炭行業(yè)為我國經(jīng)濟社會發(fā)展提供了60%以上的基礎能源保障，是國家工業(yè)的支柱性產(chǎn)業(yè)，具有工藝流程復雜、故障風險較高、資本設備密集、生產(chǎn)條件多變等特征，面臨著生產(chǎn)風險高、環(huán)境污染大、設備管理難等行業(yè)痛點，亟需加快基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的數(shù)字化轉(zhuǎn)型步伐，全面提升生產(chǎn)挖掘、綜合管理、銷售運輸、生態(tài)保護等環(huán)節(jié)的數(shù)字化水平。發(fā)展煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)前景廣闊、恰逢其時。華為集團、榆北煤業(yè)、蒙草集團等企業(yè)以安全生產(chǎn)、無人生產(chǎn)為切入點，積極開展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)解決方案探索，推動煤炭產(chǎn)業(yè)圍繞生產(chǎn)無人化、管理集成化、運輸聯(lián)網(wǎng)化、環(huán)保數(shù)字化等方向加速數(shù)字化轉(zhuǎn)型。基于此，我們對煤炭行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺解決方案進行了專題研究，深入剖析了煤炭行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型趨勢、平臺應用場景以及業(yè)務落地解決方案，對其他采礦業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型路徑的探討同樣具有一定借鑒意義。

一、煤炭產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型趨勢分析

(一)挖掘開采：由人機并用向無人生產(chǎn)轉(zhuǎn)變

煤炭產(chǎn)業(yè)長期面臨瓦斯積聚、礦井涌水、地質(zhì)災害等突發(fā)情況，具有較大的生產(chǎn)風險。隨著開采技術的革新特別是新一代信息技術的運用，井下機器人、智能傳輸機等智能設備的使用顯著減少了人力使用需求，機器視覺、深度學習等技術提高了設備執(zhí)行率與準確率，使得無人生產(chǎn)、少人巡視、遠程操作成為可能，有利于煤炭企業(yè)減少用人成本，提高運營利潤。

(二)礦山管理：由人工向虛擬集成轉(zhuǎn)變

煤礦管理涵蓋采煤、掘進、運輸、提升、排水、通風等復雜流程，需解決礦機、礦車、礦工等大量系統(tǒng)綜合協(xié)調(diào)問題，管理要求高、范圍廣、難度大。當前，部分煤炭企業(yè)信息化和智能化水平仍然較低，部分流程還處于紙質(zhì)單據(jù)時代。通過數(shù)字孿生、虛擬現(xiàn)實等技術打造虛擬礦山，將直觀展現(xiàn)礦山的地形環(huán)境、地表地物、井下礦道等情況，還原煤礦的復雜環(huán)境和生產(chǎn)狀態(tài)，為生產(chǎn)工藝優(yōu)化、遠程系統(tǒng)管理、應急救援指揮等提供有效支撐。

(三)煤炭運輸：由被動排隊向智慧運輸轉(zhuǎn)變

一方面，傳統(tǒng)煤炭運輸物流成本較高，相較快遞電商領域運輸成本平均在0.15元/噸公里，煤炭行業(yè)運輸成本高達到0.3元/噸公里。另一方面，部分煤炭物流園區(qū)缺乏場站管理，車輛混亂無序。通過集成NB-IoT、RFID、GPS、智能識別等技術，為汽車搭載智能模塊，動態(tài)監(jiān)測礦車運載、排隊等情況，有利于提升排隊管控、分流調(diào)度、稱車過磅、裝載卸料的智能化、自動化水平，有效減少偷煤換煤、以次充好、車隊擁擠等事件發(fā)生，節(jié)約運輸成本，提高運輸效率。

