陳曉晶

（1. 中煤科工集團常州研究院有限公司，江蘇 常州 213015；2. 天地（常州）自動化股份有限公司，江蘇 常州 213015）

0 引言

井工煤礦運輸系統(tǒng)一般是指在井工煤礦掘進和采煤過程中完成煤、矸石、人員、材料、設(shè)備等運輸任務(wù)，由若干機械裝備和電氣裝置所組成的系統(tǒng)。其根據(jù)運輸對象不同，一般分為主運輸系統(tǒng)和輔助運輸系統(tǒng)。主運輸系統(tǒng)一般采用多條帶式輸送機（或刮板輸送機）和井下緩沖煤倉搭接的方式實現(xiàn)煤炭連續(xù)高效運輸，主要負責(zé)從井下回采工作面、掘進工作面經(jīng)工作面巷道、中轉(zhuǎn)煤倉、大巷、井底煤倉、主斜井（或立井）提升系統(tǒng)、地面上倉至原煤倉的煤及矸石運輸任務(wù)，目前我國除少數(shù)年產(chǎn)量幾十萬噸的老舊礦井仍采用軌道機車+斜井絞車或立井提升的非連續(xù)運輸工藝外，大部分礦井都采用帶式輸送機+斜井或立井提升的連續(xù)運輸工藝。輔助運輸系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)中主要完成除煤炭運輸以外的人員、物料、設(shè)備、矸石等運輸工作。目前在我國除了傳統(tǒng)的軌道機車+斜井絞車或副立井提升的非連續(xù)運輸工藝外，西北地區(qū)千萬噸高產(chǎn)高效礦井尤其是斜井開拓的礦井已普遍采用無軌膠輪車的“點到點”運輸工藝[1-6]。井工煤礦運輸系統(tǒng)與采煤、掘進、機電、通風(fēng)系統(tǒng)一樣，在煤礦安全生產(chǎn)過程中具有舉足輕重的作用。從2015年國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局提出的在煤礦等重點行業(yè)領(lǐng)域開展“機械化換人、自動化減人”科技強安專項行動，到2020年2月國家發(fā)展改革委、國家能源局、應(yīng)急管理部等八部委聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》，以及2021年國家能源局印發(fā)的《煤礦智能化建設(shè)指南（2021年版）》（以下稱《指南》），均明確提出了對煤礦主運輸和輔助運輸智能化建設(shè)的要求[1-3]。本文結(jié)合筆者2020年至今參與多個煤業(yè)集團井工煤礦智能化建設(shè)指南智能運輸專項編制過程中的調(diào)研研討成果及多年工作經(jīng)驗，就井工煤礦運輸系統(tǒng)智能化技術(shù)現(xiàn)狀、存在問題、關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢展開論述。

1 井工煤礦運輸系統(tǒng)智能化現(xiàn)狀及存在的問題

井工煤礦運輸系統(tǒng)具有覆蓋區(qū)域廣、設(shè)備種類多、運輸對象雜等特點，是目前煤礦井下生產(chǎn)過程中用人多和事故頻發(fā)的主要環(huán)節(jié)。據(jù)統(tǒng)計，近5 a運輸事故在煤礦事故總數(shù)中占比為13%，排名第2，導(dǎo)致死亡人數(shù)占比為7%[4]。另外，目前大部分井工煤礦招工難，普遍呈現(xiàn)老齡化嚴(yán)重現(xiàn)象。在智能化方面，井工煤礦運輸系統(tǒng)主要實現(xiàn)了底層裝備的機械化、電氣化和單一系統(tǒng)的自動化，在裝備自動化、信息化和系統(tǒng)融合方面與《指南》還存在較大差距[1-7]。通過井工煤礦運輸系統(tǒng)智能化建設(shè)達到減人提效、產(chǎn)業(yè)升級的需求緊迫。

