发展新质生产力 推进新型工业化 行业篇 市场规模巨大 智能矿山建设提速
■ 中国工业报记者 余 娜 在华能伊敏煤电公司位于内蒙古自治区年产量超过3500万吨的露天煤矿,国内首套取消驾驶室无人纯电动矿用卡车运输系统正在紧张作业。 在中煤陕西公司,最近刚刚升级了智能工厂系统。其中,智能监测系统可实时监测关键设备的状态、温度、压力、震动,出现异常工况可实时报警。这家企业还部署了一大批辅助机器人在现场协助工作人员生产,致力实现少人化安全高效生产作业。 不久的未来,我国少人化、智能化矿山占比将进一步提高。 市场规模巨大 4月24日,国家矿山安监局、应急管理部、国家发展改革委、工业和信息化部等七部门联合印发 《关于深入推进矿山智能化建设促进矿山安全发展的指导意见》,提出到2026年,我国将建立完整的矿山智能化标准体系,全国煤矿智能化产能占比不低于60%,智能化工作面数量占比不低于30%,智能化工作面常态化运行率不低于80%,煤矿、非煤矿山危险繁重岗位作业智能装备或机器人替代率分别不低于30%、20%;到2030年,矿山本质安全水平将大幅提升。 采矿是矿物勘探、开采、运输形成的矿石流生产过程,其效率及安全高度依赖采运装备的连续性、自适性和可靠性。 我国已成为世界第一矿业大国。截至2023年12月,我国在册井工煤矿3816处,露天煤矿347处;非煤地下矿山约7000余处,露天矿山18500余处。 “智能矿山发展的目的是减人、增安、提效、低碳。当前,学界、产业界正通过更多颠覆性技术支撑矿山作业,实现新质生产力。”中国工程院院士、中国矿业大学 (北京)原校长葛世荣说。 在葛世荣看来,从2019年我国开始推行煤矿机器人,到此后推行矿山智能化,我国智能矿山建设正加快推进,有效带动了煤矿物联网、煤机装备制造、智能控制系统、安全监测预警等新产业新业态的快速发展。 国家矿山安全监察局安全基础司司长孙庆国稍早前表示,近年来中国以科技创新为驱动,以减人增安为目标,采取了一系列措施推动矿山智能化建设,目前呈现出加速发展、全面发展态势。 据国家能源局披露,截至2024年4月底,全国累计建成智能化采煤工作面1922个、智能化掘进工作面2154个,煤矿智能化建设已完成投资1080亿元。全国建成国家级智能化示范煤矿60处,省级200余处,建设智能化非煤矿山1106处。截至2023年,智能化煤矿产量占全国产量约60%;应用煤矿机器人2640台,无人驾驶矿卡965台。2016年以来,全国煤矿井下作业人员减少37万人。 据了解,智能矿山装备市场规模巨大。以煤矿为例,目前全国煤矿将近4000处,煤矿采煤工作面约5100个,掘进工作面约11100个,全国煤矿智能化装备市场总规模约1.2万亿元。 在矿山智能机械市场中,机器人采掘装备约3000亿元,机器人化支护装备约3000亿元,井下无人驾驶运输车约500亿元,露天矿无人驾驶运输车约3000亿元,矿山安控机器人约1000亿元。 四大难题待解 更 “聪明”、人更少的智能矿山,在实际落地过程中,具体有哪些难题呢? “人工智能+采矿仍需深度创新,即通过研究矿工的智能模拟和扩展理论方法技术,以赋予采矿机器人来完成复杂环境作业能力,通过装备智能、数据智能、决策智能及流程智能四大创新,最终实现矿山人工智能。”葛世荣表示,在实际落地过程中,智能矿山建设面临的也正是装备智能、数据智能、决策智能以及流程智能四大基础问题。 首先,矿山装备平行智能,主要解决矿山无人化作业复线难、协同难问题。 在系统层面上,应完善机器人化自主协同组织架构和模式,面向任务的协同能力建模与自主编配规则建立,局部信息获取条件下实现采矿系统结构优化设计。 在决策层面上,应完善机器人化平行协同任务分配和行为规划,主要包括动态复杂作业决策的知识体系和智能表征模式,机器人群分布式协调任务分配与指挥决策机制。 在控制层面上,应完善机器人化自主协同合作行为控制,主要包括无人采矿的人为干预数学建模与意图推理,平行协作行为控制器设计及多路控制稳定性。 其次,矿山感知数据智能,主要解决的是数据价值如何变为数据资产。