王国法院士：智能矿山技术体系与发展趋势

民生 2024-11-20 20:41 北京

习近平总书记强调：“发展新质生产力是推动高质量发展的内在要求和重要着力点，必须继续做好创新这篇大文章，推动新质生产力加快发展。”智能矿山建设是世界矿业发展大趋势，是将新一代信息技术与矿产资源开发利用技术进行深度融合，矿产资源开发生产力要素中的劳动者正向高素质、高技能、复合型、创造性劳动者转变；劳动资料从物质资源等实体资本向科技资本、人才资本、先进装备、数据等拓展；劳动对象从自然世界自然对象拓展至虚拟世界虚拟对象。智能矿山建设是矿业领域的新质生产力，通过推动矿产资源开发利用价值体系重构，实现动力变革、质量变革、效率变革。

矿山安全生产治本攻坚三年行动的持续推进和智能矿山建设的持续深入，极大地促进了我国矿山安全生产形势持续好转。今年以来，我国矿山事故数量与遇难人数同比分别下降25.6%和31.9%，较大事故起数和遇难人数同比分别下降35%和28.7%，重大及以上事故起数和遇难人数同比分别下降66.7%和80%，未发生特别重大事故，实现了事故总量、较大事故、重大及以上事故“三个下降”。信息化和智能化技术的快速应用在其中起到了重要的作用，下一步要加快新一代信息技术与矿山融合，助力智能矿山安全保障技术体系与安全应急管理体系建设，将矿山安全生产推进到智能化阶段。

智能矿山技术体系与发展趋势

智能矿山是一个多系统、多层次、多专业领域融合的复杂系统工程。在国家政策与科技创新的持续推动下，我国智能矿山建设取得了重大进展，研发了一批智能化新装备、新系统，建成了一批智能化示范矿山，创新了不同地质条件的智能矿山建设、生产与运维管理模式，形成了可复制、可推广的成果经验。与此同时，由于我国智能矿山建设尚处于初级阶段，存在数字化和智能化生态脆弱、技术装备保障能力不足、技术标准与规范不健全、智能化系统常态化运行水平较低等问题，亟须持续开展智能矿山技术与标准体系建设、关键核心技术装备研发、运维管理体系构建等工作，完善智能矿山顶层设计，推进信息基础设施迭代升级，加快数据资产积累，优化数据资源采集、处理、确权、使用、共享等环节管理机制，提升数据管理水平，赋能矿业高质量发展。

一是推进矿产资源智能柔性开发供给体系建设。建设以数字化为基础、智能化赋能的多层次网状矿产资源开发供应链，实现对矿产资源需求的超前精准预测，对矿产资源生产、运输、仓储、消费等进行自动智能优化调节，实现矿产资源安全、高效、稳定、柔性供给。

二是加速数据驱动下管理变革转型，增强信息安全保障能力。智能矿山建设的深入推进，必然带来矿山企业生产组织模式与管理方式的调整。要按照智能矿山建设与运行维护要求，打破以物理世界为中心的组织模式和管理模式，重塑矿山企业战略愿景、业务流程、组织架构和管理文化等。加大力度强化信息系预警和应急处置能力建设。加速推进大数据、区块链、人工智能等新技术与矿产资源开发利用技术交叉融合，加快数字化、智能化技术和装备的研发应用，支撑矿产资源开发利用新质生产力发展。

三是加强智能传感与监测监控技术装备研发应用。突破感知信息一站式汇接、数据就地快速处理、灾害趋势精准预测等难题，形成集监测、预警、防控、应急于一体的智能安全闭环管控体系，实现全时空“通—感—算”一体化，全面提升矿井灾害防控系统的安全保障能力。建立完善的矿山安全智能双重预防机制和全时空安全监控系统，形成安全高效生产的有效保障能力，把减人、增安、提效落到实处。