1.1 主運輸系統(tǒng)智能化現(xiàn)狀及存在的問題

井工煤礦主運輸系統(tǒng)的工藝特點是運輸距離長、搭接轉(zhuǎn)載點多、運輸效率高。在底層裝備方面，煤礦用帶式輸送機已完全實現(xiàn)國產(chǎn)化，產(chǎn)品系列越來越豐富，代表廠商主要有中煤科工集團上海有限公司、寧夏天地西北煤機有限公司、兗礦集團大陸機械有限公司、淮南煤礦機械有限公司、衡陽運輸機械有限公司、力博重工科技股份有限公司、焦作科瑞森重裝股份有限公司、沈陽沈礦重型礦山設(shè)備制造有限公司、江蘇嘉軒智能工業(yè)科技股份有限公司、上海精基實業(yè)有限公司等。技術(shù)參數(shù)已逐步接近國際先進水平，特別是在長距離、大運量、高帶強、大功率帶式輸送機，快速掘進后配套長距離同步延伸連續(xù)帶式輸送機，無基礎(chǔ)快速拆裝可伸縮帶式輸送機等方面取得了很大成果。目前煤礦用帶式輸送機最大運距為12 800 m，最大傾角為35°，最大帶寬為2.2 m，最高帶速為6.3 m/s，最大運量為7 500 t/h，最大裝機功率為5×3 150 kW，最高帶強為ST7500。

在主運輸系統(tǒng)智能化方面，主要實現(xiàn)了帶式輸送機單機控制和集中控制。國內(nèi)大部分煤礦基本實現(xiàn)了地面遠程控制整個煤流運輸系統(tǒng)功能。在單臺帶式輸送機保護及控制裝置的基礎(chǔ)上，煤流集中控制系統(tǒng)通過煤礦井下工業(yè)以太網(wǎng)形成實時監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，管控平臺具備完善的生產(chǎn)監(jiān)控管理功能，通過工業(yè)電視子系統(tǒng)進行圖像監(jiān)視，以保障人員及設(shè)備安全，通過調(diào)度電話子系統(tǒng)對現(xiàn)場人員進行調(diào)度并快速檢查、處理現(xiàn)場故障信息。代表廠家主要有天津華寧電子有限公司、天津貝克電氣有限公司、天地（常州）自動化股份有限公司、西安華光信息技術(shù)有限責(zé)任公司、江蘇三恒科技股份有限公司、淮南萬泰電子股份有限公司等。然而，當(dāng)前主運輸系統(tǒng)存在運行能耗高、沿線保護可靠性差、用工多等問題。天地（常州）自動化股份有限公司、華夏天信智能物聯(lián)股份有限公司、中信重工開誠智能裝備有限公司、寧夏廣天夏電子科技有限公司、山西戴德測控技術(shù)有限公司等在智能感知、智能運行、智能巡檢等方面開展了進一步研究[8]。主運輸系統(tǒng)向從工作面到地面原煤倉全對象有人巡視、無人值守、協(xié)同經(jīng)濟運行的管控一體化新模式發(fā)展，是當(dāng)前階段國內(nèi)煤礦智能主運輸系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

目前主運輸系統(tǒng)智能化技術(shù)存在的問題主要包括以下4個方面。

（1） 在頂層規(guī)劃和標(biāo)準(zhǔn)體系方面：缺乏能達成行業(yè)共識的煤礦主運輸系統(tǒng)智能化建設(shè)頂層規(guī)劃和體系標(biāo)準(zhǔn)。

（2） 在單機保護和控制方面：帶面撕裂檢測和轉(zhuǎn)載點卡堵檢測因誤動作多，基本不投入使用；無法實現(xiàn)整條帶面上的煤量分布感知，沿線傳輸網(wǎng)絡(luò)（包括數(shù)據(jù)和語音）未實現(xiàn)數(shù)字化，且鏈路單一。

