煤炭是宁夏回族自治区（以下简称宁夏） 的主要能源资源，煤炭及煤电、煤化工等相关产业占宁夏工业增加值的50%左右，煤矿智能化是实现宁夏煤炭工业高质量发展， 提升煤矿安全生产水平的有效途径。2020年8月， 宁夏发展改革委会同宁夏应急管理厅、煤矿安全监察局等部门联合印发了《宁夏回族自治区煤矿智能化发展实施方案》，明确到2025年，120万t/ a及以上大型煤矿和灾害严重煤矿基本实现智能化，实现通风、地质、采煤、掘进、机电、运输、洗选等系统的智能化决策和自动化协同运行；到2035年，宁夏各类煤矿基本实现智能化，建成智能感知、智能决策、自动执行的煤矿智能化体系。
国内煤矿智能化发展现状
我国煤炭开采经历了人工炮采、机械化采煤、综合机械化采煤，目前正逐步向自动化采煤及智能化开采方向迈进。2015年，北京天玛智控科技股份有限公司（以下简称天玛智控）的成套智能化无人开采技术率先在陕西陕煤黄陵矿业有限公司一号煤矿实现突破，首先以巷道控制中心远程干预的方式实现了少人化采煤，后续又实现了地面操作控制中心远程干预的采煤方式。近年来，国家能源集团、中煤能源集团、晋能控股集团、山东能源集团、陕煤集团、平煤神马集团等大型煤炭企业均开始煤矿智能化建设，并在减人增安提效方面取得了一系列成果。
目前，国家计划首批建设70个智能化示范煤矿，据统计，全国已建成800多个智能化采掘工作面，具有示范代表性的有国家能源集团的上湾煤矿、枣泉煤矿，陕煤集团的张家峁煤矿等矿井。智能化采煤工作面应用基于双滚筒采煤机较为成熟的智能化开采、工作面多设备协同采煤控制等技术， 建立基于多信息监测的集中控制平台，减少了采煤工作面作业人员，有效降低了工人劳动强度，提升了井下作业的安全管控水平。
宁夏煤矿智能化发展现状
宁夏现有生产煤矿27处，设计产能1亿多t/a， 原煤产量8 600多万t，其中国家能源集团宁夏煤业有限责任公司（以下简称宁夏煤业）原煤产量占6 600多万t，中铝宁夏能源集团有限公司（以下简称中铝宁夏能源）、宁夏宝丰能源股份有限公司（以下简称宁夏宝丰能源）、中国石化长城能源化工（宁夏）有限公司（以下简称中石化长城能化（宁夏）公司）、宁夏红墩子煤业有限公司（以下简称红墩子煤业）及其他公司占2 000多万t。随着宁夏煤矿机械化、自动化、信息化和智能化建设持续推进，大中型煤矿已基本实现采掘机械化、自动化， 特别是国家能源集团的枣泉煤矿、金凤煤矿，开展煤矿智能化建设以来取得了实质效果，但宁夏煤矿整体依然存在智能化水平低、技术标准与规范不健全、技术装备保障不足等问题。
目前，宁夏煤业大部分矿井已全面推进煤矿智能化建设，中铝宁夏能源、中石化长城能化（宁夏）公司等也高度重视煤矿智能化建设，正在根据公司所属矿井的地质条件、资源赋存、装备现状等情况，积极开展智能化煤矿顶层设计及成熟智能化子系统的建设工作。
宁夏煤业智能化煤矿建设实践
宁夏煤业是宁夏的重点大型煤矿企业，在全自治区有着示范引领作用。2017年，在其下属的金凤、金家渠等煤矿进行智能化试点建设，实施了矿端虚拟云平台、万兆工业环网、4G无线通信、主运输系统智能调速、智能矿山移动监管平台等系统建设。2020年，宁夏煤业枣泉、金凤、红柳3对矿井被列为国家首批智能化示范建设煤矿，通过基础网络升级改造、采掘工作面智能化建设、辅助生产系统智能化升级改造、安全综合管控平台等系统的建设，利用工业物联网、云计算、大数据等技术， 实现了智能感知、业务融合、分析决策等功能， 为矿井安全生产提供了有力保障，为宁夏全面建设煤矿智能化提供了示范作用。目前各系统建设情况如下。
