智能煤矿技术研究与政策制定现状

胡青松， 钱建生， 李世银， 孙彦景

(1.中国矿业大学 地下空间智能控制教育部工程研究中心， 江苏 徐州 221116；2.中国矿业大学 信息与控制工程学院， 江苏 徐州 221116；3.中国矿业大学 徐州市智能安全与应急协同工程研究中心， 江苏 徐州 221116)

0 引言

智能煤矿通过将人工智能、大数据、云计算等先进技术与煤炭行业深度融合，大幅提高了煤矿企业生产效率、安全等级和决策水平。从2020年2月25日国家发展改革委、国家能源局、应急部等八部委联合发布《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》[1](以下称“指导意见”)以来，高校和科研院所持续加大攻关力度，在顶层设计[2]、理论架构[3-4]、核心技术[5-6]、管控平台[7-8]、建设路线[9-10]、标准制定[11-12]、评价体系[13-14]等方面取得了显著进展，并有学者对研究现状进行了综述[5,15]。但目前并没有文献针对“指导意见”发布前后的技术研究变化情况、主要研究机构、热点研究领域进行探讨，而这些对领域研究人员和行业从业人员具有较为重要的借鉴意义。

智能煤矿建设除了具有技术密集型的特征之外，还具有资金密集型特征，需要由政策引导，形成汇聚政府、学术、产业、金融和用户的合力。因此，前瞻性、针对性和引导性的政策制定十分重要。“指导意见”印发以来，国家层面和各个产煤大省先后发布了30余项针对智能煤矿建设的政策，涉及建设目标、建设内容、建设规范、建设保障、验收评定等方面。对这些“百家争鸣”的政策进行适时归纳梳理，不但可以总结现有成果、捋清政策发展脉络，还可以为下一步政策规划提供依据。

鉴此，本文以CNKI(中国知网)为工具，对煤矿智能化技术研究现状进行了总结，并依据公开资料对国家和省级层面的智能煤矿政策进行分析整理，为智能煤矿研究和建设提供借鉴和助力。

1 智能煤矿技术研究现状

以CNKI数据库为数据来源，以煤矿智能化、智能煤矿、智慧煤矿、智能矿山和智慧矿山5个关键词为检索词，从期刊、国内会议、国际会议、学术辑刊、硕士学位论文和博士学位论文6个库中进行检索，检索结果不设年限限制，并包括网络首发和增强出版论文，检索日期截至2021年1月15日，采用CNKI计量可视化分析工具对检索到的624条结果进行挖掘分析。

智能煤矿领域年度发文情况如图1(a)所示，其中空心圆点为预测的2021年发文数，暂不考虑。可以看出2016年之前只有零星文章探讨智能煤矿技术，而在此之后发文量近乎呈指数上升，2017—2020年发文量分别为29，74，146，272篇，这与人工智能领域的发文趋势(图1(b))几乎一致。所不同的是，人工智能领域的发文量在2019年产生了一个拐点，而智能煤矿领域则在2020年大幅上升，这与国家八部委发布“指导意见”及地方政府的大力支持和强力推动密切相关。

(a) 智能煤矿领域

从涉及的关键词(图2)看，智慧矿山和智能矿山排名前2位，二者之和超过了总发文量的50%。其他热门关键词还包括煤矿智能化、物联网、智能化、数字矿山、大数据、智能化开采等。

从作者单位看，智能煤矿领域主要研究机构为中国煤炭科工集团有限责任公司、中国矿业大学、天地(常州)自动化股份有限公司等。从文献来源看，该领域主要贡献期刊为《煤炭科学技术》、《工矿自动化》、《中国煤炭工业》、《内蒙古煤炭经济》和《煤炭学报》，5本期刊发文量超过整个行业的50%。

需要指出的是，智能煤矿的研究范围远非煤矿智能化、智能煤矿、智慧煤矿、智能矿山和智慧矿山5个关键词所能涵盖，智能工作面、矿井机器人、矿井无人驾驶、智能采煤、数字孪生、动目标定位等都属于智能煤矿范畴，正如人工智能领域远非1个“人工智能”关键词就能涵盖一样。

图2 关键词分布情况

2 智能煤矿政策制定现状

2.1 国家层面政策情况

2016年4月7日，国家发展改革委和国家能源局联合发布《能源技术革命创新行动计划(2016—2030年)》[16]，要求提升煤炭开发效率和智能化水平，研发高效建井和快速掘进、智能化工作面等技术，重点煤矿区基本实现工作面无人化。这是国家层面站在人工智能及其行业应用的爆发前夜作出的重要前瞻部署。

2020年2月25日，国家八部委联合发布“指导意见”。“指导意见”抓住当前的技术和产业发展机遇，提出建设“全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的智能系统，实现煤矿开拓、采掘(剥)、运输、通风、洗选、安全保障、经营管理等过程的智能化运行”；确立了以2021，2025，2035年为时间节点的近期、中期和远期发展目标，明确了顶层设计、标准建设、科技创新、智能改造、示范建设、绿色矿山、新一代信息技术、服务模式、人才培养和国际合作10个主要任务领域。“指导意见”为智能煤矿建设凝聚了共识，指明了方向，明确了任务，是智能煤矿研究和建设的重要分水岭。