（3） 在單機沿線關(guān)鍵感知方面：目前對帶式輸送機機械易損部件關(guān)鍵運行特征的感知主要集中在機頭、機尾等轉(zhuǎn)載點，如電動機、減速機、滾筒、電氣開關(guān)等，對于沿線的托輥、H型架、帶面、環(huán)境等，由于距離長，幾乎沒有很好的感知手段。

（4） 在煤流系統(tǒng)協(xié)同管控方面：沿線各緩沖煤倉煤量檢測不準(zhǔn)確；緩沖煤倉下口給煤機無法實現(xiàn)給煤量精準(zhǔn)控制；帶載啟停過程和根據(jù)帶面載荷動態(tài)智能控制張緊力和制動力的模型缺失；一般僅實現(xiàn)了順煤流、逆煤流啟停，運行過程中僅少部分實現(xiàn)了根據(jù)單條輸送帶瞬時煤流的變頻調(diào)速。

1.2 輔助運輸系統(tǒng)智能化現(xiàn)狀及存在的問題

井工煤礦輔助運輸系統(tǒng)的工藝特點是運輸線路經(jīng)常變化、水平或傾斜線路互相交錯、線路復(fù)雜、工作地點分散、運輸環(huán)節(jié)多、待運物料品種繁多且形狀各異。我國煤礦輔助運輸系統(tǒng)主要以軌道機車、單軌吊、無軌膠輪車等1種或多種混合的運輸工藝為主，現(xiàn)階段安全高效礦井的輔助運輸主要以無軌膠輪車、單軌吊等“點對點”運輸方式為主要發(fā)展方向。在底層裝備方面，實現(xiàn)了基本國產(chǎn)自主的機械化、電氣化和簡單自動化。單軌吊部分源于進口，如德國沙爾夫、德國貝克、捷克芬瑞特、捷克斯達迪夫等公司的產(chǎn)品。近年來國產(chǎn)單軌吊技術(shù)取得了長足發(fā)展，主要廠家包括石家莊煤礦機械有限責(zé)任公司、尤洛卡（山東）礦業(yè)科技有限公司、太原重型機械集團有限公司、常州科研試制中心有限公司、徐州立人單軌運輸裝備有限公司等。單軌吊裝備已逐步具備了視頻監(jiān)控、無線遙控、開機自檢、故障診斷等功能。從20世紀(jì)80年代開始，我國在引進國外先進技術(shù)的同時，逐步研制煤礦無軌輔助運輸裝備，并取得了顯著成果，現(xiàn)已研制成功的車型包括運人車、運料車、搬運車、專用作業(yè)車的全系產(chǎn)品，國產(chǎn)化率超過90%，已實現(xiàn)完全替代進口，近5 a內(nèi)已無進口車型的采購記錄。目前國內(nèi)市場占有率較高、車型較齊全的無軌膠輪車廠家包括山西天地煤機裝備有限公司、常州科研試制中心有限公司、連云港天明裝備有限公司、萊州亞通重型裝備有限公司等。無軌膠輪車裝備驅(qū)動逐步向電噴、電動或混合動力方向發(fā)展，已具備車輛智能保護、車輛姿態(tài)監(jiān)測和行車信息存儲、自動滅火、智能防撞、車輛定位、車載無線通信、智能調(diào)度與管理等功能。

