未來30年，新一輪科技革命與能源產(chǎn)業(yè)變革形成交匯期，新一代信息技術(shù)、智能化技術(shù)、智能裝備等新技術(shù)將大幅提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展能級(jí)和效率，由此引發(fā)煤炭生產(chǎn)方式發(fā)生巨大轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)煤礦生產(chǎn)無人化、安全化、綠色化。2019年1月，國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局公布《煤礦機(jī)器人重點(diǎn)研發(fā)目錄》。2020年2月，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)等八部委聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》。這為我國(guó)煤炭工業(yè)智能化和機(jī)器人技術(shù)發(fā)展指明了方向，是我國(guó)未來人工智能發(fā)展戰(zhàn)略在煤炭工業(yè)的重點(diǎn)行動(dòng)，是《中國(guó)制造2025》在煤礦企業(yè)的重要實(shí)踐，是煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重大機(jī)遇。本次全國(guó)煤礦智能化建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)推進(jìn)會(huì)的召開適逢其時(shí)，必將加快我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)和智能化水平快速提升，對(duì)推動(dòng)煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，促進(jìn)煤炭產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)具有十分重要的意義。

2018年7月12日，全國(guó)煤礦安全基礎(chǔ)建設(shè)推進(jìn)大會(huì)在山西潞安召開，會(huì)議要求，各地區(qū)、各部門、各煤礦企業(yè)要大力推進(jìn)機(jī)械化、自動(dòng)化、信息化、智能化建設(shè)及機(jī)器人研發(fā)應(yīng)用。從國(guó)家層面和行業(yè)整體發(fā)展角度對(duì)煤礦智能化建設(shè)提出了明確的要求和工作部署，吹響了加快我國(guó)煤礦智能化建設(shè)步伐的新號(hào)角。

（一）呈現(xiàn)新趨勢(shì)，煤礦智能化成為創(chuàng)新重點(diǎn)。近三年，煤礦智能化成為煤炭行業(yè)科技創(chuàng)新的重點(diǎn)方向，以“煤礦智能化”為主題，2015年之前我國(guó)學(xué)者在煤礦智能化方面的論文發(fā)表總數(shù)每年不足10篇，之后的研究論文數(shù)量卻呈現(xiàn)翻倍增長(zhǎng)，近5年發(fā)表的煤礦智能化論文達(dá)到287篇，主要集中在綜采工作面(占22%)、智能化開采(占21%)、智能化技術(shù)(占16%)、采煤機(jī)(占13%)、液壓支架(占8%)、帶式輸送機(jī)(占5%)。煤礦智能化研究側(cè)重于綜采智能化(約占85%)，其中有43%的研究是面向采煤工作面智能化，42%的研究是圍繞采煤裝備智能化，可見采煤智能化關(guān)鍵點(diǎn)在于開采工藝智能化和采煤裝備智能化。另一方面，共檢索到2006年以來發(fā)表的煤礦機(jī)器人研究論文367篇，主要集中在煤礦探測(cè)機(jī)器人、巡檢機(jī)器人、救援機(jī)器人等方面，反映出煤礦智能化發(fā)展速度加快，智能化研究呈現(xiàn)躍升趨勢(shì)。

（二）明確新目標(biāo)，出臺(tái)首個(gè)行業(yè)智能化指導(dǎo)意見。《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》是我國(guó)出臺(tái)的首個(gè)行業(yè)智能化發(fā)展的頂層設(shè)計(jì)，把煤礦智能化作為煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐，將人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、機(jī)器人、智能裝備等融入煤炭開發(fā)利用，實(shí)現(xiàn)煤礦生產(chǎn)過程智能化運(yùn)行，這對(duì)于提升我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)水平、保障煤炭穩(wěn)定供應(yīng)具有重要意義。到2021年，建成多種類型、不同模式的智能化示范煤礦；到2025年，大型煤礦和災(zāi)害嚴(yán)重煤礦基本實(shí)現(xiàn)智能化；到2035年，各類煤礦基本實(shí)現(xiàn)智能化。