（1）智能化采煤
宁夏煤业自2013年开始立项，首先在金凤煤矿（薄煤层）和梅花井煤矿（中厚煤层）开始探索与尝试采煤工作面自动化开采技术，2对矿井分别采用了德国玛珂系统分析与研发有限公司和天玛智控的自动化控制系统，截至目前，已累计为23个采煤工作面配备了自动化开采装备，成功实施了不同地质条件下的自动化开采。近年来，宁夏煤业主要在羊场湾、红柳、金凤、枣泉、双马煤矿实施智能化工作面采煤技术的应用，相关矿井采煤队出勤人数减至原来的2/3，其中红柳煤矿实施了采煤机惯性导航+记忆+智能截割+支架智能感知调整+泵站远程供液及智能控制+“三机”及运输系统智能控制等智能化开采工艺，采煤工作面作业人员数量由原来的12人减至6人。智能化采煤发展阶段与技术系统构架如图1所示。目前宁夏煤业正加大科研投入，计划推进基于 TGIS 智能化工作面科研项目， 尝试实现综采队出勤人数减至原来1/3的目标；同时计划2025年前通过维修再制造+更新改造升级智能化开采等方式，全部实现智能化开采。
图1 智能化采煤发展阶段与技术系统架构
（2） 智能化掘进
一直以来，相对于国内煤矿综采技术装备的快速发展，掘进智能化技术进展缓慢。宁夏煤业确定并实施连续化作业与标准化配置、掘锚一体化、掘支平行与智能化“三步走”的智能掘进升级改造技术路线。先是利用悬臂式掘进机改造了1台掘锚机并在梅花井煤矿试用，后又逐步在其他矿井使用三一重型装备有限公司、徐工基础工程机械有限公司及山东天河科技股份有限公司等设备厂商生产的悬臂式掘锚一机。近2年宁夏煤业进行设备功率升级、掘锚护一体化、远程操控、带式输送机自移机尾伸缩机身、掘进工作面所有设备集中控制、自动化喷浆系统等研究与应用，掘进工效有效提升。宁夏煤业正在规划用5年左右的时间完成快速掘进装备的研制，通过与中国煤炭科工集团太原研究院有限公司、三一重型装备有限公司等研究院及设备厂商合作，开发应用掘锚一体机+锚运机+带式输送机尾自移+喷浆机器人施工的工艺组合，实现巷道掘、锚、支、运、喷平行作业，有效减少作业人员。同时通过系统优化、强化组织、激励组织等保障措施，提高煤矿掘进工效。智能化掘进技术系统架构如图2所示。
图2 智能化掘进技术体系架构
（3） 智能化辅助系统
目前，宁夏煤业下属全部矿井生产辅助系统方面的供电、通风、供排水、压风、制氮等大部分固定岗位实现了“有人巡视、无人值守”；成功实施了矿井主通风机故障状态下一键启停和自动切换改造；同时正在任家庄、麦垛山等煤矿试点应用智能通风系统，其他矿将逐步推广使用。下一步是对已实现“无人值守、有人巡视”条件的生产辅助系统进一步进行智能化升级改造，加快推进辅助系统少人无人作业，智能化辅助系统如图3 所示。预计2022 年底，宁夏煤业各矿所有生产辅助系统基本完成智能化升级改造，实现“无人值守+有人巡检（部分机器人巡查）+ 高清可视化远程集中控制”。
图3 智能化辅助系统
（4） 智能化选煤
宁夏煤业宁东片区所有选煤厂均已全部实现生产系统设备的远程集中控制，原煤配煤定量入洗、分流补水调节、加介加药控制等工艺环节全部自动化，创新应用基于煤质组成的重介分选过程调控专家咨询系统、TDS智能干选等新型技术，通过技术应用各厂生产班运行人员均有所减少，比较具有代表性的枣泉煤矿选煤厂分厂，生产班由原来的平均 30 人左右岗位工减少至目前 7~9人巡检工。下一步，宁夏煤业将遴选几个智能化程度较高的选煤厂，逐步推进“黑灯无人”选煤厂的建设。智能化升级改造完成后，将实现选煤厂生产组织由现场巡检向无人值守转变，由现场控制向可视化集中控制转变，由人工数据采集向系统智能采集转变，由设备运行依靠历史经验分析向人工智能大数据分析转变。