在輔助運輸系統(tǒng)智能化方面，主要實現(xiàn)了功能側(cè)重點不同的各類單系統(tǒng)自動化，各系統(tǒng)之間無法互聯(lián)互通。目前國內(nèi)輔助運輸系統(tǒng)主要以軌道機車信集閉系統(tǒng)、無軌膠輪車紅綠燈調(diào)度系統(tǒng)、絞車調(diào)度通信系統(tǒng)等監(jiān)測監(jiān)控類單系統(tǒng)為主，各系統(tǒng)之間缺少融合。雖然也出現(xiàn)了類似地面物流的井下物資管理系統(tǒng)和滴滴打車系統(tǒng)等信息化應(yīng)用嘗試，但由于缺乏整個輔助運輸環(huán)節(jié)的人、車、物之間的數(shù)據(jù)互通和關(guān)聯(lián)，目前各系統(tǒng)仍是獨立運行的。傳統(tǒng)的輔助運輸監(jiān)控系統(tǒng)廠家主要有天地（常州）自動化股份有限公司、合肥工大高科信息科技股份有限公司、山西科達自控股份有限公司、武漢七環(huán)電氣有限公司、淮南潤成科技股份有限公司等。隨著煤礦井下人員精確定位系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，逐步出現(xiàn)了深圳翌日科技有限公司、南京北路智控科技股份有限公司、遼寧瑞華實業(yè)集團有限公司等人員定位系統(tǒng)廠家以人、車定位合一的方式推廣輔助運輸監(jiān)控系統(tǒng)的解決方案。輔助運輸向人、車、物全過程管控一體化模式發(fā)展是當(dāng)前階段國內(nèi)智能輔助運輸系統(tǒng)的發(fā)展趨勢[9-10]。

目前煤礦輔助運輸系統(tǒng)智能化存在的問題主要包括以下4個方面：

（1） 在頂層規(guī)劃和標(biāo)準(zhǔn)體系方面：缺乏能達成行業(yè)共識的煤礦輔助運輸系統(tǒng)智能化建設(shè)頂層規(guī)劃和體系標(biāo)準(zhǔn)。

（2） 在系統(tǒng)融合方面：煤礦井下輔助運輸沿線各子系統(tǒng)重復(fù)建設(shè)，如車輛定位系統(tǒng)、紅綠燈調(diào)度系統(tǒng)、機車信集閉系統(tǒng)、單軌吊控制系統(tǒng)、絞車電控系統(tǒng)、架空乘人裝置電控系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)的底層設(shè)備間無法有效融合。

（3） 在機車單機智能化方面：現(xiàn)有煤礦機車尤其是無軌膠輪車的車載終端裝置面臨全方位技術(shù)升級與換代需求；目前車輛僅實現(xiàn)了傳統(tǒng)的信號調(diào)度，在車輛智能調(diào)度、輔助駕駛、核心驅(qū)動控制及故障自診斷等技術(shù)方面處于起步階段。

（4） 在井下作業(yè)無人化方面：煤礦井下遠程遙控特種作業(yè)及無人駕駛車輛關(guān)鍵技術(shù)尚屬空白。

2 井工煤礦運輸系統(tǒng)智能化關(guān)鍵技術(shù)

2.1 主運輸系統(tǒng)智能化關(guān)鍵技術(shù)

2.1.1 基于全數(shù)字化的FCS分布式帶式輸送機通信控制技術(shù)

傳統(tǒng)帶式輸送機單機保護及控制裝置一般采用機頭配置防爆PLC+帶式輸送機通信保護裝置的方式，沿線一般采用電源線+脈沖編碼線+閉鎖線+語音線+低速總線的多芯電纜進行傳輸，存在控制架構(gòu)復(fù)雜、信號易受電磁干擾、沿線數(shù)字化擴展困難、系統(tǒng)自診斷能力弱等問題?；谌珨?shù)字化的FCS（Fieldbus Control System，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)）分布式帶式輸送機通信控制技術(shù)采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、本安化、平臺化設(shè)計，將數(shù)字傳輸、開放式可編程控制、基于機器視覺的增強型保護檢測技術(shù)充分融合，實現(xiàn)煤礦井下帶式輸送機智能通信、檢測與控制。其架構(gòu)如圖1所示。

圖1 基于全數(shù)字化的FCS分布式帶式輸送機通信控制架構(gòu)Fig. 1 Distributed communication control structure of belt conveyor based on full digital fieldbus control system

與傳統(tǒng)的帶式輸送機通信控制技術(shù)相比，基于全數(shù)字化的FCS分布式帶式輸送機通信控制技術(shù)在以下2個方面實現(xiàn)突破。

