杨龙 王振华
西安科技大学 陕西省西安市 710054
摘 要：煤炭是我国最主要的能源之一，是国家经济命脉的核心，在过去及未来的几十年里仍将保持不变。随着新时代“碳达峰”和“碳中和”目标的提出，“十四五”时期将是我国经济发展实现全面绿色化、生态环境大幅提升的重要时期。为了进一步提高煤矿开采效率及其安全性，我国的煤矿开采逐步面向智能化，目前其智能化水平仍比较落后，智能化将是一个长期且漫长的过程。智能化是生产力变革的重要方向，是新时代煤炭开采的必然要求。我们要想全面实现智能化，就必须从各方面加以提升及改进，其首先就是要坚持生态优先，以保护环境为主，树立绿色发展的理念，将人工智能、物联网、5G云计算、大数据等先进技术结合起来，加快煤矿智能化开采技术的发展。
关键词：煤矿；智能化开采；绿色开采；未来展望；
1 煤矿智能化开采技术的概念及作用
煤矿智能化开采，就是利用智能平台将人工智能、云计算和大数据等先进技术通过互联网紧密结合起来，从而充分发挥现代化新型科学技术的优势，实现对煤矿开采工作的指挥、调度和监控，同时致力于通过自动化安全生产设备的应用，减少繁冗的开采环节，降低人员劳动力，实现煤矿可持续发展及智能化开采技术。首先一方面，智能化开采能有效减少工人的数量，做到少人甚至趋近于无人，使工人可以在地面控制中心进行远程操作，危险性大幅度降低，安全系数大大提高，煤矿开采的安全效益也大幅度提升；另一方面，通过将智能化操作平台和开采技术引入到煤矿的生产和开采中，使工人脱离了危险的开采现场，从繁重的体力劳动中解放出来，在更加安全舒适的环境中工作，幸福指数得到有效提升。此外，智能化开采技术的发展可以有效地控制煤矿的生产阶段，识别和消除煤矿中可能存在的问题，从而减少了生产中断的可能性和煤炭资源的浪费，最终获得良好的经济效益并确保人员安全，实现现代化煤矿智能开采。
2 国内煤矿智能化开采技术发展现状
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。经过几代人的不断探索和艰苦奋斗，实现了煤矿智能化进程从无到有的过程。近几年，我国加大了技术创新和科技创新的力度，在煤矿智能化开采的重大设备、关键技术、基础理论等方面都取得了重大成果。快速发展的高新科技，从技术层面保障了煤矿智能化开采的实现。目前，国内大多数煤矿正逐步改进、淘汰以往的旧的开采模式，不断引进国外先进技术设备使煤矿开采朝着智能化的方向发展。譬如，西安科技大学赴陕北高端能源化工基地国情观察实践团参观的神东煤炭集团的大柳塔煤矿、补连塔煤矿的综采自动化工作面及其地面控制中心，基本实现了综采工作面的少人高效自动化开采。先进的采煤技术和设备投入到开采工作中，许多正在修建的矿井和已经投入开采的矿井基本实现了煤矿开采的高效率、智能化和安全性。近年来，我国积极引进吸收国外先进的采煤机、刮板输送机、液压支架等，这些智能化采煤设备的引入，使我国煤矿的智能化水平进入了一个新的阶段。
3 绿色开采
目前国内煤矿的绿色开采主要分为三个阶段：采前防治、采中控制和采后营造。以神东煤炭集团为例，采前防治创新性得确立了“三圈”治理模式，即外围防护圈、周边常绿圈和中心美化圈，从而三圈结合进行大范围生态治理，构建预防性的生态园。打造生态矿区，使得荒漠摇身一变成为绿洲。采中控制引用了创新集成生态保护性开采技术，从源头进行根本性控制，确保煤矸石不出井、煤层不自燃等问题不再发生，实现保水开采技术、建立地下分布式水库，强调生态保护性开采。始终坚持“建设绿色矿井”，坚持“源头减少、过程控制、末端利用”的理念，通过采取井下超大工作面整体沉降、井下煤矸置换等一系列绿色开采技术，大幅降低地表破碎度，使开采对地表生态环境扰动影响最小化，从而使矿区水保生态功能得以稳定。采后营造开发一次性煤炭资源，建设永续利用的生态系统，确保进行沉陷区治理和生态经济林建设，进行生态修复与功能优化，并生产清洁煤炭。