中铝宁夏能源智能化煤矿建设实践
近年来，中铝宁夏能源高度重视煤矿智能化建设工作，准确把握公司煤矿智能化建设形势任务， 制定了煤炭产业智能化建设规划，基本建设路径：
①统筹规划、分类施策，根据4对矿井的煤层赋存条件、生产系统、装备现状等情况，制定不同的煤矿智能化建设实施规划，按照规划内容实施建设；② 试点先行、稳步推进，遴选条件较好的王洼二矿开展智能化建设，以点带面，中铝宁夏能源其他矿井将按照王洼二矿模式进行复制建造；③需求牵引、重点推行，按照各煤矿实际情况，重点推进煤矿巷道优化、高效掘进、辅助系统的智能化升级改造， 减少作业人员，不断破解中铝宁夏能源高质量发展的难题和技术瓶颈；④自主创新、强化攻关，积极引入“互联网+煤矿”和“大数据”发展战略，面向社会寻求重大项目合作，与院士团队、科研院所、工程设计公司、相关科技企业单位开展产学研用方面的深度合作，开展重大技术攻关，不断突破发展瓶颈，实现宁夏首个智能化综放工作面的建设。同时中铝宁夏能源各矿加大地质灾害的治理力度，银洞沟煤矿开展生产系统优化，王洼煤矿、王洼二矿、银星煤业实施软岩支护、超前疏放水等工作， 为下一步全面开展智能化建设奠定了安全基础。
宁夏其他煤矿企业智能化建设实践
宁夏宝丰能源、中石化长城能源（宁夏）公司、红墩子煤业也积极推进煤矿智能化建设，编制本单位的煤矿智能化建设规划，3家单位的基本建设路径：①以机械化为基础，淘汰落后装备，不断推进本单位煤矿新装备的应用，如各矿推进应用巷道修复机以减少巷道修复辅助人员，部分老矿井原有手动阀操作的液压支架逐步改造为电控，全面推广使用岩巷掘进机，淘汰炮掘工艺；②以自动化为升级途径，逐步减少人工操作，如宁夏宝丰能源、中石化长城能源（宁夏）公司对综合自动化平台进行升级改造；③以信息化为创新方式，提高安全生产管理水平，各矿升级改造安全监测监控系统、推广井下重点区域视频全覆盖等项目；④以智能化为发展目标，积极加快推进煤矿智能化相关系统的建设，新建采煤工作面全部按智能标准要求实施，预计红墩子煤业红一煤矿、红二煤矿新建工作面均按智能化工作面标准投资，中石化长城能源（宁夏） 公司银星二号煤矿也正在计划利用原有装备开展升级改造工作。通过煤矿智能化建设，在控制技术方面，实现从人工手动干预、现场有人值守到自动控制、无人值守的转变；在安全管理方面，实现由被动的事后响应式管理到主动的事先预警与预控方向发展；在决策支持方面，从经验决策逐步向智能化决策方向发展；最终推进宁夏自治区煤炭工业转型升级及高质量发展的步伐。
宁夏煤矿智能化建设存在的问题
（1） 宁夏煤矿开采区涵盖石炭系、侏罗系等
含煤地层，开采条件相对比较复杂，水、火、瓦斯、顶板、地热、动压等灾害影响也比较突出，煤层稳定性较差，煤层赋存条件对煤矿智能化建设难易程度及建设效果存在一定影响。
（2） 宁夏煤矿智能化建设主要集中于智能化采煤工作面、机电运输系统固定岗位无人值守等系统，矿井智能化建设系统的集成度较低，存在信息孤岛、信息烟囱等问题。