四是推进矿产资源开发方式向绿色低损害和智能化低碳方向转型，尽可能降低开采对生态环境的扰动，实现无害化开采。坚持开发与生态保护并重，加强采前、采中和采后3个阶段的主动生态保护和修复，通过矿产资源开发为资源型地区社会发展和生态环境治理提供强大支撑，实现矿产资源开发与社会协调发展。

五是构建矿山智能化系统运维管理体系。建设“智能化服务平台、规范化流程制度、专业化运维队伍、精细化物资管理”技术、管理标准体系及智能化矿山装备平台运维知识库，形成以“流程为导向、服务为核心、技术为支点”的智能矿山运维管理体系。

六是推进矿山系统智能与人文智慧的融合。系统智能是指矿山运行系统具有全流程“人—机—环—管”数字互联高效协同、智能决策自动运行的能力。人文智慧是指人的智慧在矿山运营中具有决定性作用，通过借助信息通信技术和人工智能技术，将管理者的思想、知识、要求等变成系统决策的依据。通过两者的融合，提高决策水平，降低劳动强度，实现安全高效、绿色低碳、健康运行。

矿山安全应急管理面临的挑战和机遇

矿山安全应急管理是保障矿产资源高效开发与人员安全的重要环节，现阶段矿山安全应急管理体系面临诸多挑战。

一是信息管理手段滞后，安全监测系统陈旧。国内大多矿山企业虽配备安全生产管理系统，但更新缓慢，难以满足当前生产条件需求。设备监测、报警等功能迭代升级不及时，难以有效防控事故。

二是设备检修与维护不到位，事故隐患增加。矿山设备运行状态监测体系不完善、定期检修维护不到位导致设备故障频发。此外，监测仪器陈旧、维护形式化，使得设备运行状况难以掌握，增大了生产作业中的安全风险。

三是矿工操作不规范，安全隐患增大。尽管矿山生产强调安全为先，但仍难以杜绝矿工的不规范操作行为。这些行为极大增加了事故风险，尤其是在煤矿自动化、信息化水平和灾害治理水平不断提高的背景下，不规范操作往往成为事故的主要诱因。

四是应急演练形式单一且专业救援人才匮乏，综合能力提升受限。矿山应急管理需要高效处理突发事故，现行的应急演练形式相对单一，主要集中在技能培训和流程演练，缺乏对复杂情境的模拟与分析，加之培训机会有限，系统性培养不足，救援人员在面对复杂事故时灵活应对的能力欠缺，影响了矿山应急管理的创新与发展。同时，救援队伍专业人才匮乏，综合素质参差不齐，进一步限制了救援效率。

随着智能矿山建设的推进，数字化与自动化技术的广泛深入应用为矿山安全应急管理提供了更有效的手段。借助于智能传感器、物联网和大数据等新一代信息技术的应用，能够实现生产环境实时监测，提前预警潜在风险，从而提升应急响应的精准性与效率，为创新矿山安全应急管理体系提供良好基础。

一是智能化应急救援装备为救援效率提升创造了条件。智能化应急救援设备，如智能机器人、外骨骼设备和无人机等，能够深入高危区域，替代、辅助人类执行危险任务，从而降低人员安全风险。特别是在火灾、透水、瓦斯爆炸等事故中，智能装备能够快速侦测、决策并实施救援，极大地提升救援效率。

二是人才培养体系的优化为应急管理奠定坚实基础。对应急管理人才需求的增加，将进一步推动专业化人才培养与培训体系建设。通过与高校、科研机构合作，制定系统的应急管理教育课程及通过虚拟现实等技术进行沉浸式演练训练，将显著提升救援队伍的综合素质和应急响应能力。

三是政策支持与监管体系的完善为矿山安全应急管理保驾护航。随着国家对煤矿安全生产的重视，在政策层面将进一步加强对煤矿安全应急管理的支持力度。监管机制更加严密，强化监管部门职责和权力，督促企业健全安全生产制度，确保矿山风险隐患得到及时排查与处理。同时，政府和行业协会不断推进应急管理体系建设，提高应急管理工作的规范性和可操作性，将为矿山安全应急管理提供更加有力的保障。

