智能科技改造礦業(yè)發(fā)展 智慧礦山走向現(xiàn)實(shí)

從地質(zhì)勘探和礦山設(shè)計(jì)開始，到無(wú)人化礦山機(jī)械，再到一體化智慧礦山，數(shù)字科技已經(jīng)貫穿到礦業(yè)的整個(gè)生產(chǎn)流程。

礦業(yè)，一個(gè)人類最古老的工業(yè)門類，正在與數(shù)字科技的融合中煥發(fā)新生。

隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能（AI）、物聯(lián)網(wǎng)等新科技日臻完善，智慧礦山得以在國(guó)內(nèi)外落地實(shí)踐，通過整合新技術(shù)和全套無(wú)人裝備，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)、供應(yīng)鏈、銷售、應(yīng)急等過程動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

中國(guó)小礦、貧礦、深礦居多，礦山無(wú)人化、智慧化更難實(shí)現(xiàn)，但也為相關(guān)技術(shù)發(fā)展帶來新機(jī)遇。從地質(zhì)勘探和礦山設(shè)計(jì)開始，到使用無(wú)人化礦山機(jī)械，再到搭建智慧礦山一體化系統(tǒng)，新科技深度融合進(jìn)了礦業(yè)的整個(gè)生產(chǎn)鏈條。

2016年3月以來，國(guó)家發(fā)改委、能源局、自然資源部等相繼出臺(tái)了《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》（2016-2030年）、《全國(guó)礦產(chǎn)資源規(guī)劃（2016-2020年）》、《煤炭工業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》、《安全生產(chǎn)“十三五”規(guī)劃》等一系列綱領(lǐng)性文件，對(duì)礦山自動(dòng)化、信息化、數(shù)字化、智能化提出了指導(dǎo)。

三維地質(zhì)“透視”地球

礦山智慧化轉(zhuǎn)型的第一步，是實(shí)現(xiàn)地質(zhì)資料的數(shù)字化和智能化。

傳統(tǒng)的二維地質(zhì)圖只展示了地表的地質(zhì)信息，隨著對(duì)地質(zhì)數(shù)據(jù)需求的不斷提升，二維資料已無(wú)法滿足生產(chǎn)要求。

受制于地球內(nèi)部不可視、不可入、難量化的現(xiàn)實(shí)條件，地質(zhì)調(diào)查行業(yè)仍然停留在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的早期階段。地下的結(jié)構(gòu)意想不到的復(fù)雜，隱伏的斷層和褶皺、形態(tài)復(fù)雜的巖漿侵入體、被改造得面目全非的地層，想要獲得一套三維全息的地質(zhì)數(shù)據(jù)非常困難。

傳統(tǒng)上，獲取區(qū)域內(nèi)地質(zhì)信息的方式是利用有限的低維數(shù)據(jù)去反推高維信息。通過地質(zhì)調(diào)查員實(shí)地踏勘，盡可能多地采集區(qū)域內(nèi)觀察點(diǎn)的信息，最后依據(jù)經(jīng)驗(yàn)法則和人為判斷，在圖上連點(diǎn)成線、連線成區(qū)，制成一幅反映二維地質(zhì)信息的地質(zhì)圖。如果想要獲得三維地質(zhì)信息，就需要在二維地質(zhì)圖的基礎(chǔ)上，利用鉆孔、探槽、地震層析成像等手段獲得一些點(diǎn)、線、面數(shù)據(jù)，依據(jù)人為的經(jīng)驗(yàn)判斷連接成三維信息。

“長(zhǎng)此以來，國(guó)內(nèi)的地質(zhì)調(diào)查逐步形成了固有的、傳統(tǒng)的甚至有些隨意的工作方式。” 三地曼礦業(yè)軟件科技有限公司總經(jīng)理胡建明告訴《財(cái)經(jīng)》記者，地勘單位和礦山設(shè)計(jì)單位的資料收集整理多數(shù)是以圖紙、報(bào)表和紙質(zhì)報(bào)告的方式保管，而礦床勘查需要經(jīng)歷“預(yù)查-普查-詳查-勘探”漫長(zhǎng)過程，時(shí)間跨度可從幾年到幾十年，紙質(zhì)資料非常容易丟失或破損。

