中國煤炭科工集團有限公司（以下簡稱中國煤科）是國務院國有資產監督管理委員會直接監管的中央企業，是全球唯一的全產業鏈綜合性煤炭科技創新型企業。擁有國家級、省部級各類實驗室等133個；承擔行業50%以上國家級重大科技項目，85%以上行業技術標準的制定，95%以上國家煤礦用產品的質量檢測檢驗；設計建成我國80%以上大型礦井、選煤廠；研發世界首臺9m大采高特厚煤層采煤機、首臺8m超大采高液壓支架、首套超大運力刮板輸送機、首套煤巷掘支運三位一體快速掘進系統、首套綜采工作面智能化無人開采系統，引領了我國煤炭工業科技發展。
中國煤科以“引領煤炭科技、推動行業進步”為使命，堅決貫徹黨中央、國務院關于“新基建”的重大決策部署，全面落實八部委《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》，強化煤礦智能化頂層設計，強力關鍵核心技術攻關，著力打造全國煤礦智能化建設科技支撐中堅力量。
一、構建體系框架，夯實煤礦智能化發展基礎
中國煤科較早提出煤礦智能化的發展思路，制定了煤礦智能化建設總體方案，構建了煤礦智能化技術標準體系，搭建了煤炭工業互聯網平臺，著力打造煤礦智能化創新生態圈。
1.制定煤礦智能化建設總體方案。提出一套“資源化、場景化、平臺化”的煤礦智能化一體化解決方案，涉及煤礦大腦、透明礦井、智能開采、智能掘進、智能運輸、礦山物聯網、智能安全保障、綠色礦山與智能洗選、智能制造等領域，基于泛在網、移動互聯、云計算、大數據、人工智能、區塊鏈、虛擬現實等前沿技術，具有主動感知、自動分析、深度學習的功能，形成智慧礦山建設的最優決策模型，實現對煤礦設計、生產、運營等各個環節的安全、高效、智能化控制。
2.構建煤礦智能化技術標準體系。建立了科學合理的煤礦智能化標準體系，構建了由180余個標準構成的煤礦智能化標準體系框架，包括總體、支撐技術與軟件、煤礦信息互聯網、智能控制系統及狀態、安全監控系統、生產保障等六個部分。目前完成了“智能化煤礦分類、分級技術條件與評價指標體系”“智能化綜采工作面分類、分級評價技術條件與指標體系”等標準，啟動了煤礦智能化技術標準專項。參與起草的《智能煤礦建設規范》地方標準發布，為山西省煤礦智能化建設提供了技術依據。
3.搭建煤炭工業互聯網平臺。完成煤炭工業互聯網平臺（煤科云）搭建，平臺包括邊緣、工業PaaS、應用三大核心層級，在煤礦安全生產、經營管理各類信息大數據的基礎上，充分利用現代空間分析、數據采礦、知識挖掘、虛擬現實、可視化、網絡、多媒體和科學計算技術，為煤炭資源開采價值評估、礦山規劃、開拓設計、生產安全、決策管理等進行感知、監測、仿真分析、智能化運行、智慧決策和精細化管控提供新的技術平臺和強大工具。
4.打造煤礦智能化創新生態圈。專門成立智能礦山研究院、礦山大數據研究院、澳大利亞礦業研發中心等專業研究機構。與中國煤炭學會共同發起成立“煤礦智能化創新聯盟”，構建煤礦智能化“產-學-研-用”創新生態圈，并組織編制《中國煤礦智能化發展報告（2020年）》。與中國移動、華為、百度、中國電科等世界知名企業聯手啟動智慧礦山建設戰略合作，與中國聯通、中國礦業大學(北京)組建地下空間5G技術創新應用聯合實驗室，充分發揮產、學、研、用一體化融合優勢，建立智慧礦山的新標桿。
二、強化創新驅動，引領煤礦智能化發展方向
中國煤科擁有院士領銜的煤礦智能化科研團隊、入選科技部“重點領域創新團隊”的煤炭智能化無人開采創新團隊，牽頭承擔了多項國家重點研發計劃項目，不斷攻克智能地質保障、智能掘進、智能開采、煤礦機器人等方面的核心技術與裝備，引領和推動了全國煤礦智能化建設。
