科创中国

随着科技的飞速发展，深海、深地乃至太空的资源开发已不再是遥不可及的梦想。想象一下，未来的矿山会拓展到哪些前所未有的领域？

智能化采掘、无人值守、机器人替代危险岗位——这些科幻般的场景，正在逐渐成为现实。当矿山遇上未来科技，会碰撞出怎样的火花？

面对全球资源日益紧缺的挑战，矿山行业将如何借助科技创新实现可持续发展？未来的矿山，又将是一幅怎样的新图景？

现在发生的就是未来……

矿山行业作为国民经济的重要基础产业，正处在由传统产业向支撑未来产业发展的智能化、绿色化转型升级的关键时期。

随着科技的快速发展，我国矿山行业在智能化建设方面取得了显著成效。通过大力推动煤矿的智能化建设，目前全国已建成1651个智能化采煤工作面，其中采煤工作面812，人均工作面839个，有智能化工作面的矿山达到了758处，产能占到送出产量的近60%，全国煤矿井下的用工人数大幅减少，矿山的智能化采掘工作面实现了少人化，固定岗位实现了无人值守，危险的岗位实现了机器人替代。这些成果不仅提高了矿山的生产效率，也大大提升了矿山的安全水平。

晋能控股煤业集团塔山煤矿公司智能化调度指挥中心

然而，面对新一轮科技革命和产业变革的机遇与挑战，我们必须清醒地认识到，未来的产业发展方向和趋势将深刻影响矿山行业的未来发展。近日，国家工信部等七部门出台了《关于推动未来产业创新发展的实施意见》（以下简称《意见》），旨在加快培育和发展前沿新兴产业，这将对推动矿山行业实现更高质量、更可持续的发展带来新的启发。

《意见》分别设定了到2025年和2027年的发展目标，并在全面布局未来制造、未来信息、未来空间等六大未来产业，以及打造下一代智能终端、信息服务产品、未来高端装备等标志性产品的重点任务中提出：

“聚焦空天、深海、深地等领域，研制载人航天、探月探火、卫星导航、临空无人系统、先进高效航空器等高端装备，加快深海潜水器、深海作业装备、深海搜救探测设备、深海智能无人平台等研制及创新应用，推动深地资源探采、城市地下空间开发利用、极地探测与作业等领域装备研制。”

“深部资源勘探开发装备。围绕深部作业需求，以超深层智能钻机工程样机、深海油气水下生产系统、深海多金属结核采矿车等高端资源勘探开发装备为牵引，推动一系列关键技术攻关。”

《意见》的发布将有助于推动我国未来产业的创新发展，支撑推进包括矿业在内的新型工业化，不仅会为矿山带来了前所未有的技术革新，更将在应用场景、生产效率和安全环保等方面产生深远的影响，为强国建设提供有力支撑。

未来制造重塑矿山生产模式

未来制造以提升矿山机械装备自动化和智能化水平为核心，将彻底改变传统矿山生产模式，实现高效、安全、绿色的矿产资源开发。在这一转型过程中，矿山机械装备智能制造扮演着举足轻重的角色。

近年来，中国煤机装备作为矿山机械装备的突出代表，取得了一系列新成就，主要煤机装备国产化率显著提升，并逐步向美国、澳大利亚等煤炭机械制造发达国家实现了产品出口，中国煤机装备实现由跟跑、并跑、到部分领跑。例如，自主研发的全球首套10米超大采高智能综采工作面成套装备正式投用，创造了装机功率22000kW、装备总重量20000 吨、一次采全高 10 米、单面年产能2000万吨以上等四项世界第一；煤海蛟龙“掘支运一体化快速掘进系统”创造月进尺 3088 米的世界纪录，跑出了“中国速度”；全国产化智能刮板输送机突破500米长运距技术瓶颈，达到国际领先水平。此外，中厚煤层450米超长智能综采工作面采煤装备实现进口替代，短壁采煤机填补了3.5-5米单滚筒短壁采煤机国内外空白，超大断面快速掘锚成套装备、矿用敞开式TBM 及全球首套铰接式百吨级综采成套搬家装备的成功应用，有力支撑了煤矿智能化建设，贡献了“中国煤机力量”。

