2021年7月19日至25日，山東能源集團與徐州礦院聯合舉辦了《智慧化建設示範班培訓》。我作為第二期參培學員，通過為期一週的學習培訓，我對“智慧礦山”有了進一步認識，智慧礦山就是基於物聯網、雲端計算、大資料、人工智慧等技術，整合各類感測器、自動控制器、傳輸網路、元件式軟體等，形成一套智慧體系，能夠主動感知、自動分析，依據深度學習的知識庫，形成最優決策模型並對各環節實施自動調控，實現設計、生產、運營管理等環節安全、高效、經濟、綠色的礦山。
為期一週的時間主要學習了《礦山動力災害監測與防治》、《智慧採煤控制技術與實踐》、《智慧化掘進關鍵技術與裝備》、《智慧礦山關鍵技術》、《5G+山源融合通訊 賦能礦山智慧化》及《管理溝通》等相關內容，開展了有趣的素質拓展活動，學習期間採取了勞逸結合的培訓方式，達到了理想的培訓效果。
結合我礦智慧化生產的實際情況及個人工作認識，總結一下個人心得。
目前我國各行各業都在往智慧方面發展，煤礦產業的發展也不例外，以前都是人工開採，不僅效率低，還很容易發生傷亡事故。目前我國採煤作業中有關煤礦智慧無人綜採方面的技術也得到了一定範圍的應用，在結合發展迅速的網際網路技術，可以在很大程度上提高煤礦資源開採質量。由於山東地區礦產資源的位置普遍較深，地質條件複雜多樣，在開採過程中經常出現傷亡事故，而智慧化開採可以在一定程度上避免或減少人員傷亡。智慧化開採技術屬於煤礦開採新技術，智慧化綜採工作面的系統組成複雜，涉及的網路技術、自動化控制技術、通訊技術、計算機技術、視訊技術，所以煤礦要想充分的利用智慧化開採技術，一是裝備升級投入是必不可少的重要環節，二是維修技術人員必須知識面廣、專業知識強。
一、煤礦智慧化建設及柴裡煤礦現狀
當前，我國煤炭行業步入了智慧化技術發展快車道，各煤炭大省及煤炭企業都在積極發展煤礦智慧化系統，新建煤礦按照煤礦智慧化標準規劃建設智慧化工作面，已有煤礦進行智慧化建設升級改造，掀起了一股煤礦智慧化建設新浪潮。加快推進煤礦智慧化建設，是推動煤炭工業轉型升級、高質量發展的核心技術支撐，是實現煤礦減人增效、從根本上消除事故隱患，提高煤礦本質安全水平的有效手段。2020年11月，國家能源局、國家煤礦安全監察局印發關於開展首批智慧化示範煤礦建設的通知,確定了71處煤礦作為國家首批智慧化示範建設煤礦，棗莊礦業（集團）付村煤業有限公司付村煤礦也成功入選，淘汰落後產能，煤炭企業由勞動密集型向技術密集型轉變，煤礦智慧化轉型升級成為煤炭企業發展的必要之路。
2020年8月4日，在常州召開了煤礦智慧化標準體系及智慧化煤礦、智慧化工作面分類、分級評價標準審查會，會上對“智慧化煤礦（井工）分類、分級技術條件與評價指標體系”、“智慧化採煤工作面分類、分級技術條件與評價指標體系”進行了評審，提出了煤礦綜採工作面智慧化行業標準，標準構建了智慧化工作面的評價體系，明確了以智慧化工作面裝置執行效果和裝置執行狀態作為智慧化水平等級的主要評價依據。
我礦目前使用的智慧化系統是由北京天地瑪珂公司生產的SAC系統，主要是將採煤機控制系統、支架電液控系統、工作面運輸控制系統、三機通訊控制系統、泵站控制系統及供電系統有機結合，實現對綜合機械化採煤工作面裝置的協調管理與集中控制。採煤機以記憶截割為主，人工干預為輔；液壓支架以跟隨採煤機自動序列動作為主，人工遠端干預為輔；綜採運輸裝置實現集中自動化控制。整個系統實現集視訊、語音、遠端集中控制為一體的綜採工作面自動化控制系統，實現採煤機、刮板運輸機和液壓支架等裝置的聯動控制和關聯閉鎖等功能。2018年9月我礦在23下614綜放工作面首次推廣應用了智慧化開採技術，實現了綜採工作面的裝備升級、管理水平和工效的提升，初步實現了綜採工作面的智慧化管理，成功減員36人，提高工效33%。為了保證智慧化工作面的正常運營維護，柴裡煤礦加大專業人員的培訓，選拔技術較好人員，成立智慧化專班，並推薦崗位工程師專職維修維護智慧化系統；成立了電液控和智慧化裝置及配件維修小組，自行修復各類智慧化配件，降低了生產成本。
