为贯彻落实八部委联合印发的《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》（发改能源﹝2020﹞283号），科学规范有序开展煤矿智能化建设，国家能源局、国家矿山安全监察局制定出台了《煤矿智能化建设指南（2021年版）》（以下简称《指南》）。为帮助读者正确领会《指南》的核心要义，推动煤炭企业更好落实煤矿智能化建设的主体责任，确保实现《指南》中露天煤矿智能化建设的总体目标，现对《指南》中露天煤矿部分的相关联的内容进行解读。
随着“云大物移智链”等新技术与矿业交叉融合，露天煤矿的智能化建设需求日益强烈，但大部分矿山面临建设目标不清晰、路径不明确、内容不系统、重点不突出、效果不明显、项目推进缓慢等问题，多是“摸着石头过河”，极易陷入重局部改造，轻整体规划；重‘软’系统建设，轻‘硬’工艺装备变革；重业务系统建设，轻数据价值挖掘；偏离需求片面追求无人化，忽视智能化建设的经济属性”等误区。为进一步总结经验，统一思想，在操作层面为企业开展智能矿山建设提供全面引导，在充分借鉴国内外矿山及其他行业先进经验的基础上，特研究编制了《指南》。
《指南》立足国内露天煤矿的现状和实际情况，分别对生产矿山和新建矿山的建设目标做了要求，生产矿山主要是基于现状对现有系统进行改造和提升，新建矿山应结合实际建设条件依据智能化矿山建设标准进行规划设计和分期建设实施。虽然二者的实施途径有所区别，但总体目标在本质上是一致的，都是将物联网、云计算、大数据、人工智能、自动控制技术、移动互联网技术、智能化装备系统与现代露天开采技术深度融合，构建露天煤矿全面感知、实时互联、数据融合、智能决策、自主运行、安全高效的一体化协同管控系统，赋能矿山实现生产、安全、经营、综合管理等全要素、全过程、全生命周期的智能化运行。
露天煤矿智能化建设与井工煤矿相比有其特殊性，主要表现在以下4个方面：①作业空间广、场所分散；②工艺系统呈非线性、工序多且离散；③设备规格大、类型多样；④设备实时移动、轨迹多变。当前露天煤矿智能化建设存在以下4个主要问题：①移动设备主要依赖人工驾驶作业，工作强度大、安全风险高；②地面生产系统和储装运系统的运行维护仍以人工操控和人工巡检为主，自动化管控和智能运维水平较低；③矿山生产组织管理仍按固定计划人工调度，生产调度的科学性不够，经济性不佳，生产组织缺乏柔性；④矿山生产及设备运行数据的在线监测手段不足，无法实现数据积累和基于大数据的科学决策。
针对我国露天煤矿分布区域广、开采条件各异、工艺设备种类繁多、信息化建设水平参差不齐、市场区域性差异大、运营管理模式复杂多样等问题，为契合企业发展实际，增强指导的精准性，《指南》提出企业要坚持“因矿施策，培育典型”，根据企业发展战略和实际生产经营情况，统筹规划，分步实施，明确建设重点，有序推进智能化建设。特别是要结合企业需求的紧迫程度、矿山基础条件和资金承受能力等因素制定露天煤矿智能化建设总体设计方案。在做好相关子系统的自动化和数据标准化基础之上，对主要设备和设施进行智能化升级改造，再逐步建设完成信息智能综合管控平台，实现集生产系统、安监系统、智能保障系统、智能决策分析系统、智能经营管理系统、智能化园区等数据与功能于一体，统筹安排各类生产要素和资源分配，动态调节作业计划和运营策略。
《指南》明确了露天煤矿智能化建设的技术架构采用基于工业互联网平台的“云、边、端”架构，采用一套标准体系、构建一张全面感知网络、建设一条高速数据传输通道、形成一个大数据应用中心，面向不同业务部门实现按需服务。主要基于以下考虑：传统的IT架构已经难以支撑海量异构数据的采集、管理和有序流动，制约了智能化发展，而基于工业互联网的技术架构，能够实现海量异构数据汇聚与建模分析、经验知识软件化与模块化、各类创新应用开发与运行，从而支撑生产智能决策、业务模式创新、资源优化配置、产业生态培育。目前，煤矿企业已建成大量基于传统IT架构的信息系统，这些系统可作为平台的基础数据源（端侧），继续发挥系统剩余价值，并逐步推进传统信息化业务的云化部署，解决企业传统系统向工业互联网迁移、单个企业与行业平台对接等难题。