1.煤礦智能化設計。基于BIM設計理念構建了“一個平臺、一個模型、一個數據架構”的煤炭行業智能化設計解決方案，形成包含煤礦工程設計各專業協同平臺、流程管理及標準管理、物料編碼、專業工具開發、一鍵出圖、數字化交付、AI智能設計專家系統等的一體化智能設計體系，設計效率提升30%，錯漏碰缺減少95%以上。采用云化部署模式，實現全礦井全要素的數字化，為煤礦施工、運維的智能化提供標準數據和三維場景支撐，有效促進智能化技術與煤礦設計、施工、運維的融合。
2.智能地質保障。構建了“透明礦井”地質保障技術體系，研發出高精度探測技術與裝備，開發出面向智能開采的透明礦井平臺，形成了包含透明工作面綜合探測、透明工作面多源數據融合系統、透明礦井三維地質建模系統、透明工作面規劃截割系統、透明工作面數字孿生系統、透明礦井云平臺等六大體系的智能開采透明工作面一體化解決方案，實現了地質模型與“三機”信息互饋，提升了智能化開采地質模型精度。在黃陵一礦810工作面采煤機切割剖面的精度提高至150mm以內。在陽煤新元煤礦31004工作面，推采前方25m范圍內煤層頂板絕對誤差達30mm以下。
3.智能掘進。研發的掘支運一體化高效快速掘進系統，包括掘錨一體機、錨桿轉載機、柔性連續運輸系統，突破掘支運并行作業、掘錨一體化、自動支護、柔性連續運輸、遠程智能協同控制等關鍵技術，解決了掘、支、運、控的關鍵技術難題，構建了“掘支運三位一體”系統平臺，形成了完備的快速掘進作業線，突破掘進效率低和安全性低的瓶頸。實現作業人員減少、勞動強度大幅降低，將巷道掘進并行作業時間由不足25%提高至70%，掘進效率提高至傳統綜掘的2至4倍。在神東大柳塔煤礦最高月進尺達3088m，創同類條件下世界紀錄。
4.智能開采。研制了我國首套煤炭綜采成套智能系統，突破了綜采工作面“少人、無人”開采技術，實現“可視化遠程干預”開采，開創了“有人巡視，中部跟機”的智能化開采1.0階段，在黃陵建成了我國第一個“智能化”工作面（工作面內1～2人巡視）。在“可視化遠程干預”模式基礎上，升級智能主控軟件，攻克工作面自動找直技術，在轉龍灣煤礦實現300m長綜采工作面直線度偏差不大于500mm，推動智能化開采進入“自動找直，全面跟機”的智能化開采2.0階段。目前正著力打造“無人巡視，遠程干預”的智能化開采3.0，在工作面精準三維地質模型的基礎上，突破三維激光掃描技術和數字化截割路徑規劃技術，已在神東榆家梁煤礦開展試驗。
5.智能運輸。突破井下物料自動裝卸、智能控制系統檢測等技術，實現了主煤流系統協同聯動、異常狀況應急處理等功能，有效減少主運輸系統作業人員，確保連續、安全、穩定運輸，實現崗位無人值守�；诰戮珳饰恢梅⻊障到y建立了輔助運輸車輛智能管理及綜合調度系統，無軌膠輪車初步實現遠程控制，無人駕駛、遠程故障診斷、大數據調度管理等新的物流配送模式，大幅提升煤礦輔助運輸安全保障程度。在運輸機器人技術、防爆高級駕駛輔助技術、煤礦智能物流技術、高級檢測技術等方向展開攻關，全面推動各類運輸系統向煤礦智能物流系統轉變。
6.智能安全監測控制。突破環境智能感知、電磁干擾、數字總線等先進技術，實現監控設備數字化、智能化以及高可靠性，監控數據上傳時間縮短至毫秒內，異地斷電時間由原有標準的60s縮短至5s內，井下實現多系統融合與應急聯動。以監控設備智能化、微型化、低功耗、自供電、自定位、標準化為目標，以智能感知、位置服務、邊緣計算、云計算應用為平臺，打造礦山類北斗全坐標體系位置服務和一體化礦山物聯網兩大智能化基礎體系，實現礦井安全智能管控。通風、排水、降（防）塵、防火和礦壓監測等智能化系統實現了超前預測和報警、自主智能控制，數據監測準確率達95%，災害預測準確率達90%以上，為瓦斯、沖擊地壓等災害多維度、全方位、精準感知和智能管控提供決策依據。煤礦智能安全監測監控系統市場占有率達70%以上。
