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機器人挖煤,遠沒有那么簡單!大數(shù)據(jù)、人工智能目前已應用!智能化是關鍵!

 RoboSpeak 2021-06-13

6月6日,國家重點研發(fā)計劃“大型礦井綜合掘進機器人”項目啟動會暨實施方案評審會在山西焦煤舉行,標志著該項目正式落地山西焦煤。作為科技部支持的國家重點研發(fā)計劃“智能機器人”重點專項2020年度3個煤礦機器人項目之一,該項目擬用3年時間完成研發(fā)。項目研發(fā)成功后,可切實緩解改善煤礦采掘銜接緊張,實現(xiàn)大數(shù)據(jù)、人工智能與煤礦掘進、安全高效開采的有機融合,切實將一線掘進工人從最艱苦、安全無絕對保障的作業(yè)環(huán)境里解放出來,讓礦工更加體面地工作和生活,對推動煤炭開采方式變革和山西省轉型綜改具有重大而深遠的意義。

能源在我國國民經(jīng)濟發(fā)展過程中仍將繼續(xù)扮演至關重要的角色。由于我國尚未完成工業(yè)化,城鎮(zhèn)化水平還將持續(xù)提高、電氣化水平還有很大提升空間,尚處于對能源和原材料消費最旺盛的階段。其中煤炭是我國城鎮(zhèn)化建設的重要能源,2020年,全國煤炭消費量約40.1億噸、同比增長0.9%,預計2035年煤炭占我國一次能源消費比例仍在40%以上。因此,對于煤炭行業(yè),我國一直在致力于推動智能化、化解過剩產(chǎn)能,提高能源利用率。

▍碳中和下的智能化發(fā)展新方向

煤礦智能化是煤炭高質量發(fā)展的技術支撐,我國采煤技術經(jīng)歷了人工炮采、普通機械化開采、綜合機械化開采和目前的智能化開采4個主要階段。煤礦智能化是第4次煤炭行業(yè)重大技術變革。

煤礦機器人就是推動煤炭行業(yè)智能化的關鍵一環(huán)?!睹旱V機器人重點研發(fā)目錄》將煤礦機器人分為掘進、采煤、運輸、安控、救援五大類。在“十三五”期間,我國累計淘汰落后產(chǎn)能約10.7億噸,面對煤礦智能化,開展了“大型礦井綜合掘進機器人”、“復雜地質條件煤礦輔助運輸機器人”、“面向沖擊地壓礦井防沖鉆孔機器人等應用示范類”的專項,取得了一定成果,并對一些指標進行了規(guī)范。

在2019年初,《煤礦機器人重點研發(fā)目錄》公布,提出聚焦關鍵崗位、危險崗位,重點推進5類、38種煤礦機器人研發(fā)。隨著國家政策出臺,不少科研機構、煤炭企業(yè)以及機器人制造企業(yè)開始探索研發(fā)煤礦井下機器人。

在十四五這一新發(fā)展時期,我國對于提高能源效率提出了新的發(fā)展要求,相關專項方向也進行了一定調整。

20203月,國家發(fā)展改革委等8部委印發(fā)了《關于加快煤礦智能化發(fā)展的指導意見》(以下簡稱“意見”),對于煤礦智能化發(fā)展提出了新方向和新條件,并再次強調了將持續(xù)深化煤炭行業(yè)智能化發(fā)展的目標任務。

“意見”指出,煤礦智能化是煤炭工業(yè)高質量發(fā)展的核心技術支撐,需要將人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、機器人、智能裝備等與現(xiàn)代煤炭開發(fā)利用深度融合,最終形成全面感知、實時互聯(lián)、分析決策、自主學習、動態(tài)預測、協(xié)同控制的智能系統(tǒng),從而能夠實現(xiàn)煤礦開拓、采掘(剝)、運輸、通風、洗選、安全保障、經(jīng)營管理等過程的智能化運行。這種一體化、智能化發(fā)展方向對于提升煤礦安全生產(chǎn)水平、保障煤炭穩(wěn)定供應具有重要意義。

而在2021年4月6日,安標國家礦用產(chǎn)品安全標志中心有限公司(以下簡稱安標國家中心)發(fā)布了《煤礦井下機器人安全標志管理方案》《煤礦井下機器人基本安全要求(試行)》,又對煤礦機器人提出安全要求,相關要求進一步明確、標準不斷完善。

▍問題與機遇并存

目前,我國一些煤礦正在開展智能化建設工作,但存在基礎理論研發(fā)滯后、技術標準與規(guī)范不健全、平臺支撐作用不夠、技術裝備保障不足、高端人才匱乏等問題。

同時,從市場需求、政策需求和技術要求等方面來看,煤礦機器人推廣應用的難點也非常大。從需求方面來說,煤礦災害發(fā)生不屬于煤礦的常態(tài)事件,一些智能機器人的使用頻率較低,研發(fā)迭代的速度不快,使救援效果受到一定影響。并且,煤礦救災機器人需要專業(yè)團隊進行維護和保養(yǎng),需要培養(yǎng)專業(yè)操作人員隊伍,而建立起這樣一支專業(yè)隊伍,成本相對較高。同時,安全許可、檢測評定以及標準化等方面的政策和法律法規(guī)需要更加明確,引導煤礦機器人推廣應用得更加高效合理。

