华阳新材料科技集团有限公司（以下简称华阳集团）明确“十四五”发展思路和目标，大力实施“127”发展战略（即1个方向，聚焦转型蹚新路战略方向；坚持走碳基材料和数字资产2条路径；7个支撑，形成功能性纤维新材料、新能源蓄能新材料、绿色节能建筑新材料、石墨烯新材料、铝镁合金新材料、大数据物联网、5G智能矿山七大支撑协同发展的产业集群），始终将推动5G、大数据、云计算为代表的新一代信息技术与传统煤炭产业深度融合，大力构建以“安全绿色智能化开采”为特点的现代煤炭开采模式。
坚持创新引领，打造煤矿智能化开采新模式
综采工艺与装备
在综采工艺与装备方面，累计投入约30亿元，完成40个自动化工作面和100余个电液控支架工作面的建设和生产。
1）标准引领。华阳集团是煤炭行业首家实施“综采设备工作面选型配套技术规范研究项目”，并完成《煤矿综采工作面总体配套导则》等8项国家标准的企业。
2）薄煤层开采。华阳集团完成了山西省煤机重点科技攻关项目“薄煤层智能化综采关键技术与装备开发”，实现了薄煤层工作面正常作业条件下“地面一键启停、巷道集中控制、工作面无人操作”的目标，获得中国煤炭工业科学技术二等奖。
3）中厚煤层开采。华阳集团分别与王国法院士团队合作国家重点研发计划项目“煤矿智能开采安全技术与装备研发”，与彭苏萍院士团队合作“煤矿隐蔽致灾地质因素动态智能探测技术研究”项目，并成功完成试验，打造了国内类似开采条件下最先进的透明智能化综采生产案例。
4）综采运输关键设备。成功研发出全球首台套直角转弯刮板输送机（图1），集综采工作面输送、转载、破碎功能于一体，引领煤炭开采技术新方向，获得中国煤炭工业科学技术一等奖。
图1 全球首台套直角转弯刮板输送机
5）首届综采集控工和综采巡检工大赛荣获第1名。第21届全国煤炭行业职工职业技能大赛，首次增加2个面向智能化综采工作面的新工种，华阳集团荣获团体第1名（图2）。
图2 首届综采集控工和综采巡检工大赛荣获第1名
掘进工艺与装备
在掘进工艺与装备方面，华阳集团新景矿成功应用了直径4.53 m的TBM掘进机（盾构机），如图3所示，2年半的时间累计完成岩巷进尺9 482 m，最高月进尺562 m，均创国内煤矿应用最高水平。目前，正在试验EBZ200M-2掘锚机煤巷快掘系统，2021年计划再次引进多台掘锚机；华阳集团和上海创力合作研究的煤巷EBZ160智能化掘进机，可实现掘进机的高精度定向掘进、精确位姿检测、断面自动截割成型、状态监测分析，远程故障诊断及报警等功能。下一步，华阳集团将在智能矿山事业部一矿和开元煤矿进行全国井下首套直径3 m的煤矿用小断面TBM掘进机（盾构机）试验应用。
图3 华阳集团TBM掘进机（盾构机）
在煤矿固定岗位无人值守
在煤矿固定岗位无人值守方面，以生产系统集中控制、在线监测及综合自动化系统搭建为抓手，累计投入近5亿元，对井下高压供电系统、主排水泵房、带式输送机系统、地面压风机房等进行了集中控制及远程监测监控改造，实现了矿井主要监测监控系统、自动化子系统数据的有机融合，建成了管控一体化的综合自动化系统。目前华阳集团已有65个井上和井下配电室实现了无人值守，15个压风机房实现了远程监控，10个主排水泵房实现了自动排水及远程监控，56部原煤带式输送机实现了集中控制，实现减员509人。
煤矿机器人
在煤矿机器人研发应用方面，投资4 000多万元，开展井下灾变区侦测机器人研究。2015年在一矿北头嘴35 kV降压站投入使用了巡检机器人（图4），2019年投入使用了输电线路巡检机器人，2021年在一矿主斜井投入使用了输送带巡检机器人（图5），实现了对设备智能实时监测、数据分析和故障预警，提高了巡检质量和效果。另外，华阳集团还组织研发了井下灾变区侦测机器人、巷道变形及通风系统监测机器人、井下瓦斯管道检测机器人、蛇形侦测机器人等。
图4 降压站巡检机器人
图5 一矿主斜井输送带巡检机器人
创造煤矿 5G 建设多个第一开启智能化矿井建设新时代
