英皇宫殿手術機器人多臂操作精巧地“穿針引線”、仿生鳥在空中自由翺翔、物流機器人似精靈穿梭在人群之中……在2019世界機器人大會現場,未來生活圖景正向我們招手。" />

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                  中華人民共和國應急管理部主管 國家煤礦安全監察局主管 中國煤炭報社主辦 中央新聞網站
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                  以機器人技術重塑煤炭業態

                  中國煤炭報 作者:王世雅 2019-08-26 17:02:23

                  11種機器人已在煤礦井下應用,19種機器人已立項研發

                  人工智能煤礦探放水管理系統

                  以航天技術制造的高精度智能裝備

                  在約5.2萬平方米的展區裏,英皇宫殿手術機器人多臂操作精巧地“穿針引線”、仿生鳥在空中自由翺翔、物流機器人似精靈穿梭在人群之中……在2019世界機器人大會現場,未來生活圖景正向我們招手。

                  以“智能新生態,開放新時代”爲主題的世界機器人大會8月20日至25日在北京舉辦。世界機器人大會已成功舉辦四屆,成爲全球機器人産業發展的展示窗口及科普平台。

                  世界機器人大會論壇被譽爲機器人界的“達沃斯”,論壇、展會、比賽是大會的主要內容。與往年不同,這一屆的世界機器人大會迎來了一個新變化,有了煤礦機器人的專場論壇。

                  核心閱讀

                  煤礦機器人還處于簡單感知的第二代機器人階段,研究最廣泛的領域主要集中在安全監控,以煤礦探測與救災機器人、膠帶運輸機巡檢機器人、綜采工作面巡檢機器人爲代表的機器人在煤礦應用較多,掘進機器人、輔助運輸智能化、危險區域打鑽機器人、井下重載作業機器人等尚未研制成功,輕質防爆材料、能源動力、智能傳感等關鍵技術尚不成熟。

                  未來煤礦機器人應向人機融合的混合增強智能方向發展,在高精度傳感器、快速通信、控制系統軟件等關鍵核心技術上取得新進展,加快構建煤礦機器人技術體系,爭取在機器人系統、標准等方面取得突破。

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                  11種機器人在煤礦井下應用

                  在北京亦莊國際會展中心d館,“煤礦大腦”正進行著一場表演。

                  監控器上顯示,“煤礦大腦”通過對人不安全行爲的抓取和分析,一些危險動作如人坐皮帶上、攜帶違規物品、未戴安全帽等隨即被解讀,並將識別結果推送給管理人員,形成事件記錄。

                  這個“煤礦大腦”由精英數智科技股份有限公司、華爲技術有限公司和煤炭科學技術研究院于今年3月共同研發,基于“物聯網+人工智能”技術,通過構建視覺、聽覺、語音、OCR多維度作業場景分析模型,對煤礦生産過程中探放水作業、瓦斯抽采以及人的不安全行爲、物的不安全狀態進行實時監測預警。

                  “比如,很多煤礦存在‘打假杆’現象,我們對整個實施過程進行識別,能識別出打了多少根杆,自動計算出鑽孔深度。通過對鑽孔深度的檢測,完成整個探放水作業質量的驗收。”該展位的負責人告訴記者。

                  這個“煤礦大腦”只是智能技術在井下應用的一個範例。近年來,機器人技術的研發與應用如火如荼,正改變著井下的生産方式。

                  在山東能源新汶礦業集團,引進的高智能盾構機作業線——“新礦1號”盾構機,實現了全岩巷道高效掘進,月進尺可達500米至800米,整台設備運行只需一人操作。

                  在開灤集團林西礦業公司,他們與深圳一家公司共同研發的人工智能煤矸分選機器人可完全代替人工選矸,目前已應用于生産。

                  今年1月,國家煤礦安監局發布《煤礦機器人重點研發目錄》,明確重點研發應用掘進、采煤、運輸、安控和救援5類38種煤礦機器人,對每種機器人的功能提出具體要求。

                  此後,各界參與煤礦機器人研發應用的熱情高漲。中國煤炭學會、中煤科工集團等27家單位成立了煤礦智能化技術創新聯盟。中國礦業大學(北京)成立了智慧礦山與機器人研究院。兖礦集團成立了煤礦智能開采試驗中心。淮北礦業集團與四川航天成立了智能化開采技術研發聯合中心。

                  記者從國家煤礦安監局了解到,截至目前,全國有152處煤礦建成了183個智能化采煤工作面,有巡檢、選矸等11種機器人已在煤礦井下應用,掘進、噴漿、搬運等19種機器人已立項研發,發展勢頭迅猛。

                  8月14日,在國家煤礦安監局與中國航天科技集團簽訂的戰略合作協議簽約儀式上,應急管理部副部長、國家煤礦安監局局長黃玉治強調,大力推進煤礦智能化開采和應用煤礦機器人,有利于防範化解安全風險,降低職工勞動強度,改善行業形象,是煤炭産業改造升級的重要技術支撐,是煤炭工業生産工藝的一次技術革命,更是實現行業高質量發展和煤礦安全生産形勢根本好轉的必由之路。