（三）科研新方向，設(shè)立重點(diǎn)專項(xiàng)和基礎(chǔ)研究計(jì)劃。為了推動(dòng)煤礦智能化技術(shù)創(chuàng)新，科技部在2020年國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)的“智能機(jī)器人”中設(shè)立了煤礦機(jī)器人方向，攻克煤礦特殊環(huán)境服役機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)，深化我國(guó)煤礦機(jī)器人的工程化應(yīng)用，今年首批資助大型礦井綜合掘進(jìn)機(jī)器人、復(fù)雜煤層條件下煤礦輔助運(yùn)輸機(jī)器人、面向沖擊地壓礦井的防沖鉆孔機(jī)器人等三個(gè)項(xiàng)目。此外，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)今年首次在工程與材料學(xué)部增設(shè)了“智能礦山”方向（學(xué)科代碼E0406），資助重點(diǎn)包括礦山精細(xì)描述與測(cè)量、數(shù)字礦山、礦山智能監(jiān)測(cè)與控制、采掘裝備與智能化、智能化系統(tǒng)與方法等基礎(chǔ)前沿方向，研究煤礦智能化和煤礦機(jī)器人研發(fā)所面臨的關(guān)鍵科學(xué)問題和核心技術(shù)瓶頸。

（四）研發(fā)新裝備，我國(guó)提出了國(guó)際上首個(gè)煤礦機(jī)器人技術(shù)體系。機(jī)器人是煤礦裝備智能化的新內(nèi)涵，國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局發(fā)布的《煤礦機(jī)器人重點(diǎn)研發(fā)目錄》，對(duì)規(guī)劃和引導(dǎo)煤礦機(jī)器人技術(shù)發(fā)展十分重要。該目錄是國(guó)際上提出的首個(gè)煤礦機(jī)器人技術(shù)體系，針對(duì)煤礦機(jī)器人的不同面向?qū)ο?、作業(yè)區(qū)域、功能屬性，明確了煤礦機(jī)器人分類及種類。從作業(yè)類型角度，將煤礦機(jī)器人分為掘進(jìn)、采煤、運(yùn)輸、安控、救援五大類，結(jié)合當(dāng)前機(jī)器人和人工智能的發(fā)展水平，規(guī)劃了不同種類、層次煤礦機(jī)器人的研發(fā)路徑。目前，列入目錄中的19種煤礦機(jī)器人已在煤礦現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了不同程度的應(yīng)用，13種煤礦機(jī)器人已有企業(yè)正在研發(fā)，6種機(jī)器人研發(fā)尚有難度。

（五）構(gòu)建新系統(tǒng)，煤炭開采智能化水平穩(wěn)步提升。通過智能化技術(shù)和工程實(shí)踐探索，目前我國(guó)煤礦智能化取得了若干突破性進(jìn)展，特別是各生產(chǎn)子系統(tǒng)的智能化水平得到了穩(wěn)步提升。其中，智能化采煤工作面（簡(jiǎn)稱智采工作面）技術(shù)相對(duì)比較成熟，目前的智采工作面已在大采高、中厚煤層、薄煤層及放頂煤開采中實(shí)現(xiàn)，到今年5月底，全國(guó)建成智采工作面338個(gè)，這個(gè)規(guī)模在世界采煤國(guó)家處于領(lǐng)先地位。一些智采工作面實(shí)現(xiàn)了基于記憶截割的自動(dòng)化割煤、基于慣性導(dǎo)航的自動(dòng)調(diào)直、三機(jī)協(xié)同和自動(dòng)跟機(jī)移架與人工巡視相結(jié)合的初級(jí)智能化生產(chǎn)模式，可在順槽監(jiān)控中心和地面調(diào)度室對(duì)智采工作面進(jìn)行“一鍵啟?！边\(yùn)行和遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)工作面少人作業(yè)，采煤效率一般可提高20%以上。此外，少人快速掘進(jìn)、智能化運(yùn)輸、井下配電室和水泵房無人值守、安控類巡檢機(jī)器人、智能煤矸分選機(jī)器人、智慧洗煤廠等已在一些煤礦進(jìn)行了試驗(yàn)應(yīng)用。