无人化采矿多模态仿生感知、复杂动态数据的知识表达、矿山生产全息智能感知,是围绕这一领域的三大内容。 其中,无人化采矿多模态仿生感知主要关注矿山多模态环境协同感知、注意力机制下的主动感知;复杂动态数据的知识表达主要包括多源异构数据的时空挖掘;矿山生产全息智能感知包括矿山系统全息智能感知体系构建、矿山生产全流程可视化。 第三,矿山决策算法智能,主要是实现全流程的优化决策,构建一个矿山智能的数字孪生平台。矿山数据分析和知识提取、矿山海量数据决策智能化、高可靠虚实协同智能决策,是当前研究的三大内容。 其中,矿山数据分析和知识提取主要关注大规模机器学习和深度学习方法;矿山海量数据决策智能化主要包括矿山全域多模态知识自学习、矿山智能决策算法和信息处理;高可靠虚实协同智能决策主要包括场景状态是虚拟评估和预测,混合智能驱动虚实协同管控决策。 最后,矿山人机交互智联,主要通过数字孪生增强智能。矿山人机交互智联问题,主要包括场景驱动的智能孪生体系、数字孪生图谱与增强智能、智能矿山数字主线三大内容。 其中,场景驱动的智能孪生体系,主要研究矿山全流程场景特征解析与表征、矿山无人化作业数据驱动模型;数字孪生图谱与增强智能主要研究基于知识图谱的智能矿山机理模型、基于脑机接口仿生的推理决策方法;智能矿山数字主线主要研究矿山系统的知识联结与协同模型、矿山生产数据描述与数字建模方法。 “把智能矿山变成新质生产力,迫切需要解决上述四个关键重大核心难题,而不是简单的一个装备。我们离真正的第二代、第三代的人工智能还有较大距离,但人工智能矿山未来可期。”葛世荣说。 企业布局提速 我国矿山智能化水平,正在迈上一个全新台阶,相关研究机构、企业正加速布局。 6月2日,由中国科学院自动化研究所、中国矿业大学 (北京)、武创院智能车研究所、中科慧拓联合发布的愚公YUKON矿山大模型在北京发布,成为进入AI时代智能矿山基础设施的重要组成部分。 据中科慧拓CEO陈龙介绍,以愚公YUKON矿山大模型为底座,首批产品问世,包括矿山AI助手 “矿宝”、生成式平行智能数据体系GenDS、矿山端到端自动驾驶大模型GenAD,以及矿山知识大模型MineGPT。以上四款产品均属行业首创,将推动矿业由工业自动化向知识自动化迈进,实现智慧矿山工厂的规模化复制。 与此同时,更多资本、大厂也在持续涌入和加持智慧矿山领域。 记者获悉,商汤智能、科大讯飞、华为等企业,均已针对智能矿山提出了解决方案。 商汤科技推出了智能矿山AI感知系统,以人工智能技术和产品赋能传统煤矿生产和开采领域,加速煤炭企业的智能化转型与升级。2022年以来,商汤科技智能矿山AI感知系统已在神东煤炭集团、中煤集团、开滦集团等旗下多个煤矿部署落地和试运行。 科大讯飞在矿山语音调度、数据中台、管控平台虚拟人等场景应用上,推出了特色解决方案。 华为致力于为智能化煤矿的井工矿,提供综采面全景视频拼接解决方案、智能作业辅助系统和元图工坊数字孪生使能平台。 6月4日,三旺通信在投资者互动平台上表示,该公司已初步完成由矿业数字化向数智化转变,实现全面数智化产品覆盖。次日,北方股份表示,公司正积极参与国内智慧矿山建设,持续推动无人驾驶 “安全员下车”工程。 A股市场上,多家公司今年以来通过互动平台透露了其布局智能矿山的进展情况:山东矿机实现智能化煤矿一站式交钥匙的配套能力;北路智控拥有智能矿山通信系统、智能矿山监控系统、智能矿山集控系统、智能矿山装备配套和其他等5类产品;云鼎科技已开展无人机在露天矿作业场景、井工矿形变监测和雨水倒灌等场景相关应用可行性分析;创力集团产品覆盖智能化采煤机、掘进装备、乳化液泵站、喷雾泵站、带式输送机等设备,生产的5G智能采煤机、5G智能掘进设备已在国家能源集团、晋能控股等合作客户中投入使用。 “在人类经济发展中,都是通过生产力和技术的引导,通过技术周期来带动整个产业和经济周期发展。展望未来十年,像无人矿山在应用场景落地的、能真正解决产业痛点的领域,才是投资者真正关注的焦点。”国科嘉和基金董事长、管理合伙人王戈表示。
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