為了加快地調(diào)工作的全面數(shù)字化，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局搭建了統(tǒng)一的數(shù)字地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)（DGSS）。“這是地質(zhì)資料的一次重要的整合，數(shù)據(jù)不再散見于紙面的地調(diào)報(bào)告中，而是以數(shù)據(jù)庫(kù)的形式統(tǒng)合。”中地數(shù)碼地質(zhì)礦產(chǎn)部總經(jīng)理李三鳳告訴《財(cái)經(jīng)》記者，但DGSS平臺(tái)更像一個(gè)靜態(tài)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫(kù)，地質(zhì)數(shù)據(jù)的錄入依靠人工“謄寫”。

由于難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，地質(zhì)行業(yè)內(nèi)“數(shù)據(jù)孤島”現(xiàn)象普遍存在。在同一片區(qū)域，不同地勘單位掌握的勘探數(shù)據(jù)互不共享，且不同單位的工作標(biāo)準(zhǔn)也有較大差別，造成嚴(yán)重的重復(fù)勘探和社會(huì)資源浪費(fèi)。為控制成本，很多礦山設(shè)計(jì)單位和工程設(shè)計(jì)單位都成立了自己的地勘部門，進(jìn)一步加劇了“孤島”效應(yīng)。

如今，大數(shù)據(jù)技術(shù)有望改變這一現(xiàn)狀。中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局于2017年11月正式上線“地質(zhì)云”，實(shí)現(xiàn)局直屬各單位業(yè)務(wù)網(wǎng)及70個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)互聯(lián)互通。預(yù)計(jì)到2020年，分布式地質(zhì)大數(shù)據(jù)中心將正式建成，整合、優(yōu)化形成50個(gè)-70個(gè)國(guó)家地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)體系，90%數(shù)據(jù)庫(kù)向社會(huì)提供服務(wù)，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)數(shù)據(jù)服務(wù)從“可看”拓展到“可計(jì)算”，初步構(gòu)建起地球系統(tǒng)科學(xué)“一張圖”大數(shù)據(jù)體系。

“地質(zhì)數(shù)據(jù)的全生命周期管理應(yīng)該納入大數(shù)據(jù)框架下，實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)生、到存儲(chǔ)、到挖掘和管理、到共享和應(yīng)用的云端化?！崩钊P認(rèn)為，例如地質(zhì)隊(duì)員在野外可以直接通過終端將數(shù)據(jù)錄入三維地質(zhì)大數(shù)據(jù)中，實(shí)時(shí)生成三維地質(zhì)模型。

通過引入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的建筑信息模型（BIM）技術(shù)，原先的地質(zhì)數(shù)據(jù)、礦山數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)三維模型可視化的呈現(xiàn)。在此之上，再添加時(shí)間維度可以得到“動(dòng)態(tài)的”4D模型，在4D模型基礎(chǔ)上再添加礦山的成本管理得到5D模型，在5D模型基礎(chǔ)上再添加礦山的生命周期管理可得到6D模型。

“BIM的創(chuàng)新之處在于‘矢柵一體化’，讓模型更加仿真?！崩钊P介紹，傳統(tǒng)的三維模型依靠矢量數(shù)據(jù)搭起架子，僅能記錄結(jié)構(gòu)信息。而將矢量模型剖分成大量柵格并灌入相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)，不僅能記錄結(jié)構(gòu)信息，還能記錄內(nèi)容信息，真正實(shí)現(xiàn)地下數(shù)據(jù)的全息透明呈現(xiàn)，在提升地質(zhì)數(shù)據(jù)精度的同時(shí)也讓數(shù)據(jù)與場(chǎng)景融為一體。

不斷增加的模型維度，帶來數(shù)據(jù)量呈幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)，大數(shù)據(jù)結(jié)合云計(jì)算成為了這項(xiàng)技術(shù)能否落地應(yīng)用的關(guān)鍵。基于動(dòng)態(tài)三維地質(zhì)模型能夠?qū)崿F(xiàn)一系列礦山專業(yè)分析，把勘探、遙感等原始數(shù)據(jù)丟入動(dòng)態(tài)三維地質(zhì)模型，可以建立起塊狀模型、品位模型、雜質(zhì)含量模型及價(jià)值模型。

