“无人矿山”时代来临：AI、5G与机器人如何重塑千年矿业？中国工程院院士葛世荣谈《矿山智能机器人重点研发目录》有感

“无人矿山”时代来临：AI、5G与机器人如何重塑千年矿业？

矿井深处，矿工的身影正在被机器人取代，传统的采矿作业方式正在经历一场前所未有的智能化革命。

在陕西榆林的神东煤炭集团，井下采煤工作面已实现“一键启停、无人操作、有人巡视、远程干预”的智能化作业。基于5G通信和边缘计算技术，这里的工作面实现了全景高清视频监控、液压支架状态识别以及人员“三违”行为识别等智能化应用。

这并非孤例。目前全国已建成煤矿智能化采掘工作面813个，其中采煤工作面477个，掘进工作面336个。

智能化技术为煤矿减人增安提效做出了重要贡献，也成为煤炭行业高质量发展的必由之路。

01 矿业变革：从“人拉肩扛”到“无人驰骋”

中国拥有各类矿山约3万个，从业人员超过540万人。增安、提效、减人、低碳，成为智慧矿山面临的历史任务。

长期以来，矿山行业一直是高危行业。运输环节尤其如此，矿山运输量大、线路长，且环境复杂，露天矿山道路崎岖不平、粉尘大，易发生车辆碰撞、倾覆、坠落等事故。

国家相继出台《煤矿机器人重点研发目录》、《有色金属行业智能工厂（矿山）建设指南》等文件，明确提出 “机械化换人、自动化减人” 的目标。

2022年科技部更将露天矿无人驾驶列为人工智能示范应用场景，加速技术从试验向规模化商用转变。

02 技术赋能：5G+AI如何打造矿山“神经中枢”

矿山无人化作业是一项系统工程，也是矿山智能化的发展目标。然而，矿山作业环境恶劣，对设备要求严苛，智能化开采存在诸多亟待解决的问题。

中国工程院院士葛世荣指出，目前煤矿智能化工作面绝大部分处在初级智能化阶段，智能化常态运行率较低，主要原因在于智能化系统在井下使用的可靠性不高。

为解决这些问题，矿山智能化正深度融合5G、工业互联网、人工智能、大数据、数字孪生等新一代ICT技术。

5G技术凭借其大带宽、低时延的特点，为海量感知数据的高速接入提供了便捷传输通道，提高了工作面及危险作业区域的透明化程度。

同时，5G为装备群的网络化协同控制提供了超低时延的交互路径，保证了控制行为的快速性和准确性。

03 机器人革命：从“能用”到“好用耐用”的跨越

近日，国家矿山安全监察局发布《矿山智能机器人重点研发目录》，聚焦矿山险累苦脏岗位机器人替代，提出重点研发应用7大类共56种矿山智能机器人。

葛世荣院士是《目录》领衔制定专家，他表示：“《目录》是推动矿山装备智能的重要支撑。”

与2019年的《煤矿机器人重点研发目录》相比，此次《目录》有了显著拓展：从煤矿延伸到所有矿山领域；覆盖矿山生产全流程；提升了智能化水平要求；更加强调矿山机器人常态化应用。

葛世荣认为：“之前的煤矿机器人是1.0版本，这次整体是2.0版本，个别机器人可能达到3.0版本。”

他特别强调，“常态化应用是矿山机器人发展的重要方向”，如果矿山智能机器人能达到《目录》描述的要求，就基本上能够好用、耐用，实现常态化应用。

04 无人驾驶矿卡：矿山智能化的“先锋军”

在广袤的矿山深处，无人驾驶矿卡正以其高效、安全、绿色的特性，成为矿山智能化转型的新质生产力。

2024年露天煤矿无人驾驶矿卡数量达到约2500辆，较2023年增长超120%，今年落地数量预计超过5000台。

国家能源集团在新疆、内蒙古等露天矿区推广无人驾驶技术，超过400台无人驾驶卡车累计运行超760万公里，运输效率达人工驾驶的87.3%。

无人驾驶通过“机器替人”，可以消除疲劳驾驶与人为失误，事故率显著下降。

中煤建设集团新疆矿区部署56台无人矿卡后，实现“少人巡视、无人操作”，运营半年零事故。

05 数字孪生：构建矿山“元宇宙”

葛世荣院士曾提出“利用数字孪生搭建智能化新平台”，模拟实际采煤。

数字孪生是智能煤矿发展的必然趋势。针对智采工作面，专家提出了融合5G通信技术、物联网技术和仿生智能技术的数字孪生智采工作面系统架构。

煤矿数字孪生系统是以煤矿工业互联网为基础，在煤矿泛在互联操作系统平台上构建的煤炭“产、运、销、储、用”全流程透明化系统。

通过虚实交互反馈、数据融合分析、决策迭代优化等手段，实现煤矿生产条件先知先觉、生产过程可视可控、生产安全可防可测、生产要素可调可配。

06 挑战与未来：矿山智能化的漫漫长路

尽管矿山智能化已取得显著成效，但仍面临诸多挑战。

葛世荣指出，目前矿山机器人研发应用存在两个薄弱环节：一是传感器，影响到矿山机器人的自主感知能力；二是决策还做不到实时调整优化。“要加大数据智能和决策智能的攻关力度。”

矿山环境复杂性对无人驾驶技术提出了严苛要求。如采煤区煤灰大、激光反射率低，造成煤灰过滤及地图边界检测难度大等问题。

非铺装路面坑洼、车辙较多，易对车辆造成损伤；雨雪天气或洒水后路面泥泞湿滑，容易引发车辆侧滑偏移。

葛世荣期待，通过加强产学研合作，尤其是矿山企业的积极参与，形成矿山智能机器人研发制造应用创新链。

在新疆的广袤矿区，中煤建设集团部署的56台无人矿卡已实现“少人巡视、无人操作”，运营半年零事故。

国家能源集团更是在新疆、内蒙古等露天矿区推广无人驾驶技术，超过400台无人驾驶卡车累计运行超760万公里。

这只是开始。

随着《矿山智能机器人重点研发目录》的发布和实施，未来还将看到掘进类、采矿类、运输类、选矿类、辅助作业类、安控类、救援类等7大类56种矿山智能机器人在各类矿山中应用。

矿山智能化的未来不仅是技术的革新，更是对生命安全的保障和对传统产业的深刻重塑。