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科技日報記者劉艷

在以5G為代表的信息技術的加持下，智慧礦山從理念走向落地，為我國礦山行業(yè)逐步實現(xiàn)少人無人化作業(yè)提供了有力支撐。

2022世界5G大會即將在哈爾濱召開，中國工程院院士、中國礦業(yè)大學（北京）校長葛世榮在同意科技日報采訪時表示，期待看到越來越多的科研院所、高科技公司、行業(yè)企業(yè)投身到智慧礦山5G生態(tài)圈的構建，從而進一步豐富5G在智慧礦山的應用。

科技日報：礦業(yè)的安全化、無人化作業(yè)被視為5G等新興技術最適合切入的環(huán)節(jié)，但目前礦業(yè)環(huán)境對設備及其操作的要求嚴苛，怎么借助5G以及其他ICT技術更好更快地解決這些咨詢題？

葛世榮：礦山無人化作業(yè)是一項系統(tǒng)工程，也是礦山智能化的進展目標。但是，礦山作業(yè)環(huán)境十分惡劣，對設備的要求也異常嚴苛，智能化開采還存在感知能力別夠強、裝備可靠性別夠高、終端計算速度別夠快、信息互通性別夠強、人機交互性別夠好等諸多咨詢題亟待解決。

礦山智能化應深度融合5G、工業(yè)互聯(lián)網、人工智能、大數據、數字孿生等新一代ICT技術。借助于5G和工業(yè)互聯(lián)網技術，更好地實現(xiàn)數據的泛在接入與高速傳輸以及裝備的實時操縱，解決設備之間的互聯(lián)度別夠高、信息互通性別夠強等咨詢題；借助于人工智能與大數據技術，實現(xiàn)圖像視頻的智能分析、傳感器數據的回歸預測、大型機電裝備故障診斷預警，有效增強系統(tǒng)的智能感知能力、災害預警能力以及提升裝備可靠性；借助于數字孿生技術，經過虛實交互反饋、數據融合分析、決策迭代優(yōu)化等手段，構建礦山產運銷儲用全流程透明化系統(tǒng)，實現(xiàn)礦山生產條件先知先覺、生產過程可視可控、生產安全可防可測、生產要素可調可配；借助于云計算技術，能夠將大量數據經過5G網絡上傳云端進行分析處理，有效解決終端設備計算能力別夠強等咨詢題。新一代ICT技術作為礦山智能化的核心支撐技術，須以科技創(chuàng)新為驅動，促進ICT技術與礦業(yè)的深度融合與產業(yè)落地，實現(xiàn)礦山的安全化、無人化作業(yè)，最終推進礦業(yè)高質量進展。

科技日報：您曾提到“煤礦智能化是在數字化的基礎上，利用物聯(lián)網技術和感控技術加強大數據服務，以提高生產過程可控性、減少采礦人工參與?！蹦壳爸袊容^知名的煤礦企業(yè)生產過程智能化程度大致處于什么水平？5G差不多或將在其中扮演什么角色？

葛世榮：截至2022年4月，我國有近400座煤礦開展了智能化建設，已建成煤礦智能化采掘工作面813個，其中采煤工作面477個，掘進工作面336個，智能化技術在煤礦減人增安提效方面做出了重要貢獻。國家能源集團已建成神東大柳塔、烏海黃白茨、新疆烏東等智能化示范煤礦16處，產能2.25億噸。以后，國家能源集團要實現(xiàn)智能采煤工作面、智能掘進工作面、智能選煤廠100%全覆蓋，固定崗位100%無人值守，煤礦智能化技術及建設覆蓋率100%。

中煤能源集團已建成智能化采煤工作面36個、智能化掘進工作面25個，將新建智能化采掘工作面140個以上，建成15處以上智能化煤礦，3處煤礦建成智能化煤礦行業(yè)標桿，建設1個面內無人常態(tài)化智能采煤工作面，推進1個年產500萬噸級單班下井50人以下、1個年產2000萬噸單班下井200人以下示范煤礦建設。目前的初級智能化采煤工作面基于5G通信和邊緣計算技術，實現(xiàn)了工作面全景高清視頻監(jiān)控、基于視頻AI分析的液壓支架狀態(tài)識不以及人員“三違”行為識不等智能化應用，已達到“一鍵啟停、無人操作、有人巡視、遠程干預”的智能化建設目標。

在露天礦無人駕駛方面，國家能源集團聯(lián)合中國礦業(yè)大學（北京）、航天重工、中科院自動化研究所等國內礦山無人駕駛領域要緊科研院所和企業(yè)，共同研發(fā)露天礦機器人化自主運輸裝卸系統(tǒng)，將在露天礦無人駕駛、裝卸協(xié)同、群體調度、安全保障技術等方面持續(xù)突破，推動無人駕駛技術在露天礦更深更廣的應用。

