智能化煤矿是煤炭行业未来的发展方向，也是转型升级的重要路径。2021年12月国家能源局印发《智能化示范煤矿验收管理办法（试行）》（以下简称《验收管理办法》），为智能化煤矿建设提供了权威、规范的标准，将在很大程度上提高煤矿智能化建设的热情，规范并加速煤炭行业的智能化建设进程，对于煤炭行业的高质量发展具有重要意义。
《验收管理办法》将智能化煤矿安全纳入重要地位，明确提出要建设智能化双重预防机制，实现灾害综合防治。影响煤矿安全的危险因素众多，且相互耦合，必须要从技术和管理2个方面同时进行管控。智能化安全是智能化矿山的重要组成部分，是智能化矿山建设的优先环节。智能化建设在减人提效的同时，也应该保证对影响煤矿安全的各个危险因素的变化情况有更加全面、准确、及时的了解和掌握，使煤矿安全生产逐步走向透明化，为安全管理创新提供可能。
智能矿山愿景与双重预防机制
图1 煤矿智能化安全的技术变革
王国法院士提出煤矿智能化发展的愿景是实现煤矿全时空多源信息实时感知，安全风险双重预防闭环管控；全流程人-机-环-管数字互联高效协同运行，生产现场全自动化作业；煤矿职工有更多幸福获得，煤炭企业实现更大价值创造。煤矿智能化愿景体现了3个方面的内容：安全、生产和价值，而且安全是第一位的，基础性的。作为涉危行业，安全一直以来都是煤矿生产的重中之重。在智能化矿山建设中，智能化安全是不可忽视的有机组成部分。《验收管理办法》也将安全置于较为重要的位置，以安全为核心的第9项“安全监控系统”在I类 和II类煤矿各系统评价中，分别占13.06%、的权重，仅次于采煤和掘进，属于同等重要程度的要素。在露天矿山的评价标准中，也将智能综合管控平台列入一级指标。
煤矿要做好安全生产就必须对各个危险因素进行全面、系统地管理，用科学的管理方法统筹与安全有关的各种资源，形成面向安全的合力，发挥最大作用。而安全双重预防机制就是统筹各种安全资源的有效方法，它是安全风险分级管控和隐患排查治理双重预防机制的简称，是通过风险辨识评估提前掌握生产过程中存在的风险，夯实各层级管控责任，并通过隐患排查治理确保风险处于受控状态的一种安全管理机制。
双重预防机制是煤矿安全管理的核心，与智能化煤矿前沿技术相结合的智能化双重预防是煤矿智能化安全的核心。从理论本身的优势而言，双重预防机制既延续了煤矿长期以来执行的隐患闭环管理模式，又体现了以风险管控为核心和前提的现代安全管理思想，能够兼容企业各种个性化的安全管理方法，掌握安全管理的主动权，是具有中国特色的安全管理创新。另外，自双重预防机制提出以来，各级政府部门、安全监管监察机构等都对煤矿双重预防机制建设提出了要求，并在2021年6月新修改的《安全生产法》中正式将建设、落实双重预防机制纳入生产经营单位的法定职责。因此，煤矿开展智能化安全建设必须以双重预防机制为管理核心。
煤矿安全生产与危险因素直接相关。一般而言，影响煤矿安全生产的危险因素可分为“人、机、环、管”4个方面，利用现代化技术，通过对每个危险因素的风险态势分析、评估，不断跟踪、预测相关风险的变化情况和发展趋势，进而在风险失控前及时采取相关措施，掌握安全生产的主动权，有效管控风险，从源头上保障安全生产。在《验收管理办法》的“安全监控系统”要素中明确规定要“具有完善的安全风险分级管控和隐患排查治理双重预防机制，实现多种灾害监测数据的融合共享，以及对煤矿安全态势的动态评估、预测、预警”，明确提出了技术与管理的融合问题。对各危险因素进行动态监控是智能化矿山建设的基础，企业应将智能化安全纳入到整个智能化矿山规划中，做到“同步规划、同步建设、同步使用”，甚至“超前建设、超前使用”。
煤矿智能化安全建设是对安全生产的一次变革（图1），安全管理模式将由原来的被动式、经验式、依赖员工素质的人工安全管理模式，转变为主动式、科学化、依赖技术创新的“人工+机器智能”安全管理模式，使煤矿安全管理实现了跨越式发展。
