目前，我国仍处于对能源和原材料消费最旺盛的阶段，而煤炭正是可以清洁高效利用且经济安全的能源。在未来相当长的时期内，煤炭在我国难以被大规模替代。预计2030年和2050年，煤炭占我国一次能源消费比重仍将保持在50%和40%以上，“去煤化”脱离中国国情。我国煤矿综合机械化经过40多年的发展，实现了生产力的巨大进步和安全生产面貌的根本改变，全行业基本实现综合机械化，一些重要系统实现了自动化，为发展煤矿智能化奠定了良好基础。然而，在科技飞速发展和全球气候变化、低碳环保成为主要议题的大背景下，煤炭行业发展也面临着前所未有的挑战。一方面，新技术的发展推动人类生活方式进步，倒逼矿业领域改变传统高强度的工作方式；另一方面，煤炭行业招工难、从业人员不足等现实，也倒逼煤矿尽快实现少人、甚至无人化开采。
新发展阶段煤炭行业高质量发展之路
煤矿智能化是行业高质量发展的核心技术支撑和必由之路
2020年2月，国家发展改革委、国家能源局等八部委联合发布了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，吹响了煤炭工业向智能化进军的冲锋号，标志着煤炭工业迈进了实现智能化的新阶段。2020年9月在原兖矿集团召开了全国煤矿智能化现场推进会，发出了加快煤矿智能化建设、推进行业高质量发展的号召，以煤矿智能化建设为标志的新一轮煤炭行业重大技术变革全面展开。我国采煤技术经历了人工炮采、普通机械化开采、综合机械化开采和目前的智能化开采4个主要阶段(见图)，煤矿智能化是新发展阶段煤炭行业高质量发展的必由之路，早走晚走都得走，不走死路一条。
煤矿智能化建设是机械化、数字化、自动化、信息化技术与采矿技术的相互结合 ，是一个复杂的多学科交叉融合问题。智能化煤矿要求开拓设计、地测、采掘、运通、选煤、安全保障、生产管理等主要系统具有自感知、自学习、自决策与自执行的基本能力。信息化、数字化是煤矿智能化的基础和基本特征，是从不同视角对其主要技术特性的表征。煤矿智能化建设基础是要依靠海量传感器对井下环境、设备以及人员进行实时感知。传统无线通讯、传输技术无法同时满足海量传感器的实时接入，一直制约着井下传感网络的建设。随着5G技术的快速发展，以其大带宽、低延时和广连接三大技术优势，深度契合了煤矿智能化全面感知网络的技术需求。5G技术与大数据和云计算结合，将非实时的数据上传到云端，对数据价值进行深度挖掘，将实时性强的数据下沉到设备端， 降低数据传输与解算时延，为煤矿智能化运行提供了强有力的支撑。
煤矿智能化要重点建设十大智能应用系统，如下图所示，分别为综合管控系统及大数据平台、地质保障及4D-GIS动态信息系统、5G高速通信网络及精准位置服务系统、巷道智能快速掘进系统、工作面智能协同控制系统、主煤流及辅助运输智能系统、井下环境感知及安全管控系统、固定场所无人值守智能管理系统、煤矿智能选煤系统、智慧园区与经营管理系统，其中前3个系统属于煤矿总体基础平台，第4、第5、第6个系统属于井下采掘运系统，第7、第8个系统属于井下安全系统，第9、第10个系统属于煤矿辅助保障系统。
去产能是行业高质量发展的必要条件
煤矿智能化支撑先进产能，在加快煤矿智能化发展、提高先进产能的同时，继续加大淘汰落后产能力度，通过产能总体减量达到供给与消费紧平衡，为行业发展创造有利的市场环境，以适应能源转型和行业高质量发展的要求。已经颁布实施的《智能化煤矿分类、分级技术条件与评价》(T/CCS001-2020)标准，根据煤矿生产技术条件将其分为3类，其中，对于生产技术条件差的煤矿，如果不能在一定时间内改造达到智能化建设标准和安全生产质量要求，就应纳入去产能关闭之列。
积极宣传煤矿安全生产取得的巨大进步，正确引导社会舆论
