11种机器人已在煤矿井下应用，19种机器人已立项研发

人工智能煤矿探放水管理系统

以航天技术制造的高精度智能装备

在约5.2万平方米的展区里，手术机器人多臂操作精巧地“穿针引线”、仿生鸟在空中自由翱翔、物流机器人似精灵穿梭在人群之中……在2019世界机器人大会现场，未来生活图景正向我们招手。

以“智能新生态，开放新时代”为主题的世界机器人大会8月20日至25日在北京举办。世界机器人大会已成功举办四届，成为全球机器人产业发展的展示窗口及科普平台。

世界机器人大会论坛被誉为机器人界的“达沃斯”，论坛、展会、比赛是大会的主要内容。与往年不同，这一届的世界机器人大会迎来了一个新变化，有了煤矿机器人的专场论坛。

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煤矿机器人还处于简单感知的第二代机器人阶段，研究最广泛的领域主要集中在安全监控，以煤矿探测与救灾机器人、胶带运输机巡检机器人、综采工作面巡检机器人为代表的机器人在煤矿应用较多，掘进机器人、辅助运输智能化、危险区域打钻机器人、井下重载作业机器人等尚未研制成功，轻质防爆材料、能源动力、智能传感等关键技术尚不成熟。

未来煤矿机器人应向人机融合的混合增强智能方向发展，在高精度传感器、快速通信、控制系统软件等关键核心技术上取得新进展，加快构建煤矿机器人技术体系，争取在机器人系统、标准等方面取得突破。

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11种机器人在煤矿井下应用

在北京亦庄国际会展中心d馆，“煤矿大脑”正进行着一场表演。

监控器上显示，“煤矿大脑”通过对人不安全行为的抓取和分析，一些危险动作如人坐皮带上、携带违规物品、未戴安全帽等随即被解读，并将识别结果推送给管理人员，形成事件记录。

这个“煤矿大脑”由精英数智科技股份有限公司、华为技术有限公司和煤炭科学技术研究院于今年3月共同研发，基于“物联网+人工智能”技术，通过构建视觉、听觉、语音、OCR多维度作业场景分析模型，对煤矿生产过程中探放水作业、瓦斯抽采以及人的不安全行为、物的不安全状态进行实时监测预警。

“比如，很多煤矿存在‘打假杆’现象，我们对整个实施过程进行识别，能识别出打了多少根杆，自动计算出钻孔深度。通过对钻孔深度的检测，完成整个探放水作业质量的验收。”该展位的负责人告诉记者。

这个“煤矿大脑”只是智能技术在井下应用的一个范例。近年来，机器人技术的研发与应用如火如荼，正改变着井下的生产方式。

在山东能源新汶矿业集团，引进的高智能盾构机作业线——“新矿1号”盾构机，实现了全岩巷道高效掘进，月进尺可达500米至800米，整台设备运行只需一人操作。

在开滦集团林西矿业公司，他们与深圳一家公司共同研发的人工智能煤矸分选机器人可完全代替人工选矸，目前已应用于生产。

今年1月，国家煤矿安监局发布《煤矿机器人重点研发目录》，明确重点研发应用掘进、采煤、运输、安控和救援5类38种煤矿机器人，对每种机器人的功能提出具体要求。

此后，各界参与煤矿机器人研发应用的热情高涨。中国煤炭学会、中煤科工集团等27家单位成立了煤矿智能化技术创新联盟。中国矿业大学（北京）成立了智慧矿山与机器人研究院。兖矿集团成立了煤矿智能开采试验中心。淮北矿业集团与四川航天成立了智能化开采技术研发联合中心。

记者从国家煤矿安监局了解到，截至目前，全国有152处煤矿建成了183个智能化采煤工作面，有巡检、选矸等11种机器人已在煤矿井下应用，掘进、喷浆、搬运等19种机器人已立项研发，发展势头迅猛。

8月14日，在国家煤矿安监局与中国航天科技集团签订的战略合作协议签约仪式上，应急管理部副部长、国家煤矿安监局局长黄玉治强调，大力推进煤矿智能化开采和应用煤矿机器人，有利于防范化解安全风险，降低职工劳动强度，改善行业形象，是煤炭产业改造升级的重要技术支撑，是煤炭工业生产工艺的一次技术革命，更是实现行业高质量发展和煤矿安全生产形势根本好转的必由之路。

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技术跨界合作，已玩得很溜

实际上，在国家煤矿安监局与中国航天科技集团签约之前，中国航天科技集团与煤炭企业的跨界合作早已开始。

中国航天科技集团党组书记、董事长吴燕生介绍，该集团依托航天技术研发的智能化综合采煤控制系统，实现了可视化远程干预自动采煤，相关系统已在国内多家大型煤矿企业成功应用。此外，他们还依托航天惯性技术、信息技术等，研制开发了特种机器人、矿用救援车、虚拟培训演练系统、煤矿安全生产监管信息化平台等。

