數字化、自動化、信息化、智能化，這些概念究竟是什么關系？事實上，我國煤炭工業幾十年來有一條綜合機械化發展的主線。理解了這條主線，就會理解，數字化、自動化、信息化，是你中有我、我中有你的關系，是智能化發展的基礎，也是從不同視角對智能化的表征，彼此交融。

綜合機械化是智能化的基礎

我國煤礦綜合機械化發展，大概起步于上世紀70年代末80年代初；全面進入綜合機械化發展，是在上世紀80年代中期。那時，我剛剛研究生畢業，來到煤炭科學研究總院（以下簡稱煤科院）。國家支持煤炭部搞“百套引進”計劃，吸收消化國外先進裝備和技術，核心是提高煤炭生產力水平，支撐國家經濟和社會發展。

煤礦綜合機械化最早是比較簡單的。上世紀80年代中期，綜采和高檔普采兩種長壁開采方式同時發展。所謂高檔普采，就是工作面使用采煤機落煤、使用單體液壓體支護。所謂綜采，是實現工作面落煤、運煤、支護等全過程的機械化。

當年，在計劃經濟體制下，國家統一從國外引進了130多套綜采設備，分配給各礦務局，但很多煤礦分到設備后，卻不肯讓設備下井。對于煤礦來說，越簡單的生產方式越容易組織生產。而液壓支架和配套設備安裝工程量大，在井下設備壞了怎么辦，推不動怎么辦，沒有產量怎么辦？這些問題都是煤礦的顧慮。這就造成了早期對綜合機械化認識上的分歧，在推廣綜采時遇到了很多困難，而且引進的液壓支架，不是針對我國煤礦條件設計的，適應性也不好。一些煤礦在使用綜采設備過程中出現很多事故，比如支架平衡千斤頂被拉斷了、工作面片幫冒頂導致支架推不動，等等。

一直到上世紀90年代，業界對推行綜合機械化的分歧還是很大，特別是對綜采放頂煤開采的認識長期不能統一。支持者認為綜放是特厚煤層開采的最有效方法，反對者則抓住其安全和回采率等問題加以否定。

煤礦推行機械化開采的前提條件是支護。在綜合機械化發展過程中，先要解決支架適應性、可靠性問題，保障工作面支得住、走得動。當時，煤科院北京開采所是煤炭工業部液壓支架技術歸口研發單位。從“六五”到“十五”國家科技攻關計劃，液壓支架一直是科技攻關的重點，也同時帶動了工作面成套設備的配套研發。

1995年以后，雖然爭議依然存在，但全國大型煤礦基本接受了綜合機械化開采方式，逐漸認識到綜合機械化開采是安全高效開采的根本途徑。2000年以后，我們提出高效集約、建設安全高效礦井的概念和目標。

實際上，在綜合機械化發展過程中，已經應用了自動化技術，自動化是綜合機械化的組成部分。從1990年到1995年，我們已經有了電液控制系統的研發思路。1988年，我們去當時的神華集團推廣電液控制系統應用。當時，神東礦區建設借鑒美國煤礦高效集約化長壁開采模式和經驗，開始大規模引進電液控制液壓支架和世界先進裝備，實施裝備高端化，開采集約化。

1995年，我寫了第一篇關于電液控制系統國產化可行性研究報告，建議研發國產化電液控制系統，推動北京開采所聯合德國Maco公司，建立天瑪電液控制系統合資公司，研發和推廣液壓支架電液控制系統。

2003年，兗礦集團首次在半個工作面成功應用了天瑪電液控制系統。自此，電液控制系統國產化逐漸開始有了起色。同年，我們在當時的晉城煤業集團寺河礦研發了5.5米電液控制大采高液壓支架，這是高端綜采裝備國產化的真正開始。隨后，煤炭行業“黃金十年”來臨，高端電液控制液壓支架從6米、7米、8米到10米，快速發展和大規模應用起來。