煤炭行业作为传统产业，以往确实存在很多的问题和难题。在新闻报道、政策文件、科研立项等很多场合，突出行业高危性、事故较多，宣传煤矿安全生产成绩较少，且一些媒体只是与国外以露天煤矿为主的煤炭产业进行简单的、不科学的煤矿安全生产方面的对比，强调落后，形成了把渲染煤矿安全威胁、事故伤亡当成强调自身存在价值和立项必要性的传统习惯思维。同时，长期使用“百万吨死亡率”指标，造成社会对煤炭行业固化的负面认识；而美国等发达产煤国家并没有针对煤矿的“百万吨死亡率”指标，而是不分行业，统一用每年每千人死亡人数或每十万人死亡率。现代煤炭产业是需要高科技支撑的。改革开放40年来，煤炭行业依靠科技进步，在综合机械化开采及其装备领域持续创新，实现了煤矿安全的巨大进步，煤炭行业不再是高伤亡率行业，智能化煤矿和智能化管理为煤矿安全提供了根本保障。因此，是时候取消“百万吨死亡率”这种不客观的指标了，应与其他行业进行平等的安全评价。
因此，应转变传统思维，积极宣传煤矿安全的巨大进步，正确引导社会舆论。要树立新发展阶段煤炭行业的正面典型人物和大国工匠，宣传相关科技创新成果；并向中央主流媒体推送宣传，改变社会舆论对煤炭的负面认识，《中国煤炭报》等行业媒体应加强对行业的正面宣传。
创新驱动行业高质量发展
智能化技术保障和科学管理是提高矿井本质安全水平最为重要的抓手。要建立基于智能化煤矿大数据系统的管理流程再造机制，建立多层次的安全管控体系，实现安全管控闭环管理，所有危险因素都能够及时预测、及时发现、及时处置，推动实现本质安全型矿井建设的目标。
新发展阶段煤炭行业高质量发展之路是一条技术与装备创新之路、产业变革之路和全面突破之路。煤矿智能化已经成为行业转型和发展的源动力，是行业高质量发展的核心技术支撑。在技术创新推动的基础上，还需管理创新、体制机制创新、科学施策等综合配套，全面推进行业高质量发展。
因矿施策，分类分级建设智能化煤矿
我国煤炭开采以井工开采为主，随着开采技术和装备的不断发展，以及不同地区资源赋存条件的变化，各个煤矿生产企业生产水平差距正逐步在拉大，发展愈发不平衡。我国煤矿智能化建设尚处于初级阶段，国内不同区域煤层赋存条件、开采技术与装备水平、工程基础、建设目标等存在较大差异，亟需建立完备的智能化煤矿分类、分级评价指标体系，从而根据矿井的实际地质条件因矿施策地建设智能化矿井。
笔者领衔的研究团队针对我国不同区域煤层地质赋存条件、生产技术条件，以及区域经济社会发展多样性、差异性和复杂性的特征，并基于智能化煤矿顶层设计研究成果，总结出不同条件煤矿智能化研究与实践经验，并广泛参考相关技术标准化文件，制定了《智能化煤矿分类、分级技术条件与评价》(T/CCS001-2020)标准。根据生产能力、煤层埋深、煤层倾角、煤层稳定性等14个分类评价指标，结合智能化建设的难易程度，把煤矿按照智能化建设条件分为一类煤矿、二类煤矿和三类煤矿，并相应细分为初级智能化煤矿、中级智能化煤矿和高级智能化煤矿。智能化煤矿分类的目的就是调整不同煤炭资源赋存条件的智能化等级评价门槛；因此分类评价指标必须遵循2个原则：一是分类指标必须客观；二是结合实际，体现智能化建设的相对难易程度。其中，一类煤矿代表一些我国西部煤炭资源赋存条件比较好的大矿；二类煤矿代表中东部煤炭资源赋存条件一般的矿井；三类煤矿则代表云南、贵州、四川等地煤炭资源赋存条件较差的矿井。
煤矿智能化系统包括信息基础设施、智能地质保障系统、智能掘进系统、智能开采系统、智能主煤流运输、智能辅助运输系统、智能通风系统、智能供电与给排水系统、智能安全监控系统、智能选煤系统、智慧园区与经营管理系统。根据11个子系统的建设情况，结合权重系数进行分级评价，将煤矿智能化等级分为初级、中级和高级。