在礦山設(shè)計(jì)過程中，三維地質(zhì)模型能夠彌合地勘和實(shí)際生產(chǎn)脫節(jié)的問題。胡建明指出，中國(guó)的地勘單位習(xí)慣采用面積投影法估算資源儲(chǔ)量，無(wú)法描述礦體的實(shí)際空間位置，更無(wú)法指導(dǎo)礦山設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。“三維地質(zhì)模型可以彌補(bǔ)測(cè)采不一致的問題，有利于推動(dòng)國(guó)內(nèi)地勘工作對(duì)接國(guó)際慣例，有利于中國(guó)礦企走出去?！?/p>

無(wú)人礦山機(jī)械前景廣闊

有趣的是，智慧礦山的重要環(huán)節(jié)——無(wú)人礦山機(jī)械（礦用卡車、挖掘機(jī)等），其工程靈感是從人類的外星探測(cè)計(jì)劃中得到的啟發(fā)。

中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所研究員、復(fù)雜系統(tǒng)管理與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任王飛躍1988年供職于美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）RPI空間探索智能機(jī)器人系統(tǒng)中心，負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)研制用于月球和火星資源探測(cè)的智能設(shè)備。

“外星表面的環(huán)境十分復(fù)雜，很多地方是沒有背景數(shù)據(jù)的‘未知區(qū)域’，因此外星探測(cè)車不僅需要實(shí)現(xiàn)采掘、篩選、運(yùn)輸、回收的自動(dòng)化，還必須擁有路徑規(guī)劃、避障、應(yīng)急反應(yīng)等智能。”王飛躍告訴《財(cái)經(jīng)》記者。

在一次展覽中，美國(guó)工程機(jī)械巨頭卡特彼勒（NYSE:CAT）找到王飛躍，表示對(duì)他負(fù)責(zé)研發(fā)的外星采礦設(shè)備很感興趣，希望能夠?qū)⑦@項(xiàng)技術(shù)從天上拉回地面，用于無(wú)人露天采礦的場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)。

月球和火星表面與地球上的很多礦山類似，都是茫茫一片荒野，地形起起伏伏，技術(shù)上可以打通。經(jīng)過多年探索，王飛躍為卡特彼勒開發(fā)了全球第一個(gè)無(wú)人露天采礦方案，并于1998年主持編寫了全球第一本關(guān)于礦區(qū)無(wú)人采掘與運(yùn)輸?shù)膶Ｖ?，成為該領(lǐng)域“元老級(jí)”人物。

2011年，卡特彼勒的無(wú)人礦車正式投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)，目前已在全球投產(chǎn)200多臺(tái)。通過向礦山方和設(shè)計(jì)院派駐員工，為其提供解決方案、技術(shù)培訓(xùn)等長(zhǎng)期服務(wù)機(jī)制。另一大無(wú)人礦車制造商小松于2005年在智利的銅礦開始無(wú)人運(yùn)輸系統(tǒng)的試驗(yàn)，通過改裝既有車型，于2008年1月實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

“礦山是無(wú)人駕駛技術(shù)落地的最理想場(chǎng)景?！蓖躏w躍認(rèn)為，無(wú)人駕駛技術(shù)要想實(shí)現(xiàn)上路，不可能拿人命做試驗(yàn)，而礦山恰恰處于人煙稀少、外部干擾較低、安全性相對(duì)可控的地方，這種封閉環(huán)境給了無(wú)人駕駛技術(shù)率先落地的機(jī)會(huì)。

目前，卡特彼勒和小松已占據(jù)全球最主要的無(wú)人礦車市場(chǎng)，得到了必和必拓、力拓、FMG等澳大利亞礦業(yè)巨頭的認(rèn)可，F(xiàn)MG已裝備100多臺(tái)無(wú)人礦車，力拓在皮爾巴拉的4個(gè)礦山也裝備了70余臺(tái)。

在西澳的礦山里走一走，就能深刻體會(huì)到礦山工作的不易。烈日炙烤著大地，礦車揚(yáng)起的粉塵遮天蔽日，不僅存在安全隱患，也不斷推升著人力成本。王飛躍介紹，礦工在澳洲是個(gè)高薪職業(yè)，由于礦山距城市十分遙遠(yuǎn)，工人們上下工都需要乘飛機(jī)，礦山無(wú)人化成為澳礦巨頭們謀求數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要發(fā)力點(diǎn)。