在煤矿机器人专场论坛上，四川航天电液控制有限公司总经理胥鹏在展位前向记者演示并介绍了他们做的“三机一架”定位控制系统。

“我们把航天技术应用到了煤炭产业的生产工艺上。比如，在电源换向阀组加上一个控制器，我们在航天火箭上就是这么做的。这相当于把军用产品通过技术转化，运用到民用产品上。”该系统在淮北、山西、重庆等地的煤矿得到应用，让煤矿一个月的采煤量“提高了30%至40%”，并且可实现薄煤层、极薄煤层、急倾斜大倾角的采煤。

除了单一的技术和装备，联想集团还准备为煤矿企业提供“联想智慧矿业解决方案”。他们与中国矿业大学、西安科技大学、陕煤集团、河南能源义马煤业集团等合作，提出“为煤企插上飞翔的翅膀”的目标。在8月2日举行的世界首台自主研发8.8米超大采高智能化采煤机发布会现场，联想集团基于5G技术的井下无线通信解决方案，为其提供了井下无线Mesh通信系统。

同为知名品牌的华为公司将“工业智能体”融入煤炭产业，利用语音识别、图像识别、OCR单据识别技术等，为企业提供服务。他们的“煤矿大脑”除了帮助识别人的不安全行为外，还让山西煤矿安监系统实现了应用统一管理。它利用AI分析算法从云端下发到矿点，集中监管分矿点IT基础设施，实现实时风险预警，使运维成本降低65%。此外，华为公司煤焦化质量预测、煤焦化配方计算技术，让焦煤质量预测精度达到95%以上。

中国铁建重工集团在建井装备、岩巷装备、煤巷装备、辅助装备等煤矿快速掘进智能装备上，也与煤矿企业实现了合作。在山东能源临矿集团上海庙煤矿，巷道围岩为软岩，大埋深高压富水，巷道底鼓，采用中国铁建重工集团订制的快速掘锚成套装备施工后，单班最高进尺达到19米，最高月进尺达到721米。

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需要“从0到1”的基础研究，也需要“从1到n”的应用开发

尽管煤矿机器人研发应用很“热”，但问题依然不少。

记者了解到，目前，煤矿机器人还处于简单感知的第二代机器人阶段，虽然采煤工作面已初步实现智能化，但截至目前，煤矿机器人研究最广泛的领域主要集中在安全监控，以煤矿探测与救灾机器人、胶带运输机巡检机器人、综采工作面巡检机器人为代表的机器人在煤矿应用较多，掘进机器人、辅助运输智能化、危险区域打钻机器人、井下重载作业机器人等尚未研制成功。

与航天、军工、钢铁、物流、电力等行业相比，煤矿智能化建设才刚刚起步。据介绍，已建成智能化采煤工作面的152处煤矿，仅占2823处正常生产煤矿的5.38%，比率极低。

此外，记者了解到，在煤矿机器人的研发应用中，还面临防爆材料、能源动力、无线通信、定位导航、智能传感等关键技术瓶颈。比如，煤矿井下爆炸性气体环境中轻量化新材料的使用受到严格限制，锂离子电池在井下的充电安全性还得不到有效保障，井下狭长巷道空间内无线通信的传输距离有限，在井下无GPS信号环境下机器人的导航定位精度不高等。

“井下作业流程、作业工艺复杂，比如掘进工作面需要掘进、运输，还需要完成临时支护等作业任务，如何解决作业复杂性与设备作业效率之间的矛盾？如何解决设备空间受限问题？隔爆设计会让机器人重量增加，重量增加会使能耗增大，能耗增大又会使续航能力下降。如何解决小型化、轻量化与防护要求高之间的矛盾？”国家重点研发计划智能机器人专项总体专家组专家、山东大学教授李贻斌说。

李贻斌表示，煤矿机器人作为煤矿井下新型装备，尚未有完整的标准体系和煤安认证体系；煤矿机器人所需的传感系统、控制系统、执行系统等都需要本安或防爆设计，产业配套能力有限，这无疑会加大开发难度和工作量。

相关专家表示，未来煤矿机器人应向人机融合的混合增强智能方向发展，在高精度传感器、快速通信、控制系统软件等关键核心技术上取得新进展，加快构建煤矿机器人技术体系，争取在机器人系统、标准等方面取得突破。