此外,技術提升也是推進煤礦救災機器人發(fā)展的一個重要方面,尤其在防爆設計、防爆材料、輕量化結構、電子設備集成化、人工智能以及測試手段等方面。這些是煤礦救災機器人走向實用化過程中要解決的問題。有人提出,可借鑒其他領域的人工智能技術,應用到煤礦機器人中來,如語音識別和分析、圖像增強和障礙物識別、危險氣體組分分析和識別、基于圖像特征的位置導航等技術。

為推動煤炭行業(yè)高質量發(fā)展,促進煤炭產(chǎn)業(yè)轉型升級,《意見》分了三部分的詳細規(guī)劃目標:

——到2021年,建成多種類型、不同模式的智能化示范煤礦,初步形成煤礦開拓設計、地質保障、生產(chǎn)、安全等主要環(huán)節(jié)的信息化傳輸、自動化運行技術體系,基本實現(xiàn)掘進工作面減人提效、綜采工作面內(nèi)少人或無人操作、井下和露天煤礦固定崗位的無人值守與遠程監(jiān)控。

——到2025年,大型煤礦和災害嚴重煤礦基本實現(xiàn)智能化,形成煤礦智能化建設技術規(guī)范與標準體系,實現(xiàn)開拓設計、地質保障、采掘(剝)、運輸、通風、洗選物流等系統(tǒng)的智能化決策和自動化協(xié)同運行,井下重點崗位機器人作業(yè),露天煤礦實現(xiàn)智能連續(xù)作業(yè)和無人化運輸。

——到2035年,各類煤礦基本實現(xiàn)智能化,構建多產(chǎn)業(yè)鏈、多系統(tǒng)集成的煤礦智能化系統(tǒng),建成智能感知、智能決策、自動執(zhí)行的煤礦智能化體系。

從目標及路徑明確了三點:

1)煤炭智能化發(fā)展的愿景是:實現(xiàn)煤礦全時空多源信息實時感知,風險閉環(huán)管控本質安全;全流程人-機-環(huán)-管數(shù)字互聯(lián)高效協(xié)同運行,生產(chǎn)現(xiàn)場全自動化作業(yè),煤礦職工有更多幸福獲得,煤炭企業(yè)有更多價值創(chuàng)造。

2)煤礦智能化建設應堅持分類建設,因礦施策;培育典型,示范引領;全面推進,分級達標;安全高效,質量第一的原則。

3)煤礦智能化的主要路徑是“智能化生產(chǎn)決策控制+機器人作業(yè)”

與此同時,2020年12月,國家能源局、國家礦山安全監(jiān)察局印發(fā)關于開展首批智能化示范煤礦建設的通知,確定71處煤礦作為國家首批智能化示范建設煤礦,其中井工礦66處,露天礦5處。智能化升級改造煤礦63處,新(改擴)建智能化煤礦8處。制定了《智能化煤礦分類、分級技術條件與評價》和《智能化采煤工作面分類、分級技術條件與評價》等煤礦智能化技術標準,研發(fā)了4種模式的智能化開采成套技術和裝備,形成較為成熟的智能化煤礦建設推廣模式。

▍結語

從我國的能源結構上可以預見,在未來相當長時期內(nèi),煤炭難以被大規(guī)模替代,同時,未來在國際政治局勢動蕩、國際貿(mào)易保護措施盛行的大背景下,在相當長時期內(nèi),煤炭仍是能源安全穩(wěn)定供應的“壓艙石”,支撐能源結構調整和轉型發(fā)展的“穩(wěn)定器”。

但在碳達峰碳中和這一總體要求下,也需要煤炭生產(chǎn)和利用方式轉型,以第四次煤炭技術革命為契機,向數(shù)字化、智能化新產(chǎn)業(yè)和新業(yè)態(tài)轉型。面對碳達峰碳中和目標,“十四五”時期能源發(fā)展需要全面貫徹“四個革命、一個合作”能源安全新戰(zhàn)略,堅定走智能、綠色、可持續(xù)發(fā)展道路,煤炭作為我國基礎能源,其高質量發(fā)展意義重大。

作為煤炭工業(yè)高質量發(fā)展的核心技術支撐,煤礦智能化是煤礦綜合機械化、信息化發(fā)展的新階段,是煤炭生產(chǎn)力和生產(chǎn)方式革命的新方向,是“第四次重要技術變革”。加快推進煤礦智能化建設,構建智能+綠色煤礦工業(yè)新體系,實現(xiàn)煤炭資源的智能化安全高效的開采與清潔利用是我國煤炭工業(yè)新時期高質量發(fā)展的戰(zhàn)略任務跟必由之路。推動煤炭開發(fā)利用方式變革,也是實現(xiàn)煤炭碳減排,構建清潔低碳安全高效的能源體系提高能源供給質量,努力實現(xiàn)2030年碳達峰、2060年碳中和遠景目標的重要措施。

希望未來也能有更多人能夠參與到煤礦機器人的建設中,讓人工智能、云計算、互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等技術為煤礦行業(yè)保駕護航。

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