2020年12月24日，国家能源局综合司和国家矿山安全监察局综合司发布《智能化示范煤矿建设管理暂行办法》和《煤矿智能化专家库管理暂行办法》[17]。前者对智能化示范煤矿的申报、建设、验收和管理作出了明确要求，总的原则是“自愿申报、内部审核、评估验收、动态管理”；后者旨在对煤矿智能化专家库建设进行指导，明确了专家遴选、聘用、管理等事项，总的原则是“公平、公正、公开”。

2021年3月12日，国家能源局煤炭司发布《智能化煤矿建设指南(2021年版)(征求意见稿)》[18]，从顶层规范智能煤矿建设内容和建设方法，对井工煤矿、露天煤矿和选煤厂的智能化建设目标、技术架构、建设路径、设计要求、建设内容、保障措施等进行了全方位指导，以保证“指导意见”3个阶段目标落到实处。

感知数据是智能煤矿建设的基础，只有将各类感知数据统一接入集控平台，才能使煤矿产生智力、具有能力。为此，国家煤矿安全监察局在2019年10月发布《煤矿安全监控、井下作业人员、工业视频感知数据接入细则(试行)》[19]，并于2021年1月6日发布《煤矿冲击地压感知数据接入细则(试行)》、《煤矿水害防治感知数据接入细则(试行)》和《煤矿重大设备感知数据接入细则(试行)》[20]。这些细则可视为《煤矿感知数据接入规范(试行)》的进一步细化说明，要求已经接入省安全监察局的数据，必须在2021年4月前接入国家矿山安全监察局，正在建设的应该尽快接入，做到“能接尽接、应接尽接”。

2.2 省级层面政策情况

省级层面的智能煤矿政策情况反映了该省建设智能煤矿的态度、决心和进度。以贵州、山东和山西3个省份为例，探讨省级层面政策制定情况。

2017年9月14日，贵州省能源局发布《贵州省煤矿智能机械化建设与验收暂行办法》[21]，对智能机械化改造、综合机械化改造和智能化升级进行了明确界定，给出了综采工作面采煤机、液压支架、刮板输送机、转载机、破碎机和乳化液泵站，以及综掘工作面掘进机和支护设备的选用方法，对智能煤矿所需的信息基础设施改造和升级作出了明确要求，并对智能化生产系统及其15个子系统、智能化管理系统及其5个子系统的功能进行了清晰界定。此外，还对智能机械改造升级的验收方法和指标体系作出了详细规定。

在此基础上，贵州省能源局于2019年10月15日发布《深入推进贵州省煤矿智能化、机械化升级改造攻坚方案(2019—2020年)》[22]。针对不同煤矿的实际情况，制定了十大重点攻坚任务，已实施“两化”(智能化、机械化)改造的要加快进度，尚未实施“两化”改造的30万t/a及以上矿井要重点推进，30万t/a及以下矿井若要改造为30万t/a及以上矿井，需要在改造时同步实施“两化”升级改造，在建煤矿需全面实施“两化”改造，停产停建矿井在复工复产后要进行“两化”改造后才能投产。

2020年7月20日，贵州省能源局、贵州省发展和改革委员会等8个部门联合发布《贵州省煤矿智能化发展实施方案(2020—2025年)》[23]，提出了2020，2022，2025年这3个阶段目标。其中，2020年为示范启动阶段，需完成“两化”升级改造，编制实施方案并开展煤矿智能化示范。2021—2022年为重点推进阶段，重点推进采掘工作面智能化建设和煤矿机器人应用。2023—2025年为全面实施阶段，全面推进综采和综掘工作面智能化建设和煤矿机器人应用。

2020年10月10日，贵州省能源局发布《贵州省智能煤矿建设暂行管理规定(征求意见稿)》[24]，并进一步于2020年12月16日升级为《贵州省智能煤矿建设指引(试行)》[25](以下称“建设指引”)。“建设指引”对智能煤矿建设基础设施(通信网络、硬件设施、软件设施、数据中心、调度监控中心和数据及网络安全设施)作了明确要求，重点规范了综合管控平台、生产系统和安全管理系统，并规定了生产技术管理、生产经营管理、环保、通信、专家支持等系统应具备的功能，鼓励使用先进无线通信、煤矿机器人等技术。

2020年12月30日，贵州省能源局印发《贵州省智能煤矿评定办法(暂行)》[26]，规定了“建设指引”中提到的各系统评分方法和评分标准，通过对各系统得分加权，得出合格(不低于80分)和不合格(低于80分)的结论。“建设指引”中的专家支持系统和先进技术应用属于加分项，共5分；其他系统属于必建项，共100分。在必建系统中，生产系统是重中之重，分值占比达50%；其次是智能煤矿综合管控平台、辅助生产系统和安全管理系统，占比分别为16%，10%，10%；其他系统(生产技术管理、生产经营管理、环保、通信)共占比14%。