作為全球最主要的鐵礦石供應(yīng)商之一，必和必拓（NYSE:BHP）早在十年前就開始引入無(wú)人礦車設(shè)備。一位必和必拓的技術(shù)負(fù)責(zé)人向《財(cái)經(jīng)》記者介紹，在金布巴礦山，無(wú)人礦車使重載礦車的安全事故率降低80%，激光技術(shù)可以確保每輛礦車接近最大載重，迄今共計(jì)增載鐵礦石240萬(wàn)噸;而引入機(jī)器學(xué)習(xí)算法的自動(dòng)化鐵路運(yùn)輸網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)，讓礦車的裝卸量每年額外提升1萬(wàn)車。

從幾臺(tái)礦車向幾百臺(tái)礦車的跨越，不僅僅是數(shù)量的增多，更意味著無(wú)人系統(tǒng)的管理、調(diào)度和決策能力的提升。隨著近年來物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、AI等新技術(shù)不斷成熟，越來越多的智慧化作業(yè)場(chǎng)景得到落地。據(jù)該名技術(shù)負(fù)責(zé)人稱，目前必和必拓在皮爾巴拉擁有一體化的運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)：包括五座露天礦，四座礦石加工處理中心，1000多公里的鐵路線和港口裝運(yùn)設(shè)施，并搭建起了貫穿整個(gè)鐵礦石生產(chǎn)線的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)從采礦、選礦到火車運(yùn)輸至港口的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用。

“開發(fā)一個(gè)產(chǎn)品通常需要十年時(shí)間，現(xiàn)在依靠新技術(shù)的支持可以大大加快這一過程?！北睾捅赝亟鸩及偷V山總經(jīng)理Rod Ballinger向《財(cái)經(jīng)》記者介紹，例如以往的礦山生產(chǎn)調(diào)度時(shí)間表純靠手動(dòng)收集信息來完成，我們創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)開發(fā)了“實(shí)時(shí)礦山調(diào)度系統(tǒng)”，不僅簡(jiǎn)化了生產(chǎn)調(diào)度流程，而且能夠?yàn)闆Q策方實(shí)時(shí)提供關(guān)鍵信息，提高了礦卡和挖掘機(jī)的利用率。

又如，借助聲音識(shí)別技術(shù)開發(fā)的“聲音監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”，可檢測(cè)出傳送帶等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的異常，及時(shí)發(fā)出警報(bào)?！斑@些數(shù)據(jù)蘊(yùn)含著巨大的價(jià)值，能夠幫助我們預(yù)測(cè)故障發(fā)生的時(shí)間、故障類型和具體位置，制定相應(yīng)的維護(hù)計(jì)劃?！?/p>

“我們并非為技術(shù)而技術(shù)，我們重視科技是因?yàn)樗梢詭韮r(jià)值。”Rod Ballinger強(qiáng)調(diào)，盡管我們無(wú)法精確預(yù)估礦業(yè)未來的走向，但可以確定，數(shù)字技術(shù)將讓未來充滿可能。

在國(guó)內(nèi)，隨著通信基礎(chǔ)設(shè)施的完善疊加大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、AI等新數(shù)字技術(shù)熱潮，政府陸續(xù)頒布鼓勵(lì)礦山無(wú)人化、智慧化建設(shè)的發(fā)展規(guī)劃。在資本、政策、技術(shù)的多重利好下，國(guó)內(nèi)各大工程機(jī)械制造商紛紛搶灘無(wú)人礦車領(lǐng)域，業(yè)內(nèi)稱2019年為中國(guó)無(wú)人礦車的商用元年。

2019年10月，徐工機(jī)械（000425．SZ）的露天礦山無(wú)人駕駛運(yùn)輸系統(tǒng)示范工程首批無(wú)人裝備在中國(guó)黃金集團(tuán)完成裝配。北方股份（600262．SH）于2019年初推出型號(hào)名為NTE120AT的無(wú)人駕駛電動(dòng)輪礦車，載重110噸，并完成試運(yùn)行。中國(guó)重汽和陜西同力重工等于2019年10月加入無(wú)人礦車業(yè)務(wù)布局。