(四)生態(tài)修復：由宏觀設計向數(shù)據(jù)驅(qū)動轉(zhuǎn)變

煤炭廠區(qū)一般位于氣候干旱、降水量少、生態(tài)環(huán)境脆弱的地點，煤炭開采帶來的環(huán)境污染和生態(tài)破壞問題日益突出。生態(tài)修復不僅能重建被退化的生態(tài)系統(tǒng)，本身更存在廣闊的產(chǎn)業(yè)化空間。有研究認為，生態(tài)修復在未來將成為和旅游產(chǎn)業(yè)并駕齊驅(qū)的世界十大產(chǎn)業(yè)之一。通過綜合運用大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術，有利于梳理總結生態(tài)修復經(jīng)驗，動態(tài)調(diào)整修復方案，由粗獷式修復向數(shù)據(jù)驅(qū)動的精細化、科學化生態(tài)修復轉(zhuǎn)變。

二、煤炭行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺典型應用場景及實踐

(一)智能安全生產(chǎn)

依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺動態(tài)采集邊緣側(cè)數(shù)據(jù)，結合井下機器人、智能傳輸機等設備，利用機器視覺、深度學習等技術實現(xiàn)無人生產(chǎn)或少人生產(chǎn)，切實提高煤炭安全生產(chǎn)能力。一是智能自主生產(chǎn)。企業(yè)可依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，通過“邊緣數(shù)據(jù)+云端分析”實現(xiàn)采煤機、傳輸帶、化煤機等設備的自動識別、自主判斷和自動運行。二是故障輔助診斷。結合機器視覺技術對皮帶、煤倉、電機等易故障設備進行自動巡檢，幫助維修人員及時調(diào)整設備狀態(tài)。三是風險預警管理。實時采集空氣成分、設備震動等數(shù)據(jù)，結合瓦斯?jié)舛取⒃O備壽命等模型分析，實現(xiàn)煤礦事故風險提前預警，提高事故災害防控能力。

例如，華為依托華為云構建“煤礦大腦”，以“云+邊+端”一體化方式打造“全感知-全鏈接-全智能”的智慧煤礦，實時風險實時識別率達98%，煤礦有效工時提高10%，設備運維成本下降65%。

(二)礦山綜合管理

通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)結合AR/VR、虛擬仿真等構建數(shù)字礦山，在數(shù)字孿生空間實現(xiàn)對物理礦山映射的基礎上，為挖掘設備、運輸設備、能源設備的使用、維護、修理、升級等提供輔助決策與操作支持。一是少人值守。基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)圍繞堆煤管理、人員巡檢等場景提供在線監(jiān)管服務，及時干預、糾正問題，進而提升煤礦管理水平。二是集成控制。依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺集成工作面視頻監(jiān)控、遠程集中控制等，打破數(shù)據(jù)孤島，提升信息共享層次，提高管理層決策效率。三是輔助決策。結合VR/AR等進行應急模擬體驗與特殊工種培訓，基于3D礦山仿真模擬建立應急救援方案庫，根據(jù)具體情況自動生成救援方案。

例如，榆北煤業(yè)搭建智慧礦山系統(tǒng)，對煤炭開采、運輸、銷售、設備維修、備品備件、人力資源管理等在內(nèi)的各種需求作出智能響應與快速決策，1秒能夠完成一次礦區(qū)人員位置信息的刷新，25毫秒可以遠程啟動礦區(qū)任何一臺設備，3秒可以對所有礦區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)完成全面巡檢。

(三)煤炭智慧運銷

聚焦準點、安全、廉價等煤炭運輸需求，通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺匯聚車隊數(shù)據(jù)，推動運營管理精細化、銷售運輸一體化、運輸安全可控化，打造煤炭智慧供應鏈。一是車隊動態(tài)管理。基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺加快車輛上云，根據(jù)園區(qū)裝載、排隊、交通等實際情況動態(tài)調(diào)整運輸部署，打造煤炭精準運力池。二是銷售運輸協(xié)同。建立運輸價格數(shù)據(jù)庫，結合煤炭產(chǎn)品個性化需求對運輸方式進行運價比對，最大限度保證運輸效益、減少運輸成本。三是智能輔助駕駛。依托機器視覺、深度學習等技術自動甄別疲勞駕駛，超速，車道偏離等危險場景并對司機進行及時提醒，降低運輸事故率。