（六）產(chǎn)業(yè)新融合，5G技術(shù)在煤礦井下示范性應(yīng)用。新一代移動(dòng)通信技術(shù)是未來智能化煤礦的基礎(chǔ)，5G技術(shù)為煤炭智能生產(chǎn)流程提供強(qiáng)大的信息交互能力。2020年6月，中國(guó)移動(dòng)聯(lián)合陽(yáng)煤集團(tuán)、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)、清華大學(xué)、中煤科工、華為公司等70多家單位，成立了“5G智慧礦山聯(lián)盟”，推動(dòng)5G、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)與煤炭產(chǎn)業(yè)深度融合，研發(fā)成功世界上首個(gè)井工煤礦5G網(wǎng)絡(luò)，在新元公司投入運(yùn)營(yíng)，這標(biāo)志著我國(guó)在“5G+智能礦井”商用領(lǐng)域取得突破性的進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了井上井下高清視頻連接、海量數(shù)據(jù)快速傳輸、智能設(shè)備遠(yuǎn)程聯(lián)控等多種應(yīng)用，將有力推動(dòng)煤礦行業(yè)從“數(shù)字化”走向“智能化”的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

（七）展現(xiàn)新面貌，智能安全高效煤礦已成為主力。經(jīng)過多年的實(shí)踐，自動(dòng)化、智能化開采已成為現(xiàn)代煤礦的主要生產(chǎn)模式。目前，我國(guó)煤礦智能化處于初級(jí)階段，部分技術(shù)及工程實(shí)踐引領(lǐng)國(guó)際煤礦智能化開采發(fā)展方向。到2020年5月，我國(guó)在產(chǎn)安全高效煤礦有901處（其中露天礦28處），其產(chǎn)量占全國(guó)煤炭產(chǎn)量的56%，利潤(rùn)總額占全行業(yè)的78%。這些煤礦有井下采煤隊(duì)1134個(gè)，其中全部國(guó)產(chǎn)裝備1042個(gè)采煤隊(duì)，部分進(jìn)口裝備91個(gè)采煤隊(duì)；采煤機(jī)械化程度99.9%，智能化采煤工作面近300個(gè)。這些先進(jìn)產(chǎn)能煤礦的百萬噸死亡率已降低至0.0015，有898處煤實(shí)現(xiàn)了零死亡，已經(jīng)超過國(guó)外先進(jìn)煤礦的安全水平（0.02）。這說明，智能安全高效煤礦將是未來進(jìn)一步提升我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)水平的必由之路，發(fā)展煤礦智能化未來可期。

（八）搭建新平臺(tái)，推動(dòng)智能化人才培養(yǎng)和技術(shù)創(chuàng)新。煤炭行業(yè)高校積極聚焦煤礦智能化對(duì)人才培養(yǎng)提出的新要求，不斷加快煤礦智能化相關(guān)專業(yè)布局，構(gòu)建多學(xué)科交叉、產(chǎn)學(xué)研融合的人才培養(yǎng)模式。目前，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）、安徽理工大學(xué)等6所煤炭行業(yè)特色大學(xué)設(shè)置機(jī)器人工程專業(yè)，7所大學(xué)設(shè)置人工智能專業(yè)，7所大學(xué)設(shè)置大數(shù)據(jù)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，部分高校還在傳統(tǒng)采礦工程專業(yè)開設(shè)智能采礦特色班，努力培養(yǎng)適應(yīng)煤礦智能化發(fā)展的復(fù)合型人才。同時(shí)，國(guó)內(nèi)行業(yè)和地方管理部門通過聯(lián)合科研院所和大型煤礦企業(yè)集團(tuán)，成立了形式多樣的煤礦智能化及機(jī)器人研發(fā)技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)，國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局同中國(guó)航天科技集團(tuán)簽訂了戰(zhàn)略合作框架協(xié)議，“天地合作”研發(fā)應(yīng)用煤礦機(jī)器人；中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)、中煤科工等27家單位成立了煤礦智能化技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟；中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）成立了智慧礦山與機(jī)器人研究院，遼寧工程技術(shù)大學(xué)組建成立煤礦機(jī)器人協(xié)同創(chuàng)新中心，致力于解決煤礦智能化共性關(guān)鍵技術(shù)問題；山東能源新礦集團(tuán)成立機(jī)器人研究院，淮北礦業(yè)與四川航天攜手成立了智能化開采技術(shù)研發(fā)聯(lián)合中心，兗礦集團(tuán)成立煤礦智能開采試驗(yàn)中心，各大國(guó)有煤炭企業(yè)集團(tuán)正積極打造煤礦智能化研究、試驗(yàn)基地，開展智能化技術(shù)研發(fā)與新裝備推廣應(yīng)用。