7.智能化洗選。提出了智能無人選煤廠整體解決方案，實現選煤廠主動感知、自動分析、快速處理，無人、少人值守的訂單化生產管理。研發了應用智能識別、智能重介、智能加藥、智能壓濾、智能巡檢、智能視頻識別、生產管理執行系統；開發了選煤廠生產與設備物聯信息系統、選煤廠設備智能查驗與檢修系統、流媒體通訊系統、選煤廠移動可視化協作平臺等智能選煤廠相關產品，實現選煤設備智能運行與運維、狀態智能監測、過程智能控制、工藝參數智能設定、管理智能精細和決策智能調節。紅柳林選煤廠設備巡檢人員減少70%，能源消耗節約≥3%，配電室崗位減少60%，設備故障停機率減少≥50%。
8.煤礦機器人。圍繞掘進、采煤、運輸、安控、救援等方面開展煤礦機器人研發并取得初步成效。研發的掘進機器人，具有掘進全自動自主作業、巷道環境主動感知、遠程智能監控等功能，爬坡能力優于20°，機身定位精度控制在±5cm，最大截割寬度可達6m，最大截割高度可達5m，截割邊界控制誤差小于10cm，綜掘面人員可減少至3人以下，掘進效率提高1倍以上。研發的兩臂錨桿支護機器人，實現一鍵鉆孔、裝藥、安裝錨桿、緊固錨桿、錨桿與藥卷連續供給等全過程自動化。研發的采煤工作面巡檢機器人已在煤礦井下試驗，最大巡檢速度60m/min，三維點云模型實測精度0.2m，360m綜采工作面直線度控制在±50mm。研發出中央變電所、水泵房軌道巡檢機器人，具備熱像、圖像、噪聲、氣體、煙霧、人員等參數檢測監測功能，實現了自主導航、定位、回充、避障和除塵。研發的煤礦井下智能巡檢無人機，實現自主飛行、自動巡檢，實時上傳沿線音視頻和相關數據，快速進行故障診斷。研發的瓦斯抽采鉆孔機器人，突破一鍵全自動鉆進、智能防卡鉆、姿態自動調節、大傾角自動上下鉆桿及無線遙控等先進技術，實現井下鉆孔作業減人50%以上，效率提高20%以上。研發的智能選矸機器人，采用機器視覺、深度學習和智能控制技術，煤矸識別精度可達90%，矸石定位精度控制在±5mm，矸石抓取率大于85%。
9.煤礦井下5G技術。圍繞井下5G通信技術網絡架構、井下5G無線網絡覆蓋技術、承載網絡需求等開展研究，研發SA/NSA組網的礦山專用5G無線通信系統，首批取得了煤礦安全標志認證。系統由核心網云平臺、地面5G基站、礦用隔爆型遠端匯聚站、礦用隔爆兼本安型無線基站、礦用本安型信號轉換器、礦用本安型手機等構成，為煤礦提供高可靠、高帶寬、低時延，自組織的無線通信應用平臺，滿足煤礦井下語音、視頻等大流量數據的基礎傳輸需求，促進增強現實和虛擬現實技術在煤礦的應用。
10.智能制造。在點（智能單元）、線（智能產線）、面（數字化車間、智能工廠）層面全力推進智能制造，建成7條智能化生產線、12個智能制造單元，在建及計劃建設智能產線及智能單元分別為6條、10個。建成了柔性加工數字化車間及電液控換向閥柔性智能裝配生產線，實現主閥加工無人值守全自動連續生產；集成了機器人技術、智能視覺檢測技術、自動擰緊技術、RFID技術等，實現了整體電液控換向閥、液壓閥芯裝配、液壓閥高壓球式漲堵等柔性智能裝配及一鍵生產。改造升級的螺旋鉆桿智能焊接生產線優質品率提高至98%，綜合生產效率提高22%。建設的托輥智能化柔性生產線實現了托輥生產及物流自動化，全線人員減少70%，人均效率提升150%。
三、面向現場需求，打造煤礦智能化建設新標桿
中國煤科為國家能源集團、中煤能源集團、陜煤集團、山東能源集團、同煤集團等眾多國內煤炭企業的智能化建設提供了技術支撐，形成了智能化開采工作面建設、智能化煤礦建設等一批可供煤炭企業借鑒的應用案例與設計方案。