（3） 智能化掘进发展速度缓慢，宁夏煤矿煤巷综掘月单进平均为240～360 m，采掘失调依然是制约宁夏煤炭产业高质量发展的痛点，亟需开展掘支平行作业和智能化掘进技术、装备与工程示范研究与实践，研制出符合宁夏煤矿巷道围岩条件的快速掘进装备。
（4） 宁夏部分矿井工作面实现了常态化“有人巡视、无人值守”开采，但设备、网络等可靠性依旧是制约智能化开采的瓶颈，亟需研发出适应宁夏煤层条件的智能开采技术与装备。
（5） 对煤矿智能化的认识和智能化建设意愿不统一，现有技术人员储备不能满足智能化建设要求，自动化、信息化人才匮乏。
（6） 宁夏煤矿企业应用的煤矿机器人较少， 仅在个别矿井的井下主排水泵房、变电所等固定场所进行了尝试使用，尚未开展移动作业场所的探索；同时未开展应急救援类机器人的应用。
（7） 煤矿智能化开采在减少劳动强度方面有明显效果，但在提高采出率方面还需要提升，特别是超前支护装备的落地实施，制约着部分矿井顶板管理。
宁夏煤矿智能化建设建议
（1） 政府引导，企业协同。根据地质条件， 制定符合宁夏煤矿实际的煤矿智能化建设指导建议、验收标准等，突出目标导向和实效导向，加大资金奖励、细化激励政策，确保落实。重点对国家首批建设的金凤煤矿、枣泉煤矿、红柳煤矿等智能化示范煤矿做好指导，形成可以复制的成功经验， 为其他煤矿企业树立标杆，以点带面推动全区煤矿智能化建设。
（2） 加强与高校、科研院所的合作。与科研单位开展产学研用方面的深度合作，开展重大技术攻关，不断突破发展瓶颈，开展适合于宁夏不同煤层赋存条件的智能化装备研究，研发井下智能掘进、超前支护、巡检机器人、采煤机智能化截割、刮板输送机上窜下滑智能化控制、井下智能分矸等技术与装备，特别是要加强智能掘进技术攻关，切实提高单进水平，破解采掘失调的难题。
（3） 做好重大灾害治理的技术攻关。牢固树立超前探查、超前治理、风险预控、消除隐患的意识，重点攻关软岩支护、防治水等难题，推广应用复合支护技术、“110工法”等技术，提高安全预防水平和隐患治理能力。
（4） 就地取材，加强与宁夏自治区内银川科技学院、宁夏理工学院等相关院校合作。结合矿井生产安排，利用各种教学方式培养一批懂技术、会管理的人才队伍。积极举办各类专业培训，充分调动煤矿作业人员的主动性，鼓励员工自主学习，提升员工使用新技术、新装备的岗位作业能力和创新能力，特别要重点培养智能化操作与管理方面的专业技术人才，组建高素质、高效率的专业化人才队伍，提升综合管理水平。
（5） 合理规划配套产业布局。鼓励宁夏煤机装备制造业及相关配套产业深入开展煤矿智能化技术与装备研发，加快技术与装备短板的攻关，努力
提升大功率变频一体机与永磁技术，研发高可靠性圆环链、耐磨与耐腐蚀强度高的装备部件，提高煤矿智能化技术装备保障能力。
（6） 宁夏煤矿企业全面推广应用井下中央变电所、井下排水泵房、地面压风机房、主运输系统等固定机房（硐室）无人值守，减少现场作业人员；新建矿井全部按照智能化建设规范设计，新购置的设备全部选用成熟可靠的智能化装备。
结 语
宁夏煤矿智能化建设在国家、宁夏回族自治区及行业相关政策的指导下，已取得初步成果，但是宁夏煤层赋存条件与企业经济效益存在一定的差异，智能化建设基础仍然比较薄弱，部分矿区受水害、软岩等地质灾害因素的影响，各煤矿企业做好顶层设计的同时，还需加大相关灾害治理，统筹做好安全生产与高效发展，特别是需要加大掘进自动化和智能化的投入力度，逐步解决各矿采掘失衡、掘支失衡的问题，真抓实干、开拓进取，实现宁夏煤炭生产向智能化高质量发展。