但是，國(guó)內(nèi)尚無(wú)卡特彼勒和小松這樣能做到礦山機(jī)械品類全覆蓋的廠家，礦山往往采購(gòu)不同廠家的設(shè)備，各自標(biāo)準(zhǔn)的差別大、組網(wǎng)難，缺乏統(tǒng)一的集中管理平臺(tái)。

這一痛點(diǎn)讓很多科技創(chuàng)業(yè)公司嗅到商機(jī)，近年來相繼涌現(xiàn)出慧拓、踏歌智行、易控智駕、拓疆者等智慧礦山解決方案提供商，其中有的已完成測(cè)試，走入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。

目前創(chuàng)業(yè)玩家的商業(yè)模式主要有三種：一是做礦車前裝，為車企提供無(wú)人化的原始設(shè)備;二是與運(yùn)輸車隊(duì)合作，將已有的卡車進(jìn)行改造，即后裝;三是與礦山和設(shè)備商合作，在運(yùn)輸方面取得技術(shù)分成。

技術(shù)上，盡管礦山?jīng)]有建筑、植被、紅綠燈和人來車往，是實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛落地的理想場(chǎng)景，但礦山也有自己的困難，如環(huán)境感知困難、數(shù)據(jù)獲取難度大;無(wú)通用高清地圖、大型器械難以精準(zhǔn)控制等。

慧拓CEO陳龍向《財(cái)經(jīng)》記者介紹，為了克服上述困難，慧拓通過在礦車上加裝毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)，以適應(yīng)礦區(qū)高揚(yáng)塵環(huán)境;利用高精慣導(dǎo)與激光SLAM融合定位，結(jié)合視覺融合，獲取礦區(qū)負(fù)責(zé)路況環(huán)境和車輛精準(zhǔn)位置;通過在礦區(qū)搭建私有云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳，利用云端的AI技術(shù)指導(dǎo)復(fù)雜工況下的決策。

“無(wú)人礦車只是第一步，全局的無(wú)人化和智慧化才是最終的目標(biāo)?！标慅埥榻B。為此，慧拓研發(fā)了國(guó)內(nèi)首個(gè)智慧礦山無(wú)人化整體解決方案“愚公系統(tǒng)”，涵蓋云端智能調(diào)度與管理、礦車無(wú)人駕駛、挖機(jī)協(xié)同作業(yè)管理、無(wú)人運(yùn)輸仿真、遠(yuǎn)程駕駛和V2X車路協(xié)同感知六個(gè)子系統(tǒng)，于2019年在大唐國(guó)際寶利煤礦實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

陳龍認(rèn)為，目前僅國(guó)內(nèi)露天礦山的存量礦車改裝和運(yùn)營(yíng)，就可以帶來六七千億元的市場(chǎng)規(guī)模，如果再加上“一帶一路”、非洲、南美等地，放大效應(yīng)將更加可觀。

智慧礦山走向現(xiàn)實(shí)

中國(guó)是世界上探明礦產(chǎn)種類最多的國(guó)家之一，隨著供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的推進(jìn)，產(chǎn)業(yè)集聚帶來的規(guī)模效應(yīng)為技術(shù)升級(jí)提供了更便利的條件，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、AI等新數(shù)字技術(shù)讓智慧礦山的概念逐步從理想走向現(xiàn)實(shí)。

2016年，原國(guó)土資源部發(fā)布《全國(guó)礦產(chǎn)資源規(guī)劃（2016-2020）》，明確提出加快建設(shè)數(shù)字化、智能化、自動(dòng)化礦山，大力發(fā)展“互聯(lián)網(wǎng)+礦業(yè)”。2018年5月，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《智慧礦山信息系統(tǒng)通用技術(shù)規(guī)范》（GB/T34679-2017）頒布實(shí)施。2020年2月，國(guó)家發(fā)改委、能源局等八部委聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》，標(biāo)志著中國(guó)煤礦的智慧化建設(shè)全面落地。