世界首创10米超大采高综采装备在陕煤曹家滩矿业成功初采

未来制造在矿山场景的应用中，将充分利用先进制造技术，如智能控制、自动化和机器人技术等，提升矿山机械的智能化水平。通过引入智能控制系统，矿山机械能够实现自主导航、精准定位、自动挖掘和运输等功能，大幅提高生产效率和安全性。同时，借助机器人技术，矿山可以实现危险岗位的无人化作业，减少人员伤亡和安全事故的发生。

在控制方面，未来制造将推动矿山控制系统的升级换代。传统的矿山控制系统往往存在操作复杂、响应速度慢等问题，而未来制造将引入先进的控制算法和人工智能技术，实现控制系统的智能化和自适应。这将使矿山生产更加灵活、高效，并能够快速响应市场需求的变化。

未来制造还将推动矿山智能化水平的整体提升。通过构建智能化矿山管理系统，矿山企业能够实现生产、安全、环保等各个方面的智能化管理。这将使矿山生产更加透明化、可控化，并能够实时监测和调整生产过程中的各种参数，确保生产的高效和安全。通过引入智能化设备和系统，矿山能够实现生产流程的自动化管理，减少人工干预和操作成本。例如，国家能源乌兰木伦煤矿通过全面引入矿鸿操作系统，投入了高达9650万元的资金，成功整合了来自50余个厂家的43类共1808台套设备。这一举措使得原本需要11人作业的工作面减至常态化3人生产，减员效果显著。同时，在安全生产方面，该矿连续3850天实现了全员零伤害，不安全行为发生率降低了20%以上，极大地提升了工作面的安全性能。

神东乌兰木伦煤矿综采工作面采煤机适配矿鸿操作系统运行成功

然而，尽管未来制造在矿山场景的应用前景广阔，但仍面临一些挑战和问题。例如，煤机装备关键核心技术瓶颈问题依然突出，煤机制造产业发展动力仍然不足。为了解决这些问题，需要进一步加强科技创新和产学研用合作，推动煤机装备制造水平的提升和先进技术的推广。

未来信息提升矿山信息化水平

随着信息技术的飞速发展，矿山行业正迎来一场信息化革命。在这场革命中，5G、下一代移动通信、卫星互联网、量子信息、大模型等前沿技术将发挥重要作用，共同推动矿山信息化水平实现质的飞跃。

5G技术在矿山的应用已经取得了显著成效。从5G+智能掘进、5G+智能综采到5G+智慧洗选，再到5G+智能主煤流运输等，5G技术已经渗透到矿山生产的各个环节。在智能掘进领域，5G技术的应用实现了掘进机的远程遥控。这一创新举措极大地减少了井下作业人员数量，掘进面减人达到50%，同时掘进效率也提升了20%。这一数据的背后，是5G技术带来的精准控制和高效传输，使得掘进作业更加安全、有序。在智能综采工作面，在5G网络的覆盖下，实现了采煤机数据的实时回传和集中控制。这一变革不仅降低了数据延迟至10ms以内，更确保了采煤机运行的稳定性和高效性。通过集中控制，综采设备的运行数据得以实时分析，隐患预测准确率大幅提升，从而实现了减人30%-50%，有效降低了生产成本。在智慧洗选环节，5G技术同样大放异彩。解决了传统洗选煤过程中数据采集不全、故障点难以及时发现的问题。通过5G网络的实时监控和自动化运行，设备维护时间缩短了30%，同时节电2%-4%。这不仅提升了洗选煤的效率，更使得整个过程更加环保、节能。此外，在智能主煤流运输、智能通风等领域，5G技术也展现出了其强大的实力。通过对全矿井煤流的数据采集和实时监控，故障率降低了20%，检修效率提升了15%-20%。而在智能通风系统中，5G技术实现了对风阻、风量、风压等参数的智能感知和实时监控，大幅提升了通风效率，降低了安全事故发生的可能性。