二、生產煤礦智慧化建設技術路徑
1.頂層設計推動煤礦智慧化建設
加強煤礦智慧化建設的頂層設計，在融合先進技術、突破關鍵技術、建設示範工程上重點發力，分類分步有序推進煤礦智慧化建設。重點研發應用自動化控制、複雜條件智慧開採、智慧快速掘進、工作面智慧物探、智慧輔助運輸等智慧化技術裝備。著力開展煤礦工程智慧化綜合管控平臺、煤礦工業網際網路系統等研發和應用。
2.5G技術促使煤礦更“智慧”
5G技術具有大頻寬、低時延、高可靠等特性，有效攻克了資料傳輸能力不足的瓶頸，助力煤炭行業解放勞動力，推動煤礦實現安全生產。我國在發展“5G+智慧礦山”過程中已取得明顯進展。5月31日，工業和資訊化部發布“5G+工業網際網路”十個典型應用場景和五個重點行業實踐情況（以下簡稱“實踐情況”）。對於採礦行業，實踐情況指出，新元煤礦、千業水泥、龐龐塔煤礦、鮑店煤礦等利用5G技術積極實踐遠端裝置操控、裝置協同作業、無人智慧巡檢、生產現場監測等典型應用場景，成效顯著。
3.“故障診斷”技術支撐智慧化建設
為保障工作面裝置穩定執行，及時排除裝置故障，採用故障診斷技術、人工智慧、大資料等技術對裝置健康、故障診斷、維修作業、自動化率評價和資料分析業務通過軟體系統進行管理，將工作面裝置的隱性故障顯性化，並與維修業務良好的結合，把工人的維修作業的工作經驗通過軟體植入到故障排除知識庫中，使成功的維修經驗得以傳承，從而為有效的提高工作面裝置故障排除，提高工作面裝置的維修能力與裝置的完好率。
健康視覺化：使用視覺化方式以裝置通訊檢視、網路拓撲檢視、裝置全域性檢視、感測器檢視等多種檢視方式展示裝置網路通訊、綜採系統裝置健康狀態；使用各類圖表展示裝置的健康狀態，為煤礦管理人員、操作人員、維修人員提供綜採工作面即時的、視覺化的工作檢視和狀態檢視，使相關人員能夠實時瞭解支架裝置的可用性和可靠性，實時瞭解礦井內的綜採裝置執行情況和煤炭開採狀態
故障診斷：通過建立支架裝置故障智慧演算法掃描，實現裝置執行時健康狀態動態分析和診斷。即通過多種演算法對支架裝置執行狀態進行健康識別，對裝置動作、位置、速度、姿態進行時空聯動分析，發現感測器超量程、不穩定或效能衰減等潛在故障以及液壓支架與採煤機、刮板運輸機、供液系統之間的能力不匹配問題；解決煤炭開採過程中出現的操作人員發現故障但無法維修，維修人員無法及時發現故障的矛盾。
自動化評價：通過對裝置動作、位置、姿態、壓力等資料的時空聯動分析檢視綜採工作面裝置間的能力匹配和速度協調情況。通過對支架推移行程和升架壓力資料分析衡量跟機自動化質量；核算液壓支架裝置的自動化應用率，並對跟機自動化質量進行評價。
維修過程管理：對液壓支架裝置故障進行快速分析和診斷，為維修人員提供專家建議；對裝置故障進行維修作業任務管理，並對維修質量進行評價；能夠對裝置維修歷史進行回溯和檢視，瞭解裝置的全部維護過程。輔助維修人員對裝置故障進行快速排查，使裝置能夠得到及時維修和保養，縮短維修週期，降低維修成本，提高裝置產能。