1.智能化工作面建設。建立了薄及中厚煤層智能化無人開采、大采高工作面智能耦合人工協同高效開采、綜放工作面智能化操控與人工干預輔助放煤及復雜條件智能化開采模式，涵蓋了薄煤層、中厚煤層、大采高、放頂煤及復雜地質條件的煤層開采。全國已建成的330多個智能化工作面，超過一半是中國煤科進行的技術支撐，實現了由粗放生產到精益生產、高質量發展，整體減少井下人員20%以上，設備運行效率平均提高30%，年成本下降10%以上。伊泰寶山礦4104薄煤層工作面操作人員從原來的10-12人減少到5-6人，鐵法小青礦N2407中厚煤層工作面作業人員由12人減少至3人，東灘礦63上06大采高工作面生產過程中比傳統開采減少8人，王家嶺礦12309綜放工作面人均工效提升24.8%。
2.張家峁智能化煤礦建設。張家峁煤礦復雜巨系統示范礦井建設項目，涵蓋了井下、地面、安全生產等10個大系統，49個子系統�；�“全局優化、區域分級、多點協同”控制模式，建設“運營一大腦，礦山一張網，數據一片云，資源一視圖”和八大應用系統。通過煤礦工業互聯網平臺搭建、智能綜合管控、高速信息傳輸與人員設備高精度定位、智能化開采與快速掘進，煤礦機器人應用，實現全礦井92個在用系統的集成和優化，礦井數據利用率提升50%以上，井下人員、車輛靜態30cm、動態1m的精確定位，綜采工作面人員減少至9人，效率提升30%，掘進月進尺突破2000m，井上下23個機房硐室，66個操作崗位的“有人巡檢、無人值守”。
3.巴拉素智能化煤礦建設。巴拉素煤礦是中國煤科全力打造的新建礦井智能化樣板工程。構建了10大系統、48個子系統，共計156個建設項目，融合5G通信、大數據、智能控制等技術，全力打造綜合管控系統及大數據平臺、5G通信網絡及精準位置服務系統、地質保障及4D—GIS動態信息系統、采掘工作面智能協同控制系統、井下環境感知及安全管控系統、固定場所無人值守智能管理系統等十大智能化系統和“統一平臺框架、雙層數據融合、全程閉環反饋、兩級協同管控”的“1212”智能化運行平臺。項目總體方案進入實施階段，已在井下開通了5G網絡，實現了基于5G網絡的4k高清視頻回傳和井上、井下指揮互動。整個項目將在2021年9月全面建成并投入運行，巴拉素煤礦智能化管控平臺接入點將增加5萬個以上，數據傳輸率提升50%以上，端到端數據延遲小于5ms，全面實現礦山多專業、多部門系統作業和信息化管理。
4.天地王坡智能化煤礦建設。山西天地王坡煤業隸屬于中國煤科，于2019年10月啟動了智能化建設整體方案的規劃設計，以生產價值鏈條為主線，有機融合了中國煤科煤機裝備、安全技術與裝備、設計建設、示范工程等產業板塊，利用互聯網、5G、人工智能、云計算等技術，打造基于“煤科云”工業互聯網平臺的“智慧大腦”，實踐中國煤科煤礦智能化一體化解決方案。智能化建設分設備層、網絡層、邊緣層、IaaS層、PaaS層、SaaS層六個層次展開，共包含23個大系統，86個子系統。通過智能化建設項目，實現采煤自動化、工作面透明化、平臺智能化、運營管理全面信息化、生產安全可靠、決策支持高效，可實現井下作業人數從600人減少至450人左右，踐行了煤炭資源開采的“安全、高效、智能、綠色”理念。
作為保障國家能源安全、引領煤炭行業科技進步的中央企業，中國煤科以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，積極踐行新發展理念和能源安全新戰略，以“強化創新驅動，打造煤礦智能化科技創新排頭兵”為總體方向，著力解決煤礦智能化建設中遇到的實際難題，為煤炭行業高質量發展提供科技支撐，建設集研發-生產-服務于一體的頂級煤礦智能化創新基地，成為煤礦智能化一體化解決方案的實踐者和引領者！