《指南》作为提升行业智能化水平和规范建设工作的引导性文件，结合国内外露天煤矿智能化建设的实践经验、先进技术和先进理念，提出了主要建设内容，总体上做好以下5个方面重点工作。
露天煤矿智能化建设工作是一项规划先行、有序推进、动态调整的系统性工程。为了使该项工作始终保持系统性、实效性和可操作性，《指南》提出了智能化露天煤矿总体设计的技术要求，是将信息技术与各类露天开采工艺系统进行深度融合，逐步实现露天矿生产全环节的设备大型化、少人化、无人化。
总体思路是根据露天煤矿的基础条件和实际特点，首先开展《智能化露天煤矿总体设计方案》的研编工作，方案应明确建设期、任务目标、建设内容、技术路线、实施方案、投资估算、预期效果，风险及对策等。《智能化露天煤矿总体设计方案》应根据露天煤矿实际特点和支撑配套条件主要从基础设施建设、智能穿爆、智能采剥、灾害预警和智能辅助等5个方面对智能化建设内容做研究和部署，要遵循“全面集成融合子系统、扩大（半）连续工艺应用范围、保障安全生产、坑下无人、地面少人”的基本理念。《智能化露天煤矿总体设计方案》通过评审后，分期分批建设实施，必要时可分专项制订《专项建设方案》以指导各专项建设内容的实施。
露天煤矿智能化建设首先应进行信息基础设施建设，主要包括按照“可扩展、标准化、可管理”的原则集成矿山业务系统数据，建设数据中心；按照“先进适用、适当超前、充分利旧”的原则建设煤矿通信网络；按照“同步规划、同步建设、同步使用”的原则进行矿山网络安全防护体系建设，以确保智能矿山的网络安全。结合露天矿生产工艺流程，对生产设备及其他基础设施进行数字化改造。加快部署环境感知终端、智能传感器、智能摄像机、无线通信终端、无线定位终端等数字化工具和设备，实现矿山环境数据、采矿装备状态信息、工况参数、移动巡检数据等的全面采集；规划部署矿山控制网、生产网、办公网、监控网等网络，实现主要办公区、受控区域、装备作业区等重点区域的网络全覆盖。
制约我国露天煤矿智能化建设的最主要原因之一是采剥工程中单斗-卡车间断开采工艺的占比过高，约占工程量的85%以上，且连续和半连续开采工艺占比较低。造成该局面的原因有2个：①我国露天煤矿大规模建设和开发的时间较晚，过去几十年里，大多数露天矿都是处于建设初期，开采深度小、剥采比小、运距近，卡车运输较带式输送机运输的灵活性和经济性更好，从而限制了连续和半连续开采工艺的应用；②我国露天煤矿采剥工程采用外委施工运营模式的现象非常普遍，受合同期较短及单价较低等因素影响，外委施工所采用的工艺均为单斗-卡车间断开采工艺，且设备规格普遍较小，对连续和半连续开采工艺在我国的发展和使用造成了重大冲击。
连续开采工艺和半连续开采工艺可实现物料的连续运输或大部分环节的连续运输，而带式输送机连续运输系统实现智能化的难度要明显低于单斗-卡车间断开采工艺实现卡车和电铲无人驾驶的难度，大部分技术目前已经基本成熟，其智能化建设的速度和效果也要好于单斗-卡车间断开采工艺系统。另外，连续运输系统在减人、安全和环保等方面要明显优于卡车运输方式，因此应大力发展连续和半连续工艺在我国露天煤矿的应用。受开采条件和外部建设条件所限，一座露天煤矿的采剥工程往往需要采用一种以上的综合开采工艺，因此，其各开采工艺系统的智能化建设应遵循《指南》中对不同工艺系统智能化的相关要求。