在不同的發展階段，煤炭工業的發展主題不同。2000年以后，煤炭工業發展主題是建設高產高效礦井。煤礦開采以高效為目標，煤礦感受到高端裝備帶來的安全和經濟效益。2005年至2009年，中國煤炭科工集團、神華集團、中煤能源集團合作完成重大裝備國產化項目——年產600萬噸大采高綜采成套技術與裝備，全面推進了綜采高端裝備國產化，該項目獲得國家科技進步獎二等獎。

煤礦智能化發展尚處于初級階段

在煤礦綜合機械化不斷升級發展的基礎上，我們提出了煤礦智能化概念。2010年，國家發改委和工信部組織開展智能制造專項研究，我們申報了煤礦綜采智能化系統項目，被列入國家智能制造專項。

煤礦智能化先從工作面開始，首個項目在陜煤集團紅柳林礦業公司7米大采高工作面展開。同時該集團黃陵礦業公司也找到了我們。

紅柳林礦以厚煤層為主，開采條件好，適合超大采高智能化綜采，也是國內外第一個成功實現7米超大采高智能化綜采的煤礦。

黃陵礦區煤層有薄煤層、中厚煤層和厚煤層。2011年，我們在黃陵一礦開始設計首個1.1米至2.2米薄煤層和中厚較薄煤層智能化工作面，解決了無人化作業等一系列難題，比如工作面三角煤的自動截割等。2014年，該智能化開采工作面建成并通過鑒定，成為全國第一個智能化示范工作面，開創了“工作面一人巡視，無人操作”常態化遠程控制采煤“黃陵智能化開采模式”。

智能開采成為煤炭行業發展的新主題。最初的“自動化”以實現液壓支架電液控制為支撐和標志；現在的“智能化”，要實現基于工作面全時空信息感知、智能決策、全自動化運行，工作面內不需要人工操作。

對煤礦智能化概念的糾纏并無太大意義，那如何界定智能化？智能化至少要具備三個基本要素——裝備的自感知、自決策、自執行。當然，設備不可能一開始就達到理想的智能化程度，但我們在判斷時，要看是否具備智能化的基本要素。煤礦智能化是一個不斷發展的過程，智能化系統和裝備需要不斷迭代升級。

黨的十九屆四中全會以后，人工智能、5G、大數據、區塊鏈等新技術得到重視，各行各業開始推廣智能化。從煤炭工業發展角度看，實現高質量發展需要以科技創新作為核心驅動力，而支撐煤炭行業高質量發展的核心，在于全面推進煤礦智能化建設。

2019年，我和中國工程院10位院士一起，向中辦和國辦提交了一份“關于加快煤礦智能化發展的建議”的院士建議。此份建議是八部委發布《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》的重要基礎，涵蓋了發展原則、分階段目標、主要任務以及保障措施等?！蛾P于加快煤礦智能化發展的指導意見》的出臺，使煤礦智能化建設真正上升到國家層面。

從智能化開采到全礦井智能化，涉及層面很多。對于井工煤礦來說，智能化系統更復雜。在頂層設計里，我們梳理出至少上百個子系統，再把系統歸納為十大應用系統。我們團隊這幾年的研究成果，就是把煤礦智能化建設架構全部清晰化、細節化，研發出十大應用系統關鍵技術，并找到不同類型煤礦智能化建設的有效路徑和落地實施方案，研究建立煤礦智能化的基礎理論和技術標準體系。

2019年至今，我們開展了一系列典型智能化煤礦系統頂層設計和所需裝備研發，針對不同類型礦井條件，探索不同建設路徑。比如，在張家峁煤礦全面智能化改造中，提出煤礦智能化系統與關鍵裝備的研發，取得十大創新成果，為已生產煤礦智能化升級提供了樣板；在巴拉素煤礦和可可蓋煤礦，我們從設計規劃開始，全面植入智能化基因，全系統、全環節統一進行智能化設計和礦井建設施工。

目前，煤礦智能化尚處于初級階段或培育示范階段，一些關鍵技術還存在瓶頸。我們應力爭突破瓶頸，形成全面的智能化技術支撐。

按照當前速度，用不了很長時間，煤礦智能化就會像綜合機械化一樣，逐漸完善并走向成熟。在綜合機械化發展早期，很多采煤隊不愿用綜采設備，覺得單體支柱搬起來就能走，液壓支架又大又重，安裝搬家耗時耗力。但到了后來，沒人愿意搬單體支柱了。智能化也一樣。發展到成熟階段，不搞智能化就沒人愿意干了。