（1） 全數(shù)字傳輸。將數(shù)據(jù)、語音融合進行數(shù)字傳輸，將傳統(tǒng)帶式輸送機沿線傳輸信號由4種混合信號（電平、編碼脈沖、總線、語音）整合為1種數(shù)字信號（總線），具有抗變頻電磁干擾、長距離傳輸性能強、語音無傳輸衰減等特點。

（2） 分布式架構(gòu)設(shè)計。可靈活實現(xiàn)帶式輸送機沿線各類保護，給煤機、煤倉煤位等信號就近總線接入，并可靈活實現(xiàn)帶式輸送機多機互聯(lián)和區(qū)域控制模式（圖2）。

圖2 帶式輸送機多機互聯(lián)和區(qū)域控制Fig. 2 Multi-machine interconnection and zone control of belt conveyor

2.1.2 基于機器音視覺的多傳感融合增強型帶式輸送機保護技術(shù)

傳統(tǒng)帶式輸送機一般采用八大保護（打滑保護、堆煤保護、跑偏保護、超溫灑水保護、煙霧保護、撕裂保護、雙向急停開關(guān)保護、張力下降保護），其中多為單點保護，如機頭堵煤保護主要依靠接觸式堵煤開關(guān)，其對安裝位置有一定要求，在正常運輸過程中易被煤塊誤砸損壞或誤動作，導(dǎo)致頻繁停機?；跈C器音視覺的多傳感融合增強型帶式輸送機保護技術(shù)引入機器音視覺判斷技術(shù)，采用工業(yè)高速相機（含音視頻采集功能）、結(jié)構(gòu)光發(fā)射器，結(jié)合傳統(tǒng)保護傳感器及轉(zhuǎn)載點前后的煤流量，以多傳感融合計算盒為邊緣計算核心，基于機器視覺技術(shù)，采用多傳感融合計算方式實現(xiàn)正帶面流量和異物檢測、正反帶面異常檢測、轉(zhuǎn)載點卡堵趨勢檢測等增強型保護檢測功能[11-15]。保護裝置如圖3所示。該技術(shù)可將傳統(tǒng)的單點檢測和事后報警轉(zhuǎn)變?yōu)槎帱c融合檢測和事前預(yù)測，大大提高帶式輸送機保護的可靠性。

圖3 基于機器音視覺的多傳感融合增強型帶式輸送機保護裝置Fig. 3 Enhanced protection devices for belt conveyor based on multi-sensor fusion of machine audio-vision

2.1.3 煤流線協(xié)同經(jīng)濟運行控制技術(shù)

煤流線協(xié)同經(jīng)濟運行控制技術(shù)以全煤流線所有設(shè)備為控制對象，采用多點感知融合技術(shù)，根據(jù)來煤和載荷分布情況，應(yīng)用協(xié)同控制策略，在保證全線不灑煤的前提下實現(xiàn)煤多快運、煤少慢運的協(xié)同經(jīng)濟運行[16-17]。其應(yīng)用界面如圖4所示。

圖4 主運煤流協(xié)同控制系統(tǒng)界面Fig. 4 Coordinate control system interface of main coal flow transportion

2.2 輔助運輸系統(tǒng)智能化關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的煤礦井下輔助運輸管控一體化技術(shù)

傳統(tǒng)煤礦井下輔助運輸系統(tǒng)由多個子系統(tǒng)構(gòu)成，各系統(tǒng)之間底層設(shè)備互不相通，各自在地面采用上位機軟件實現(xiàn)監(jiān)控。基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的煤礦井下輔助運輸管控一體化技術(shù)基于統(tǒng)一的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)基礎(chǔ)軟件平臺和一體化通信定位網(wǎng)絡(luò)，采用工作流、智能報表、GIS地圖等組件，實現(xiàn)基于二維、三維地圖的輔助運輸一體化管控應(yīng)用APPs（PC端、手機端、車機端），包括車輛調(diào)度、物資管控、運輸管理等[18]。其架構(gòu)如圖5所示。