通过对煤矿智能化水平进行分类、分级评价，形成了统一的评价指标、原则、体系和标准，为智能化建设提供了量化参考标准。
科学顶层设计，实现煤矿智能系统化融合高效运行
智能化矿山建设需融合上百个子系统，以实现总体优化、智能协同、安全生产。在这一过程中，需要根据实际情况进行科学的顶层设计，才能打通信息壁垒、解决信息孤岛、避免重复建设、跨系统跨平台集成应用等问题，真正实现智能化。顶层设计应以“网络互联互通、数据共享交换、信息融合安全、功能协同联动、能源节约利用”为总原则，将人工智能与采矿工艺技术深度融合，让智能化更好地替代人工操作。群体智能、系统交互、感知学习是未来人工智能技术的发展方向，实现群体智能首先需要给出科学、合理和完整的技术架构。煤矿智能系统化顶层设计架构如图所示，需要在各个系统层面实现数据互通，打造横向一体化平台，在矿级、部门级和区队级实现业务、数据和人机协同；基于获取的大数据实现生产、安全和保障场景的流程再造。
在实际建设过程中，分别针对生产矿井、新建矿井和露天煤矿智能化建设，总结了以下亟需加快完成的煤矿智能化建设的重点任务。认为，应循序渐进、重点培育，打造一批高质量的智能化示范煤矿，并对可复制的经验在总结后全面推广。
生产矿井智能化改造
新建矿井智能化建设不受已有系统限制，可以从一开始就统筹考虑整体系统的建设，统一接口、标准、网络、建设方式和顺序，最大程度打通数据壁垒，提升系统运行效率和子系统间的配合度，支撑矿井安全、高效生产。新建矿井全面智能化建设总体技术架构如图所示。
整个架构包括智能生产应用服务及生产调度平台和智慧园区管控平台两部分。
智能生产应用服务及生产调度平台由智能生产应用服务及Web服务，大数据服务中心和生产执行平台组成。其中，智能生产应用服务及Web服务利用现有成熟的系统架构进行定制化开发，既能保证平台最终的可用性，也能够有效避免新系统研发所面临的时间、技术风险，提升系统的整体可靠性。大数据服务中心应用目前流行的Hadoop 大数据平台进行数据的存储、清洗和应用，可与ROMA平台进行数据对接。在生产系统中，大数据平台对上支撑智能生产应用，对下支撑生产执行平台的工控协同。
煤矿智慧园区管控平台要适应多个规模、现状及功能定位各异的园区需求，对系统的灵活性和可扩展性要求非常高；同时需要吸纳和集成业内外多领域创新技术和应用。因此从技术架构上选择云化+平台化+服务化策略，以适应目前及未来的业务需求。智慧园区管理平台基于一个物联网架构，主要包括应用软件、ROMA平台、底层控制模块和各个子系统。新建矿井智能化系统建设主要包括以下几方面。
(1)全面建设领先的信息化基础设施。高标准建设智能化综合管控平台、大数据中心、5G网络，建设地面智能综合调度指挥中心，集成智能化指挥、调度、管控、办公、培训、展示等功能，实现对井上下各系统的统一协调管控。建设工业设施智能保障系统，具有智能安防、智能车辆管理、智能道路管理、智能门禁闸机管理、智能供热、智能洗浴管理、智能宿舍管理、智能信息发布、智能食堂管理、智能园区灌溉、对讲及个人移动终端管理，实现工业设施保障系统的智能决策和数据共享。
(2)建设主动感知、智能决策、自动执行的高效生产系统。建设实现掘进机位姿检测与导航、巷道三维建模与成形质量智能监测、掘进设备远程集中监控功能的智能化掘进系统；实现工作面设备群的智能联控和基于数字孪生技术的无人开采。主煤流运输系统全面推广应用基于AI视频的煤量智能识别技术，实现主煤流运输系统的智能调速。进一步提升智能巡检机器人的检测功能与精度。辅助运输系统实现井下车辆的精准定位和井下车辆无人驾驶。