4 目前智能化建设与绿色开采面临的问题
4.1开采技术水平薄弱，环境破坏严重
面临煤炭需求压力较大、煤炭供给制约较多等现实因素，及煤炭生产和消费对生态环境损害较严重等问题、采煤技术水平总体落后等挑战。
煤炭开发造成的土地塌陷面积大，且产生大量的煤矸石等固废，矿区环境破坏严重等问题仍是不可忽略的重要原因。
4.2 基础研究投入不够，安全压力较大
煤炭行业基础研究难度较大，研究力度不够，方向较为分散。关键性技术创新性突破、颠覆性创新仍然较少。煤炭资源受地质条件的制约较大，井工开采占据了主导地位。煤炭资源开发面临着地质条件复杂、采深逐年增加、灾害多发等多重压力，资源采出率有待提高，智能化水平须进一步提升。
4.3个人认识偏差，智能程度不均。
个别煤矿人员存在畏难情绪，认为智能化建设加重了煤矿负担，没有认识到煤矿智能化发展是必然趋势。国家能源集团所属煤矿地跨多个省区，煤层赋存条件复杂多样，煤炭开采工艺、技术装备和管理水平发展不均衡。部分煤矿由于地质条件相对复杂、技术力量不够、投入不能保障等原因，智能化建设仍相对滞后。
5 未来智能化开采技术展望
5.1 加强智能装备技术，重视智能导航技术。
为了让井下煤矿识别技术和高速无线通信技术得到有效推进，加强先进技术的研发，逐步加强网络传输的稳定性和设备的整体安全性，从而保证整体设备的实用化。为了能够让导航技术和计算机技术进行有效应用，在实践中需要注意加强采掘设备的实时定位，对工作面的地质勘测和空间定位等问题进行完善，让智能化水平不断提升，以便做到安全监控和高精度开采。
5.2 合理使用智能机器人。
利用遥控智能机器人完成工作面的维护和管理具有良好的效果，需要注意加强先进传感器的匹配，并且不断完成改装，以提升矿井智能化工作面的自主开采技术。掘进设备的智能化和整体性提高，并对掘进工作面进行有效的控制，保证无人化开采的顺利实施。
5.3 大力发展煤矿智能化 5G 技术
利用 5G 通信技术，实现矿区无线全覆盖，连接摄像头、生产设备、传感器等终端，解决井下布线复杂、光纤易折损、部署难的问题。同时，最新一代的无线网具有信号强、超低时延、无损漫游等亮点，从而保证机器人巡检。超宽环网、多网合一，统一承载 5G、视频监控、生产控制等业务，并通过网络切片安全隔离，实现多网合一，避免多网重复建设，大大降低建网成本。智能运维、统一管理，管理-控制-分析系统三位一体，网络可视、可管、可控，通过 IFIT 随流检测，故障精准定位煤矿智能矿山网络产品已通过煤安认证。
5.4 建设“无人化”矿山，保障生命安全
未来五年，煤炭开采将开足马力向智能化转型升级。煤炭开采，无人则安。“无人化”是智能矿山的建设目标，机器人巡检、远程驾驶，采煤运煤、洗煤全过程自动化，井下生产全过程可视化监控。智能矿山依托 5G 通信、工业互联网等信息技术，是无人、安全、高效的代表。煤炭开采已经从单个系统、单项技术的智能化，即“点上的无人”，向多个系统智能化，即“面上的无人”，再向“一个矿井的无人”，最后向“矿区系统的无人”发展。
6 结语
我国要建设“智能 + 绿色”的新矿业与新煤矿，其内涵就是要坚持生态优先，树立绿色发展的理念，将人工智能、物联网、云计算、大数据、机器人等智能技术与绿色开发利用深度融合，实现资源开采、运输、安全保障等过程的智能化运行，形成矿产资源智能开发与生态环境协调发展的矿业开发新格局，为矿业的高质量发展提供强大的推动力。煤炭科技的创新发展和智能化建设使煤矿企业模式从劳动密集型转为技术密集型，使煤矿开采的效率和安全性大幅度提高，促进综合竞争力的提升，实现煤矿开采朝着智能化、无人化、绿色环保化方向可持续发展。未来五年，煤炭行业将提高原始创新能力，以智能化开采为主攻方向，促进行业向人才和技术密集型转变。继续推进煤炭安全高效智能绿色开发和清洁低碳高效利用，坚定不移地走低碳绿色发展之路，为实现2030年“碳达峰”和2060年“碳中和”目标打下坚实基础。