例如，G7智聯(lián)依托平臺動態(tài)監(jiān)控故障事故、司機行為等事件，每5分鐘更新一次風險判別，推動企業(yè)運輸效率提升5倍，運輸成本下降10%，安全指數(shù)提升2倍。

(四)生態(tài)資源保護

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺作為大數(shù)據(jù)管理、決策與研究載體，集成無人機、三維虛擬仿真、多維度數(shù)值模型分析及現(xiàn)場實時監(jiān)測等技術，能夠為開展生態(tài)修復提供技術系統(tǒng)支持。一是解決方案儲備。利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺可儲存數(shù)以百萬計的水、土、氣、草、畜等生態(tài)基礎信息，收錄各地鄉(xiāng)土植物種質(zhì)資，自動生成生態(tài)恢復組合庫，豐富生態(tài)恢復方案。二是輔助個性定制。通過平臺收集地區(qū)歷史生態(tài)數(shù)據(jù)資料，追溯原生植物、分析搭配群落、探尋演變規(guī)律，因地制宜實施決策輔助。三是生態(tài)實時監(jiān)控。基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)匯聚監(jiān)測點信息，匯總分析環(huán)境土壤的PH值、光、濕度、氣壓等等生態(tài)數(shù)據(jù)，支撐精準、實時的監(jiān)測指揮。

例如，蒙草集團打造礦山生態(tài)大數(shù)據(jù)平臺，目前已動態(tài)監(jiān)測3000萬個有效信息點，存儲500多萬文字的標準說明，實現(xiàn)生態(tài)數(shù)據(jù)指揮“一張圖”，科學管理“一張網(wǎng)”，精準服務“一平臺”，有效支撐礦山修復構建。

三、推進應用場景落地的著力點

(一)加速設備上云，夯實數(shù)據(jù)采集基礎

一是以“三機一架”為突破口，推動重點設備上云，加快基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的產(chǎn)品設計優(yōu)化，推動共性技術、關鍵技術的協(xié)同攻關。二是依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺打通業(yè)務環(huán)節(jié)間數(shù)據(jù)鏈接，構建實時、透明的煤礦采、掘、機、運、通、洗選等數(shù)據(jù)鏈條，實現(xiàn)煤礦生產(chǎn)全流程智能化運行。三是依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺連接產(chǎn)業(yè)鏈上下游各個環(huán)節(jié)點，以價格指數(shù)、交易數(shù)據(jù)為核心提供加快商業(yè)模式創(chuàng)新。

(二)聚焦產(chǎn)業(yè)協(xié)同，強化重點模型積累

一是針對液壓錨桿鉆車、破碎機、皮帶機、煤礦機器人等設備開發(fā)壽命預測、故障診斷等模型，加強設備管控效率。二是優(yōu)化皮帶空載、軌道安全行車、探放水作業(yè)等場景模型，提高識別準確率。三是圍繞無人礦車駕駛、供應鏈協(xié)同等跨學科、跨企業(yè)領域建立模型。

(三)加強攻關突破，優(yōu)化解決方案供給

一是基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)探索推動應急救援、安全監(jiān)測、風險預警等安全領域解決方案推廣應用，深化GPS、視覺感知等技術應用，提高企業(yè)核心競爭力。二是開發(fā)智能開采、資產(chǎn)管理、能源管理、員工管理等集成服務解決方案。三是凝練出可復制、可推廣的煤炭工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)模式、技術路徑、管理經(jīng)驗等，向類似企業(yè)進行推廣應用。

(四)注重綠色安全，樹立煤炭智能品牌

一是依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺加快充填開采、保水開采等綠色開采技術應用，積極推進綠色礦山建設。二是對照數(shù)據(jù)管理能力成熟度模型(DCMM)開展貫標，制訂數(shù)據(jù)分類分級管理標準，加強數(shù)據(jù)安全保障。三是舉辦深度行、現(xiàn)場會等宣傳推廣活動，鑄造企業(yè)品牌，提高企業(yè)影響力。