辦法(試行)》[31]，對各智能煤礦的驗收流程和驗收方法進行了規定，驗收結果為合格或不合格2種結論，合格礦井要求綜合得分達到80分，且智能化采煤和智能化掘進分別達到90，80分。與《貴州省智能煤礦評定辦法(暫行)》類似，《山東省煤礦智能化驗收辦法(試行)》也將生產系統放在首位，智能化采煤、智能化掘進占比分別為30%和20%，二者合計占比達50%。信息管控平臺、輔助運輸和通防系統占比分別為15%，10%，10%。

2020年12月21日，山東省發展和改革委員會、山東省教育廳等13個部門聯合發布《關于加快推進全省煤礦智能化發展的實施意見》[32]，進一步細化了《山東省煤礦智能化建設實施方案》中2021—2025年的工作目標，強調要加強頂層設計、標準制定、科技創新和人才隊伍建設，加快推進采掘工作面、供電、通風等主要系統的智能化改造和一體化平臺建設，加快機器人和大數據資源研發使用，并從組織、政策、督導等多方面保障落實。

與貴州省以機械智能化入手不同，山東省以解決本省所面臨的沖擊地壓、煤與瓦斯突出等重大災害為抓手，在國家發布“指導意見”之前已經頒發了相關指導意見和完整的實施方案，同時制定了完善的智能化建設與驗收辦法。

除了貴州省和山東省之外，山西省也在煤礦智能化政策制定和推進方面走在國內前列，于2020年7月制定了《山西省智能煤礦建設規范》[33]，是第1個制定智能煤礦地方標準的省份。此外，在2020年12月發布了《煤礦智能化技術創新研發中心建設實施意見》[34]，對智能煤礦前沿引領技術和關鍵共性技術進行攻關。其他各省也已開展了大量政策研究制定工作，限于篇幅，不再逐一歸納分析。各省智能煤礦建設政策文件見表1。

表1 省級智能煤礦建設政策文件

3 結論

(1) 隨著人工智能研究的持續火熱，近4 a智能煤礦研究文獻數量呈近乎指數增長，主要關注對象是智慧礦山、智能礦山、煤礦智能化、物聯網等技術，主要研究機構是中國煤炭科工集團有限責任公司、中國礦業大學等。

(2) 國家順應人工智能發展大勢，于2016年開始謀劃煤礦智能化，通過“指導意見”凝聚了煤炭行業參與方(政、產、學、研、用、經)共識，帶動了煤礦智能化研究與實踐的快速發展。

(3) 省級層面的智能煤礦政策從建設目標、建設內容、驗收定級甚至標準制定、創新研發中心等方面進行了規定、規劃，大大加速了智能煤礦研究和建設的步伐，推動了近500個采掘工作面和一批智能煤礦示范礦井的落地。