圖5 基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的煤礦井下輔助運輸管控一體化技術(shù)架構(gòu)Fig. 5 Management and control integration technology structure of underground coal mine auxiliary transportation based on industrial Internet

2.2.2 煤礦井下車聯(lián)網(wǎng)及無人駕駛技術(shù)

煤礦井下車聯(lián)網(wǎng)及無人駕駛技術(shù)架構(gòu)如圖6所示。該技術(shù)通過井工煤礦車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)管控礦井車、人、移動設(shè)備等動目標(biāo)，實現(xiàn)礦用無軌膠輪車監(jiān)控、車路協(xié)同、路徑規(guī)劃等功能；通過車載智能感知與控制系統(tǒng)的多傳感融合技術(shù)，實現(xiàn)障礙物感知，并通過域控制器對車輛進行控制，實現(xiàn)車輛自動避障行駛與路徑合理優(yōu)化；通過雙模轉(zhuǎn)向電動無軌膠輪車線控系統(tǒng)實現(xiàn)上層域控制器與底層線控系統(tǒng)通信，并完成車輛基于預(yù)瞄軌跡點的橫向與縱向控制[19]。

圖6 煤礦井下車聯(lián)網(wǎng)及無人駕駛技術(shù)架構(gòu)Fig. 6 Vehicle-to-everything and unmanned driving technology structure in underground coal mine

與地面車聯(lián)網(wǎng)及無人駕駛技術(shù)相比，煤礦井下車聯(lián)網(wǎng)及無人駕駛關(guān)鍵技術(shù)在以下6個方面實現(xiàn)突破。

（1） 針對煤礦井下狹長空間及復(fù)雜工況環(huán)境，通過礦用5G基站、終端、核心網(wǎng)和5G+遠程管控平臺，實現(xiàn)地面遠程對煤礦井下無人駕駛?cè)敖换?、?yīng)急干預(yù)，傳輸時延≤10 ms。

（2） 針對煤礦井下衛(wèi)星拒止環(huán)境，依托基于UWB（Ultra Wide Band，超寬帶）精確定位技術(shù)的煤礦井下位置服務(wù)系統(tǒng)，研發(fā)煤礦井下類GNSS（Global Navigation Satellite System，全球定位導(dǎo)航系統(tǒng)）、語義級高精地圖和礦用智能路側(cè)單元，地圖精度≤10 cm，定位精度≤30 cm，實現(xiàn)煤礦井下自動駕駛車規(guī)級定位。

（3） 針對井下爆炸性復(fù)雜環(huán)境，研制煤礦井下用高性價比本安型激光雷達、毫米波雷達、超聲波雷達、車載攝像儀等傳感器；設(shè)計DBSCAN（Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise，具有噪聲的基于密度的空間聚類）算法，開發(fā)井下特征障礙物識別模型；融合MRSU（Mine Road Side Unit，礦用路側(cè)單元）網(wǎng)絡(luò)信息，實現(xiàn)水幕、煤塵等煤礦井下特殊障礙物檢測。

（4） 針對《煤礦安全規(guī)程》中功耗受限要求，研制煤礦井下機車用本安型智能域控制器，解決自動駕駛系統(tǒng)高算力與低功耗平衡問題；設(shè)計基于機器視覺引導(dǎo)匹配算法，融合緊組合導(dǎo)航定位算法、MPC（Model Predictive Control，模型預(yù)測控制）算法，解決SLAM（Simultaneous Localization and Mapping，即時定位與地圖構(gòu)建）“長廊效應(yīng)”問題。

（5） 針對煤礦新能源無軌膠輪車，研究基于礦用電動無軌膠輪車的線控底盤技術(shù)，研制礦用線控雙模轉(zhuǎn)向、線控電子液壓制動總成、線控油門和線控檔位系統(tǒng)，輔以前后橋控模塊、ABS（Anti-locked Braking System，防抱死剎車系統(tǒng)）電磁閥、轉(zhuǎn)向傳感器、輪速機等，通過CAN總線交互方式，實現(xiàn)上層域控制器與底層線控系統(tǒng)的通信和電子車控，控制整車達到目標(biāo)速度，并反饋實現(xiàn)閉環(huán)。