山西新元煤矿建设全国首座5G煤矿

卫星互联网技术的发展也将为矿山信息化带来新的机遇。通过卫星互联网技术，矿山企业未来可以实现全球范围内的实时监控和数据传输，提高矿山管理的效率和精度。近年来，我国在矿用卫星领域取得了重大突破。2023年7月23日，我国首颗矿业专用卫星“矿大南湖号”成功发射升空，这标志着我国乃至全球矿业领域进入了卫星遥感时代。这颗卫星具备全天时、全天候的商业对地观测能力，能够“以图管矿”，为矿山企业提供了前所未有的高清、实时的矿区图像数据，助力企业更加精准地掌握矿产资源分布和开采情况。仅仅半个月后的8月10日，“河南理工一号”AI智能遥感卫星也顺利升空。这颗卫星不仅具备物联通信功能，还能实现智能感知遥感，为矿山提供了全景式巡检视角。这意味着，矿山企业可以通过卫星技术，对矿区的每一个角落进行无死角监控，及时发现并处理潜在的安全隐患，从而确保矿山作业的安全、有序进行。卫星互联网技术的应用，不仅能提升矿山的管理水平，还将为矿山应急救援提供强有力的支持。在发生矿难等紧急情况时，卫星能够迅速定位事故地点，实时传输现场情况，为救援队伍提供准确的信息支持，极大地提高救援效率和成功率，保障矿山作业人员的生命安全。

国内首颗矿业专用卫星“矿大南湖号”

AI大模型技术将为矿山智能化提供强大的数据处理和分析能力。通过构建矿山大模型，可以对矿山生产数据进行深度挖掘和分析，发现隐藏在数据中的价值和规律。这将为矿山生产优化、设备维护、安全管理等方面提供有力支持，推动矿山智能化向更高层次发展。华为与山东能源集团的合作为矿山信息化树立了新的标杆。双方联合打造的AI平台，结合山东能源的数据和场景，短短几个月内已训练出40多个算法。目前该平台预计已拥有200多个算法，为矿山生产提供了全方位的智能支持。此外，双方还共同构建了煤炭行业全球首个矿山大模型——“盘古矿山大模型”。该模型已在煤矿领域的9个专业、40多个场景中应用实践，显著提升了智慧矿山的建设水平。精英数智与华为的合作也取得了显著成效。自2019年推出“煤矿大脑”解决方案以来，该方案已广泛应用于多个关键作业场所，有效解决了标准化问题。在探放水方面，利用人工智能技术，该方案成功杜绝了不探、假探、少探等安全隐患。同时，通过规范井下作业人员的标准化作业流程，该方案还有效降低了事故的发生率。在陕西省介休市，自2020年6月应用该方案以来，已成功杜绝了透水事故的发生，为矿山安全生产提供了有力保障。科大讯飞也将自身在人工智能领域的技术及经验与煤矿场景相结合，打造了一系列行业特色产品及解决方案。其中，矿山智慧调度解决方案已在中煤陕西榆林大海则煤业有限公司落地应用，实现了调度指挥系统的快速切换和展示，为煤矿带来了“能听会说，能理解会思考”的数字生产力。此外，科大讯飞还以讯飞星火认知大模型为核心技术底座，结合矿山行业场景构建了矿山大模型。在众多权威评测中，讯飞星火认知大模型都位居榜首，充分展现了其在矿山智能化领域的领先地位。

2023年7月18日，山东能源集团携手华为公司正式发布盘古大模型矿山领域首次商用

未来空间拓展矿山资源边界

随着科技的迅猛发展，矿山资源的边界正在不断拓展。深海、深地乃至太空等前沿领域，正成为矿山企业探索和开发的新热点。借助先进的探测技术和装备，这些极端环境下的矿产资源正逐渐被揭开神秘的面纱，为全球资源的可持续利用注入了新的活力。