智能化双重预防是物联网、大数据、人工智能、移动互联网等技术与风险分级管控和隐患排查治理的深度融合，是可以实现安全生产要素动态监控、安全态势实时分析评估、预测预警、事故隐患智能分析，直至风险自动辨识、应急协同指挥一体化的安全管理工作机制。
综上所述，智能化双重预防机制是煤矿智能化安全管理落地的关键，可以全面实现《验收管理办法》中对安全智能化的各项要求，且具有更强的系统性、完整性和可落地性。由于智能化双重预防机制以双重预防机制理论为核心，因此智能化双重预防机制的研发和建设必须要符合双重预防机制的理论内涵，而不能仅是智能化技术在安全管理工作的硬性堆叠，否则很容易造成技术与管理的分离，难以发挥预期的效果。
灾害综合防治系统与智能化矿山安全生产
图2 煤矿智能化安全双重预防管控平台主界面
《验收管理办法》对建设灾害综合防治提出了6条具体要求，希望通过灾害综合防治系统的建设，抓住智能化矿山建设中灾害防治这一“牛鼻子”，保障矿山的安全生产。这些要求内容可以总结为4个方面：
（1）矿井应建立完善的灾害感知预警系统，即矿井应结合自身灾害赋存情况，对矿井水、火、瓦斯、煤尘、顶板、冲击地压六大自然灾害分别建立灾害感知预警系统，这是建设灾害综合防治系统的前提和基础。在此基础上，应实现多种灾害监测数据的统一传输和分类存储，达到数据融合共享，避免不同灾害防治信息系统之间出现“信息孤岛”。
（2）在灾害防治数据实现融合共享的基础上，实行灾害防治数据的深度挖掘、综合利用，以各灾害防治实时监测数据为基础，开展监测数据的实时分析，具体包括：实现对煤矿安全态势的动态评估、预测、预警；实现对重点区域的安全状态实时评估及预警；实现对主要采掘机运通系统的安全运行状态实时评估；实现根据灾害监测与评估信息自动预测事故发生的可能性。
（3）矿井环境参数的实时监测信息、预警信息、评估信息应具有与人员单兵装备进行实时互联的功能，能够及时传递到工作人员。
（4）应具有矿井应急救援工作管理及指挥能力，根据灾害监测预警、综合评估结果，自动调用应急救援预案和避灾路线，实现应急救援辅助指挥功能；具有对重大应急事件、重大卫生安全事件的应急处置管理能力。
安全态势的实时分析评估是综合防治系统的核心，在对各类危险因素全面感知和数据集成管理的基础上，首先要具有监测数据的实时分析功能，并具有对整体和主要采掘机运通系统安全运行状态进行实时评估的功能，进而能够根据灾害监测与评估信息自动预测事故发生的可能性，最后矿井环境参数的实时监测信息、重点区域的安全状态实时评估及预警信息应能够与人员单兵装备进行实时互联，指导工作人员现场决策，实现人和技术的有机融合。
灾害综合防治系统，重点在“综合”、难点在“防治”，通过对矿井重大灾害的治理，有效管控重大风险、治理重大隐患，避免发生群死群伤事故，从而保障安全生产。“综合”，即矿井的灾害防治不局限在某一灾害、某一监测点上，而是要通过多种灾害监测数据融合、多种技术应用、多种输出结果来达到以往灾害防治工作达不到的水平和高度，反映以往灾害防治过程中不易实现或无法发现的规律和问题，为专业管理人员、高层决策人员提供数据支持；“防治”，即灾害防治工作超前性，防患于未然，通过数据分析应用，实现实时感知、超前预警、快速处置，解决以往发现问题能力不足、问题把握不精准、信息传递不及时、处置措施不到位的现象出现。
中国矿业大学智能化安全双重预防管控平台与煤矿灾害综合防治系统
中国矿业大学安全科学与应急管理研究院是省部级重点研究基地，是中国矿业大学专业性科研机构，由安全、矿业及信息化等领域的多位教授和专家组成，是我国最早从事煤矿双重预防机制研究的科研团队。团队提出了完整的双重预防机制理论框架和实践方法，参与了煤矿安全生产标准化管理体系的修订，并先后主持编制煤炭行业团体标准、各省（自治区）地方标准和企业标准等10余项，出版专著10余部；研究成果曾获中国煤炭工业科学技术一等奖、江苏省科技进步二等奖、江苏省哲学社会科学优秀成果二等奖、中国安全生产协会安全科技进步二等奖等诸多奖项，并多次被《科技日报》《中国应急管理报》《中国煤炭报》《中国矿业报》等媒体连续报道。团队依托理论研究成果和余家的企业服务实践，研发了智能化安全双重预防管控平台和灾害综合防治系统，为煤矿智能化安全建设提供了有力的支撑。