四是信息化管理平台的升级促进应急管理智能化。通过更广泛地应用信息化管理平台，实现从生产到应急管理的全流程数据互联与共享。基于云平台的智能化管理系统，通过大数据与人工智能的结合，自动分析、识别潜在的事故隐患，优化决策过程，提升应急管理响应速度，为矿山安全生产保驾护航。

矿山安全应急管理支撑技术与双重预防机制

矿山安全应急管理支撑技术的核心在于实现实时监测、精准预警、智能决策和高效响应。为有效应对新型风险和复杂环境，必须依托先进的技术手段来提升应急管理能力。

一是智能监测与预警系统。智能监测与预警系统利用物联网、传感器和大数据等技术对气体浓度、温度、湿度、设备振动等多种参数实时在线监测，能够快速识别潜在事故隐患并实时预测预警，帮助管理者迅速做出反应，降低事故发生的概率。

二是数字化应急响应平台。数字化应急响应平台通过整合数据、流程和资源，提升矿山应急管理的效率和协同能力。该平台可实现事故信息的实时共享，帮助各级管理人员制定科学的应急处置方案。此外，数字化平台还能进行模拟演练，增强应急队伍的应对能力，确保在事故真正发生时能够迅速有效地进行应急响应。

三是应急装备的智能化与模块化。智能化的应急救援装备多具备自主导航、环境感知和数据分析能力，能够深入复杂的矿井环境进行探查和救援。模块化设计使得应急装备可根据不同事故情况进行快速重构和部署，提升了救援的灵活性和效率。

四是远程监控与无人值守技术。随着远程监控技术的发展，矿山安全生产逐步实现无人值守，降低了人员暴露在高风险环境中的风险。通过高清视频监控、无人机巡查等手段，管理者能够实时掌握矿山状况并在紧急情况下迅速采取应对措施，不仅提升了安全管理水平，也节约了人力成本。

五是人工智能辅助决策系统。通过分析历史事故数据和实时监测数据，人工智能系统能够识别潜在安全风险、评估事故影响并提供决策建议。这种智能辅助决策系统将大大提高管理人员的应急响应能力，帮助其更准确、超前地制定应对措施。

六是培训与演练的虚拟现实技术。利用虚拟现实技术进行应急培训和演练，能够有效提升矿山安全应急管理队伍的实战能力。通过模拟真实事故场景，救援人员可以在安全的环境中进行沉浸式训练，熟悉各类设备的使用和应急处置流程，从而提高实战中的应对能力。

双重预防机制是一种以安全风险辨识评估夯实全员安全风险管控责任，通过安全风险分级管控和隐患排查治理确保安全风险始终处于受控状态的安全管理模式。随着矿山安全管理要求的不断提升，双重预防机制作为一种有效的安全管理理念和方法，越来越受到重视。

双重预防机制的实施要求全面性、动态性、系统性和协同性。全面性意味着对矿山作业中的所有潜在风险进行识别与评估，涵盖环境、设备、作业流程等各个方面。动态性要求随着矿山环境和作业条件的变化，风险评估与应急管理方案应动态调整，以保持高效和适应性。系统性则需整合各类安全管理措施，既考虑正常状态下安全风险的管控措施，又要考虑应急情况下的措施，形成一个全链条、系统化的管理框架。协同性强调各部门应加强合作，确保信息共享与资源优化配置，形成合力。

完整的风险管控应涵盖事前、事中和事后各个环节，因此应将双重预防机制和应急管理有机结合，全面整合安全生产各要素，指导安全信息流的运行逻辑，全流程确保矿山安全生产。

矿山安全应急信息感知系统与智能化管理平台建设

智能安全应急管理体系组成要素除了基础层面的支撑技术和管理层面的双重预防机制外，还需要应用层面的技术支撑，即矿山安全应急信息感知系统与智能化管理平台。

矿山安全应急信息感知系统集成物联网、大数据与人工智能技术，旨在实现对矿山环境、生产设备及人员安全的全面、实时、精准监控。该系统通过部署在矿山关键区域的各类传感器，能够实时采集环境参数、设备状态及人员状态等信息，为矿山安全管理提供丰富的数据源；通过分布式存储架构和高效的数据处理算法，结合各类风险预测模型，提升数据的实时处理能力和预警的准确性。同时，利用深度学习和图像识别等技术，该系统可自动检测矿山环境及矿工行为的异常变化，评估风险等级并实时生成预警信号，实现对矿山安全的智能化监控与管理，有效提升矿山灾害预警能力和应急响应能力。