从前文分析可知，贵州省智能煤矿政策出台具有清晰的脉络：关键生产环境的全机械化→机械装备智能化→智能煤矿建设宏观规划与阶段任务划分→建设内容与功能要求→建设效果评价与定级。这也充分反映了参与各方对智能煤矿建设的认知过程，符合事物发展的内在规律。

接下来分析山东省的煤矿智能化政策情况。2019年3月29日，山东煤矿安全监察局和山东省能源局发布《关于加快推进冲击地压矿井智能化工作的通知》[27]，要求冲击地压矿井在2019年底前完成采掘工作面的智能化改造，以期大幅减少高危岗位人员数量，有效防范和遏制冲击地压事故。在2019年6月发布的《关于加强全省煤矿智慧化建设和智能化改造的指导意见》[28]中，继续以高冲击地压矿井为抓手，重点实现采掘工作面的全面智能化，大力推进煤矿机器人的研发应用，实现关键、危险岗位的无人代替，做到无人值守、有人巡视，打造一批示范智慧矿井，构建智慧煤矿体系。

2019年12月5日，山东省能源局印发《山东省煤矿智能化建设实施方案》[29]，分阶段、分步骤进行智能煤矿建设。2019—2020年为重点突破阶段，重点对41处冲击地压矿井进行智能化改造，建成5～10处省级示范矿井，力争建成3～5处国家级示范矿井。2021—2025年为全面推进阶段，逐步推进全省采掘工作面综合机械化、智能化、无人/少人化，实现主要环节智能化决策、自动协同运行，建成一批智慧化煤矿。2026—2030年为巩固提升阶段，建成多系统集成、多产业链协同的智能煤矿系统，构建智能感知和自动决策执行的智能煤矿体系。

在此基础上，山东煤矿安全监察局和山东省能源局于2020年3月24日发布《关于进一步加快全省煤矿智能化建设工作的通知》[30]，要求加快进度、落实责任、加大支持、加强执法、报送进度，省属煤矿、120万t/a以上煤矿、高危(高瓦斯、煤与瓦斯突出)煤矿必须实现智能化开采，要在全国率先建成一批无人运输、透明开采、100人以下无人/少人示范智能矿井。

2020年5月25日，山东省能源局和山东煤矿安全监察局发布《山东省煤矿智能化验收办法(试行)》[31]，对各智能煤矿的验收流程和验收方法进行了规定，验收结果为合格或不合格2种结论，合格矿井要求综合得分达到80分，且智能化采煤和智能化掘进分别达到90，80分。与《贵州省智能煤矿评定办法(暂行)》类似，《山东省煤矿智能化验收办法(试行)》也将生产系统放在首位，智能化采煤、智能化掘进占比分别为30%和20%，二者合计占比达50%。信息管控平台、辅助运输和通防系统占比分别为15%，10%，10%。

2020年12月21日，山东省发展和改革委员会、山东省教育厅等13个部门联合发布《关于加快推进全省煤矿智能化发展的实施意见》[32]，进一步细化了《山东省煤矿智能化建设实施方案》中2021—2025年的工作目标，强调要加强顶层设计、标准制定、科技创新和人才队伍建设，加快推进采掘工作面、供电、通风等主要系统的智能化改造和一体化平台建设，加快机器人和大数据资源研发使用，并从组织、政策、督导等多方面保障落实。

与贵州省以机械智能化入手不同，山东省以解决本省所面临的冲击地压、煤与瓦斯突出等重大灾害为抓手，在国家发布“指导意见”之前已经颁发了相关指导意见和完整的实施方案，同时制定了完善的智能化建设与验收办法。

除了贵州省和山东省之外，山西省也在煤矿智能化政策制定和推进方面走在国内前列，于2020年7月制定了《山西省智能煤矿建设规范》[33]，是第1个制定智能煤矿地方标准的省份。此外，在2020年12月发布了《煤矿智能化技术创新研发中心建设实施意见》[34]，对智能煤矿前沿引领技术和关键共性技术进行攻关。其他各省也已开展了大量政策研究制定工作，限于篇幅，不再逐一归纳分析。各省智能煤矿建设政策文件见表1。

表1 省级智能煤矿建设政策文件

3 结论

(1) 随着人工智能研究的持续火热，近4 a智能煤矿研究文献数量呈近乎指数增长，主要关注对象是智慧矿山、智能矿山、煤矿智能化、物联网等技术，主要研究机构是中国煤炭科工集团有限责任公司、中国矿业大学等。

(2) 国家顺应人工智能发展大势，于2016年开始谋划煤矿智能化，通过“指导意见”凝聚了煤炭行业参与方(政、产、学、研、用、经)共识，带动了煤矿智能化研究与实践的快速发展。

(3) 省级层面的智能煤矿政策从建设目标、建设内容、验收定级甚至标准制定、创新研发中心等方面进行了规定、规划，大大加速了智能煤矿研究和建设的步伐，推动了近500个采掘工作面和一批智能煤矿示范矿井的落地。