煤礦智能化是將人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、機(jī)器人、智能裝備等與煤炭開發(fā)利用深度融合，形成全面感知、實(shí)時(shí)互聯(lián)、分析決策、自主學(xué)習(xí)、動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)、協(xié)同控制的智能系統(tǒng)，其最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)工作面、采煤工作面、煤流運(yùn)輸系統(tǒng)、機(jī)電維護(hù)和安監(jiān)系統(tǒng)的自主運(yùn)行，從而大幅度減少井下勞動(dòng)人員，顯著提高煤炭生產(chǎn)效率，并形成全煤礦的智慧生產(chǎn)和管理。目前，我國(guó)部分煤礦建成了初級(jí)的智能化工作面，與全煤礦、全礦區(qū)智慧化、無人化目標(biāo)還有較大距離，應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)基礎(chǔ)科學(xué)研究，突破關(guān)鍵核心技術(shù)，加快工程應(yīng)用實(shí)踐，取得以下關(guān)鍵技術(shù)突破。

（一）智能化采掘的透明地質(zhì)技術(shù)。面對(duì)看不見、摸不著、測(cè)不準(zhǔn)的地質(zhì)條件，難以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的智能化開采，亟需掌握厘米級(jí)分辨率的地質(zhì)信息探測(cè)技術(shù)，在精準(zhǔn)探測(cè)技術(shù)上實(shí)現(xiàn)顛覆性創(chuàng)新，構(gòu)建數(shù)據(jù)、信息、知識(shí)三層架構(gòu)的全息透明地質(zhì)圖，為智能化采掘提供無人駕駛的導(dǎo)航地圖，從而真正實(shí)現(xiàn)采掘作業(yè)無人化。

（二）腦機(jī)環(huán)智能感知與交互技術(shù)。煤炭生產(chǎn)是一個(gè)人的智慧與機(jī)器、煤巖介質(zhì)三者之間交互作用的過程。以智采工作面為例，采煤機(jī)組與煤巖相互作用產(chǎn)生了巨量信息，實(shí)現(xiàn)智能化開采就要解決采煤知識(shí)自動(dòng)化的問題，使采煤作業(yè)的信息匯聚、分析、推理、決策和執(zhí)行能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。煤炭智能開采具備工藝規(guī)劃、煤層變化識(shí)別、截割狀態(tài)調(diào)控、運(yùn)行效果優(yōu)化、安全保障的自主能力，從開采模型到設(shè)備驅(qū)動(dòng)信號(hào)的正向傳遞數(shù)據(jù)鏈路、從現(xiàn)場(chǎng)傳感器信號(hào)到運(yùn)行控制系統(tǒng)、工藝規(guī)劃系統(tǒng)的信息反饋數(shù)據(jù)鏈的能力。

（三）智能化煤礦的數(shù)據(jù)智能技術(shù)。數(shù)據(jù)智能是大數(shù)據(jù)的新境界，智能化煤礦的數(shù)據(jù)智能體現(xiàn)為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)決策，讓機(jī)器具備推理等認(rèn)知能力，以大數(shù)據(jù)指導(dǎo)優(yōu)化決策，依靠數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)來智能調(diào)控煤炭生產(chǎn)流程。因此，需要研發(fā)應(yīng)用可靠穩(wěn)定的各類傳感器，構(gòu)建從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析等環(huán)節(jié)的自動(dòng)工具及平臺(tái)，使煤炭開采具備深度學(xué)習(xí)、深井語言程序化、知識(shí)圖譜等人工智能建模和數(shù)據(jù)可視化能力。

（四）智能化煤礦的平行智能控制技術(shù)。煤礦生產(chǎn)過程是掘進(jìn)、采煤、運(yùn)輸、動(dòng)力、安全的多個(gè)環(huán)節(jié)平行作業(yè)集合，也是每個(gè)環(huán)節(jié)多種設(shè)備平行控制運(yùn)行。因此，未來是平行智能控制的煤炭生產(chǎn)，它基于信息物理環(huán)境系統(tǒng)（CPSS），以工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、軟件定義技術(shù)和知識(shí)自動(dòng)化技術(shù)，通過描述智能、預(yù)測(cè)智能和引導(dǎo)智能的綜合運(yùn)用，構(gòu)建平行演化、閉環(huán)反饋、協(xié)同優(yōu)化的智能煤礦體系。