智能化管理平台作为矿山安全应急管理体系的中枢，核心是通过集成先进的信息技术和管理理念，提升矿山安全管理的智能化水平与应急响应效率。

该平台采用先进的人工智能算法和大数据分析技术对矿山安全应急信息感知系统收集到的海量数据进行深度挖掘和实时分析，不仅能够识别矿山运营中的潜在风险和机遇，如预测设备故障、优化生产流程、提升资源利用率等，还可通过机器学习模型为管理层提供精准的生产调度、安全管理和设备维护等方面的建议。该平台的安全监管子系统涵盖人员安全培训、事故记录的深入分析及应急预案的全面管理，旨在构建完善的安全管理体系，降低事故风险；设备管理子系统通过持续监测设备状态、实现远程操控功能及科学制定维护保养计划，有效保障设备的稳定运行并延长设备使用寿命；环保监测与报告子系统专注于监测矿山对环境的影响，自动生成合规报告，为绿色矿山建设提供有力支持。

矿山安全应急信息感知系统与智能化管理平台的建设，实现了对矿山生产环境中风险的全面感知、实时监测与智能分析，显著提升了安全风险的早期识别、预警和应急响应能力，推动矿山安全管理向智能化、精细化发展。

强化矿山智能安全和智能应急管理体系

智能矿山建设可以大幅减少井下作业人员数量、降低劳动强度，但随着生产经营活动的复杂性日益增加，涌现的新型风险和突发事件的应急管理难题依然需要引起企业的重视。在智能矿山建设的基础上，强化矿山智能安全是应对新型风险的关键。

一是强化矿山智能安全需要科学的指导思想。习近平总书记关于安全生产重要论述为强化矿山智能安全，为矿山安全管理高质量建设指明了方向。

二是要重视矿山智能安全的理论与现实意义。强化矿山智能安全的目的在于持续提升矿山安全生产水平，杜绝重大事故，同时前瞻性地预防可能出现的新型安全风险。此外，安全治理也不能再依赖试错模式，而应通过智能化技术进行事前治理，以降低应急管理体系的压力。

三是明确强化矿山智能安全的目的将影响智能应急管理体系的实际作用。通过采取切实可行的措施，例如智能技术的运用和数据的实时分析，可以为安全管理提供有效的数据支撑，确保智能应急管理体系的有效性。

四是强化矿山智能安全是构建可靠的智能应急管理体系的基础。智能矿山建设为智能应急管理体系建设提供了必要的信息与数据支持，二者相辅相成，形成了提升矿山安全管理水平的良性循环。随着智能化技术的不断进步，矿山安全管理需要朝着更加智能、精准的方向发展，为推动矿山行业健康、可持续发展奠定基础。

智能矿山建设不仅显著提升了生产效率，还有效降低了事故发生的概率。主要依赖于经验的传统应急管理体系，已难以应对复杂的智能矿山环境，因此，建立与智能矿山相匹配的智能应急管理体系尤为迫切。然而，由于智能矿山建设还处于快速发展阶段，许多潜在问题尚未充分显现，需不断推进智能应急管理体系建设，以有效应对各种挑战，为矿业高质量发展保驾护航。

●作者：中国工程院、中国煤炭科工集团有限公司王国法煤炭科学研究总院有限公司庞义辉仙文豪中国矿业大学李爽

●来源：《中国应急管理》杂志2024年第10期原标题《持续开展智能矿山建设赋能矿业高质量发展》编辑：付瑞平

●编辑：董臣