我們提出的煤礦智能化愿景，就是實現煤礦全時空信息實時感知、安全風險雙重預防閉環管控，生產過程全部自動化作業，讓職工更幸福、企業更高質量地發展。這是符合科學規律的，是一定能夠實現的。

新形勢下的煤礦智能化發展方向

當前，煤炭行業雖面臨政策、環境等壓力，但能源保供基本面依然決定煤炭行業有很好的發展機遇。落后產能逐漸淘汰，產業集中度進一步提高，有助于發揮智能化集約化礦井的產能優勢。毫無疑問，今后煤礦要發展智能化。“雙碳”目標對于優勢煤炭企業來說，其實更多是利好。

今后一個時期，我國能源需求仍將保持增長，但不確定性因素增加，這就需要應對煤炭需求的彈性要求。有人提出要搞煤炭戰略儲備，建應急煤礦。我認為煤炭與油氣不同，存放久了會自燃，不應與油氣、糧食等一樣進行產品戰略儲備，而應科學布局產能儲備。

在此背景下，我提出建設以煤礦智能化為支撐的煤炭柔性生產供給體系，該體系只有借助智能化技術才能實現。

柔性生產供給體系實際上是從智能制造領域引伸來的概念。智能制造柔性生產線可滿足個性化產品需求，提供訂單式生產選擇。煤炭生產要滿足彈性需求，柔性生產供給體系是一個必然方向。因此，我們提出了建立智能柔性煤炭生產供給體系的科學構想，提出了柔性生產供給體系模型和技術架構，界定了相關概念，比如什么是柔性生產供給體系、什么是柔性度系數。

從國家能源發展和能源安全戰略出發，我認為建設智能柔性煤炭生產供給體系是保障國家能源安全、建設現代能源體系中最貼近實際的一條路徑。建設柔性生產供給體系，需要煤礦智能化技術的支撐，即在需求旺盛的時候，柔性生產供給體系能在保證安全生產的情況下，快速增加產量；在市場低迷的時候，也可以快速減少產量，不會對礦山造成較大的系統和人員成本等損失。

此外，我還提出了建設5G+ABCD智能化支撐技術體系，構建現代能源與礦業治理體系。應用5G通信技術與人工智能、區塊鏈、云計算、大數據等技術相結合，建設“煤智云”煤炭行業智能化大數據中心，建立一個從礦井、集團、省級到國家層面的四級全國煤炭和能源智能管理和交易平臺。

要滿足柔性生產供給，必須使信息能在全國范圍共享。我們對柔性生產供給系統運行模式提出了設想，要有全國智能系統平臺、中間服務機構等，及時把需求端、生產端的信息連接起來，便于提前預測煤炭的消費需求變化，及時調整煤礦生產計劃。

我最新提出的6S智能化煤礦概念，也是我們對煤礦智能化本質的思考。智能化煤礦的基本要求是什么？6S（Safety、Security、Sustainability、Sensitivity、Service、Smartness）最符合煤礦智能化的特征和要求。具體而言，第一是安全，煤礦要保證系統、設備、信息、功能等各方面的安全。第二是可靠，運行系統、設備要可靠。第三是可持續，資源可持續、生態可持續、發展可持續，保證運行質量和效率。第四是系統敏感性或系統柔性，系統的柔性主要體現在技術核心要素、技術架構上，這需要對供需鏈條上的信息敏感、對響應敏感等。第五是系統的全面服務，建立新型的服務體系，從提供設備向提供全生命周期增值服務轉變。第六是智慧，系統智能與人文智慧高度融合，形成煤礦綜合智慧生態。

社會科技發展進入智能化時代。新一代信息技術與傳統產業融合發展，是社會基本發展規律。我們科研人員需要做的，是適應規律，要在社會科技變革、工業革命的過程中不掉隊，使煤炭行業實現健康、高質量發展。

（作者系中國工程院院士、中國煤炭科工集團首席科學家，本文由王國法口述、本報記者王世雅整理）

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