我国煤矿智能化发展及技术创新

一、引言

煤炭作为我国主体能源，在能源安全中发挥“压舱石”作用。传统煤矿开采面临安全风险高、劳动强度大、效率低下等问题，智能化成为行业转型升级的必然选择。近年来，国家相继出台《关于加快推进煤矿智能化发展的指导意见》等政策，明确煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的核心路径。截至2024 年4 月，全国累计建成1922 个智能化采煤工作面、2154 个智能化掘进工作面，智能化产能占比显著提升。本文结合最新政策与实践案例，深入探讨我国煤矿智能化发展现状、技术创新及未来路径。

二、我国煤矿智能化发展现状

2.1 政策驱动与顶层设计

国家层面构建了“中央- 地方- 企业”三级政策体系。2020 年八部委联合发布《指导意见》，提出 2035 年煤矿全面智能化目标；2023 年《关于加快推进能源数字化智能化发展的若干意见》要求采煤工作面实现智能协同运行。地方政府如山西、陕西等出台《煤矿智能化建设指南》，因地制宜推进示范工程。企业层面，国家能源集团、陕煤集团等建成7 家智能化产能超13 亿吨/ 年的大型企业，形成“智能矿井、智慧矿区”模式。

2.2 技术应用与成效

智能化技术在煤矿全流程渗透 : 开采环节：榆家梁煤矿建成“0+2+2”无人化采煤工作面，圆班生产效率提升 16.7%，吨煤工效提高 60%；陕煤曹家滩煤矿应用快掘 6.0 设备，掘进效率提升 75%_o 。安全监测：黄陵矿业二号煤矿部署 AI 智能安全风险管控系统，结合 AR 眼镜实现井下操作全流程监控，故障处置效率提升 1 倍。辅助系统：韩城煤机公司研发龙门式钻锚机器人，入选工信部典型应用场景；陕煤榆北建成全国首个煤矿智能化运维中心系统，故障响应时间缩短 30‰ 露天煤矿：内蒙古智能化煤矿产能达10.82 亿吨，占全国88%，无人矿卡、智能调度系统广泛应用。

2.3 国际对比与差距

发达国家如澳大利亚、美国在自动化开采、高精度导航等领域领先。例如，加拿大国际公司规划 2050 年实现矿山无人化，澳大利亚 Anglo 矿业通过远程监控网络提升产能15%。我国在复杂地质条件下的智能化技术突破显著，但核心传感器、高端装备仍依赖进口，系统可靠性待提升。

三、关键技术创新与突破

3.1 智能化感知与通信技术 5G+ 工业互联网

陕西建成“5G+ 智能采掘”“ 5G+ 无人驾驶”等典型场景，井下通信时延降至10ms 以内，支撑远程操控与实时数据回传。多模态融合感知：黄陵矿业应用透明地质系统，集成智能传感器与三维建模技术，实现工作面地质信息全息可视。矿用机器人：掘进机器人通过惯性导航 + 机器视觉实现精准截割，巡检机器人替代人工完成变电所、水泵房等固定场所巡查。

煤矿“5G+ 工业互联网”体系采用“云 - 边 - 端”三级架构：终端层：部署本安型5G 模组（如华为 MH5000）的传感器、巡检机器人等设备，实现人员定位、设备状态、环境参数等数据采集；网络层：构建井下防爆 5G 专网（700MHz+2.6GHz 混合组网），通过SPN 切片技术划分安全监控、设备控制等虚拟通道；平台层：基于工业互联网平台（如中国移动OnePower）实现数据融合分析，时延控制在20ms 以内。

智能综采面通信：国家能源集团神东煤炭应用 5G+ 煤机远程控制系统，实现：采煤机双向视频传输（1080P@30fps）液压支架群控指令下发（时延 <50ms）设备健康状态实时回传（数据包大小 2-5MB/s) 。无人化运输系统：山西焦煤集团马兰矿建成 5G+ 无人驾驶胶轮车系统：通过 MEC 边缘计算实现车辆动态路径规划采用 UWB+5G 融合定位（精度±10cm) ）障碍物识别响应时间缩短至 100ms。全息安全监测：山东能源兖矿集团搭建 5G+ 多参数灾害预警平台：部署256 个本安型传感器（瓦斯/ 水压/ 应力）基于时间序列预测模型实现突水前兆识别。

技术优势分析：带宽提升：单基站下行速率达1Gbps，支持200 路4K 视频并发传输,可靠性增强：采用URLLC 超可靠低时延通信（丢包率 。

3.2 智能决策与控制系统

AI 算法应用：中国中煤开发放顶煤工艺参数优化模型，顶煤放出率从 71.48% 提升至86.56%；智能视频监控系统识别带式输送机异常状态，准确率超 98% 。数字孪生技术：黄陵矿业二号煤矿搭建智能云管控平台，实现设备运行状态实时映射与故障预警，全矿井数据融合分析支撑科学决策。

3.3 装备国产化与创新

核心装备突破：国产液压支架控制系统、智能供液系统打破国外垄断，应用于多个智能化工作面；韩城煤机公司研发高效宽域低噪声通风机，能耗降低20%。绿色技术融合：西湾露天煤矿“5G+ 无人驾驶”系统减少碳排放 12%，同时实现矿区生态环境智能监测与修复。国产大功率采煤机（如天地科技 MG1100）已实现电控系统 100% 国产化，但部分高精度传感器仍依赖进口。智能控制系统：华为、中兴等企业开发的矿用 5G 通信模组实现自主可控，但部分PLC（可编程逻辑控制器）仍采用西门子、ABB 等国外品牌。

四、挑战与对策

4.1 核心挑战

技术瓶颈：煤岩识别、复杂地质条件下的自适应控制等技术尚未完全突破；设备可靠性不足，井下 5G 基站、终端设备适配性差。数据壁垒：“信息孤岛”现象普遍，多源数据融合与标准化接口缺失，制约系统协同。人才短缺：复合型技术人才匮乏，智能化运维团队专业能力不足，高校培养体系滞后于产业需求。成本与商业模式：智能化改造成本高，中小煤矿投资意愿低。

4.2 对策建议

强化技术攻关：设立国家专项，聚焦煤岩识别、高精度导航等“卡脖子”技术；推广“揭榜挂帅”机制，鼓励产学研用联合创新。完善标准体系：加快制定智能化设计、数据接口等国家标准，推动设备互联互通；建立智能化煤矿分级分类评价体系，引导差异化发展。优化政策支持：将智能化投入纳入安全费用提取范围，给予税收优惠；探索融资租赁、产能储备等市场化融资模式，降低企业成本。培育人才生态：支持高校开设智能化相关专业，建立校企联合实训基地；完善薪酬激励机制，吸引高端人才流入。

结论

我国煤矿智能化在政策驱动下已取得阶段性成果，技术创新与应用实践深度融合，安全、效率显著提升。未来需重点突破核心技术瓶颈，完善标准与人才体系，推动智能化向“自主决策、少人无人”阶段升级。随着 5G、人工智能等技术迭代，煤矿智能化将进一步与绿色开采、循环经济结合，助力“双碳”目标实现，引领全球煤炭行业高质量发展。

参考文献

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