(3)建设主动安全的智能一体化管控平台。首先，建设矿井通风环境参数智能监测系统，建设风门远程智能监控系统，建设智能局部通风系统，建设通风系统智能分析决策软件模块，主动调节通风系统参数；其次，建设完善的供排水系统，排水系统与矿井水文监测系统能够实现智能联动，固定排水作业点能够根据水压、水位进行智能抽排，实现与各采区排水系统的智能联动，排水系统实现无人值守作业；第三，建设矿井安全监测数据中心，将水灾、火灾与顶板灾害等相关数据与人员定位数据、地理信息系统等数据进行深度挖掘与有效融合，实现灾害的智能预测、预警与避灾路线的智能规划；第四，建设矿井安全管控模块，根据事故或隐患的级别、类别和处置方式，建立分级优先、分类派送、智能联动的报警机制，并根据相关灾害类型与相关设备进行智能联动控制。
(4)智能化选煤厂建设。选煤厂设备运行状态与工艺参数的采集与存储、3D可视化监测监控系统、配电网的实时监测监控、自动配煤控制、煤泥水自动配药控制、材料配件的智能管理；研发应用选煤厂巡检机器人、煤泥清理机器人等智能机器人，研发应用AR智能巡检技术与装备，建设数字孪生选煤厂综合管控平台。
(5)智能化管理升级。组建智能化煤矿联合运维团队，设置煤矿智能化专职业务部门，负责本矿井的智能化建设和管理。
露天煤矿智能化建设
露天煤矿煤炭产量目前已经占我国煤炭总产量的14%左右，其智能化建设也关系到我国煤矿整体生产力水平的提升。相比井工煤矿，露天煤矿更易于应用先进的智能化技术，主要包括以下内容。
(1)卡车无人化技术应用。开展电控开车无人化改造、升级，实现自动对位、自主导航、自动卸载、主动避让等功能，在运煤线进行实际路况下的无人驾驶测试，实现宽体车的多编组作业；升级无线通讯为5G网络，实现主设备数据上传。
(2)综合管控平台建设。实现矿内现有生产数据、管理数据的综合应用；主要设备实现远程监测，基于设备维护、管理的大数据应用取得实效；变电所、加压泵站等实现集中监控、无人值守；电铲、连续系统排土机具备自动作业能力；完成输煤系统智能监控升级，有效提高对带式输送机系统、现场环境的智能监管；基于设备本身的安全防控体系得到全面应用。初步形成煤矿采矿设计、地测、生产、检修、安全等主要环节的信息化传输、自动化运行技术体系。
(3)主要智能化系统建设。构建露天煤矿多维信息网，优化地质钻探及物探等工艺；优化露天煤矿开采工艺智能化决策、控制系统；开发露天煤矿装备智能运营系统，建立钻机、采掘设备、排土及辅助装备无人操作系统，带式输送机智能控制系统和车辆无人驾驶系统等；开发露天煤矿智能调度系统，包括车辆智能调度系统、设备维修智能管理系统和设备智能管控系统；研发露天煤矿“空-天-地”安全预警系统，加强露天煤矿地质灾害与工程事故的智能化预测、预警技术与装备研发，开发技术集成的露天煤矿“空-天-地”智能联合预警系统；研发露天煤矿全生命周期绿色开采系统，推进基于网络与大数据的露天煤矿云服务平台建设。
加强煤矿智能化建设保障措施
煤矿智能化建设不仅仅是应用先进技术，还需要多方面的保障措施，才能更好地推动智能化技术落地实施。
顶层规划与领导力
加强智能化煤矿顶层设计，开展智能化煤矿分类、分阶段建设规划管理，明确阶段性建设目标与技术路径，建立健全智能化煤矿验收与奖惩机制，重点突破、全面推进、巩固提升，由点到面逐步推进煤矿智能化建设。充分激发煤炭企业的内生动力和创新活力；强化煤炭企业主体责任和“一把手”责任，充分发挥智能化建设主体的积极性；加强规划和政策引导，完善支持政策，营造煤矿智能化发展的良好环境。
总体规划和建设方案要与上级智能化规划、信息化规划一致，对各矿井进行集中统一的指挥管理，推动实现“强中心、实现场”的目标。
技术与装备保障