“中國(guó)發(fā)展智慧礦山可以分成三個(gè)發(fā)展階段：數(shù)字礦山、感知礦山、智慧礦山，我們現(xiàn)在實(shí)際上已經(jīng)處在向第三個(gè)階段過渡的時(shí)期?！敝袊?guó)礦業(yè)大學(xué)管理學(xué)院教授譚章祿告訴《財(cái)經(jīng)》記者，礦山轉(zhuǎn)型就是為了實(shí)現(xiàn)工程數(shù)字化、綜合自動(dòng)化和管理信息化三者融合。

譚章祿介紹，中國(guó)早在十多年前就進(jìn)入數(shù)字礦山階段，將礦山的地質(zhì)資料、人員、設(shè)備、物料等紙上的信息錄入計(jì)算機(jī)，變成可以處理和保存的數(shù)字文件，但這些文件和工業(yè)軟件僅能單機(jī)運(yùn)行。

隨著傳感器、射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)的引入，礦山實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和實(shí)時(shí)更新，形成物資供應(yīng)管理、人力管理、財(cái)務(wù)管理、安全管理等一系列系統(tǒng)。“但由于搭建不同系統(tǒng)的供應(yīng)商不同，缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，沒有高度集成起來，大量的數(shù)據(jù)還要靠人工錄入，這是目前國(guó)內(nèi)礦山的普遍情況。”譚章祿表示。

與西澳大利亞、美國(guó)亞利桑那等適合大規(guī)模露天開采的大型、超大型礦床不同，中國(guó)的小礦、貧礦、深礦居多，資源稟賦對(duì)礦山無(wú)人化、智慧化的要求更加嚴(yán)苛。

因?yàn)閲?guó)內(nèi)的礦床埋藏普遍較深，如果采用分層遞階式的露天開采（即剝離完土后采礦，剝離開的一層礦采完后繼續(xù)剝離土層采下一層礦石），對(duì)礦山土方剝離提出很高的要求，大大增加各個(gè)礦山機(jī)械的協(xié)同難度。如果采用井下開采，由于通信信號(hào)微弱，又對(duì)地下環(huán)境感知、空間定位等提出挑戰(zhàn)。

對(duì)于煤礦而言，無(wú)人化和智慧化轉(zhuǎn)型的壓力尤為迫切。隨著淺表易采區(qū)煤層逐漸枯竭，礦企不得不向地下更深處或難采區(qū)尋找煤源。這些地方存在高應(yīng)力、高井溫、高井深以及巖性惡化問題，隨時(shí)誘發(fā)巖爆和冒頂，大幅提高通風(fēng)和排水的成本，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率和安全。

今年3月，國(guó)家提出加快煤礦智能化發(fā)展，將智能安監(jiān)和智能生產(chǎn)整合起來，構(gòu)建煤炭物聯(lián)網(wǎng)，計(jì)劃到2025年，大型煤礦和災(zāi)害嚴(yán)重煤礦要基本實(shí)現(xiàn)智能化。2019年初，國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局發(fā)布《煤礦機(jī)器人重點(diǎn)研發(fā)目錄》，大力推動(dòng)煤礦現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的少人化和無(wú)人化，到2020年，中國(guó)將建成100個(gè)初級(jí)智能化示范煤礦，2025年全部大型煤礦基本實(shí)現(xiàn)智能化。

目前，國(guó)內(nèi)各大礦區(qū)都在推進(jìn)智慧采煤工作面建設(shè)。2018年3月，世界首套8．8米超大采高智能工作面、國(guó)內(nèi)首個(gè)數(shù)字礦山示范礦井和世界首個(gè)智能煤礦地面區(qū)域控制指揮中心，在國(guó)家能源集團(tuán)神東煤炭集團(tuán)上灣煤礦建成投運(yùn)。

利用慣性導(dǎo)航、激光掃描、智能機(jī)器人等新技術(shù)，國(guó)家能源集團(tuán)在神東煤炭集團(tuán)榆家梁煤礦建成了一套薄煤層智能工作面，實(shí)現(xiàn)基于精確定位的三維數(shù)字模型自主割煤智能化采煤技術(shù)，解決了長(zhǎng)期困擾煤礦智能采煤中煤巖無(wú)法識(shí)別的難題。通過預(yù)知煤層變化趨勢(shì)，智能工作面實(shí)現(xiàn)“無(wú)人跟機(jī)、有人巡視，自主割煤”的智能采煤場(chǎng)景。

