煤礦安全智能化是指與煤礦安全相關的智能化技術，是實現煤礦典型災害智能感知和精準預警的必要技術手段，也是煤礦安全生產的重要支撐。近日，中煤科工常州研究院武福生研究員針對我國煤礦安全智能化發展中存在的技術體系不明等問題，構建了煤礦安全智能化體系架構，提出了推進煤礦安全智能化的數字化、網絡化、智能化等關鍵技術及其發展思路。

　　研究對煤礦安全智能化進行了定義，即煤礦安全智能化是依托工業互聯網、5G、人工智能、大數據和云計算等新一代信息技術，構建環境智能感知、網絡互聯互通、風險實時評估、災害智能處置的智能化體系，實現水、火、瓦斯、頂板、粉塵等典型災害監測預警和災后科學應急救援。

　　我國的煤礦安全智能化建設還存在諸多問題：煤礦安全智能化技術體系不明晰；煤礦典型災害監測數據未能完全實現自動化、數字化；上傳的數據數量少、質量差；監測數據因缺乏融合分析手段而成為離散化的信息孤島等。

　　根據國家能源局、國家礦山安全監察局于2021 年6 月5 日發布的《煤礦智能化建設指南（2021 年版）》，研究提出煤礦安全智能化體系架構與煤礦智能化體系架構一致。煤礦安全智能化涉及“人、機、環、管”4 個要素，包含智能傳感數字化、設備物聯網絡化、安全融合智能化3 個方面。

　　煤礦安全智能化體系架構

　　煤礦安全智能化關鍵技術包括安全感知數字化關鍵技術和災害精準預警關鍵技術。

　　一、安全感知數字化關鍵技術

　　要實現煤礦安全智能化，首先要實現安全感知數字化，將目前煤礦的非數字化行為及場景、更加豐富的人與設備安全傳感數據通過網絡傳輸到智能化平臺進行優化處理。要實現全場景數字化傳感技術和全礦井數字化傳感網絡，需研究以下關鍵技術：

　　（1）可靠性與穩定性。要實現智能化系統協同及精準預警，首先需要提升安全傳感器本身及傳感器通信網絡的可靠性和穩定性。煤礦井下環境相對惡劣，實現傳感信號可靠穩定是重要基礎，依托精準的數據，智能化決策才有價值。傳感器信號無線傳輸的可靠性、穩定性與有線通信方式相比還不具備突出優勢，需要重點研究。

　　（2）實時響應速度。依據傳感器輸出信號進行控制及決策，傳感器的實時響應速度必須滿足智能化系統協同控制的實時性要求。傳統的無線通信方式實時性較低，難以實現大量終端實時在線，利用5G的低時延、大帶寬技術特性有望解決這一問題。

　　（3） 傳感無線供電。無線網絡是發展趨勢，基于煤礦物聯網技術的傳感網絡是感知的基礎。實現傳感器信號無線傳輸后，突顯了傳感器端的無線供電問題。后備供電涉及長時間不間斷工作要求與相關煤礦規程限制，傳感器無線供電技術與產業化研究應用尚需時日突破。

　　（4） 電磁輻射和干擾。煤礦井下電磁環境復雜，隨著智能化系統、無線通信網絡等的發展和應用,電磁輻射及干擾會日益嚴重。因此,需研究具有較強抗電磁輻射性能的井下智能傳感器,以提升感知能力。

　　二、災害精準預警關鍵技術

　　我國煤礦開采安全保障技術研究已經邁入建立安全型礦井、實現區域性綜合防治的發展階段，形成了瓦斯災害防治技術體系，以及集地質測量、生產技術、通風安全、辦公自動化和數字化礦山、安全生產監控于一體的預警平臺，實現了隱患聯動控制和動態預警，建立了移動式礦井重大災害應急救援指揮系統。新一代信息技術的發展給煤礦安全智能化帶來新的革命和發展契機，將人工智能、工業互聯網、云計算、大數據、機器人、智能裝備等與現代煤炭安全生產技術進行深入融合，研究實現煤礦多災種耦合、主動感知與預測預警的大數據分析、智能化安全協同控制與應急融合管控技術，將促進煤礦智能化安全生產。煤礦災害精準預警關鍵技術如下：

　　（1） 煤礦災害及多災種耦合技術。對煤礦重大危險源識別評價與監測預警進行系統理論和技術研究，形成復雜條件下多災害耦合模型。研發多災種耦合、多系統協同的監測預警技術與協同機制及基于煤礦復雜環境的“人、機、環、管”信息泛在感知技術，構建實時、多源信息融合的智能化災害監測和預警技術體系。

　　（2） 煤礦災害大數據融合分析方法與人工智能技術。目前人工智能技術在礦山的應用只是點狀結合和淺度結合，沒有實現人工智能技術和礦山某個生產或管理系統層面的深度融合。研究數據模型驅動的災害規律分析方法，以及多參數、多維度安全態勢感知與預警理論和方法，應用云計算、邊緣計算、人工智能技術融合的災害事故預測預警技術，并利用煤礦物聯網技術豐富災害事故預測預警的基礎數據資源，可實現災害的智能化預測和自動化預警，分階段建設煤礦安全智能化。

　　（3） 安全智能化體系與平臺建設。應基于煤炭工業互聯網、物聯網、云計算、大數據、數字孿生等新一代信息技術，加強人工智能技術和安全智能化融合的深入研究，應用智能計算、智能通信、智能控制等融合技術，構建多災種、多類型的煤礦智能化災害預警與協同生產控制系統，以及集監測預警、風險隱患管控、應急救援、業務信息化管理為一體的安全智能化系統平臺，實現煤礦安全智能化生產。應同步構建從煤礦、集團、礦區、省市到國家的煤炭工業互聯網平臺與災害應急管理體系。此外，需要研究煤礦安全智能化體系建設的評價指標和相關標準，以指導煤礦安全智能化建設。

　　這項研究得到了國家重點研發計劃項目的資金支持，成果以《煤礦安全智能化及其關鍵技術》為題于9月24日在《工礦自動化》進行了網絡首發。

引用格式：武福生,卜滕滕,王璐.煤礦安全智能化及其關鍵技術[J/OL].工礦自動化:1-6[2021-09-24].[https://doi.org/10.13272/j.issn.1671-251x.17833]