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                  技術跨界合作,已玩得很溜

                  實際上,在國家煤礦安監局與中國航天科技集團簽約之前,中國航天科技集團與煤炭企業的跨界合作早已開始。

                  中國航天科技集團黨組書記、董事長吳燕生介紹,該集團依托航天技術研發的智能化綜合采煤控制系統,實現了可視化遠程幹預自動采煤,相關系統已在國內多家大型煤礦企業成功應用。此外,他們還依托航天慣性技術、信息技術等,研制開發了特種機器人、礦用救援車、虛擬培訓演練系統、煤礦安全生産監管信息化平台等。

                  在煤礦機器人專場論壇上,四川航天電液控制有限公司總經理胥鵬在展位前向記者演示並介紹了他們做的“三機一架”定位控制系統。

                  “我們把航天技術應用到了煤炭産業的生産工藝上。比如,在電源換向閥組加上一個控制器,我們在航天火箭上就是這麽做的。這相當于把軍用産品通過技術轉化,運用到民用産品上。”該系統在淮北、山西、重慶等地的煤礦得到應用,讓煤礦一個月的采煤量“提高了30%至40%”,並且可實現薄煤層、極薄煤層、急傾斜大傾角的采煤。

                  除了單一的技術和裝備,聯想集團還准備爲煤礦企業提供“聯想智慧礦業解決方案”。他們與中國礦業大學、西安科技大學、陝煤集團、河南能源義馬煤業集團等合作,提出“爲煤企插上飛翔的翅膀”的目標。在8月2日舉行的世界首台自主研發8.8米超大采高智能化采煤機發布會現場,聯想集團基于5G技術的井下無線通信解決方案,爲其提供了井下無線Mesh通信系統。

                  同爲知名品牌的華爲公司將“工業智能體”融入煤炭産業,利用語音識別、圖像識別、OCR單據識別技術等,爲企業提供服務。他們的“煤礦大腦”除了幫助識別人的不安全行爲外,還讓山西煤礦安監系統實現了應用統一管理。它利用AI分析算法從雲端下發到礦點,集中監管分礦點IT基礎設施,實現實時風險預警,使運維成本降低65%。此外,華爲公司煤焦化質量預測、煤焦化配方計算技術,讓焦煤質量預測精度達到95%以上。

                  中國鐵建重工集團在建井裝備、岩巷裝備、煤巷裝備、輔助裝備等煤礦快速掘進智能裝備上,也與煤礦企業實現了合作。在山東能源臨礦集團上海廟煤礦,巷道圍岩爲軟岩,大埋深高壓富水,巷道底鼓,采用中國鐵建重工集團訂制的快速掘錨成套裝備施工後,單班最高進尺達到19米,最高月進尺達到721米。

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                  需要“從0到1”的基礎研究,也需要“從1到n”的應用開發

                  盡管煤礦機器人研發應用很“熱”,但問題依然不少。

                  記者了解到,目前,煤礦機器人還處于簡單感知的第二代機器人階段,雖然采煤工作面已初步實現智能化,但截至目前,煤礦機器人研究最廣泛的領域主要集中在安全監控,以煤礦探測與救災機器人、膠帶運輸機巡檢機器人、綜采工作面巡檢機器人爲代表的機器人在煤礦應用較多,掘進機器人、輔助運輸智能化、危險區域打鑽機器人、井下重載作業機器人等尚未研制成功。

                  與航天、軍工、鋼鐵、物流、電力等行業相比,煤礦智能化建設才剛剛起步。據介紹,已建成智能化采煤工作面的152處煤礦,僅占2823處正常生産煤礦的5.38%,比率極低。

                  此外,記者了解到,在煤礦機器人的研發應用中,還面臨防爆材料、能源動力、無線通信、定位導航、智能傳感等關鍵技術瓶頸。比如,煤礦井下爆炸性氣體環境中輕量化新材料的使用受到嚴格限制,锂離子電池在井下的充電安全性還得不到有效保障,井下狹長巷道空間內無線通信的傳輸距離有限,在井下無GPS信號環境下機器人的導航定位精度不高等。

                  “井下作業流程、作業工藝複雜,比如掘進工作面需要掘進、運輸,還需要完成臨時支護等作業任務,如何解決作業複雜性與設備作業效率之間的矛盾?如何解決設備空間受限問題?隔爆設計會讓機器人重量增加,重量增加會使能耗增大,能耗增大又會使續航能力下降。如何解決小型化、輕量化與防護要求高之間的矛盾?”國家重點研發計劃智能機器人專項總體專家組專家、山東大學教授李贻斌說。