在這些煤礦智能化技術的研發(fā)和應用中，5G通信技術充分發(fā)揮了其大帶寬、低時延的特點，一方面為海量感知數據的高速接入提供了更加便捷的傳輸通道，有效提高了工作面及其他驚險作業(yè)區(qū)域的透明化程度；另一方面為裝備群的網絡化協(xié)同操縱提供了超低時延的交互路徑，有效解決了信息反饋別及時、執(zhí)行動作別到位等致命咨詢題，保證了操縱行為的快速性和準確性，提升了智能化作業(yè)系統(tǒng)的安全性。當前，煤礦行業(yè)正在廣泛開展“5G下礦井”工程應用，神東上灣煤礦、山西新元煤礦、陜煤小保當和曹家灘煤礦等數十個煤礦已領先建成基于5G的礦山挪移通信專網，國家能源集團、中煤集團等大型煤礦企業(yè)所屬的數十處礦山也正在開展5G網絡建設?；?G網絡構建的煤礦工業(yè)互聯(lián)網是煤礦智能化系統(tǒng)的神經網絡，將會使得數據接入更便捷、數據傳輸更高速、決策操縱更加及時可靠，有力促進煤礦智能化水平的整體提升。

科技日報：您曾提出“利用數字孿生搭建智能化新平臺”，模擬實際采煤。如此的平臺建設還有哪些障礙，在哪些環(huán)節(jié)會用到5G/6G技術？

葛世榮：數字孿生是近年來快速進展的工業(yè)數字化技術，2020年我們領先提出了煤礦數字孿生概念，系統(tǒng)闡述了數字孿生的內涵，提出了融合5G通信技術、物聯(lián)網技術和仿生智能技術的數字孿生智采工作面10項關鍵技術。

目前煤礦數字孿生系統(tǒng)還停留在頂層規(guī)劃和系統(tǒng)架構設計層面，還存在眾多理論和技術咨詢題需要突破。首先要解決煤礦地質精細化模型構建咨詢題，為數字孿生系統(tǒng)的虛實交互提供高度逼確實仿真環(huán)境；其次要研發(fā)礦山多物理場仿真引擎，為數字孿生體模型的精確構建和運行狀態(tài)的高精度仿真預測提供工具軟件及開辟環(huán)境；此外，還需要突破數字孿生建模、虛實交互、自主決策、智能操縱與三維可視化等技術。5G/6G技術也將會在煤礦數字孿生系統(tǒng)中發(fā)揮作用，例如在孿生體與實體系統(tǒng)的虛實交互方面，數字孿生系統(tǒng)會產生大量的雙向交互數據，對數據傳輸的帶寬和時延有很高的要求，這正是5G/6G通信技術的優(yōu)勢；非常是在礦用挪移裝備（例如露天礦作業(yè)車輛和井工礦無軌膠輪車等）的數據接入方面，5G/6G應該是首選的通信技術。

科技日報：2021年9月，國家能源集團與華為聯(lián)合發(fā)布了礦鴻操作系統(tǒng)，您如何看它的價值？目前我國煤礦行業(yè)還在使用哪些操作系統(tǒng)？

葛世榮：操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)最基本和最重要的基礎性系統(tǒng)軟件，自主可控的操作系統(tǒng)關于我國國家安全具有特別重要的意義。2021年9月，國家能源集團與華為公司聯(lián)合發(fā)布了礦鴻操作系統(tǒng)，其價值體現(xiàn)在：可使井下多種設備間的連接更緊密，設備的交互對話有了統(tǒng)一語言，為構建煤礦工業(yè)互聯(lián)網提供了重要技術支撐。目前，礦鴻操作系統(tǒng)的全礦適配應用正在烏蘭木倫煤礦緊鑼密鼓地進行，有18個廠家的33種500余臺套設備接入礦鴻操作系統(tǒng)，經過該系統(tǒng)獨特的“軟總線”和近場通信技術，以統(tǒng)一的接口和協(xié)議標準，解決了別同廠家設備協(xié)同與互通的咨詢題，實現(xiàn)設備“無屏變有屏、固定按鍵操作變手機挪移操作”、巡檢機器人和傳感器“近場無感式”快速數據采集等功能。