大資料分析：通過人工操作記憶知識學習、維修經驗、專家知識經驗建立知識庫，利用大資料分析技術對資料進行建模分析，形成專家知識庫，專家策略，智慧專家提醒等方式指導採煤作業。
4.柴裡煤礦建設“二類”礦井智慧化先模
柴裡煤礦是山東能源棗礦集團的骨幹生產礦井之一，1960年開始建礦，1964年建成投產，歷經三次改擴建，現核定生產能力240萬噸/年。礦井地質條件複雜、基礎建設差，我礦按照“基礎系統高容量—採掘系統高可靠—感知系統全覆蓋—保障系統高適應”的思路，自下而上逐步實現智慧化改造。進行智慧化升級改造計劃分為三步進行：首先，根據實際情況與建設需求，對具體業務系統進行技術與裝備升級，提高單個裝置、系統的自動化、智慧化水平，並逐步實現核心裝備控制系統國產化安全可信、自主可控；其次，開展網路平臺、資料中心等升級改造，匯聚生產工藝、環境過程資訊等；最後，通過大資料、人工智慧等建立相關業務智慧工作流，再進行系統的整體整合，實現基於智慧化綜合管控平臺的一體化智慧協同管控。
三、煤礦智慧化未來展望
隨著第四次工業革命的不斷深入，人工智慧與煤炭開採深度融合，煤礦智慧化不斷推進，煤炭開採技術巨大的變革必將引起煤礦管理模式的變革，現有傳統開採管理模式必將被全新的煤炭智慧開採模式取代。
（1）人員隊伍專業化。培育煤礦智慧化專業服務隊伍，為煤炭智慧開採提供全流程專業化服務。按照專業性質的不同，逐步建立採掘、機電、運輸、通風、安全等多支煤礦智慧化專業服務隊伍，實現優質、高效、精幹的專業化服務。
（2）系統自適應和故障自診斷技術。目前智慧化開採技術在智慧感知、自主決策等智慧化水平相對較低，無法在採煤過程中根據智慧化綜採工作面地質變化情況完成裝備自適應調整，需在智慧探測、智慧分析和智慧控制技術研究等方面進一步探索。譬如，以往應對工作面輸送機上竄下滑時，只能通過人工經驗進行手動操作進行調採，現有智慧化系統無法實現整個工作面調採控制。如果建立了自適應系統並開發了調採控制工藝程式，系統可以自行根據感測器監測資料實施監測刮板輸送機與巷道煤壁相對位置，當發生上竄下滑時，及時進行提示並根據相對位移量進行自適應調採，這樣就解決了裝置自適應的難題。
同時，由於由於智慧化採煤工作面裝置資料龐大，且具有多個自動控制系統，系統維護量巨大。日常檢修時，僅憑檢修人員經驗判斷故障點，不僅難度大，而且效率低。因此未來需要對智慧化開採裝備及系統的故障，從故障的類別、故障點、處理方式上進行探索，通過大資料分析處理，對現有采集裝置的執行引數進行有效的過濾及分析，利用演算法實現裝置乃至軟體的故障自動分析、判斷與處理，實現故障自診斷。
（3）煤炭開採透明化。根據礦區地質地形資料庫勘探資料，模擬礦區的地形地貌，建立真實三維視覺化地層模擬模型，建立視覺化礦井及採掘工作面，實時瞭解井上下的地貌、水文地質、採掘工程等資訊，實現煤炭開採全過程模擬推演，持續優化完善。
（4）利用慣性導航技術實現採煤機的實時定位和精準控制。通過在採煤機內佈置慣性導航晶片，實現採煤機在綜採工作面三維空間內的精準定位，並將採煤機定位和執行方向等資訊實時錄入透明工作面三維模型內，實時對應相對位置的割煤資料，形成工作面開採三維地質模型。
四、結語
當煤礦智慧化發展到一定階段，井下地質條件、開採行為全部透明，全新的煤炭智慧開採模式實現後，煤礦職工安全得到保障、工人勞動強度大幅降低，危險區域實現無人(少人)，最終實現礦井“無人化”，達到安全高效生產，煤炭開採工人的尊嚴和社會地位得到提升，實現由“井下操作”向“地面遠控”、“黑領礦工”向“金領採煤師”、“傻大粗”向“高精尖”、“高危高風險”向“本質安全”的四大轉變。