                  李贻斌表示,煤礦機器人作爲煤礦井下新型裝備,尚未有完整的標准體系和煤安認證體系;煤礦機器人所需的傳感系統、控制系統、執行系統等都需要本安或防爆設計,産業配套能力有限,這無疑會加大開發難度和工作量。

                  相关专家表示,未來煤礦機器人應向人機融合的混合增強智能方向發展,在高精度傳感器、快速通信、控制系統軟件等關鍵核心技術上取得新進展,加快構建煤礦機器人技術體系,爭取在機器人系統、標准等方面取得突破。

                  “這迫切需要我們不斷汲取國內外先進技術,將智能雲、5G、智能探測等新技術與礦業交叉融合,推進智能化技術和煤礦機器人的研發應用。”李贻斌說。

                  山東能源新汶礦業集團總經理辛恒奇表示,智能化開采涉及礦井設計、裝備、勞動組織、工藝改革等方方面面,需要顛覆性技術改造和研發,進行系統、有機集成。

                  “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視頻系统等技术发展,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。

                  除了技術上的完善,中國煤炭工業協會黨委書記、副會長兼秘書長梁嘉琨還指出,煤礦智能化專業軟件缺乏,精通智能技術和煤炭業務的混合型人才嚴重匮乏。

                  更多高校正在努力。此前,西安科技大學傳統的采礦工程專業主動適應煤炭行業關于煤礦智能開采的新要求,以傳統采礦知識模塊爲基礎,將“互聯網+”、人工智能導論、大數據等新知識融入教學內容,形成了一套完善的智能開采人才培養體系。

                  煤礦企業也在創新人才培養方式。山東能源棗礦集團今年初出台了政策,在采煤、掘進、洗煤、化工、電力、橡膠等專業的13個智能化裝備管理運行崗位選拔培養35名工程師和35名金牌操作師,以適應智能化裝備規範性高、檢修壓力大的實際。

                  “機器人采煤所創造的價值是知識創造的價值。現階段,我們實現了煤炭開采‘無人操作、少人巡視’的自動化生産作業模式,但在利用機器自主學習應對煤礦井下複雜多變的開采環境等方面,還有很多工作要做,離實現無人化開采的目標還有很長的路要走。”承擔“千萬噸級特厚煤層智能化綜放開采關鍵技術研究及示範”項目研究的同煤集團塔山煤礦黨委書記、董事長馬占元說。

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                  聚焦人的本質安全,迎接機器人技術美好未來

                  “我們經常在想,什麽時候才能消除煤礦災害對礦工的威脅,什麽時候才能改善煤礦工人的形象,真正讓煤礦工人有一個安全的工作環境、體面的勞動方式和健康的生活?這是作爲一個煤炭人長期以來的責任和使命感。”在論壇現場,梁嘉琨的一番發言,將機器人研發的初衷與目的,拉回到“人”身上。

                  “我們談機器人技術,不僅僅是在談技術途徑,更重要的是堅持以礦工爲中心的發展思想,采取最有效的辦法,提升煤礦安全保障程度。”梁嘉琨說。

                  國家煤礦安監局相關負責人表示,要加強部際協調溝通,積極研究制定專題規劃和指導意見,明確煤礦機器人研發應用的主要目標、總體任務和保障措施,將煤礦機器人研發列入煤炭工業發展“十四五”規劃重點工程。

                  未來,國家煤礦安監局將加大政策扶持力度,明確將煤礦機器人研發應用納入煤礦安全費用提取和使用範圍;盡快完善相關法規,加快制定煤礦機器人檢測檢驗規範標准;加快科技立項,鼓勵高等院校、科研機構、煤礦企業、制造廠家等社會各方力量實現跨界合作;實施校企聯合培養,落實定向委培、在職深造、學生就業等政策,保障煤礦智能化發展的人才需求。

                  國家煤礦安監局鼓勵山東、河北、河南、黑龍江、貴州、安徽等省份先行先試,要求山西、內蒙古、陝西、甯夏等省(自治區)率先建成一批100人以下、50人以下無人(少人)智能化礦井。

                  科技部相關負責人也表示,下一步將聯合應急管理部和國家煤礦安監局,圍繞不同地質特征和礦井特點,選取典型省份,開展部省聯動,采取省級科技主管部門定向推薦的方式,統籌考慮智能機器人重點專項2020年申報指南。

                  “在煤礦安全生産智能化裝備研制過程中,必須深入煤礦一線應用現場,深刻把握行業技術需求,並對産品的環境適應性進行充分驗證,盡可能模擬礦井環境試驗條件,進行指標評審、性能測試、實景試用等。”中國航天科技集團黨組書記、董事長吳燕生表示,以數據接口爲例,目前各生産廠家在分系統接口、數據采集方面的標准尚待統一,標准化有利于提高各系統的協調性與適應性,從而提高整個系統運轉效率與可靠性、穩定性、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。經濟运行、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。”


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