在深海领域，山东省深海深地金属矿智能开采重点实验室（筹）已走在前列。该实验室聚焦深海深地金属矿山安全高效开采面临的重大挑战，深度融合多学科进行产学研协同创新。其实验设施和研究成果不仅为深海矿产资源的开发提供了有力支持，还为我国在该领域的国际竞争力增添了重要筹码。长沙矿山研究院则是国内率先从事深海固体矿产资源开发的单位之一，在深海富钴结壳、多金属锰结核、多金属硫化物等资源开发领域拥有雄厚的技术研发实力与工程经验，研制了国际首台富钴结壳采矿车、国内首台3500米级多金属结核采矿车、国内首台深海岩心取样钻机等多个探采重大装备。同时，在国际舞台上，日本和加拿大等国家也在积极开展深海矿产勘探和环境评估工作。日本成功测试了海底开采技术，计划在小笠原群岛和南鸟岛附近的海床中开采富含稀土的泥浆。加拿大金属公司则发布了对旗下海底钴镍矿开采项目的环境影响评估结果，表明其开采技术路线相较于陆上开采具有显著降低对环境影响的优势。

长沙研究院富钴结壳采矿车海上试验

在深地领域，中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室的王勃教授团队长期扎根一线，攻关深地空间复杂控渗构造地球物理探测机理基础研究。他们的努力不仅形成了完全自主知识产权的国产化设备并进行了产业化，还有力促进了政产学研用一体化，为我国深地矿产资源的开发提供了有力保障。

深地科学与工程云龙湖实验室师生扎根深地开展基础科研情况

值得一提的是，太空也正成为矿山资源拓展的新疆域。随着全球太空探索的加速推进，太空采矿已从科幻走向现实。中国矿业大学成立了太空采矿国际研究中心，围绕太空采矿的关键技术与实现目标展开深入研究。该中心的成立标志着我国在太空资源开发利用领域迈出了坚实的一步。2021年4月27日，起源太空的NEO-1太空采矿机器人通过长征六号火箭成功踏上太空。此外，美国、卢森堡等国家也在积极布局太空采矿领域。美国总统签署的《美国商业太空发射竞争法》和卢森堡出台的《太空资源勘测与利用法》为太空采矿提供了法律保障。同时，全球多家小型采矿公司在卢森堡注册，积极探索太空资源的商业化开发。

起源太空NEO-01在轨模拟图

展望未来，随着深海、深地和太空等前沿领域的不断探索和开发，矿山资源的边界将进一步拓展。这不仅为全球资源的可持续利用提供了有力保障，也为矿山企业带来了新的经济增长点。同时，我们也期待更多科技创新成果能够助力矿山行业的绿色、智能、高效发展。

参考资料：

1.国家矿山安全监察局安全基础司副司长陈赞成在鄂尔多斯工业互联网开发者大会上的致辞，2024年1月18日；

2.杨树勇：国产高端煤机装备不断突破 核心技术瓶颈依然突出，中国工业报记者 余娜，2023年12月24日；

3.国能神东煤炭乌兰木伦煤矿综采一队关芳明：基于矿鸿操作系统的全国产智能化工作面创新与应用，2024年1月6日；

4.5G应用创新发展白皮书：2022年第五届“绽放杯”5G应用征集大赛洞察，2022年11月；

5.中国煤炭机械工业协会：2023年度煤炭机械行业“十大”新闻，2024年1月16日；

6.2023华为全联接大会“AI赋能矿山   跑出行业加速度：矿山智安联合解决方案发布”采访，2023年9月20日；

7.科大讯飞亮相煤矿AI交流会：为煤矿带来“能听会说，能理解会思考”的数字生产力，2023年11月29日。

（图文来源：IntelMining智能矿业、“科创中国”智能矿山专业科技服务团）