“这迫切需要我们不断汲取国内外先进技术，将智能云、5G、智能探测等新技术与矿业交叉融合，推进智能化技术和煤矿机器人的研发应用。”李贻斌说。

山东能源新汶矿业集团总经理辛恒奇表示，智能化开采涉及矿井设计、装备、劳动组织、工艺改革等方方面面，需要颠覆性技术改造和研发，进行系统、有机集成。

“设计布局是源头，装备升级是保障，工艺变革是关键，劳动组织是基础。”辛恒奇说，我国煤矿开采条件千差万别，开采工艺参差不齐，需要分阶段调整。他认为，先期，在机械化开采基础上通过遥控技术研究和设备改造，实现现场遥控、少人化操作；随着煤岩识别和高清自清洁视频系统等技术发展，再实现地面人员集中控制，井下无直接操控人员；最后，随着智能化机器人和配套系统研发与应用，真正实现井下无人开采。煤矿机器人研发与攻关，既包含“从0到1”的基础研究和原始创新，也包含“从1到n”的应用开发。

除了技术上的完善，中国煤炭工业协会党委书记、副会长兼秘书长梁嘉琨还指出，煤矿智能化专业软件缺乏，精通智能技术和煤炭业务的混合型人才严重匮乏。

更多高校正在努力。此前，西安科技大学传统的采矿工程专业主动适应煤炭行业关于煤矿智能开采的新要求，以传统采矿知识模块为基础，将“互联网+”、人工智能导论、大数据等新知识融入教学内容，形成了一套完善的智能开采人才培养体系。

煤矿企业也在创新人才培养方式。山东能源枣矿集团今年初出台了政策，在采煤、掘进、洗煤、化工、电力、橡胶等专业的13个智能化装备管理运行岗位选拔培养35名工程师和35名金牌操作师，以适应智能化装备规范性高、检修压力大的实际。

“机器人采煤所创造的价值是知识创造的价值。现阶段，我们实现了煤炭开采‘无人操作、少人巡视’的自动化生产作业模式，但在利用机器自主学习应对煤矿井下复杂多变的开采环境等方面，还有很多工作要做，离实现无人化开采的目标还有很长的路要走。”承担“千万吨级特厚煤层智能化综放开采关键技术研究及示范”项目研究的同煤集团塔山煤矿党委书记、董事长马占元说。

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聚焦人的本质安全，迎接机器人技术美好未来

“我们经常在想，什么时候才能消除煤矿灾害对矿工的威胁，什么时候才能改善煤矿工人的形象，真正让煤矿工人有一个安全的工作环境、体面的劳动方式和健康的生活？这是作为一个煤炭人长期以来的责任和使命感。”在论坛现场，梁嘉琨的一番发言，将机器人研发的初衷与目的，拉回到“人”身上。

“我们谈机器人技术，不仅仅是在谈技术途径，更重要的是坚持以矿工为中心的发展思想，采取最有效的办法，提升煤矿安全保障程度。”梁嘉琨说。

国家煤矿安监局相关负责人表示，要加强部际协调沟通，积极研究制定专题规划和指导意见，明确煤矿机器人研发应用的主要目标、总体任务和保障措施，将煤矿机器人研发列入煤炭工业发展“十四五”规划重点工程。

未来，国家煤矿安监局将加大政策扶持力度，明确将煤矿机器人研发应用纳入煤矿安全费用提取和使用范围；尽快完善相关法规，加快制定煤矿机器人检测检验规范标准；加快科技立项，鼓励高等院校、科研机构、煤矿企业、制造厂家等社会各方力量实现跨界合作；实施校企联合培养，落实定向委培、在职深造、学生就业等政策，保障煤矿智能化发展的人才需求。

国家煤矿安监局鼓励山东、河北、河南、黑龙江、贵州、安徽等省份先行先试，要求山西、内蒙古、陕西、宁夏等省（自治区）率先建成一批100人以下、50人以下无人（少人）智能化矿井。

科技部相关负责人也表示，下一步将联合应急管理部和国家煤矿安监局，围绕不同地质特征和矿井特点，选取典型省份，开展部省联动，采取省级科技主管部门定向推荐的方式，统筹考虑智能机器人重点专项2020年申报指南。

“在煤矿安全生产智能化装备研制过程中，必须深入煤矿一线应用现场，深刻把握行业技术需求，并对产品的环境适应性进行充分验证，尽可能模拟矿井环境试验条件，进行指标评审、性能测试、实景试用等。”中国航天科技集团党组书记、董事长吴燕生表示，以数据接口为例，目前各生产厂家在分系统接口、数据采集方面的标准尚待统一，标准化有利于提高各系统的协调性与适应性，从而提高整个系统运转效率与可靠性、稳定性、兼容性。

“研发的目的是应用。没有应用，一切无从谈起。目前，煤矿进入深部开采阶段，自然赋存条件非常复杂。经济运行、企业经营、历史情况、从业人员素质等，都应在研发时充分考虑。”梁嘉琨说，“相信煤炭人能把握好这次机遇，完成技术革命。”