当前位置： 近年来,全球气候变化给人类的生存和发展带来了日益严峻的挑战，促进碳减排已经成为全球共识，越来越多的国家提出碳中和目标。我国在2020年9月对外宣布，将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。“碳达峰”和“碳中和”目标的提出是党中央、国务院统筹国际国内大局做出的重大战略决策，“十三五”以来我国也持续进行了能源结构调整，推进了“四个革命、一个合作”能源安全新战略，大力支持发展非化石能源。但是，目前我国没有任何一种能源能够替代煤炭在能源体系中的兜底保障作用，煤炭依然是我国能源的基石。习近平总书记指出，在相当长一段时间内，甚至从长远来讲，我国还是以煤为主的能源格局，只不过比例会下降，我们对煤的注意力不要分散。在此背景下煤炭行业加快调整优化产业结构，进一步向绿色、智能化发展，推进淘汰落后产能成为了我国实现“碳达峰”和“碳中和”目标的重要举措。
煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑，是煤炭生产力和生产方式变革的新方向，此种技术的发展不仅可以改变煤炭开采中的安全问题，而且可以在高效生产、低碳排放等方面发挥前所未有的作用。推进煤矿智能化开采，是深入贯彻习近平总书记重要指示精神和能源安全新战略的重要举措，也是煤炭领域走向清洁能源、实现“双碳”目标的必由之路。鉴于此，本文就“双碳”背景下推进煤矿智能化发展提出一些观点与建议：
一、着力煤炭绿色、智能开采技术
（1）遗留煤炭资源安全绿色开采：由于我国过去煤炭开采理论体系不完善，存在大量的滥采现象，因此在长期开采过程中形成了许多遗留煤炭（简称遗煤）资源。遗煤开采对促进中国煤炭资源可持续发展和实现双碳目标、缓解国家能源需求的紧张局面具有重要意义。
（2）煤矸石安全高效再利用：煤矸石对自然环境具有多方面的危害，其处理及利用十分重要。利用煤矸石回填煤矿采空区，既能够大量地消耗煤矸石，又可以解决采空区的地质灾害问题；此外，将煤矸石用于发电，不仅可有效解决煤矸石资源长期大量堆存的问题，同时还有助于保护环境。
（3）水液压技术应用于煤矿智能开采：以“纯水”替代传统“乳化液”作为液压系统工作介质，能够实现绿色采煤，避免污染水质和危害土壤的关键问题；同时可以降低介质本身成本，大幅减少相关乳化液购置费；更重要的是纯水系统封闭、介质清洁度有助于降低液压零部件故障率、提高生产效率、延长液压零部件寿命、降低备件损耗。因此，研究新型大流量高水基液压阀以及纯水液压阀的相关理论和设计方法，促进安全、环保、高效的高水基或纯水液压传动与智能控制技术在煤矿井下的推广和应用具有重要意义。
二、建立以智能化为支撑的煤炭柔性生产与供应体系
近年来，受极端天气、疫情等因素影响，国际能源供应态势紧张，我国煤炭市场短期出现大幅波动现象。在此背景下，应当建立和发展以智能化为支撑的煤炭柔性生产与供应体系，适应煤炭消费需求的不确定性。
煤炭柔性生产意味着生产系统能够根据外部市场的需求变化而进行生产能力的动态调整，即市场需要煤炭时能够迅速扩大产量，不需要时缩减产量。基于新一代信息技术与煤矿智能化开采技术及装备深度融合，增强煤炭企业的灵活性和应变能力，缩短生产周期，提高设备利用率和员工劳动生产率，改善生产质量。
煤炭柔性供应主要依托大数据、区块链等技术，对煤炭供给与需求的平衡度进行预测。区块链技术运用于煤炭供应链生态是大势所趋，是解决煤炭供应链痛点的有效途径。基于区块链技术的分布式采集存储、信息不可篡改、智能合约等特点，保证煤炭供给全流程公开、透明、可追溯，实现全程无人工干预，压缩煤炭流转周期。同时运用大数据技术分析预测煤炭需求，形成供给与需求的动态调整与平衡。
三、实现煤矿生产全流程全要素的智能化与透明化
煤矿开采领域存在地质条件与生产工艺复杂多变、设备工作环境恶劣、各子系统间相互独立、信息孤岛严重、安全监控保障手段差等诸多技术瓶颈，严重制约了安全、高效、绿色、智能开采目标的实现。
因此，实现对煤矿开采现实场景的复刻，精准构建虚拟场景，从而形成采、掘、运、通、洗、选、排等煤矿生产全流程全环节全要素的虚实融合运行模式，是推进煤矿智能开采的关键。沿着虚拟现实（VR）——增强现实（AR）——数字孪生（DT）——平行系统——信息物理系统（CPS）——工业元宇宙的技术路径，逐步提高煤矿井下智能化与透明化水平，由离线模拟、在线监测、在线预测逐步过渡到在线决策、反向控制、人机共融的高级阶段。在虚拟系统中进行算法迭代优化、性能评估、自主决策控制以及对物理实体实时状态和历史状态真实反馈，形成全面自主感知、实时高效互联、自主学习、智能分析决策、动态预测预警、精准协同控制的煤矿智能系统，实现矿井综采、综掘、辅助运输、通风、排水、洗选等全关键过程的安全高效智能运行、网络化协同与远程控制。
“双碳”目标愿景是一个开创光明未来的庄严承诺，但实现“双碳”道路注定曲折，不亚于一场新时代的产业转型升级万里长征。煤矿智能化是这场万里长征的重要组成部分，领域内科研机构与科学家应加大研发投入，在煤矿智能化关键技术与装备上有所突破，使煤矿开采向安全、高效、绿色、智能的方向坚实迈进，为“双碳”目标实现贡献力量。
供稿人：王学文，太原理工大学煤矿综采装备山西省重点实验室，教授/实验室主任
廉自生，太原理工大学煤矿综采装备山西省重点实验室，教授
谢嘉成，太原理工大学煤矿综采装备山西省重点实验室，副教授
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