（6） 形成全本安型智能機車保護控制裝置（圖7），裝置硬件動態(tài)增減和功能可軟件定義；全面引入AI（Artificial Intelligence，人工智能）算法進行智能決策、自動執(zhí)行，以實現(xiàn)煤礦井下高級輔助（或自動）駕駛可量產(chǎn)的應(yīng)用推廣。

圖7 全本安型智能機車保護控制裝置Fig. 7 Full intrinsic safety type intelligent locomotive protection and control devices

3 井工煤礦運輸系統(tǒng)智能化發(fā)展趨勢

根據(jù)《指南》中對井工煤礦智能主煤流運輸系統(tǒng)和智能輔助運輸系統(tǒng)的要求，結(jié)合上述對井工煤礦運輸系統(tǒng)智能化技術(shù)現(xiàn)狀、主要問題及關(guān)鍵技術(shù)的論述，從近期和中遠期來看，井工煤礦運輸系統(tǒng)智能化發(fā)展趨勢如下。

3.1 “十四五”初中期發(fā)展趨勢

根據(jù)《指南》對初級智能化建設(shè)的要求，采用成熟技術(shù)直接開展井工煤礦運輸系統(tǒng)初級智能化建設(shè)。

（1） 主運輸系統(tǒng)實現(xiàn)地面集中流程控制+現(xiàn)場有人巡視、無人值守的作業(yè)模式。煤礦現(xiàn)有的地面集中流程控制+現(xiàn)場有人巡視、無人值守的作業(yè)模式已經(jīng)具備成熟技術(shù)條件，通過對帶式輸送機傳統(tǒng)八大保護（尤其是堵煤和撕裂保護）進行完善和升級，能極大程度地提高保護的可靠性。同時通過增加沿線視頻監(jiān)控和語音聯(lián)絡(luò)裝置，以及煤倉煤量監(jiān)測、給煤機控制及產(chǎn)量監(jiān)控裝置，可更好地實現(xiàn)在地面遠程一鍵流程啟停功能。

（2） 輔助運輸系統(tǒng)實現(xiàn)對運輸裝備遠程集中管控的作業(yè)模式?；谛畔⒒拿旱V輔助運輸一體化管控作業(yè)模式目前已經(jīng)具備成熟的技術(shù)條件，通過該技術(shù)可實現(xiàn)礦井輔助運輸裝備的遠程集中管控。

3.2 “十四五”末發(fā)展趨勢

在“十四五”初期智能化建設(shè)的基礎(chǔ)上，對于基礎(chǔ)好的礦井，鼓勵應(yīng)用相對成熟技術(shù)，示范先行。根據(jù)《指南》對中級智能化建設(shè)的要求，開展井工煤礦運輸系統(tǒng)中級智能化建設(shè)。

（1） 主運輸系統(tǒng)實現(xiàn)煤流協(xié)同經(jīng)濟運行+機器人輔助巡視、無人值守的作業(yè)模式。系統(tǒng)底層可增加集中潤滑、油脂監(jiān)測、AI增強型保護、智能降塵及防滅火等裝置或系統(tǒng)，提高設(shè)備運轉(zhuǎn)的可靠性與安全性；在固定煤流線增加沿線機器人輔助巡檢，減小巡檢人員勞動強度；以全煤流線所有設(shè)備為控制對象，采用多點感知融合技術(shù)對全煤流線帶面載荷分布進行精確感知，在保證全線不灑煤的前提下實現(xiàn)煤多快運、煤少慢運的協(xié)同經(jīng)濟運行。