智能化安全双重预防管控平台
中国矿业大学安全科学与应急管理研究院研发的智能化安全双重预防管控平台（以下简称智能化安全双重预防管控平台），以双重预防风险分级管控、隐患排查治理核心业务为指引，全面集成矿井安全生产感知数据，建立数据仓库，基于国家自然科学基金研究成果构建指标体系及风险分析预警算法模型，实现安全风险监测预警、重点区域和矿井安全态势综合评判，实现系统数据与人员装备实时互联、管理全要素可视化联动展现，推进双重预防体系建设。同时兼顾应急管理需求，为矿井的安全管理、生产调度、应急决策提供信息支撑，推动煤矿智能化建设迈向更高水平。煤矿智能化安全双重预防管控平台主界面如图2所示。
煤矿智能化安全双重预防管控平台已在多个煤矿得到了不同程度的应用，效果显著，该平台主要具有以下5个特点：
（1）可实现双重预防机制与企业的管理、技术体系有机融合，通过与现场单兵装备的交互，将矿井安全管理工作提升到“人工+机器智能”发展阶段，大幅提升了安全风险管控、隐患排查治理工作效率和效能。
（2）突破了人工安全管理数据不及时、不准确、不完整的局限性，通过图像识别、数据挖掘等技术，实现矿井隐患、人员“三违”行为的智能识别，并通过联动机制，主动下发相关责任单位和人员，充分发挥现代化技术在煤矿安全管理中的积极作用，扩展了数据来源。
（3）构建了包含“人、机、环、管”的系统性安全指标体系，涵盖影响安全风险的各方面数据，通过神经网络等人工智能算法，实现了对工作面、重点区域、煤矿不同层级，以及瓦斯、水、火灾、顶板、冲击地压、粉尘等不同风险的动态风险评估，并实现了多维度的风险动态评估和可视化展示，为不同的安全管理场景提供数据支持。
（4）可通过风险变化趋势预测，督促责任部门在隐患发生前开展有针对性的风险管控，掌握风险管理的主动权，有效遏制事故发生。
（5）将应急管理纳入智能化安全双重预防管控平台，实现了风险、隐患、应急全过程管理，为应急救援工作及指挥提供数据和平台支撑。
煤矿智能化安全双重预防管控平台不但完全满足《验收管理办法》的各项要求，也能够融合煤矿各项安全管理方法，为技术和安全管理融合提供了先进的思想指引和技术平台，为各矿山企业实现智能化建设的愿景提供了坚实保障。
图3 煤矿灾害综合防治系统主界面
图4 灾害防治数据中心系统界面
图5 灾害监测预警与综合评价系统界面
煤矿灾害综合防治系统
中国矿业大学安全科学与应急管理研究院研发的煤矿灾害综合防治系统，充分结合国家、行业、地方有关智能化矿井建设要求，按照感知层、传输层、支撑层、应用层、统一门户等5层技术架构和灾害防治数据生产-数据融合集成-数据分析挖掘-结果反馈应用的整体思路进行开发建设，不仅可满足智能化煤矿的评定要求，而且突破了新技术、新产品在煤矿灾害防治工作中的融合应用，将煤矿灾害防治工作提升到综合化、智能化发展新阶段。煤矿灾害综合防治系统主界面如图3所示。
煤矿灾害综合防治系统融合集成矿井安全监测监控、人员定位、工业视频等10余个灾害防治信息化子系统，可实现多源异构灾害防治数据的传输、处理和融合共享（图4）。
结合双重预防机制和应急管理业务运行数据，通过建设安全指标体系，构建大数据算法模型等技术，对安全数据进行深度分析挖掘，实现对矿井灾害安全风险的监测预警、多维度安全态势综合评估等功能，重点实现对矿井水、火、瓦斯、煤尘、顶板、冲击地压等自然灾害进行动态化和实时化监测预警；实现对矿井、重点工作区域、自然灾害的综合评估，灾害监测预警与综合评价系统如图5所示。另外，煤矿灾害综合防治系统配套开发了智能移动终端APP，可实现矿井灾害实时监测数据、预警信息、评估信息与人员单兵装备的实时联动展示，紧急情况下可调用应急预案、处置措施，为矿井安全管理提供综合、全面的数据支持。