我国煤机装备制造经过40多年的发展，实现了液压支架、采煤机、掘进机、运输设备等成套采掘装备的国产化，支撑了煤矿综合机械化水平的极大提高，为煤矿智能化奠定了较好基础。但是，智能化技术与装备保障不足仍是煤矿智能化建设的“瓶颈”。煤矿智能化建设亟待在新基建、新技术、新材料、新装备、新产品、新业态上不断取得突破。要针对煤矿智能化核心技术与装备加强攻关，从关键技术的基础理论、关键元器件、智能传感器、智能决策与控制技术、特殊材料与制造工艺、智能制造技术、设备的适应性与可靠性关键技术等方面开展产学研协同创新，不断研发新装备，为智能化煤矿建设提供可靠的技术与装备保障。
管理机制与规范
根据煤矿赋存条件、资源储量、生产能力等情况，采用不同条件的智能化煤矿建设模式，制定不同类别、模式智能化建设技术路径与激励政策，开展智能化示范煤矿建设。加快建设智能化业务平台、管理平台、运营平台，努力实现煤矿专业化管理、集约化经营和科学化发展。加强信息安全建设，为信息应用和共享奠定安全基础。
资金与投入
加大智能化煤矿资金支持力度。设立煤矿智能化专项资金，优先支持煤矿智能化技术与装备研发、工程建设等项目，将煤矿智能化装备纳入国家智能制造发展规划，对高端综采综掘智能化装备、重大灾害应急救援智能装备等重大装备研发和应用给予财税政策支持。每个智能化矿井建设根据实际情况给予配套资金支持，优先安排项目资金、成果评价及验收推广等事宜；在下达产量计划、核增产能、相关指标及重点工作任务方面，应充分考虑煤矿智能化建设水平、试验运行状况、管理变革、人才建设等方面因素。对相关单位列入智能化煤矿建设及技术研发方面投入的资金，应给予视同研发投入的政策支持。
同时，应充分考虑煤矿所在区域、建设规模、煤层地质赋存条件、生产技术条件等不平衡性，以及各指标要素对智能化主系统影响程度的差异性，引导企业进行科学合理的智能化建设投资。
运行维护保障
推进运行维护体系建设，形成信息技术人员和业务骨干相结合的联合运行维护团队。设置煤矿智能化专职业务部门，负责本矿井的智能化建设和管理。建设生产过程精益化管理体系，加强生产系统的运行、维修、保养精细化管理，形成智能化煤矿的管理、运行保障条件；加强运维人才培养，支撑新技术、新装备应用，以期为智能化煤矿的管理、运行提供保障。组织建设全国煤矿大数据 中心及应用云平台，形成智能化煤矿高质量运行的新模式。
人才培养及岗位培训
高层次人才队伍是推动煤矿智能化建设和行业高质量发展的最重要力量。亟需建立煤炭行业新时期人才体系，加快培养领军人才，开发高层次、高技能、复合型的煤炭工业创新人才。加大自有人才培养力度，设立智能化开采技术培训平台，培养既懂煤炭生产工艺又具有自动化、信息化研发能力的复合型人才；在生产服务方面培养满足工作面智能化开采现场需求，懂生产、能管理、全面掌握工作面生产设备、熟悉工艺、熟练应用计算机控制系统的复合型人才。加大人才激励以及引进力度，以工匠精神和劳模引领为突破口，加强专业技术和高技能人才培育，在职级评定、工资待遇等方面向智能化开采技术研发及服务人员倾斜。
效果评价与检验
智能化建设是一个逐步完善的过程，需要在完成某些阶段的建设任务后进行效果的评价和检验，以便及时掌握整体建设方向、调整后续建设内容。智能化建设效果受到地质条件、技术进步、运行管理、资金支持、人才素质等多种因素影响，不同条件矿井的建设难易程度和最终效果存在很大差异，很难用单一标准对所有煤矿的智能化建设水平进行评价。因此，需针对不同的系统制定分类、分级评价标准。目前已完成《煤矿智能化标准体系》，制定了《智能化煤矿分类、分级技术条件与评价》《智能化采煤工作面分类、分级技术条件与评价》。后续还需对掘进、灾害感知、综合管控平台、大数据系统等进行分类、分级。