露天煤矿完成了信息基础设施建设及主要生产工艺系统的智能化升级改造后，基本可实现“固定岗位无人值守、移动电子设备无人驾驶或远程操控”的目标。在此基础上，矿山企业应根据实际需要同步建设好与已完成智能化工程相配套的智能辅助生产系统和灾害预警系统，主要包括：①建设地质、测量、开采保障系统，包含地质资源管理系统、测量管理系统、采矿智能设计系统；②建设智能安全监控系统，包含人员安全监控系统、边坡安全监测系统、设备安全监控系统、环境安全监控系统、灾害管理监控系统；③建设智能化园区，实现对园区内人、车、财、物的全面掌握、智能分析预警和敏捷控制；④建设生产经营管理系统，实现对生产过程的状态、成本、效益以及年度整体生产情况等的智能分析与决策，为生产经营管理提供依据等。
《指南》立足于实现露天煤矿各业务系统的数据共享服务与智能协同管控，提出建设基于微服务架构设计思想的智能综合管控平台，集成各业务系统数据及感知层数据，强调“业务层的组件化和服务化”，应用之间通过服务完成交互和集成。管控平台对煤矿生产、安全、技术、保障等进行主动感知，并通过计算机技术实现对海量数据的融合共享、处理分析等，对矿山生产网络内的人员、机器、设备、物资、信息等进行智能管理和控制，从而实现智能决策、自主运行、安全高效的智能运行模式和总体目标。
《指南》明确指出要推进大数据、人工智能、5G、边缘计算、数字孪生等前沿技术在露天煤矿的应用，并给出了具体的应用场景，如，要研发采矿智能设计系统，实现穿爆智能设计、短期及中长期智能排产；在核心开采装备研发方面，围绕半连续工艺系统的集成设计与开发、智能控制与监测技术、带式输送机的智能调速、隐患识别、故障诊断及预测等方面开展研究；围绕连续开采工艺系统的轮斗挖掘机切削机理、高寿命斗齿等关键元部件、整机结构设计、大跨度重型设备姿态自适应调整、大跨度设备多履带移动路径规划、自移式大倾角带式输送机成套装备等加大研发攻关力度；研发高精度北斗或GPS模块、防碰撞安全预警系统、设备数据采集、数字孪生、自动驾驶等技术，使各类露天开采工艺系统具有智能感知和自主决策功能，实现露天矿坑下少人或无人化开采，系统高效协同运行；面向露天矿实现少人和无人化智能开采后的实际需求，加强露天矿智能化综合保障技术与装备研发，基于视频监测、数字孪生等技术，开发露天矿大型装备故障自诊断与健康管理系统，实现露天矿设备的在线诊断与远程运维。
智能化矿山建设是一项复杂的系统工程，涉及的专业领域多、技术复杂度高，而且有很高的系统性。建设一座既符合本矿山实际需求，又符合行业发展要求的智能化露天煤矿，需要先进的理念和强大的专业化人才队伍作为支撑，矿山企业自行摸索很容易陷入误区。建议企业对照《指南》明确本矿山的目标与业务需求，借助“外脑”，委托具有提出矿山智能化建设整体解决方案能力的机构开展基础诊断、总体设计以及项目组织实施工作。
我国露天煤矿的煤层赋存条件复杂多样，不同地区、不同煤层条件、不同工艺设备配置、不同运营管理模式、不同市场条件和经济承担接受的能力等对智能化的要求、技术路径、发展目标等均存在差异，煤矿智能化建设不可能是一蹴而就的，建设标准也不能“一刀切”，而是要结合各露天矿的实际实事求是、分层次、分阶段、分轻重缓急的有序推进。
矿山企业要根据《指南》中基础支撑要求，完善组织、制度、技术、资金、人才等方面的保障措施。加强组织领导，设置智能化专职机构，鼓励煤矿企业一把手担任专职机构负责人，确保煤矿智能化建设各项工作有序推进。煤炭企业与相关高校、科研院所等协同合作，加强智能化煤矿核心技术与成套装备的研发应用。加大资产金额的投入，重点实施智能化技术与装备研发、技术改造、工程建设等项目，提高资金产出效益。加大人才引进和复合型人才教育培训力度，开展在职人员智能化和信息化培训，建立健全煤矿智能化有关技术人员职业发展通道。
《指南》从指导思想、根本原则、建设目标、建设技术路径、建设内容、保障措施等方面对露天煤矿智能化建设提出了具体实际的要求。露天煤矿企业在进行智能化建设时应参照《指南》要求并从实际出发，制定适合自身条件和需求的智能化建设规划与方案，科学规范有序的推动露天煤矿的智能化建设。
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