國(guó)家能源集團(tuán)煤炭與運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)管理部主任趙永峰告訴《財(cái)經(jīng)》記者，集團(tuán)所屬煤礦均已建成千兆光纖網(wǎng)絡(luò)，井下全部實(shí)現(xiàn)了3G通訊，部分已完成4G網(wǎng)絡(luò)改造，實(shí)現(xiàn)了煤礦生產(chǎn)數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)、生產(chǎn)環(huán)境等實(shí)時(shí)自動(dòng)收集傳輸分析功能。預(yù)計(jì)2020年底至2021年，5G通信也逐步在一些試點(diǎn)煤礦得到應(yīng)用。

趙永峰介紹，國(guó)家能源集團(tuán)已實(shí)施智能化采煤工作面11個(gè)，智能化選煤廠20個(gè)，已研發(fā)應(yīng)用井下巡檢、鉆錨、噴漿、掏槽、管路抓舉、鉆孔安裝、選矸等8種煤礦機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益約2億元/年以上。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)煤炭行業(yè)已經(jīng)建成了100多個(gè)智能化采煤工作面，實(shí)現(xiàn)了地面一鍵啟動(dòng)、井下有人巡視、無(wú)人值守。

“真正的智慧礦山是一套系統(tǒng)工程，物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和AI等新科技有望打通礦山各子系統(tǒng)彼此獨(dú)立的局面?！痹谧T章祿看來，智慧礦山不僅能實(shí)現(xiàn)礦山活動(dòng)和場(chǎng)景環(huán)境信息的透徹感知，也能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)與安全管理、供應(yīng)鏈管理、市場(chǎng)銷售各個(gè)環(huán)節(jié)深度互聯(lián)，更能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)資源配置的自我決策。

例如，在安排生產(chǎn)時(shí)，由于很多金融屬性很強(qiáng)的礦產(chǎn)品（如銅、銀）價(jià)格緊跟期貨波動(dòng)，智慧礦山系統(tǒng)可以對(duì)海量的市場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并通過AI做出最合理的決策并指揮生產(chǎn)。

近年來在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智能制造領(lǐng)域大熱的數(shù)字孿生（Digital Twin）技術(shù)，也在礦山場(chǎng)景中得到了充分實(shí)戰(zhàn)，成為未來智慧礦山一體化解決方案的一大思路。

數(shù)字孿生是指在信息空間構(gòu)建一個(gè)可以映射表征物理設(shè)備的虛擬系統(tǒng)，通俗說就是為真實(shí)的物理世界搭建一個(gè)虛擬的副本。實(shí)物和數(shù)字模型不是各自獨(dú)立的，而是在實(shí)物的整個(gè)生命周期中都聯(lián)系在一起，不僅實(shí)物參數(shù)變化可以動(dòng)態(tài)體現(xiàn)于數(shù)字模型，數(shù)字模型的各類仿真試驗(yàn)、數(shù)據(jù)挖掘，甚至人工智能的決策也可以用來指導(dǎo)物理世界。

“得益于云計(jì)算使算力極大提升，讓海量的模擬數(shù)據(jù)能夠轉(zhuǎn)起來。”王飛躍介紹，智慧礦山的復(fù)雜程度，一對(duì)一的映射已無(wú)法滿足需要。未來智慧礦山的實(shí)現(xiàn)，需要建立一個(gè)物理世界與三個(gè)虛擬模型的映射，一個(gè)做描述模型，一個(gè)做預(yù)測(cè)模型，一個(gè)做引導(dǎo)模型，“通過一實(shí)三虛的深度交互把智能涌現(xiàn)出來，小數(shù)據(jù)炒成大數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)樯疃戎悄堋薄?/p>

展望未來，在深度智能的演繹之下，不僅僅單個(gè)礦山實(shí)現(xiàn)智慧化，整片區(qū)域的各相關(guān)企業(yè)的所有場(chǎng)景數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、市場(chǎng)數(shù)據(jù)都能接入云端，增強(qiáng)全產(chǎn)業(yè)的聯(lián)動(dòng)效應(yīng)，改善國(guó)內(nèi)各自為戰(zhàn)的礦業(yè)企業(yè)格局。

作者為《財(cái)經(jīng)》記者，原載2020年6月22日《財(cái)經(jīng)》雜志

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