（2） 輔助運輸系統(tǒng)實現(xiàn)運輸裝備高可靠運行+物資遠程集中管控及固定線路固定車型的無人駕駛作業(yè)模式。加大對輔助運輸環(huán)節(jié)中人、車、物的全面精細化管控，大幅提升輔助運輸管理水平，同時減少大量跟車、領(lǐng)料、接料人員。采用數(shù)字與實景相結(jié)合方式，構(gòu)建二維、三維高精地圖，同時通過對車輛安裝相機、雷達等傳感器，采用機器學(xué)習(xí)算法實現(xiàn)高級駕駛輔助功能，大幅提升車輛駕駛的安全性。應(yīng)用車聯(lián)網(wǎng)和智能車輛傳感控制技術(shù)，實現(xiàn)固定線路、固定車型遠程（虛實同步）干預(yù)無人駕駛模式，在一定線路和車型上實現(xiàn)無人駕駛，示范智能輔助運輸模式。

3.3 2035年中遠期發(fā)展趨勢

在“十四五”末期智能化建設(shè)基礎(chǔ)上，針對未成熟和卡脖子技術(shù)，持續(xù)開展科研探索。根據(jù)《指南》對高級智能化建設(shè)的要求，逐步進行井工煤礦運輸系統(tǒng)高級智能化建設(shè)。

（1） 主運輸系統(tǒng)實現(xiàn)煤流全線常態(tài)化智能運行+機器人智能巡視的作業(yè)模式。全面引入AI感知和執(zhí)行技術(shù)，實現(xiàn)整個主運輸系統(tǒng)從底層裝備到頂層系統(tǒng)整體的智能感知、智能決策、自動執(zhí)行，真正實現(xiàn)全線常態(tài)化局部智慧無人作業(yè)模式。

（2） 輔助運輸系統(tǒng)實現(xiàn)運輸裝備故障自診斷+自動裝載接駁的全線常態(tài)化無人駕駛作業(yè)模式。依托車輛本體分布式總線智能控制、智能識別、邊緣計算、可靠伺服控制等技術(shù)的提升，實現(xiàn)井下所有車型（機車、單軌吊、運料車、搬運車、特種作業(yè)車）的常態(tài)化無人駕駛，運輸過程實現(xiàn)物資集裝化，轉(zhuǎn)運點實現(xiàn)物資自動裝卸載。

4 結(jié)論

結(jié)合對井工煤礦運輸系統(tǒng)智能化技術(shù)現(xiàn)狀、主要問題、關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢分析，認為現(xiàn)階段我國井工煤礦運輸系統(tǒng)智能化建設(shè)和研究要點如下：

（1） 在主運輸系統(tǒng)方面，應(yīng)重點研究基于機器音視覺多傳感融合的帶面載荷、轉(zhuǎn)載點卡堵、正反帶面異常等增強型帶式輸送機保護檢測裝置，并實現(xiàn)其在帶式輸送機上的常態(tài)化應(yīng)用。持續(xù)研究智能巡檢機器人及MEMS（Micro-Electro-Mechanical System，微機電系統(tǒng)）無線自組網(wǎng)技術(shù)，加強對帶式輸送機沿線環(huán)境參數(shù)、托輥異常、H架異常、輸送帶跑偏等的在線檢測；通過擬人化的轉(zhuǎn)載點排堵和帶面異物挑揀技術(shù)，實現(xiàn)井下固定崗位常態(tài)化無人。

（2） 在輔助運輸系統(tǒng)方面，應(yīng)推廣精細化閉環(huán)管控和高級輔助駕駛。重點持續(xù)研究煤礦井下無人駕駛和自動裝卸載技術(shù)，技術(shù)難點在于如何依托井下車聯(lián)網(wǎng)降低無人駕駛車輛對算力和感知的要求，實現(xiàn)全局精確定位導(dǎo)向和局部精準(zhǔn)避障、繞障，以及如何精確控制液壓鉸鏈的轉(zhuǎn)向。探索輔助運輸物資的集裝化和轉(zhuǎn)運自動化，這將實現(xiàn)井工煤礦輔助運輸工藝模式的變革。