此外，礦鴻操作系統(tǒng)有助于解決我國煤礦行業(yè)長期存在的“七國八制、數據孤島”等咨詢題，關于推動煤礦工業(yè)互聯(lián)網的構建、提升煤礦生產系統(tǒng)的智能系統(tǒng)化水平具有重要意義。礦鴻操作系統(tǒng)是應用于煤礦終端設備的嵌入式操作系統(tǒng)，目前煤礦裝備使用的操作系統(tǒng)種類繁多，例如嵌入式Linux，uC/OS-Ⅱ，F(xiàn)reeRTOS，RT-Thread，VxWorks等，據統(tǒng)計，一臺采煤機上最多有20多種別同的操作系統(tǒng)，由別同的廠家開辟和維護，給數據的統(tǒng)一接入帶來了別便，現(xiàn)在基于礦鴻操作系統(tǒng)提供的統(tǒng)一接口和協(xié)議標準，能夠更加方便地實現(xiàn)多種設備的數據融合接入和智能決策操縱。

科技日報：我國煤炭綠色開采的最大難題是什么？機器人能在多大程度上發(fā)揮作用？

葛世榮：我國煤炭綠色開采的重要難題是怎么實現(xiàn)煤炭開采的低損化和低碳化。在低損化開采方面，要重點解決煤炭開辟帶來的地下水破壞和地表生態(tài)損傷等咨詢題，一方面要推廣應用低損化開采技術，例如膏體充填開采技術等，另一方面要加快礦區(qū)土地復墾與生態(tài)管理，例如利用微生物提升土壤肥力等；在低碳化開采方面，一方面要降低煤炭開辟過程的碳排放，開展礦區(qū)能耗及碳排放治理和優(yōu)化，加大高能耗生產環(huán)節(jié)和裝備的節(jié)能改造力度，鼓舞有條件的礦區(qū)加大新能源消納及綜合能源系統(tǒng)建設力度，降低礦區(qū)碳排放強度，推廣應用二氧化碳捕集與封存技術，建設零碳或負碳礦區(qū)，另一方面要嚴格操縱煤炭開采過程的甲烷排放量，大力推廣煤層氣抽采、低濃度瓦斯利用等技術。

煤礦機器人是實現(xiàn)煤礦智能化的要緊載體，要緊依然在智能化減人增安提效方面發(fā)揮作用。2019年，原國家煤礦安監(jiān)局發(fā)布了《煤礦機器人重點研發(fā)目錄》，近年來，煤礦機器人的研發(fā)和應用已取得了長足的進步，采煤、掘進機器人群已成為智能采煤工作面和智能掘進工作面的要緊裝備。巡檢、安控、運輸、輔助作業(yè)等煤礦機器人也得到了大量應用，例如國家能源集團已研發(fā)應用巡檢、噴漿、選矸等各類機器人200余臺（套），替代850余名操作工；中煤能源已有25處煤礦機器人應用項目，已應用的機器人種類包括運輸類、安控類、救援類等5大類共計56臺(套)。以后，將會有越來越多的驚險環(huán)境和繁重作業(yè)崗位被煤礦機器人所替代，這也是我們煤礦行業(yè)堅持人民至上、生命至上，實現(xiàn)廣大礦工更加安全、更加風光、更有尊嚴的勞動作業(yè)，別斷增強他們的獲得感、幸福感、安全感的要緊措施和途徑。

科技日報：作為本屆世界5G大會5G與智慧礦山論壇主席，您對那個論壇有什么期待？

葛世榮：首先，我期待5G在礦山行業(yè)得到更多的落地應用，更好地促進智慧礦山的建設與進展，發(fā)掘更多的5G應用場景，構建更加良好的5G生態(tài)圈。于是，我期待在本屆世界5G大會上可以看到越來越多的科研院所、高科技公司、行業(yè)企業(yè)可以投身到智慧礦山5G生態(tài)圈的構建中來，從而進一步豐富5G在智慧礦山的應用。

其次，世界5G大會匯聚了國內眾多的頂尖學者、行業(yè)專家和著名企業(yè)家，是一個思想和技術交互碰撞、激發(fā)創(chuàng)新靈感的大會，5G作為一項新技術，其本身也在別斷演進之中，我期待著參會各方可以帶來更多的新技術、新理念和新模式，并共同探討在礦山領域落地的可能性和實現(xiàn)途徑，促進5G與礦山的深度融合。

再次，世界5G大會作為一個交流合作平臺，為學術界和工業(yè)界、通信領域和礦山領域提供了很好的交流機會，能有效促進別同領域的跨界融合，期待本次論壇可以成為一個產、學、研、用各方進行有效交流的平臺，可以促進更多的合作，在互利互惠的并且，共同促進智慧礦山的進展。（圖片由采訪對象提供）

來源：中國科技網