建成全国首座 5G 煤矿
2019年9月，华阳集团、中国移动、华为技术有限公司联合成立了“5G通信煤炭产业应用创新联盟”，经过共同努力，2020年4月，华阳集团开通了全球首个煤矿井下5G网络。2021年2月，华为技术有限公司创始人任正非到访华阳集团进行井下现场调研，双方共同承办了煤炭行业“首届5G+煤矿智能化高峰论坛”，并完成了以下4大关键技术创新：
1）5G网络拓扑结构，采用MEC边缘计算架构、环网冗余等技术（图6）。
图6 5G网络拓扑结构
2）采用网络授时技术，完成了高精度30 ns同步授时。
3）研发大上传1 : 3时隙比，单台基站上行峰值速率达到每秒1 100兆位以上，下行峰值速率达到每秒300兆位以上，开创了大上传时隙比的先河。
4）建设覆盖全矿井井下的SPN（切片分组网）环网，把承载不同业务的网络整合到一起，解决了井下多张网络各自工作带来的建设费用高、维护困难、升级困难等问题。
全球首次煤矿井下 5G 网络直播
2020年6月，新华社等多家媒体在华阳集团进行了全球首次煤矿井下5G网络直播（图7）。
图7 全球首次煤矿井下5G网络直播
5G 初期应用探索
在配电室、水泵房、综采工作面、掘进工作面等5G应用场景方面的实践，主要是利用5G网承载了部分原有工业以太网和无线网的传输。
1）井下变电硐室和水泵房，在排水、供电设备具备远程集中监控的基础上，增加巡检机器人来验证硐室环境、监测等数据。通过5G网络，实现4K视频回传、机器人监测数据回传和机器人实时控制。该应用将助力井下固定岗位实现无人值守、机器巡检。
2）华阳集团综采工作面是国家科学技术部重点研发计划“高瓦斯矿井智能开采安全技术集成与示范”项目的试验工作面，通过5G网络实现了对工作面“三机”设备的远程操作、监测数据和4K视频回传。
3）在掘进自动化方面，新研发投用的掘进机配置了惯导、激光雷达，可与里程计、位移等多种传感器融合，实现了高精度定位。通过5G网络，将掘进机数据和高清视频传输至远控中心，实现了掘进机的远程操控。
问题探讨与展望
1）在智能化煤矿建设的信息化基础支撑方面，5G+工业互联网建设已成为国家战略，但目前还没有成熟的煤矿应用架构方案，针对这一新生技术，建议确定试点并明确提出需要解决的具体技术问题，这就必须要联合运营商和ICT（信息通信技术）企业，制定切实可行的方案，加速解决，确保煤矿基础智能化建设的技术支持尽早建立健全。此外，数据融合能够作为资产在智能化矿山建设中发挥综合效益，目前还只是一个理想目标，协议、接口、采集标准和软件开发是亟待解决的关键难题。
2）在智能化综采工作面建设方面，支持透明开采的地质保障技术、惯导自动拉直并实现自动俯仰截割的自动化采煤技术等是亟待解决的关键难题。
3）在智能化掘进工作面建设方面，不同掘进条件下实现自动钻锚平行作业是亟待解决的关键技术。
4）推进智能化煤矿建设需要区分智能化、数字化的界限。智能化技术虽是煤炭工业高质量发展的技术支撑，但应认识到智能化、数字化并非万能，需区分哪些是可行的，哪些是不可行的。尤其是在智能化安全管理方面，在分清智能化、数字化界限的基础上，需要有冗余的保障手段，避免出现安全问题。需要借助智能化技术构建安全行为管控、通风智能管控、智能地质探测、设备节能运行（诊断、巡检）、视频AI可视化管理等智能化技术体系。
5）智能化煤矿发展需相应地增减完善岗位及工种，以培养新型人才。智能化、数字化转型升级，必将改变煤矿企业传统生产作业模式，增加适应于智能化、数字化建设和运维的岗位和工种，如煤矿网络工程师、数据分析工程师等。
6）促进、协调建立与运营商的新型合作运营机制。目前，5G网络应用于煤矿和其他行业的安全生产管控，大部分是基于运营商的专网模式，专网与大网互联互通，面临跨区域路由、安全保障、运维边界、收费策略、入网管控等一系列新问题；无论是对煤矿企业还是运营商来说都是新的挑战，亟需统筹建立与运营商和ICT（信息通信技术）企业的新型合作运营机制。