（五）煤礦智能化運(yùn)行的數(shù)字孿生技術(shù)。數(shù)字孿生被認(rèn)為是工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)程中的顛覆性技術(shù)之一，煤礦智能化的數(shù)字孿生通過虛實(shí)交互反饋、數(shù)據(jù)融合分析、決策迭代優(yōu)化等手段，為采掘作業(yè)實(shí)體提供更加實(shí)時(shí)、高效、智能的運(yùn)行或操作平臺(tái)。例如，構(gòu)建數(shù)字孿生智采工作面系統(tǒng)，需要研究物理模塊、信息模塊、通信模塊、控制模塊的智能仿生與應(yīng)用，創(chuàng)建智采工作面數(shù)據(jù)主線（環(huán)境信息流、控制信息流和能量信息流），實(shí)現(xiàn)采煤狀態(tài)的自動(dòng)跟蹤、生產(chǎn)規(guī)劃的快速迭代、開采過程的穩(wěn)定控制和設(shè)備維護(hù)的實(shí)時(shí)管理。

（六）煤礦井下智能機(jī)器人技術(shù)。我國(guó)煤礦每天下井作業(yè)人員大約有100萬人，在采煤、掘進(jìn)等危險(xiǎn)繁重崗位上的作業(yè)人員占到60%，迫切需要以機(jī)器人來替代。煤礦智能機(jī)器人亟需突破八大關(guān)鍵技術(shù)，即煤礦機(jī)器人防爆安全設(shè)計(jì)理論及方法、長(zhǎng)續(xù)航高能量密度機(jī)器人動(dòng)力技術(shù)、井下受限封閉環(huán)境下機(jī)器人自主精準(zhǔn)定位導(dǎo)航技術(shù)、煤礦機(jī)器人的高可靠抗干擾通訊技術(shù)、煤礦復(fù)雜環(huán)境下機(jī)器人智能感知與險(xiǎn)情識(shí)別技術(shù)、井下機(jī)器人群協(xié)同控制決策機(jī)、煤礦機(jī)器人可靠性測(cè)試評(píng)估方法、煤礦機(jī)器人模塊化設(shè)計(jì)方法。2019年，我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域每萬名工人擁有140臺(tái)機(jī)器人，機(jī)器人密度與發(fā)達(dá)國(guó)家還有很大差距，若煤礦井下危險(xiǎn)崗位減人50%，需要40萬臺(tái)煤礦機(jī)器人，每處煤礦井下有100多臺(tái)機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)。

（七）煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)從工作面到用戶的全煤流物聯(lián)網(wǎng)，形成與煤炭生產(chǎn)緊密相關(guān)的全要素、全產(chǎn)業(yè)鏈互聯(lián)體系，它全面連接煤炭生產(chǎn)、洗選加工、運(yùn)輸、銷售、使用以及安全監(jiān)管、企業(yè)決策、生態(tài)影響等方面。煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)既能系統(tǒng)推進(jìn)智能煤礦建設(shè)又能為煤炭企業(yè)賦能，屬于煤炭行業(yè)更高層級(jí)、更大范圍的智能化系統(tǒng)。

新中國(guó)成立70年來，幾代煤炭人不懈奮斗，我國(guó)煤礦形成了以井工開采為主露天開采為輔的開發(fā)格局?？傮w上看，我國(guó)煤礦在復(fù)雜條件下的煤炭開采工藝技術(shù)處于世界領(lǐng)跑，特厚煤層開采、千萬噸級(jí)開采裝備處于世界并跑，然而仍有部分先進(jìn)高端裝備依賴進(jìn)口。因此，煤礦智能化建設(shè)是煤炭行業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的又一歷史契機(jī)，通過加強(qiáng)煤礦智能化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，大力發(fā)展煤礦智能裝備和煤礦機(jī)器人技術(shù)，將推動(dòng)采礦工業(yè)技術(shù)革命，助推我國(guó)煤炭生產(chǎn)技術(shù)和裝備雙領(lǐng)跑，助力新時(shí)代經(jīng)濟(jì)雙循環(huán)的新發(fā)展格局。